新型復合保鮮貯藏方法對鮮參切片品質的影響及貨架期預測

魯海玲，徐艷陽

（吉林大學食品科學與工程學院，吉林長春 130062）

人參（Panax ginsengC.A.Mey.）是五加科人參屬多年生直立草本植物的根和根莖，中部直徑1～2 cm，外皮呈淡黃色，質地較硬，是我國名貴的傳統中藥材和新食品原料[1]。現代研究發現人參具有抗氧化[2-3]、降血壓與降血脂[4]、抗炎[5-6]、抗抑郁[7]、抑制腫瘤細胞生長[8]等作用。

傳統的人參保鮮方法有自然貯藏法、冰箱貯藏法[9]、砂藏法[10-11]、塑料薄膜保鮮法等。隨著現代食品加工技術的發展，目前人參的主要貯藏方法有冷凍貯藏、保鮮劑貯藏、輻照貯藏、氣調貯藏、低溫貯藏等。例如秦曉曄等[12]采用4 ℃冷藏、-20 ℃冷凍、60%乙醇浸泡貯藏人參90 d 后，超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶的活性低于貯藏前，淀粉酶和酯酶活性高于貯藏前，且在冷凍和冷藏條件下5 種酶的活性均高于醇泡條件。王聰等[13]利用保鮮劑對人參處理并在4 ℃貯藏150 d 較好。喬一珈等[14]以復合膜劑（魔芋葡甘聚糖、菊花提取物、金銀花）處理鮮參，提高了鮮參的超氧化物歧化酶和過氧化物酶的活性。李亞麗等[15]發現40 μmol/L 脫落酸處理后的鮮參在貯藏期間營養物質得以有效保持。JIN 等[16]應用非熱殺菌和抗菌包裝對鮮人參根進行保鮮，GAO 等[17]應用60Co-γ和電子束輻照貯藏人參，HU 等[18]應用復合薄膜氣調貯藏鮮人參，JIN等[19]應用殺菌劑、可食抗菌薄膜和氣調包裝，延長鮮人參根的貨架期。GAO 等[20]應用低溫貯藏鮮人參。

關于食品貨架期預測的經典模型是Arrhenius方程及其一級反應動力學方程。目前國內外的研究主要應用在生鮮果蔬[21-22]、水產品[23-25]、肉制品[26]等食品中。例如徐艷陽等[27]應用充氮包裝（＞99%）貯藏鮮參，并根據不同溫度下人參總皂苷含量的變化與Arrhenius 方程建立了人參貨架期的預測模型。

國內外學者在鮮人參的貯藏、保鮮和延長貨架期方面取得了一些進展，但主要研究的是整支人參，對于鮮參切片的貯藏研究較少。由于果蔬經鮮切處理后,導致天然防護微生物侵染的結構喪失，因切口組織的暴露，與完整組織相比，更易被微生物侵染，同時切口表面的營養更易被利用。因此，需要采取即時的殺菌處理，才能保證產品的新鮮度和貨架期。殺菌是果蔬保鮮加工的關鍵技術，除了傳統的熱殺菌方法以外，近年來出現了超高壓技術、輻照技術、超聲波技術、脈沖強光技術、酸性電解水和等離子技術等冷殺菌方法。其中酸性電解水和低溫等離子體在生鮮果蔬殺菌方面有一些應用研究，但在鮮參切片殺菌方面的研究極少。因此，本文通過酸性氧化電位水殺菌、真空包裝和低溫等離子體殺菌聯合處理鮮參切片，然后進行不同溫度下的貯藏動力學研究，結合Arrhenius 方程建立鮮參切片的貨架期預測模型，為研究鮮參切片的聯合保鮮方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

三年生吉林長白山鮮人參，每支人參約30～50 g琿春華瑞參業生物工程股份有限公司提供；甲醇、乙腈 色譜純，美國Fisher 公司；人參皂苷Rg1、Rb1、Re 色譜純，上海源葉生物科技有限公司；Symmetry? C18色譜柱 日本島津公司。

ZS-AEOW-1500 酸性氧化電位水生成器 長春云衛科技有限公司；VOSHIN-800R 無菌均質器 無錫沃信儀器有限公司；SY-DT02S 低溫等離子體處理儀 蘇州市奧普斯等離子體科技有限公司；LC-20A 高效液相色譜儀 日本島津公司；DSCQ2000差式掃描量熱儀 美國TA 儀器公司；Yaxin-0232熱電偶測溫儀 北京雅欣理儀科技有限公司；Synergy HT 多功能微孔板檢測儀 美國BioTek 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鮮參冰點溫度的測定

