冰箱氣調貯藏對水果的保鮮效果

郭慧媛,吳廣楓,曹建康,李曉峰,朱小兵,王 健,馬 堅,*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院,北京 100083; 2.海爾智家股份有限公司,山東青島 266000)

水果中含有豐富的維生素C、微量元素、膳食纖維等營養成分,可以維持人體正常的代謝,有利于機體的消化吸收[1]。水果在采收后仍是一個活的有機體,個體會發生一系列復雜的生理變化如成熟和衰老[2]。一方面在水果成熟和衰老的過程中會消耗自身的營養成分,導致水果的品質不斷下降,失去食用價值,尤其對于呼吸躍變型果實來說,呼吸躍變期會導致其迅速進入衰老期,同時耐貯性和抗病性也變差;另一方面,水果在貯藏的過程中,極易被微生物如霉菌和細菌侵染或因機械損傷等原因而引起腐爛[3]。因此有效的貯藏保鮮技術是生產中需要解決的重要問題。

氣調保鮮是通過改變貯藏環境中的氣體含量,形成低氧氣高二氧化碳的狀態,從而抑制果蔬的呼吸作用和各種生理代謝,達到延長果蔬貯藏期的目的[4]。而低溫氣調貯藏可進一步延長果蔬的貯藏期。目前關于果蔬氣調的研究多集中在氣調包裝和氣調庫[4]。隨著人們生活水平的提高,對食品的新鮮程度、營養的要求也越來越高,家用冰箱保鮮目前已成為果蔬保鮮常用的方式[5]。冰箱貯藏果蔬主要是通過降低溫度,減弱果蔬的呼吸作用和水分蒸發作用,延緩其生命活動進行,減少其營養成分的消耗,從而達到貯藏保鮮的目的[6-7]。而家用的冷藏冰箱基本沒有氣調保鮮的作用,且目前對保鮮冰箱的研究多集中在溫濕度對食品保鮮效果的研究,而尚無關于冰箱氣調貯藏水果保鮮效果的研究[4-5]。

因此,本研究選用普通冰箱和氣調冰箱分別貯藏兩種不同類型的水果:呼吸躍變型水果如紅元帥蘋果和藍莓,非呼吸躍變型水果如車厘子和草莓,對其保鮮效果進行評價,為冰箱的氣調保鮮效果及研制新型保鮮冰箱提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

車厘子、草莓、紅元帥蘋果、藍莓 購于北京市某大型連鎖超市,挑選大小、成熟度一致,無機械損傷和病蟲害的果實;抗壞血酸、2,6-二氯靛酚、草酸、醋酸鈉、氯化鉀、乙醇等試劑 均為國產分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

AR5120精密電子天平 美國OHAUS公司;OLYMPUSCX41電子光學顯微鏡 日本OLYMPUS公司;SPX-400智能型生化培養箱 寧波江南儀器廠;LDZX立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠;DK-S28電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;Centrifuge5415D離心機 德國Eppendorf 公司;SW-CJ-ICU潔凈工作臺 江蘇蘇凈集團有限公司;Sartorius PB-10 pH計 德國Sartorius公司;UV1240紫外可見光分光光度計 日本Shimadzu公司;BCD-520WIGZU1型氣調冰箱、BCD-435WDCAU1對照冰箱 海爾智家股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理及貯藏 車厘子、藍莓、紅元帥蘋果用洗凈的水果刀切成一半,因草莓極易腐敗,該實驗中不予做鮮切處理,將整果與切分后的水果分別置于對照冰箱(常氧21%,5 ℃,濕度91%)和氣調冰箱(O2含量18～18.5%,5 ℃,濕度88%)中冷藏7 d,貯藏期間每天拍照記錄水果的表觀形態,并測定水果的失重率、維生素C含量、花青素含量,同時觀察其表層細胞形態。

1.2.2 失重率的測定 將四種水果稱重并記錄為初始重量;在每個冰箱的冷藏室分別放入1 kg車厘子、1 kg藍莓、1 kg紅元帥蘋果以及1 kg草莓,進行貯藏,每天取出整果樣品除去表面多余水分,參照GB/T 27402-2008《實驗室質量控制規范植物檢疫》,采用稱重法測量,連續測量7 d。失重率X(%)計算公式為:

