ClO2熏蒸處理對濕鮮核桃貯藏效果的影響

王 蘋,孔 娜,潘 儼,孫席平,徐 斌,張 婷

(1.新疆農業大學食品科學與藥學學院,烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區科技項目服務中心,烏魯木齊 830000;3.新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所/新疆主要農副產品精深加工工程技術研究中心/新疆農產品加工與保鮮重點實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國核桃的優勢產區之一,主要分布在阿克蘇、和田和喀什等地區,2020年新疆核桃種植面積40×104hm2(602萬畝),產量為106.04×104t[1]。溫185是新疆核桃主栽品種之一,其皮薄個大、果仁飽滿、品質優,目前其加工方式主要以干制為主,市場流通多以原料為主,少量進行精深加工,但產品種類少。每年8～10月,以青皮核桃、濕鮮核桃(即脫青皮鮮核桃)和鮮核桃仁產品為流通和銷售形式。青皮核桃因終端銷售過程中剝皮困難,限制其應季供應;鮮核桃仁因其貨架期短,缺乏成熟的保鮮技術,市場占有份額較小;濕鮮核桃因其外殼干凈,食用方便,但產品流通和貨架銷售過程中易發生種殼霉變、發粘和種仁品質下降等現象[2],目前,市售鮮食核桃通常以青皮核桃、濕鮮核桃(即脫青皮鮮核桃)和鮮核桃仁3種形式貯藏和流通。濕鮮核桃的保質期很短,采后貯藏過程中水分含量較高,容易出現種殼霉變、種仁褐變及失水等品質劣變現象,研發實用有效濕鮮核桃保鮮技術對生產中濕鮮核桃貯運保鮮技術的應用有實際意義。【前人研究進展】鮮食核桃貯藏中易出現霉腐病癥,ClO2可以有效抑制霉菌[3],也不會使水果和蔬菜的可食用部分形成殘留物[4-5],ClO2處理較多應用于果蔬采后貯藏保鮮領域[6-11]。研究發現脫皮后核桃發生生理生化反應,濕鮮核桃即使在低溫下也容易發生霉變[12-13]。0℃空氣環境下,貯藏約40 d會因發霉而失去商品性[14],使得濕鮮核桃的市場供應期和貨架期較短。近年來,證實了擴展青霉(Penicilliumexpansum)是導致核桃種殼表面霉變的主要病原菌之一[15],采用氣調包裝、低溫、冷凍保藏、氣調處理、保鮮劑、輻照處理等方法對其調控,其中成本低、實用有效的二氧化氯控制技術較為有效,可使西扶1號[16]、清香[6]等品種的市場供應期和貨架期顯著延長,李盼[16]和Yang ping M等[17]研究發現,采用一定濃度 ClO2熏蒸結合氣調(CA)貯藏,表現了最低的霉變率。【本研究切入點】針對濕鮮核桃貯運保鮮過程中種殼易霉變、種仁品質下降快等問題。ClO2處理技術是否對溫185薄皮濕鮮核桃保鮮具有較好的應用效果未見報道。需研究ClO2熏蒸處理對濕鮮核桃貯藏效果的影響。【擬解決的關鍵問題】以新疆主栽的核桃品種溫185為試材,研究不同ClO2處理(濃度0、50、100和150 mg/L)對其貯藏過程中的保鮮效果,為生產中濕鮮核桃貯運保鮮實用技術的應用與推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 核桃鮮果

供試核桃鮮果品種為溫185,于2021年9月6日采自阿克蘇地區烏什縣阿克托海10大隊核桃示范園基地。采摘時挑選大小一致、無病蟲害、無機械損傷的核桃果實,機械去青皮后當天運回新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所冷庫(0±1)℃預冷。

1.1.2 主要試劑

高純ClO2粉劑,含量10%,北京華龍星宇科技發展有限公司產品;異丙醇、乙醚、95%乙醇、酚酞、石油醚(30～60℃沸程)、氫氧化鈉、甘氨酸、乙二胺四乙酸二鈉、碘化鉀、冰乙酸、無水硫酸鈉、磷酸二氫鉀、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉均為天津市福晨化學試劑廠產品。

