短波紫外照射協同殼聚糖涂膜處理對鮮切甘蔗的保鮮效果

尹琳琳，張雪，盧世鳳，汪暄妍，茆麗萍

1(淮南師范學院 生物工程學院，安徽 淮南，232038)2(資源與環境生物技術安徽普通高校重點實驗室，安徽 淮南，232038) 3(北京林業大學 生物科學與技術學院，北京，100083)

鮮切果蔬作為一種經清洗、去皮、切割后包裝，具有新鮮果蔬品質的方便果蔬產品[1]，備受人們喜愛。甘蔗多汁味甘、風味醇厚，富含多種礦物質、維生素等營養物質，而且具有消痰止咳、除胸煩熱、解酒毒、止嘔噦等功效[2]。鮮切甘蔗可打破因莖長攜帶不便，送禮不雅觀，現場去皮切段影響城市衛生環境等因素所致的銷售限制，但切割后的甘蔗受到機械損傷，會引發一系列生理生化反應，導致3 d左右即會出現干燥、變色等質量下降現象，因此采用有效的保鮮技術來保護鮮切甘蔗的貯藏品質至為關鍵。

據報道，將紫外線尤其是200～280 nm的短波紫外線(UV-C)用于鮮切蘋果[3]、甜瓜[4]、蘿卜[5]、萵苣[6]、蘑菇[7]、菠菜[8]等果蔬的保鮮研究發現，其可通過損傷微生物遺傳物質而有效抑制微生物的繁殖，也可通過對細胞膜通透性改變促進細胞內容物溶出，且具有有效抑制酶活性的作用；殼聚糖涂膜(chitosan coating，CH-C)具有較好的成膜性和一定殺菌作用，可一定程度上減少氧氣與鮮切果蔬組織的接觸，從而抑制酶促褐變和微生物繁殖，在草莓[9]、香芋[10]、果蔗[11]等抑制微生物和酶促褐變等方面具較好效果。二者的保鮮作用機理不同，效果也有差異。近幾年對復合保鮮技術應用于果蔬保鮮的研究也有較多報道，如肉桂油復合涂膜對鮮切菠蘿蜜果苞保鮮效果[12]、CH-C與牛至精油復配對鮮切菠蘿的保鮮效果[13]、殼聚糖復合UV-C對鮮切淮山的保鮮效果[14]等的研究發現，復合技術的保鮮效果均顯著優于單一處理。目前已有殼聚糖、乙醇、抗菌包裝材料等保鮮技術單一應用于鮮切甘蔗保鮮效果的研究，本研究將UV-C保鮮技術復合15 g/L CH-C處理應用于鮮切甘蔗貯藏保鮮中，并以未處理和單一處理做對照，分析其協同保鮮效果，以期為鮮切甘蔗及其他果蔬的有效貯藏提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘蔗,淮南市水果批發市場；殼聚糖(脫乙酰度95%)，食品級，山東陸海藍圣生物科技有限公司；牛肉膏、蛋白胨、瓊脂粉、葡萄糖、氫氧化鈉、鄰苯二酚、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、愈創木酚、三氯乙酸、硫代巴比妥酸等(均為分析純)，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JYZ-E3C九陽多功能榨汁機，九陽股份有限公司；DZ-260真空包裝機，東莞樟木頭佳威機械廠；PHSJ-3F pH計，長沙科怡儀器有限公司；T5系列UVC紫外線燈管，南京華強電子有限公司；GL-21M冷凍離心機，湖南湘立科學儀器有限公司；T6系列紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 鮮切甘蔗的制備

制備流程如下：

甘蔗→去梢、去根→清水清洗→去皮、切段(約10 cm)

