弱酸性電位水結(jié)合艾葉-石榴皮提取物對板栗涂膜保鮮效果的影響

徐鑫，顧仁勇，陶宏志，郭振

1(六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，安徽 六安，237158)2(吉首大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首，416000)

板栗(CastaneamollissimaBlume)屬殼斗科(Fagaceae)栗屬(Castanea)，原產(chǎn)于我國且年產(chǎn)量高居世界首位[1]。果實富含微量元素、多種生物活性物質(zhì)、人體必需氨基酸和不飽和脂肪酸等營養(yǎng)功能成分，對血壓、血糖、動脈硬化和冠心病有很好的預(yù)防作用，還具有清除自由基、抗氧化、抗腫瘤、抗疲勞和延緩衰老等功效。由于板栗采摘秋初，溫高潮濕，板栗本身含水量多、酶活躍、代謝旺，同時栗苞內(nèi)寄生象鼻蟲蟲卵，貯藏期間如保鮮措施不當(dāng)，易遭微生物浸染、蟲害，發(fā)生失水、果仁干縮和發(fā)芽等現(xiàn)象，造成采后爛果達總產(chǎn)量30%以上[1]，嚴(yán)重制約了板栗產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。因此，突破板栗保鮮技術(shù)，最大限度避免板栗采后貯藏的品質(zhì)劣變和損失，減少資源浪費和環(huán)境污染，對促進鄉(xiāng)村振興具有深遠(yuǎn)意義。

目前采后板栗貯藏在實際生產(chǎn)中大多采用帶苞貯藏法、沙藏法、冷藏法和化學(xué)殺菌防腐處理法。帶苞貯藏法和沙藏法受貯藏環(huán)境溫度和濕度的變化影響較大，控制不當(dāng)易導(dǎo)致板栗在貯藏期間發(fā)芽、石灰化、失水和霉?fàn)€等。板栗難以適應(yīng)低溫環(huán)境且栗殼保水性弱，單一冷藏易使板栗發(fā)生凍害、失水和干縮等，長時間貯藏難。板栗化學(xué)處理常使用苯甲酸鈉、水楊酸和山梨酸等，雖有效阻止板栗霉腐和維持板栗的良好品質(zhì)，但長期使用易導(dǎo)致果實致病菌抗藥性大增，藥效減弱；過量使用造成板栗藥物殘留超標(biāo)，同時對人體造成潛在的毒副作用風(fēng)險。隨著生活水平逐漸提高，迫切需要一種綠色、環(huán)保、安全和高效的保鮮技術(shù)。