式(1)

式中:W0-初始重量(g);WX-冷藏1～7 d后重量(g)。

1.2.3 維生素C含量的測定 采用曹建康等[8]方法中2,6-二氯靛酚滴定法測定整果中維生素C含量。

式(2)

式中:V0-初始維生素C含量(g/100 g);VX-冷藏1～7 d后維生素C含量(g/100 g)。

1.2.4 花青素含量的測定 采用比色法測定車厘子和藍莓的花青素總含量[9]。將整果樣品清洗干凈,蘸干表面水分,果實去核后置于家用打漿機中粉碎2 min,再用高速勻漿機15000 r/min,2 min破碎細胞結構。稱取1 g破碎物于離心管中,加入提取液14 mL,振蕩20 min后離心(20000 r/min,10 min),上清液經0.45 μm濾膜過濾后用于花青素的測定。

取過濾后的樣品1 mL,加入pH4.5的0.4 mol/L醋酸鈉緩沖液或pH1.0的0.25 mol/L氯化鉀緩沖液4 mL,搖勻,轉入光路長1 cm的比色皿后,用UV1240紫外-可見光分光光度計分別以520和700 nm為吸收波長測定其吸光度。

提取液的花青素濃度按式計算:

花青素含量(mg/100g)=A/(εLm)×V×M×E×100

式(3)

A=(A520 nm,pH1.0-A700 nm,pH1.0)-(A520 nm,pH4.5-A700 nm,pH4.5)

式(4)

式中:A-最終吸光度;M-摩爾質量;ε-摩爾吸光系數;m-樣品質量(g);V-樣品提取液總體積(mL);L-比色皿光路長(cm);E-稀釋倍數。

式中:H0-初始花青素含量(mg/100 g);HX-冷藏1～7 d后花青素含量(mg/100 g)。

1.2.5 表層細胞形態 在果實最大直徑處用薄刀片切取1 cm大小的切片,保證組織結構完整且透明。于顯微鏡下觀察其表層細胞形態。為便于觀察藍莓表皮細胞需用酒精進行脫色處理。目鏡放大倍數為20,觀測車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的物鏡放大倍數為10。

1.3 數據處理

實驗各指標測定設3個平行,實驗數據為3次重復試驗的平均值±標準差,采用Origin 9.1軟件進行統計分析與制圖,采用SPSS 21.0軟件鄧肯檢驗法進行數據差異顯著性分析,以P<0.05為顯著性標準。

2 結果與分析

2.1 冰箱氣調貯藏對車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的表觀形態的影響

圖1 四種水果冷藏后的表觀形態Fig.1 Apparent morphology of four kind of fruits after refrigeration

四種水果的表觀形態變化如圖1所示。圖1A為車厘子冷藏0～7 d的表觀形態。對照冰箱貯藏7 d的整顆車厘子果皮表面無明顯變化,但果柄由綠色逐漸轉變為褐色,車厘子的果柄從第2 d開始出現明顯褐變,冷藏7 d后果柄干硬;而氣調冰箱中車厘子的果柄褐變緩慢,7 d后仍有部分果柄顏色鮮綠。鮮切冷藏的車厘子表觀形態變化明顯,對照冰箱中冷藏2 d的鮮切車厘子顏色加深、皺縮,失水嚴重,7 d后形態干癟;氣調冰箱中的鮮切車厘子同樣存在失水現象,但相較于對照冰箱中貯藏的車厘子變化緩慢。

圖1B為藍莓冷藏0～7 d的表觀形態,對照冰箱中大部分的整果藍莓在冷藏4 d后失水嚴重,果皮產生褶皺,果粒癱軟;而氣調冰箱中的藍莓只有5%果粒出現癱軟現象,大部分的藍莓仍保持飽滿狀態。隨著時間的延長,冷藏的鮮切藍莓均處出現失水變色現象,其中對照冰箱中的藍莓在冷藏3 d后失水明顯,顏色加深,7 d后嚴重失水,形態干癟,果肉近黑色;氣調冰箱中冷藏的藍莓水分保持較好,7 d后果皮僅有輕微干癟現象,果肉微褐。