1.1.3 儀器與設備

WSC-2型色差計(北京光學儀器廠);MA30-000V3型紅外水分測定儀(德國賽多利斯);Centrifge 5810 R型高速冷凍離心機(德國Eppendorf公司);DK-8D電熱恒溫水浴鍋(上海精宏實驗設備有限公司);RF-02B旋轉蒸發儀(上海況勝實業公司);紫外可見分光光度計(UVmini-2600日本島津公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用霧化熏蒸裝置(PARI BOY SX型霧化器,德國PARI Gmb H)對預冷后的鮮食核桃進行處理,以蒸餾水為對照(CK),處理組為不同濃度的ClO2(50、100和150 mg/L),處理時間為10 min(預實驗基礎上確定),置于(0±1)℃,相對濕度(RH)75%～80%冷庫72 h后,裝入普通塑料薄膜袋(PE材料,厚度7 μm)扎口后貯藏,每袋裝25個濕鮮核桃(約500 g),每組處理3個重復,共處理樣品84袋。入庫當天起每隔7 d取樣,統計種殼霉變率和種皮褐變指數及感官品質,測定其好果率、失重率、含水量、色差、酸價、過氧化值、果實ClO2殘留等指標。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 好果率

參考馮文煜等[18]方法。每次取10個核桃,取核仁統計,種皮顏色未變深且易剝離,核仁保持潔白或者局部變色面積小于1/10者為好果,而種皮褐變或有1/10以上腐敗或霉變者記為壞果,各重復中以好果數占統計總數的百分數為好果率(%)。

1.2.2.2 種核霉變率

參考李盼等[16]方法,從各處理的每個重復中隨機取出10個核桃統計霉變果數量(在種核表面有霉菌絲出現即統計為霉變果),以高于25%霉變率作為核桃失去商品價值的終止貯藏時間。

1.2.2.3 失重率

采用稱質量法。各處理固定留取3袋,每7 d 1測。

1.2.2.4 含水量

使用便攜式紅外水分測定儀測定。從各處理的每個重復中隨機取出10個核桃,取核仁測定。

1.2.2.5 種皮褐變指數

從各處理的每個重復中隨機取出10個核桃統計。種皮褐變指數參考陳柏[6]方法,0級:種皮無褐變,1級:種皮有小于1/3發生褐變,2級:種皮有1/3～2/3發生褐變,3級:種皮有大于2/3發生褐變。按種皮褐變指數分級標準及下式計算:

種皮褐變指數(%)=

1.2.2.6 色 澤

參照李盼等[16]方法。使用WSC-2型色差計分別測定核仁種皮色澤,測定種皮平坦處固定位置測定4個點,4個點的平均值為1個果的色差值,每個重復測定10個果。測定結果用國際色差標準CIE-L*a*b*色差系統表示:L*表示亮度,a*值表示紅度和綠度,b*值表示黃度和藍度,C*值表示色彩飽和度([Δa*2+Δb*2]1/2)。△E*(總色差,[ΔL*2+Δa*2+Δb*2]1/2)。

1.2.2.7 酸 價

參照GB/T 5009.229-2016測定。粗脂肪提取參考Mexis等[19]方法,稱2 g油脂,將油樣溶解在乙醚-異丙醇中,用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴定測定計算,AV用mg NaOH g-1油表示。

1.2.2.8 過氧化值

參照GB/T 5009.227-2016測定。稱1.5 g油脂,用0.002 mol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定,PV用mmol/kg油表示。