弱酸性電位水 (slightly acidicelectrolyzed water, SAEW)具有強殺菌能力、含低濃度有效氯、安全和無毒副作用等特性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品等領(lǐng)域。已有研究表明SAEW對藍(lán)莓[2]、銀耳[3]和楊梅[4]等果蔬表面具有顯著的清洗除菌防腐效果，且在貯藏過程中均可抑制微生物生長繁殖。殼聚糖(chitosan，CTS)具有抑菌、抗氧化和無毒等特性，有良好的生物兼容性和成膜性，已應(yīng)用在西番蓮果實[5]、椪柑[6]和桃果實[7]等涂膜貯藏，為降低其生理活性而達到保鮮目標(biāo)。單獨使用CTS涂膜保鮮效果不佳，將CTS與天然生物提取物復(fù)配涂膜使用，可拓寬抗菌菌譜，發(fā)揮協(xié)同作用，增強保鮮能力。石榴皮提取物(pomegranate peel extract，PPE)富含大量的綠原酸、安石榴苷和兒茶素等物質(zhì)，具有較好的抑菌和抗氧化功效[8]，但對其副產(chǎn)物的再利用研究不足，在保鮮應(yīng)用方面開發(fā)前景巨大。艾蒿(Artemisiaargyi)為多年生，大量生長于林下，艾蒿提取物(Artemisiaargyiaqueous extract, AAE)含有多種精油、多糖、黃酮和三萜類等生物活性物質(zhì)，對10余種植物病原菌具有抑菌和抗氧化作用[9]。墻夢捷等[10]研究發(fā)現(xiàn)，用艾葉提取物對櫻桃涂膜，可降低呼吸作用和抑制其表面微生物繁殖與生長，延長貨架期。目前，國內(nèi)外關(guān)于SAEW對板栗貯前預(yù)處理技術(shù)結(jié)合艾葉-石榴皮提取物涂膜的貯藏保鮮研究鮮有報道。本文以板栗為研究對象，采用SAEW對板栗浸泡后晾干，以CTS為基質(zhì)，結(jié)合艾葉-石榴皮提取物對板栗涂膜，探究其對采后板栗的保鮮效果，為板栗產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗：金寨早栗子，采摘自安徽金寨斑竹園鎮(zhèn)映山紅家庭農(nóng)場，完熟，栗蓬呈黃色，頂開裂成“一、T、十”字形，采摘后3 h內(nèi)運到實驗室，選取單粒質(zhì)量為6.25～12.5 g、褐紅色有光澤、無蟲眼、損傷和腐爛的飽滿果實，放避光通風(fēng)處攤薄“發(fā)汗” 3～4 d，釋放田間熱；艾蒿：2018年5月采自安徽霍山太平畈鄉(xiāng)仰天窩山林的野生種；A5(1.5 L)方形PP白色塑料保鮮盒及PVC保鮮膜，東莞銘星塑料制品有限公司；抗壞血酸(維生素C)測試盒、過氧化物酶(peroxidase,POD)測定試劑盒，北京索萊寶生物科技有限公司；PPE[CSLP-A-708089，食品級，總多酚含量以沒食子酸計為(612.69±11.71) mg/g，實驗測得總酚含量為(95.58±7.63) mg/g，總黃酮含量為(193.96±5.32) mg/g]，西安海佳生物科技有限公司；CTS(食品級，分子質(zhì)量282 kDa、脫乙酰度>90%，黏度800,水溶性>99%),山東奧康科技有限股份公司；乙酸、氫氧化鈉、草酸、氯化鋇、酚酞指示劑、乙醚、鹽酸、甲基紅、醋酸鉛、硫酸鈉、菲林試劑、次甲基藍(lán)、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀，三氯乙酸、石英砂、2-硫代巴比妥酸,分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SAEW-4000型微酸性電解水生成器，西安信點科技有限公司；DK-98-1型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，北京海天儀表科技有限公司；CTS-04型溫濕度自動記錄儀，深圳市鴻睿物聯(lián)發(fā)展有限公司；JJ-1型攪拌器，上海坤誠科學(xué)儀器公司；BD/BC-150 KEV觸屏智控保鮮箱，Midea集團有限公司；DV214C型電子天平，美國OHAUS公司；Alpha-1860Plus型紫外分光光度計，上海譜元儀器科技公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 板栗SAEW預(yù)處理

用自來水將“發(fā)汗”處理后的板栗洗凈晾干，隨機分成5組，用蒸餾水浸泡5 min為對照組(control treatment，CK)、4個處理組(每個處理重復(fù)3次)，每組6 kg；將各處理組板栗放入相應(yīng)大燒杯里, 加SAEW(SAEW-4000型)微酸性電解水生成器制備，氧化電位(1 063±10.21) mV，pH(3.46±0.04)，有效氯質(zhì)量濃度(55±1.27) mg/L，充分浸泡2、5、8、11 min后取出晾干，測定板栗果實的菌落總數(shù)，分析SAEW的殺菌效果，確定板栗果實浸泡時間。

1.3.2 AAE的制備

參考王珊珊等[11]方法提取方法略作修改。用粉碎機將干燥艾葉粉碎過40目篩，取1 000 g過篩粉末加90%(體積分?jǐn)?shù))食用酒精1 000 mL，于80 ℃、60 kHz超聲浸提60 min后，用5 000 r/min離心10 min獲提取液，濾渣再提取1次，將2次獲得提取液混勻并濃縮至500 mL，得到2 g/mL的AAE倒入干熱滅菌過的茶色廣口瓶中密封，置于0～4 ℃保鮮箱中保藏。

1.3.3 板栗果實處理

先將板栗用SAEW浸泡一定時間后取出瀝干，隨機分組，每組重復(fù)3次，每平行3 kg，各組的板栗樣品分別充分浸泡在單一的CTS、PPE和AAE保鮮液與不同配比艾葉-石榴皮復(fù)合的保鮮液中5 min后取出晾干；置于對應(yīng)PP白色塑料保鮮盒中, 用PVC保鮮膜蒙上置于(0±1) ℃，相對濕度為(90±2)%的保鮮箱冷藏，每處理組樣品定期隨機抽取36粒測定相應(yīng)值, 重復(fù)3次取均值。

1.3.4 保鮮液配制

準(zhǔn)確稱取(量取)一定量的CTS、PPE和AAE 3種物質(zhì)，用0.1%(體積分?jǐn)?shù))的乙酸為溶劑配制0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/100mL的CTS保鮮液，以無菌蒸餾水為溶劑分別配制成艾葉提取物質(zhì)量濃度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/100mL，PPE質(zhì)量濃度為0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 g/100mL。