由于紅元帥蘋果耐儲存,因此本實驗僅觀察了鮮切紅元帥蘋果冷藏0～7 d的形態變化。如圖1C所示,對照冰箱和氣調冰箱中冷藏的紅元帥蘋果均存在褐變現象,其中,氣調冰箱中的紅元帥蘋果比對照冰箱中的鮮切紅元帥蘋果褐變緩慢,果皮無明顯皺縮;而對照冰箱中的鮮切紅元帥蘋果隨著冷藏時間的延長,切口邊緣果皮皺縮,果肉失水,褐變嚴重。

從圖1D看到,對照冰箱中的草莓冷藏3 d時出現了明顯的失水萎蔫現象,而氣調冰箱中的草莓在貯藏7 d后才開始顯現,且并不明顯。因此,低溫氣調貯藏可以明顯減緩水果的感官品質劣變,維持水果的新鮮度。

2.2 冰箱氣調貯藏對車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的失重率的影響

水分對于水果的新鮮度的維持是非常重要的。在貯藏過程中水果會因蒸騰作用、呼吸作用等,導致重量下降,其中水分的喪失是重量減少的主要因素[10]。失重現象對果蔬的貯藏效果影響很大,主要表現為皺縮,失去光澤,從而影響果蔬的感官品質。因此,失重率是判斷果蔬新鮮與否的重要標準[11]。

本研究選取車厘子、草莓、紅元帥蘋果、藍莓4種水果,評價其在對照冰箱和氣調冰箱冷藏7 d對失重率的影響(圖2)。冷藏過程中,隨著貯藏時間的延長,四種水果的失重率總體呈升高趨勢,對照冰箱中水果的失重率均明顯高于氣調冰箱水果的失重率。其中,車厘子和草莓失重最為嚴重,而紅元帥蘋果和藍莓的重量則變化較小。對照冰箱冷藏的水果失重率為氣調冰箱的1～2倍,表明低溫氣調貯藏能夠降低果蔬呼吸作用、抑制水果的蒸騰作用,較低的氧氣抑制了其代謝活動,其中低氧氣調延遲了呼吸躍變型果實紅元帥蘋果和藍莓呼吸高峰的到來,延緩了其成熟和衰老,從而減緩失重率[12-13]。

2.3 冰箱氣調貯藏對車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的維生素C保留率的影響

維生素C是水果重要的營養成分之一,車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓等水果是維生素C的優質來源,同時,維生素C含量也是評價果蔬貯藏保鮮的重要指標[14]。果實在尚未成熟之前,維生素C含量是不斷増加的,但在貯藏階段維生素C易被氧化分解,其含量會快速下降;溫度或者氧氣含量升高均會加快維生素C的消耗,從而反映果蔬貯藏品質的優劣[15]。

氣調貯藏能延緩水果維生素C含量的降低[16-18]。圖3看到,隨著貯藏時間的延長,車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的維生素C含量都會有不同程度的損耗。但與對照冰箱相比,氣調冰箱中的水果維生素C保留率得到了改善。冷藏7 d后,車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓在氣調冰箱中的維生素C保留率分別顯著提高了5.94%、5.58%、10.91%和2.23%(P< 0.05)。其中,草莓在貯藏過程中維生素C的損失最高,其受氣調的保鮮作用最為明顯,這可能與草莓果實本身最不耐貯藏有關,低溫氣調可最大程度上保留草莓的營養成分。因此,低溫氣調能有效抑制維生素C的損失,可能低氧是抑制了與維生素C降解有關酶的活性,從而延緩了維生素C含量的降低[19]。

圖2 冷藏過程中車厘子(A)、紅元帥蘋果(B)、草莓(C)和藍莓(D)的失重率Fig.2 Weight loss rate of cherries(A),red delicious apple(B),strawberries(C)and blueberries(D)during refrigeration

圖3 冷藏過程中車厘子(A)、紅元帥蘋果(B)、草莓(C)和藍莓(D)的維生素C保留率Fig.3 Vitamin C retention of cherries(A),red delicious apple(B),strawberries(C)and blueberries(D)during refrigeration