1.3.2 鮮切甘蔗保鮮處理

將鮮切甘蔗隨機分成4組：(1)UV-C照射處理(以下簡稱UV-C)：UV-C燈管安裝于超凈工作臺，鮮切甘蔗置于距30 cm處照射15 min，翻轉，另一面繼續照射15 min；(2)15 g/L CH-C處理(以下簡稱CH-C)：鮮切甘蔗置于配制好的殼聚糖溶液(1 000 mL蒸餾水中+15 g殼聚糖+10 g抗壞血酸+10 g檸檬酸+15 mL甘油)中浸沒3 min后，置于超凈工作臺內，瀝水晾干；(3)UV-C協同15 g/L CH-C處理(以下簡稱UV-C+CH-C)：鮮切甘蔗依次按(1)和(2)處理；(4)空白對照組(以下簡稱CK)：鮮切甘蔗不做處理。以上各組樣品均用聚乙烯袋真空包裝后，置于4 ℃冰箱保藏，分別于第0、6、12、18、24、30天進行相關指標檢測。以上每個處理重復3次。

1.3.3 各指標測定方法

pH值：pH計法；可溶性固形物(soluble solids content，SSC)：手持式折光儀法；褐變度：參照尹琳琳等[15]一級反應動力學法；菌落總數(total bacteria count，TBC)和霉菌酵母菌數(mold and yeast count，MYC)：GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》和GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》；總酚含量：采用福林-酚比色法[16]；丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量：硫代巴比妥酸法[17]；多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)活性：鄰苯二酚法和愈創木酚法[17]，酶活力以1 min 吸光度增加0.01為一個活力單位U/(min·g)。

1.3.4 數據處理與分析

采用Microcal Origin 8.6軟件制圖，SPSS進行顯著性分析，顯著性水平取0.05，即P<0.05時，差異顯著。每個樣品重復3次，數據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間pH值的變化

酸度是影響果蔬風味的重要因素，賦予了果蔬特殊的口感。pH值是評價食品酸度的重要指標，其數值變化程度可反映食品酸度的穩定性[18]。由圖1可看出，新鮮甘蔗的pH值為5.51，CK組在冷藏初期即顯著降低(P<0.05)，6 d后無顯著變化，可能與鮮切甘蔗貯藏中失水、微生物大量繁殖產酸、酒精發酵有關。UV-C組在第0天及冷藏期間，比CH-C組降低幅度明顯，這可能與前人研究發現的UV-C可促使果蔬中部分有機酸及衍生物含量增加的作用有關[19]。UV-C+CH-C處理組甘蔗的pH值在貯藏至30 d時仍保持在5.15，無顯著變化(P>0.05)，說明本處理組對鮮切甘蔗冷藏期間酸度穩定性的保持效果顯著優于二者單獨處理。

圖1 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間pH值變化Fig.1 pH changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.2 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間SSC的變化

SSC是指果蔬中所有能溶于水的糖、礦物質、蛋白質和維生素等物質的總稱，是反映果蔬品質的重要指標之一。由圖2可知，在0～12 d期間，所有處理組SSC均無顯著降低現象，且UV-C與UV-C+CH-C組出現增加，這可能由于：(1)CK組中同時存在不溶性大分子物質降解溶出和可溶性物質的消耗，致使此期間可檢測SSC較穩定，不能說明其品質穩定；(2)CH-C組SSC無顯著變化，可能是由于CH-C的保鮮效果，減緩了物質分解和消耗所致；(3)UV-C和UV-C+CH-C組均出現SSC增加現象，可能是由于紫外線短波照射促進了物質的溶出，這與黃鏡如[5]對研究UV-C對鮮切蘿卜在貯藏期間SSC的影響規律一致。隨著貯藏時間的延長，CK組、UV-C組和CH-C組SSC含量均出現顯著降低(P<0.05)，其中CK組降低幅度顯著大于后兩者。在0～24 d，UV-C+CH-C處理組鮮切甘蔗的SSC含量均無顯著變化(P>0.05)，在冷藏至30 d時與0 d相比降低了11.4%。整體來看，UV-C+CH-C組鮮切甘蔗的SSC值穩定性最好。