1.3.5 不同濃度的單一保鮮液對板栗貯藏失重率和腐爛指數(shù)影響

When the dynamic characteristic of the EHA is analyzed,the sinusoidal command is generally set as the test signal.The full stroke(F.S)1.5%of the actuator is used as the amplitude of the sinusoidal signal for the different frequencies test.The test signal equation of the actuator is

按1.3.3處理方法，以板栗果實保鮮第90天的失重率和腐爛指數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，分析不同質(zhì)量濃度的CTS、PPE提取物和AAE提取物的保鮮液對板栗樣品貯期效果，篩選其較佳濃度。

1.3.6 復(fù)合保鮮處理的優(yōu)化

在1.3.1和1.3.5試驗的基礎(chǔ)上，選取SAEW適當(dāng)浸泡時間，CTS、PPE和AAE較佳的濃度水平，進行4因素3水平的正交試驗，處理和保鮮方法同1.3.3。每30 d測定板栗果實樣品的失重率、腐爛指數(shù)、呼吸強度和維生素C含量，分析影響板栗貯藏的因子，同時以150 d測定數(shù)據(jù)作為評定依據(jù)，獲得復(fù)合保鮮液最佳保鮮配方，再進行驗證實驗，即最優(yōu)條件與正交試驗的9個實驗組的貯藏效果比較。

1.3.7 最優(yōu)配比復(fù)合保鮮效果的驗證

按1.3.6獲得最佳復(fù)合保鮮處理，并用1.3.3的方法處理貯藏板栗，以板栗不經(jīng)任何處理為對照組(CK)、經(jīng)SAEW處理為SAEW組、經(jīng)SAEW處理+艾葉-石榴皮提取物為SAEW+復(fù)合保鮮劑組，每30 d對板栗果實樣品丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量和POD活力進行測定，并進行感官品質(zhì)評價，分析對板栗保鮮的影響。

1.3.8 板栗保鮮指標(biāo)的測定

菌落總數(shù)(colony forming units，CFU)：新鮮板栗經(jīng)SAEW預(yù)處理后，CFU按照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》規(guī)定計數(shù)。

失重率(loss rate，LR)：按照GB 27401—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 動物檢疫》，每30 d用電子天平分別稱各處理組板栗的質(zhì)量，m0、mt分別表示貯前和貯藏t天處理組板栗的質(zhì)量。按公式(1)計算：

(1)

(2)

呼吸強度。參照LYU等[13]采用氣相色譜法測定。用CO2生成量表示，單位為mg/(kg·h)。

維生素C含量測定:參照 GB 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》執(zhí)行，嚴(yán)格按照維生素C含量測試盒說明書步驟操作，以100 g貯藏板栗樣品中所含維生素C的毫克數(shù)(mg/100g)表示。

MDA含量:按照LIU等[14]的方法測定，結(jié)果以μmol/g表示。

POD活性測定：采用愈創(chuàng)木酚分光光度法，板栗樣品在1 min波長470 nm處吸光度變化0.01時，計1個酶活力單位；單位以U/(g·min)表示。

板栗感官綜合評價：篩選10名具有食品感官知識、無生理障礙且有板栗評價經(jīng)驗的師生，參考略改進的蘭霜等[15]評價標(biāo)準(zhǔn)(表1)，對板栗的色澤、質(zhì)地和風(fēng)味進行綜合評價。板栗感官品質(zhì)的因素集U={U1，U2，U3}={色澤，質(zhì)地，風(fēng)味}，權(quán)重集X=(a1，a2，a3)=(0.2，0.4,0.4)，感官綜合得分Yi=Xi×Ui取均值，Yi<3為板栗喪失商品食用價值。

表1 板栗感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of chestnuts

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 22.0對處理組間、處理組和CK組間的試驗數(shù)據(jù)差異顯著性t檢驗分析(數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗的均值；差異不顯著、顯著和極顯著分別用P>0.05、P<0.05和P<0.01表示)，Excel 2017進行統(tǒng)計、分析和圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 SAEW對板栗不同浸泡時間的殺菌的效果

微生物浸染是導(dǎo)致板栗貨架期縮短的首要因子。由圖1發(fā)現(xiàn)，隨著SAEW對板栗處理時間的延長，板栗的CFU下降，當(dāng)浸泡5 min時，SAEW使板栗表面初始的CFU顯著減少了3.951 lgCFU/g(P<0.05)；浸泡5 min后板栗表面的菌落總數(shù)基本趨于穩(wěn)定，去除菌量效果并不顯著(P>0.05)，可能是板栗浸泡時間過長導(dǎo)致果實角質(zhì)層的蠟質(zhì)溶解，破壞板栗表面微形態(tài)結(jié)構(gòu)，抵抗微生物能力下降；其次，板栗果實生物活性物質(zhì)的活性隨浸泡時間延長而減弱，導(dǎo)致板栗正常生理功能漸趨紊亂，自身抗逆境和抗菌能力下降，丁甜等[16]利用SAEW對圣女果浸泡除菌得到同樣結(jié)論。