1.2.2.9 果實ClO2殘留

參照GB/T 5009.244-2016《食品安全國家標準》食品中ClO2的測定[10],采用紫外-可見分光光度計測定。

1.2.2.10 感官品質評價

參照王進等[20]方法。感官品質評價采用人工品嘗法:從每種處理樣品中隨機選取10個核桃,按照標準對每個取樣點各處理的感官品質進行分級。表1

表1 核仁感官品質評價標準

依據各個果實的品嘗結果計算各感官品質級別、感官品質綜合加權平均級別。

各感官品質級別=

綜合加權平均級別=種皮顏色(級)×0.15+種皮剝離難易程度×0.2+核仁色澤(級)×0.15+香氣(級)×0.1+風味(級)×0.4。

1.3 數據處理

采用Excel 2003軟件分析,GraphPad Prism 8.0.2軟件進行作圖,并用SPSS20.0軟件進行顯著性統計分析。

2 結果與分析

2.1 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間好果率的影響

研究表明,隨著貯藏時間的延長,不同處理組濕鮮核桃的好果率逐漸下降。貯藏14 d,對照組和50 mg/L ClO2處理的核桃種殼開始出現霉變,去殼后少量種皮出現顏色變深,核仁變黃等現象,好果率分別為93.33%和96.67%,而100和150 mg/L ClO2處理組濕鮮核桃種殼未出現霉變,種皮呈淺亮黃色,核仁呈白色,果實好果率均維持在100%。貯藏21～49 d,各處理組核桃種皮均出現了不同程度的褐變,好果率也隨之下降,但ClO2處理組的好果率顯著高于對照組(P<0.05),ClO2處理可有效保持濕鮮核桃的商品性,以100 mg/L ClO2處理效果最好,在整個貯藏期間,好果率保持在85%以上。圖1

圖1 不同濃度ClO2下濕鮮核桃貯藏期間好果率變化

2.2 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間種殼霉變率影響

研究表明,隨著貯藏時間的延長,各處理組的濕鮮核桃霉變率逐漸增大。貯藏14 d時,對照組和50 mg/L ClO2處理組出現霉變,霉變率分別為6.67%和3.33%,在貯藏42 d后,兩組處理的濕鮮核桃種殼出現發粘現象,且霉變嚴重,尤其是對照組,與生產流通和銷售過程中出現的實際情況吻合。至貯藏49 d時,其霉變率分別為46.67%和36.67%,分別增加了40%和33.34%;而100和150 mg/L ClO2處理組濕鮮核桃貯藏21 d出現霉變,此時霉變率分別為3.33%和6.67%,在貯藏42 d后,150 mg/L ClO2處理組種殼也出現發粘、霉變現象,但100 mg/L ClO2處理組的濕鮮核桃種殼發粘和霉變現象發生程度較輕,至貯藏49 d時,霉變率為26.67%,顯著低于其它各處理組(P<0.05),其中100和150 mg/L ClO2處理于貯藏49 d失去商品價值,其它兩組處理于貯藏42 d失去商品價值。以100 mg/L ClO2處理可有效控制并推遲濕鮮核桃低溫貯藏過程中種殼霉變現象的發生。圖2

圖2 不同濃度ClO2對濕鮮核桃貯藏期間種殼霉變率變化

2.3 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間失重率、含水量的影響

研究表明,隨著貯藏時間的延長,各處理組的濕鮮核桃失重率逐漸增大。貯藏14 d,濕鮮核桃果實在開始水分代謝活躍,此時對照組失重率為0.11%,而通過50、100和150 mg/L ClO2處理組的失重率分別為0.02%、0.01%和0.01%,至貯藏49 d時,其失重率分別為0.35%、0.20%、0.10%和0.13%,各處理組分別增加了0.24%、0.18%、0.09%和0.12%。整個貯藏過程中,100 mg/L ClO2處理組失重率顯著低于其它各處理組(P<0.05)。適宜的ClO2處理可從一定程度上控制濕鮮核桃貯藏過程中水分代謝。

隨著貯藏時間的延長,各處理組濕鮮核桃含水量貯藏0～21 d變化不明顯,基本維持在30.47%～31.56%,貯藏28～49 d 各處理組核仁含水量快速下降,至貯藏結束時,分別下降至27.15%、28.37%、29.62%和29.17%,與貯藏初期相比,分別下降了4.41%、3.10%、1.91%和2.18%,100 mg/L ClO2處理組下降幅度最小,核仁含水量顯著高于其它各處理組(P<0.05)。適宜的ClO2處理可有效抑制核仁含水量的下降,使其保持新鮮。圖3