圖2 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間SSC值變化Fig.2 SSC changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.3 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間褐變度的變化

切面褐變是鮮切果蔬在加工和銷售過程中的發生的主要品質問題，采用一級動力學方程擬合，以擬合曲線的相關系數R2判斷擬合度，以常數K反映變化速率來評價鮮切甘蔗的褐變情況[15]，可以更為直觀地分析其在貯藏期間與新鮮甘蔗相比所發生褐變的程度和變化速度。由表1可知，各處理組褐變度曲線的R2均在0.85以上，符合以此來分析鮮切甘蔗褐變規律的要求。圖3顯示，各處理組鮮切甘蔗的褐變度在貯藏期間均呈現增大的趨勢，且CK組K值最大，褐變速度最快。CH-C組與UV-C組相比，褐變速度減緩，胡位榮等[10]認為殼聚糖薄膜使鮮切香芋表面的O2濃度維持在較低水平，減輕了褐變程度；UV-C可有效抑制相關褐變酶活性，但效果不夠理想。UV-C+CH-C組鮮切甘蔗在30 d冷藏期間褐變速度K值為0.006 3，小于單一處理組，說明二者協同可顯著減緩鮮切甘蔗的褐變現象。

圖3 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間褐變度ln(At/A0)變化Fig.3 Browning degree ln(At/A0) changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

表1 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間褐變速度參數Table 1 Parameters of browning speed of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.4 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間TBC和MYC變化

微生物增殖是導致鮮切食品腐敗的根本原因，通過檢測貯藏期間的微生物數量可判斷鮮切甘蔗的衛生品質變化。由圖4可知，在0～24 d，CK組鮮切甘蔗的TBC急劇增加(P<0.05)，此后出現顯著下降，這是由于CK組鮮切甘蔗在貯藏后期已嚴重腐敗，發生產酸、乙醇等代謝物的積累，致使大量微生物被抑制或致死所致，這與大東[20]研究的乙醇處理鮮切甘蔗在貯藏期間TBC的變化規律一致。UV-C和CH-C組TBC在0～24 d的增長速度顯著低于CK組(P<0.05)，說明兩者均在一定程度上抑制了微生物的增殖，與UV-C具有損傷微生物遺傳物質的能力以及殼聚糖可形成涂膜，減少微生物的侵入作用有關，而CH-C組在冷藏后期抑制微生物生長的作用顯著減弱。UV-C與CH-C+CH-C組冷藏期間TBC增長均不顯著(P>0.05)，說明UV-C 與二者協同處理對TBC抑制效果均較好，且協同處理組效果更佳。

由圖5可知，鮮切甘蔗MYC的變化規律與TBC相近，即CK組呈現先增加后降低的趨勢，其他處理組均呈逐步增加現象，其中UV-C+CH-C組抑制效果最佳。本研究中CH-C+CH-C處理鮮切甘蔗在冷藏至30 d時TBC和MYC低于6 lgCFU/g，仍在微生物安全范圍內。

圖4 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間TBC變化Fig.4 TBC changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

圖5 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間MYC變化Fig.5 MYC changes of fresh-cut sugarcane treated byUV-C and CH-C during cold storage

2.5 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間總酚含量的變化

酚類物質是酶促褐變的底物，是果蔬食品中含量較高的次生代謝產物，具有多種生理功能[21]。圖6 為在線性回歸方程y=1.701 8x+0.000 6(R2=0.998)基礎上，計算得到的鮮切甘蔗在冷藏期間總酚含量變化規律圖。第0天(鮮切甘蔗經處理前后未貯藏)時，與CK組相比，UV-C和CH-C+CH-C組總酚含量顯著增加。隨著貯藏時間的延長各組均呈現先增加后降低的趨勢，CK組在第18天時總酚含量增加了82.7%，UV-C組增加了33.8%，在18 d后又出現了顯著下降(P<0.05)，這可能是由于鮮切處理及UV-C在貯藏前期對果蔬中的酚類物質的形成有一定誘導作用[22]，在貯藏后期出現降低，可能是由于酚類物質被氧化或被微生物繁殖產酸抑制。這與研究者在對鮮切淮山和乙醇處理鮮切甘蔗在貯藏中總酚類物質的變化規律相近[14,20]。在6～30 d冷藏期間，CH-C和UV-C+CH-C組總酚含量也呈先增后降的趨勢，但均無顯著變化(P>0.05)，因酚類物質與褐變密切相關，因此兩處理方式均對鮮切甘蔗在貯藏期間褐變的加深有較好的抑制效果。