2.2 不同濃度單一保鮮液對板栗果實貯藏期間LR和DI的影響

板栗果實在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%的貯藏條件下，以90 d的LR和DI為判定標(biāo)準(zhǔn)，分析不同質(zhì)量濃度的CTS、PPE和AAE等保鮮液對板栗浸泡5 min后的貯藏效果。

板栗采后貯藏期間，生命活動旺盛，極易發(fā)生本身底物過度消耗，水分蒸發(fā)，果實軟化、萎蔫和腐爛等現(xiàn)象，故失重率和腐爛指數(shù)是評價果實品質(zhì)劣變的直觀表征。由圖2可知，90 d時，冷藏板栗果實的LR和DI均隨CTS、PPE和AAE的濃度提高而降低，與CK組顯示極顯著差異(P<0.01)；CTS抑制板栗果實失水率顯著優(yōu)于PPE和AAE(P<0.05)，可能是CTS在板栗表面形成選擇性膜，阻止了果實內(nèi)部水分散失又可減弱呼吸作用，降低有機物質(zhì)分解，但抑菌效果較弱，可能是由于CTS成膜后不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)易龜裂，一旦涂膜破壞，抗氧化效果下降，抑菌能力下降。另外由于CTS的抑菌活性原理是其抗菌成分在H+條件下形成陽離子[18]，造成涂膜后酸性降低，抗菌效果減弱。由圖2-A可知，當(dāng)CTS質(zhì)量濃度為1.5 g/100mL時，LR和BI分別為7.32%、4.74%，分別與1.0、2.0 g/100mL的CTS質(zhì)量濃度處理組相比，差異分別為顯著(P<0.05)和不顯著(P>0.05)，可能是CTS質(zhì)量濃度提高到一定程度，多余CTS親水基團顯露膜外，增強了親水性，導(dǎo)致CTS膜結(jié)構(gòu)破壞，低O2和高CO2的微環(huán)境破壞。故CTS對板栗果實在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%的條件下，適當(dāng)質(zhì)量濃度為1.0 g/100mL。由圖2-B可知，AAE質(zhì)量濃度為1.5 g/100mL時，LR和DI分別為8.36%、4.54%，與低于1.5 g/100mL處理相比LR和和DI顯示差異顯著(P<0.05)，與高于1.5 g/100mL處理比較，差異不明顯(P>0.05)，說明1.5 g/100mL的AAE對板栗果實在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%條件下貯藏效果較佳；由圖2-C可知，PPE組在0.3～0.9 g/100mL隨濃度提高LR和DI快速下降(P<0.05)，當(dāng)PPE處理組質(zhì)量濃度高于0.9 g/100mL時，LR和DI下降幅度緩慢(P>0.05)。說明PPE浸泡板栗果實均有效維持采后板栗的水分流失和減少腐爛，較佳質(zhì)量濃度為0.9 g/100mL。