2.4 冰箱氣調貯藏對車厘子和藍莓中花青素保留率的影響

花青素是車厘子、藍莓等水果的一種重要次生代謝產物,也是天然的水溶性色素,是其主要的功能性成分,具有很高的抗氧化能力[20-21]。因此,在貯藏期間有效保持果實花青素含量具有重要意義。通常較低的溫度有利于花青素的合成,而溫度升高會使著色物質降解[22]。由表1可知,經過兩種冰箱貯藏之后,車厘子、藍莓的花青素含量都有所下降,但與對照冰箱相比,氣調冰箱對于果蔬花青素保存效果要更顯著(P<0.05),冷藏7 d的車厘子和藍莓的花青素保留率分別提高了5.33%和1.72%。結果表明低溫氣調貯藏可延緩花青素含量的下降,可能與其抑制花青素的合成代謝有關[23-24]。在整個貯藏期間,對照冰箱貯藏中藍莓花青素的損耗(7.51%)相比于車厘子(11.77%)較少,且氣調冰箱貯藏中藍莓花青素的損耗(6.62%)也相比于車厘子(8.34%)較少。乙烯與花青素的累積是密切相關的,尤其是呼吸躍變型果實,藍莓屬于呼吸躍變型果實,產生的乙烯可以誘導花青素的合成[25-27]。藍莓花青素損耗較少的可能原因就是藍莓產生的較多乙烯會誘導花青素的生成從而抵消了一部分花青素的損耗。

表1 冷藏過程中水果的花青素保留率Table 1 Anthocyanin retention rate of fruits during refrigeration

圖4 四種水果冷藏后的表層細胞形態Fig.4 Surface cell morphology of four kind of fruits after refrigeration

2.5 冰箱氣調貯藏對車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的表層細胞形態的影響

圖4為四種水果冷藏0～7 d的表層細胞形態,由圖4A可見經對照冰箱冷藏1 d的車厘子表層細胞間隙變大,2 d后細胞體積明顯變小,在相同的視野范圍下呈現出較多數目的細胞,冷藏7 d后細胞邊界開始模糊;通過觀察氣調冰箱中車厘子表層細胞形態,發現其細胞形態飽滿,冷藏期間細胞間隙略有增大,細胞邊界明顯,表明在氣調冰箱中儲存7 d后的車厘子仍然保持著新鮮的狀態。

圖4B為紅元帥蘋果在兩種冰箱中冷藏0～7 d的表層細胞形態,對比發現,在貯藏2 d后,對照冰箱和氣調冰箱貯藏的紅元帥蘋果表皮結構差異已較為明顯。經氣調冰箱冷藏后的紅元帥蘋果表層細胞通透飽滿,分布均勻,細胞邊緣清晰可見;對照冰箱中的紅元帥蘋果表層細胞則出現表面凹陷和干縮的現象,并且細胞間貼合成團,這個現象主要是由于細胞失水及氧化代謝引起的。表明低溫氣調貯藏可以緩解水果的皺縮程度,減少水分喪失,和之前的研究結果一致[28-29]。

從圖4C中可以看出,新鮮草莓的細胞形態飽滿,細胞間緊密相連,經對照冰箱冷藏后的草莓表層細胞體積萎縮,逐漸向狹長型轉變,冷藏第3 d后,細胞邊緣開始模糊,7 d后失去正常的細胞形態,難以分辨;氣調冰箱中貯藏的草莓細胞形態飽滿,冷藏7 d后才開始出現細胞邊緣模糊的現象。因此,氣調冰箱比對照冰箱具有更好的保鮮效果,表明水果采后及時進行低溫低氧氣調處理是很必要的。

如圖4D所示,經氣調冰箱冷藏7 d的藍莓表層細胞形態飽滿,體積較大,失水情況較弱;對照冰箱中的藍莓表層細胞在相同的視野范圍下呈現出較多數目,細胞因失水發生皺縮。因此與對照冰箱相比,氣調冰箱更能維持果蔬的水分含量,具有更好的保鮮效果。

3 結論

本研究發現與普通冰箱相比,氣調冰箱貯藏能夠有效緩解四種水果車厘子、紅元帥蘋果、草莓、藍莓的質量和營養成分損失,最大程度的保留了水分、維生素C以及花青素的含量,維護了果實表層細胞形態的良好,達到了很好的保鮮效果。此外,不同的氧氣含量或濕度對果蔬保鮮的效果有待于進一步研究。