圖6 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間總酚含量變化Fig.6 Total phenol content changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.6 UV-CH和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間MDA含量的變化

果蔬組織在衰老過程中，會因細胞膜的過氧化作用產生脂質自由基，使膜脂質進一步氧化，細胞嚴重受損，MDA是膜脂質過氧化的主要產物[23]，因此其可作為衡量鮮切果蔬細胞被氧化的重要指標。由圖7可知，鮮切甘蔗經處理前后在貯藏期間MDA含量均呈現增加趨勢，其中CK組隨著貯藏時間的延長呈線性增加。CH-C組與CK組相比增速顯著減緩，但也呈現出顯著增加的現象(P<0.05)，尤其在24 d后增速加快。UV-C組在0～24 d內無顯著變化(P>0.05)，UV-C+CH-C組在0～30 d貯藏期間MDA含量均無顯著增加(P>0.05)。因此，UV-C和UV-C+CH-C能夠有效抑制MDA含量的增加，結合本研究中總酚含量變化，推測該處理方式可促進酚類物質等抗氧化物質的生成，對細胞膜過氧化有一定的保護作用，從而延緩了鮮切甘蔗的氧化老化，延長了保藏期。

圖7 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間MDA含量變化Fig.7 MDA content changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C andCH-C during cold storage

2.7 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間PPO活性的變化

PPO能催化果蔬中多酚類物質氧化形成醌類物質，并進一步聚合產生深褐色或棕黑色沉淀物[24]，即褐變反應。由圖8可知，鮮切甘蔗的PPO活性均呈先升高后降低的趨勢，其中CK組變化最為顯著，這可能由于冷藏前期(0～12 d)甘蔗經鮮切處理后，與氧氣接觸和酚類物質增加，而后期因總酚物質的消耗和微生物代謝產物的積累致使PPO活性下降。這與對鮮切淮山、菠蘿、馬鈴薯的PPO活性研究規律一致[13-14,24]，而也有研究發現鮮切果蔬如鮮切茄子的PPO活性在貯藏期間呈單一下降趨勢以及鮮切甘薯、香芋PPO活性呈單一上升趨勢[25]，可能與鮮切果蔬種類不同，其鮮切傷害應激反應機制不同有關。CH-C 組在0～12 d期間的增加程度雖低于CK組，但也增加了72%，說明其對抑制鮮切甘蔗PPO活性效果較差。而UV-C與UV-C+CH-C組PPO活性在貯藏期間被有效抑制，無顯著增加(P>0.05)，但結合褐變度結果，UV-C組鮮切甘蔗顏色變化較CH-C組更為明顯，這可能由于后者更好地隔離了氧氣，即使PPO活性較高，但褐變反應仍能被較好地控制。僅考慮酶活性抑制效果，UV-C與UV-C+CH-C效果均較好，后者最為理想。

圖8 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間PPO變化Fig.8 PPO activity changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.8 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間POD活性的變化