2.4 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間種皮褐變指數、色澤的影響

研究表明,整個貯藏期間,不同處理組的濕鮮核桃種皮褐變指數呈現逐漸上升趨勢。貯藏14 d時,各處理組的核桃種皮開始出現不同程度的褐變,50、100和150 mg/L ClO2處理組的褐變指數顯著低于對照組(P<0.05),其中100 mg/L ClO2處理組褐變指數最小,其抑制褐變效果最明顯。適宜的ClO2熏蒸處理可有效抑制低溫貯藏過程中濕鮮核桃種皮的褐變。

隨著貯藏時間的延長,核仁亮度呈逐漸下降趨勢。貯藏0～7 d,各處理組L*值變化不明顯,貯藏 7 d后,各處理L*值快速下降,0、50、100和150 mg/L ClO2處理組的L*值分別由43.26、43.86、44.41和43.75下降至32.08、34.00、34.79和33.29,分別下降了25.84%、22.48%、21.66%和23.91%,其中100 mg/L ClO2處理組的L*值在整個貯藏過程中顯著高于其它各處理組(P<0.05)。各處理組C*在整個貯藏過程中呈逐漸上升趨勢。0～21 d,C*值變化波動不大,之后逐漸上升,貯藏49 d,各處理組的核仁色彩飽和度C*值分別達到33.30、33.82、34.89和34.06,與貯藏初期相比,上升幅度分別為7.38%、8.78%、11.86%和9.10%,整個貯藏過程中,100 mg/L ClO2處理組的C*值顯著高于其它各處理組(P<0.05)。核仁色差呈逐漸下降趨勢。在貯藏0～7 d,各處理組核桃保持新鮮,其對應的ΔE*值變化不明顯,隨著貯藏時間的延長,各處理組濕鮮核桃種殼相繼出現霉變,種仁逐漸失水,加之氧化褐變的發生,其對應的ΔE*值開始下降,分別由貯藏第7 d的53.34、53.86、54.33和53.99,下降至貯藏49 d 的46.02、47.82、49.25和47.53,分別下降了13.72%、11.21%、9.35%和11.97%,其中100 mg/L ClO2處理ΔE*值下降幅度最小,其值也在貯藏過程中顯著高于其它各處理組(P<0.05)。100 mg/L ClO2處理可較好地維持濕鮮核桃貯藏過程中種仁的亮度,使其保持較好的淺亮黃色或黃色。圖4

圖4 不同ClO2處理濕鮮核桃種皮的褐變指數、亮度(L*)、色彩飽和度(C*)和總色差(ΔE*)

2.5 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間酸價的影響

研究表明,不同處理組ClO2濕鮮核桃貯藏過程中的酸價變化,低溫貯藏期間,各處理組的濕鮮核桃種仁出現先上升后下降再上升的趨勢,在貯藏21 d達到峰值,此時0、50 、100和150 mg/L ClO2處理組酸價分別為0.36、0.30、0.30和0.34 mg/g,ClO2處理組的酸價顯著低于對照組(P<0.05),尤其在14～28 d期間增速較快,之后各處理組的酸價值下降,至貯藏49 d時快速上升,與貯藏35 d相比,除50 mg/L ClO2處理沒有顯著變化, 0、100和150 mg/L ClO2處理組的酸價值分別上升了0.02、0.04和0.08 mg/g,在整個貯藏過程中,所有處理組濕鮮核桃的核仁酸價在0.18～0.36 mg/g,該冷藏期間的濕鮮核桃核仁油脂品質保持較好。圖5