2.3 板栗果實復(fù)合保鮮液配方的優(yōu)化

依據(jù)2.1和2.2試驗結(jié)論，按表2板栗保鮮液配方進行L9(34)正交試驗，篩選板栗復(fù)合保鮮液的適宜配方。

表2 板栗保鮮液的組成Table 2 The chestnuts blend liquid film formula

由表3可知，殼聚糖、艾葉提取物、石榴皮提取物和SAEW均影響板栗冷藏期間的LR、DI、呼吸強度和維生素C含量。由極差和平均值發(fā)現(xiàn)，殼聚糖是影響板栗貯藏失重率的主要因素，說明一定質(zhì)量濃度CTS在板栗果實形成選擇性膜，有效降低果實貯藏失水率；優(yōu)水平:A2B1C3D3。PPE是控制板栗貯藏DI的主要因素，其次是SAEW，可能PPE具有強抑菌和抗氧化性，謝貞建等[17]在大豆油貯藏研究中得到同樣結(jié)果；同時PPE中的多酚類和生物堿類物質(zhì)可愈合果實表面的傷口防止感染[18]，增強抗感染能力；優(yōu)組合：A2B3C3D1。呼吸強度受影響最主要因素是CTS，可能是CTS的艾葉-石榴皮提取物復(fù)合膜具有選擇透過性，板栗內(nèi)部構(gòu)建了低O2濃度和高CO2濃度的微環(huán)境，降低板栗呼吸作用又抑制酶活性；最佳水平：A2B3C3D3。SAEW是影響維生素C含量主要因素，可能是由于SAEW殺死了板栗表面的病原腐敗菌，增強板栗果肉還原酶活性，清除氧化物質(zhì)，導(dǎo)致維生素C氧化減少；適宜組合：A2B2C3D1。綜合判斷發(fā)現(xiàn)，板栗果實在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%的條件下，SAEW結(jié)合艾葉-石榴皮提取物對板栗涂膜最優(yōu)組合：A2B2C3D1，即殼聚糖質(zhì)量濃度1.0 g/100mL、艾葉提取物1.5 g/100mL、石榴皮1.2 g/100mL、SAEW浸泡4 min。為檢驗L9(34) 該組合的可靠性，用該配方對板栗3份樣品進行驗證貯藏保鮮試驗，第150天測定LR、DI、呼吸強度和維生素C含量分別6.24%、4.69%、23.97 CO2mg/(kg·h)和22.03 mg/100g，此值優(yōu)于表2中任一處理組(P<0.05)。證實A2B2C3D1組合對板栗果實涂膜具有良好抑制板栗失重、降低腐爛指數(shù)、減弱呼吸強度和減少維生素C損失的作用。

表3 L9(34) 正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Result of L9(34) orthogonal test

2.4 不同處理對板栗MDA含量、POD活力及感官品質(zhì)的比較

為了進一步探究弱酸性電位水結(jié)合艾葉-石榴皮提取物保鮮液對板栗涂膜的冷藏效果，在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%的環(huán)境下，選擇上述優(yōu)化組合與CK組和SAEW組對照，測定MDA含量、POD活力及感官品質(zhì)對板栗保鮮的影響，結(jié)果見圖3。

A-MDA含量;B-POD活性;C-感官評分圖3 不同處理對板栗MDA含量、POD 活性和感官的比較Fig.3 Effects of different treatments on the content of MDA、POD activity and sensory score of chestnuts

3 討論與結(jié)論

本試驗得出SAEW能有效地殺滅板栗表面微生物，浸泡5 min使CFU穩(wěn)定在0.809 lgCFU/g的水平。SAEW浸泡時間過長可能溶解果實表面的蠟層[16]，破壞果實膠體結(jié)構(gòu)和生物酶的活性，抑菌和抗氧化能力減弱；板栗果實通過SAEW浸泡除菌后結(jié)合復(fù)合生物保鮮液涂膜，顯著提高其貯藏性能。

研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖、艾葉提取物和石榴皮提取物在冷藏中均可有效減緩板栗果實的DI上升和LR下降，但DI和LR的變化與濃度變化不成正相關(guān)，因為板栗品質(zhì)變化受其貯藏微環(huán)境、微生物感染程度和生理活性強弱等綜合因素影響。

本試驗在(0±1) ℃，相對濕度(90±2)%環(huán)境下進行，板栗先經(jīng)過SAEW浸泡，再進行單因素試驗、L9(34)正交試驗和最優(yōu)配比保鮮涂膜液貯藏效果驗證試驗。篩選獲得板栗果實SAEW浸泡處理下結(jié)合復(fù)合生物保鮮液涂膜的最優(yōu)配方為殼聚糖1.0 g/100mL、艾葉提取物1.5 g/100mL、石榴皮1.2 g/100mL、SAEW浸泡4 min。該涂膜保鮮液可有效降低果實失重率、抑制腐爛、顯著減弱呼吸強度、有效降低板栗貯藏期間維生素C損失和MDA積累，穩(wěn)定POD活性，推遲POD活性峰值30 d，貨架期達180 d以上，有效延緩板栗衰老并維持較好感官品質(zhì)。

本試驗發(fā)現(xiàn)板栗在SAEW浸泡后，以CTS為基質(zhì)，結(jié)合艾葉-石榴皮提取物對其涂膜冷藏中，形成板栗貯藏的低O2高CO2的微環(huán)境，降低板栗生理活性和改善感官品質(zhì)。因此，將SAEW處理和生物提取物冷藏結(jié)合貯藏板栗的技術(shù)進行推廣，從而減少板栗的損失，帶動板栗產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)健康發(fā)展。

目前對于SAEW浸泡后結(jié)合天然生物保鮮劑對板栗衰老和抗菌機理的研究深度尚不夠，后續(xù)將進一步探討，將其與氣調(diào)、微凍和輻射等保鮮技術(shù)結(jié)合，以期為板栗采后貯藏提供高效、綠色和安全新途徑。