POD一般在果蔬的老化組織中活性較高，其可以利用過氧化氫釋放出氧氣，促進酶促褐變，因此POD在鮮切果蔬組織中具有增強褐變的作用[26]。由圖9可知，0～24 d各組POD活性均呈增加趨勢，24 d后出現下降，其中CK組有明顯峰值，說明甘蔗經鮮切處理后出現了氧化應激，導致POD活性升高，而在冷藏后期急劇下降可能是由于甘蔗樣品腐敗變質，理化性質顯著變化抑制了POD活性。UV-C、CH-C和UV-C+CH-C組變化較CK組較平緩，尤其是二者協同處理組在整個貯藏期間變化不顯著(P>0.05),說明UV-C+CH-C有效抑制了鮮切甘蔗的氧化應激效應，也延緩了其褐變、氧化等品質變化。

圖9 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間POD變化Fig.9 POD activity changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

2.9 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間感官品質的變化

由表2可以看出，CK組鮮切甘蔗在冷藏過程中很快出現切面干燥，6 d時外觀有褐變現象，呈弱酸味。經UV-C和CH-C單獨或協同處理后，冷藏鮮切甘蔗的感官穩定性顯著提升，18 d內外觀均無明顯變化，UV-C組的輕微弱酸味，此時對口感影響不大。24 d時UV-C和CH-C單獨處理組出現外觀變黃，有明顯酸味和脹袋現象，這與其主要理化指標pH值、SSC、褐變度、微生物增殖情況有關。UV-C+CH-C組在冷藏至30 d時，外觀無明顯變化，無特殊異味，切面有輕微干燥，袋中有少量水汽，感官品質無明顯降低，說明UV-C和CH-C協同處理可更好地保持鮮切甘蔗的冷藏品質，使其感官穩定性顯著增加。因此，以感官品質、微生物指標、褐變度和pH值來看，與CK組相比，CH-C、UV-C和UV-C+CH-C處理可使真空包裝鮮切甘蔗在4 ℃條件下，保藏期從6 d分別延長至18、18和30 d。

表2 UV-C和CH-C處理鮮切甘蔗冷藏期間感官變化Table 2 Sensory changes of fresh-cut sugarcane treated by UV-C and CH-C during cold storage

3 結論

在4 ℃冷藏期間，甘蔗經鮮切處理后若不經保鮮處理(CK組)，其pH值和SSC顯著下降，PPO與POD活性和總酚物質快速增加，褐變速度急劇加大，微生物數量(TBC和MYC)增長速度快、MDA直線升高；分別經UV-C與CH-C單一和協同處理后，各項指標劣變程度均有改善，其中UV-C組pH值在12 d時顯著下降、SSC在18 d時降低明顯、褐變速度顯著低于CK組但高于其他處理組、TBC和MYC在0～20 d內顯著低于CK組與CH-C組、總酚含量在高于CK組和CH-C組、MDA值在0～24 d內增加較慢，24～30 d 顯著升高、PPO和POD活性呈先增后降的趨勢，變化不顯著；CH-C組與UV-C組相比，褐變度抑制有較明顯優勢、總酚含量顯著偏低、MDA值、PPO和POD活性顯著偏高、pH值和SSC差異不顯著；UV-C+CH-C組在0～30 d各項指標的穩定性均高于單一處理，說明二者協同比單一處理更適合于鮮切甘蔗的保鮮和貯藏，且以感官品質、微生物指標、褐變度和pH值來看，其可使真空包裝鮮切甘蔗的冷藏保質期從6 d延長至30 d。

殼聚糖因具有良好的成膜性，可在果蔬表面形成一層阻氧層，從而抑制酶促褐變、延緩果蔬呼吸成熟，但對酶活性和微生物生長抑制效果不夠理想；260 nm左右的UV-C可致微生物遺傳物質損傷，殺菌效果好，且通過非生物脅迫促使果蔬產生毒物興奮反應，延緩氧化損傷，降低PPO和POD酶活性，但也會造成果蔬失水、褐變等品質惡變，而二者協同，可彌補單處理的劣勢，既可有效抑制酶促褐變、延緩果蔬衰老，又可高效殺菌和抑制關鍵酶活性，減少氧化損傷。