圖5 不同濃度ClO2對濕鮮核桃貯藏期間酸價變化

2.6 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間過氧化值的影響

研究表明,整個貯藏期間,不同處理組的濕鮮核桃過氧化值呈現逐漸上升趨勢,從28 d開始核仁油脂氧化速度加快,各處理組核仁出現了不同程度的脂肪酸氧化累積氫過氧化物,此時0、50、100和150 mg/L ClO2處理組的過氧化值分別為0.53、0.56、0.41和0.54 mmol/kg,至貯藏結束時,其過氧化值分別達到1.23、1.04、0.80和0.95 mmol/kg,分別增加了0.24、0.18、0.09和0.12 mmol/kg。ClO2處理可抑制濕鮮核桃種仁中不飽和脂肪酸的變質,從28 d開始,以100 mg/L ClO2處理的核仁過氧化值顯著低于對照組(P<0.05)。圖6

圖6 不同濃度ClO2下濕鮮核桃貯藏期間過氧化值變化

2.7 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間果實ClO2殘留的影響

研究表明,ClO2在封閉環境處理果蔬時能同時殺滅封閉環境中的細菌,而且氣體穿透力更好,達到更好的滅菌效果。貯藏0～21 d,不同處理的核桃果實ClO2殘留量無顯著變化規律,貯藏28～49 d,各組處理的核桃果實ClO2殘留量維持在較為平穩的水平,整個貯藏過程中,對照處理組和50 mg/L處理組的核桃果實ClO2殘留量均維持在0.09～0.11 mg/kg,100 mg/L處理組的核桃果實ClO2殘留量維持在0.08～0.12 mg/kg,100 mg/L處理組的核桃果實ClO2殘留量維持在0.10～0.14 mg/kg。GB/T 5009.244-2016食品安全國家標準 食品中ClO2的測定中提出,水果及蔬菜定量限為2.00 mg/kg,ClO2殘留含量保持在較低水平,各處理組檢測值都比限量值低,證實了ClO2在濕鮮核桃保鮮上的安全性和適用性。圖7

圖7 不同濃度ClO2下濕鮮核桃貯藏期間ClO2殘留含量變化

2.8 ClO2對濕鮮核桃貯藏期間感官品質評價的影響

研究表明,在貯藏42 d時,各處理組感官品質綜合加權平均級別都已達到二級,49 d時,對照組種殼霉變嚴重,種皮完全失去食用價值。

隨著貯藏時間的延長,各處理組濕鮮核桃的核仁種皮顏色評價級別呈逐漸下降趨勢;貯藏49 d時,0、50、100和150 mg/L ClO2處理組的種皮顏色分別達到2.9、2.5、2.3和2.5級,由淺黃色到暗褐色,以100 mg/L ClO2處理的核仁種皮顏色保持最好。

各處理組濕鮮核桃果實的種皮剝離難易程度評價級別呈逐漸下降趨勢,貯藏49 d時,0、50和150 mg/L ClO2處理組的種皮剝離難易程度分別達到3.2、3.1和3.0級,而100 mg/L ClO2處理為2.7級。

各處理組濕鮮核桃的核仁色澤評價級別呈緩慢下降趨勢;貯藏49 d時,0、50、100和150 mg/L ClO2處理組的核仁色澤分別達到1.6、1.3、1.2和1.3級,都保持在一級白色。

各處理組濕鮮核桃的核仁香氣評價級別呈逐漸下降趨勢,貯藏49 d時,對照組的核仁香氣達到4級,由濃郁清香到微弱清香;50和150 mg/L ClO2處理組的核仁香氣達到3.3和3.0級,由濃郁清香到淡清香;而100 mg/L ClO2處理為2.8級,核仁香氣由濃郁清香到清香,保持了較好的香氣。

各處理組濕鮮核桃的核仁風味評價級別呈逐漸下降趨勢,貯藏49 d時,對照組的風味達到3.3級,由香脆味濃到較脆鮮味淡;50、100和150 mg/L ClO2處理組的風味達到2.8、2.3和2.5級,由香脆味濃到脆而味不濃,相較對照組保持了較好的風味,其中以100 mg/L ClO2處理組最好。表2

表 2 不同處理下的濕鮮核桃感官品質變化

3 討 論

適宜的ClO2處理可顯著抑制或延緩其種殼表面長霉[21]。李盼等[16]研究顯示,高于25%霉變率作為失去商品價值參考依據,含水量是影響核桃新鮮度的重要因素,含水量越高,核仁口感越新鮮。采摘后的鮮核桃,核仁含水量一般為30%左右,隨著貯藏時間的延長,含水量逐漸下降,內種皮出現皺縮、感官品質下降[22]。色差是核桃種仁色澤評價的關鍵指標之一,能夠直接反映其在貯藏過程中因酚類氧化褐變導致的種仁色澤變化[23],酸價(AV)表示核桃仁中游離脂肪酸的含量,反映油脂的酸敗程度。由于核桃油脂中含人體必需的不飽和脂肪酸達75%,在貯藏過程中易受環境條件影響而發生氧化,導致油脂品質下降[24]。該結果與韓強等[25]、李盼等[16]研究較為相似,過氧化值代表多不飽和脂肪酸的氧化程度,決定了油脂的感官特性[26]。研究證實,ClO2在封閉環境處理果蔬時能同時殺滅封閉環境中的細菌,而且氣體穿透力更好,達到更好的滅菌效果[3]。種殼霉變是濕鮮核桃貯運過程中最嚴重的問題,直接影響其商品價值。研究結果表明,100和150 mg/L ClO2處理可使濕鮮核桃種殼霉變發生時間推遲7 d,其中100 mg/L ClO2熏蒸處理效果最好。適宜的ClO2處理可顯著抑制并推遲核桃堅果表面霉菌發生,與張曉煜[27]和李盼[16]等研究結果基本一致。研究表明,核桃種仁采后生理代謝活動較為旺盛,貯藏期間受呼吸作用和蒸騰作用的影響,出現失水、失脆和褐變。研究發現,在(0±1)℃貯藏條件下,隨著貯藏時間的延長,100 mg/L ClO2熏蒸處理能夠顯著降低濕鮮核桃的失重率和褐變發生程度,可能是ClO2處理對細胞質具有較強的凝聚作用,通過殺滅微生物[27],提高果實的抗病能力和抗氧化能力,減少果實的質量損失并降低霉變率[28];也可能是ClO2將核桃種皮上的可溶性醌還原為無色兒茶酚或者其他無色加合物,并通過攻擊 PPO 和 POD 活性所必需酶上的功能性氨基酸殘基,引發其結構的變化,從而抑制褐變的發生[29,30],使其保持較好的色澤,貯藏42 d時,好果率仍維持在90.00%,感官品質剛達到二級,使種皮保持黃色或暗黃色,核仁黃白色,具有一定的清香味,食用品質脆嫩。使其保持鮮核桃的優良風味及感官品質,該結果也在其他果蔬上得到證實[28]。

生產中,可采用100 mg/L ClO2熏蒸處理控制溫185濕鮮核桃貯運過程中種殼霉變和品質下降,但同時要考慮應用和示范中核桃脫青皮處理方法對濕鮮核桃表皮水分的影響,既要考慮種仁食用口感品質,也要考慮脫青皮的難易程度,因此,后續需要研究適于鮮食貯運的核桃脫青皮處理方法。另外,ClO2熏蒸處理雖從一定程度上抑制鮮食核桃種仁霉變,保持其營養品質和感官品質,但貯藏20～30 d,部分濕鮮核桃種殼出現附水現象,且后期霉變嚴重,品質下降快,后續可通過透氣性包裝結合熏蒸處理延長其貯藏期和貨架期。

4 結 論

不同濃度ClO2熏蒸處理可顯著抑制核桃堅果表面霉菌發生,降低其種皮褐變指數,維持核桃種仁新鮮度,且酸價和ClO2殘留含量維持在較低水平,其中 100和 150 mg/L ClO2處理可使其種殼霉變發生時間推遲 7 d,但100 mg/L ClO2熏蒸處理在維持其品質方面的效果更為顯著。100 mg/L ClO2熏蒸處理即可延緩濕鮮核桃采后種核褐變,又可維持其較好的種仁感官和食用品質維持。