1.2.1.1 DSC 法測定鮮參的冰點溫度 使用差式掃描量熱儀測定鮮參的冰點溫度。準確稱取10～30 mg 鮮參切片6 片，分別放入固體樣品盤中，壓蓋密封，同時以空白密封盤為參比，測定條件見表1。

表1 DSC 法的測定條件Table 1 Measurement conditions for DSC method

1.2.1.2 凍結法測定鮮參的冰點溫度 切取1 cm 厚的鮮參塊，將熱電偶測溫儀的測量端插入鮮參塊的中心位置，然后放入-80 ℃冰箱中，同時將熱電偶測溫儀的參考端放入裝有冰水混合物的0 ℃保溫桶中，記錄樣品溫度，每隔1 s 記錄1 次，待樣品中心溫度降至-30 ℃時停止測定。

1.2.2 不同處理方式對鮮參切片菌落總數的影響不同的處理方式見表2，其中酸性氧化電位水[28]（acidic electrolyzed-oxidizing water，AEOW）的處理條件為料液比為1:10（g/mL）、浸泡時間為11 min、浸泡溫度為25 ℃，低溫等離子體[29]（low temperature plasma，LTP）的處理條件為放電電源功率340 W、處理時間4.7 min、氣體流速10 cm3/min。

表2 鮮參切片的處理方式Table 2 Processing method of fresh-cut ginseng slices

1.2.3 鮮參切片的聯合保鮮方式具體操作

1.2.3.1 酸性氧化電位水殺菌 挑選新鮮、無破損的人參，控制人參的重量差值≤10 g，使用自來水和軟毛刷刷去表面泥土，刷洗力度需適中，避免造成人參表皮破損，瀝干后浸入AEOW 中，浸泡條件為料液比1:10（g/mL）、浸泡時間11 min、殺菌溫度為25 ℃，瀝干。

1.2.3.2 真空包裝 將1.2.3.1 中鮮參進行切片，厚度為1.0～1.5 mm，然后進行真空包裝。包裝袋大小：18 cm×25 cm，厚度：0.16 mm，每袋裝（20±5）g 鮮參切片，真空度在-0.095～-0.1 MPa。包裝袋使用前放入紫外光下照射30 min。

1.2.3.3 低溫等離子體殺菌 將1.2.3.2 處理的鮮參切片進行LTP 殺菌處理，殺菌條件為放電電源功率340 W、處理時間4.7 min、氣體流速10 cm3/min。

1.2.3.4 鮮參切片聯合保鮮工藝流程 挑選整支鮮參→酸性氧化電位水浸泡殺菌處理→瀝干→切片→真空包裝→低溫等離子體殺菌處理→不同溫度貯藏，如圖1。

圖1 包裝后的鮮參切片Fig.1 Fresh-cut ginseng slices after packaging

1.2.4 鮮參切片的理化指標檢測方法 將不同處理的鮮參切片分別置于近冰溫-2、4、25 和36 ℃環境下進行貯藏，第0、15、30、45、60 d 進行測定。

1.2.4.1 鮮參切片色澤的測定 利用色差計測定鮮參切片的L*、a*和b*，按如下式（1）計算ΔE*：

式中：L*代表亮度，L*=0 代表黑色，L*=100 代表白色；a*＞0 代表紅度，a*＜0 代表綠度；b*＞0 代表黃度，b*＜0 代表藍度。

1.2.4.2 鮮參切片水分含量的測定 參考GB/T 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定鮮參切片的水分含量。

1.2.4.3 鮮參切片中人參皂苷Re、Rg1、Rb1 含量的測定 參考中國藥典[1]應用LC-20A 高效液相色譜儀測定：色譜柱為Symmetry? C18柱（150 mm×4.6 mm，5 μm），流動相A 為乙腈，B 為水，檢測波長203 nm，流速0.4 mL/min，柱溫30 ℃，進樣量10 μL。

a.人參皂苷標準溶液的制備：準確稱取人參皂苷標準品Re、Rg1、Rb1 標準品各10.00 mg 分別置于10.0 mL 容量瓶中，用甲醇溶解、定容，再按梯度稀釋法配制不同質量濃度梯度的標準溶液，備用。

b.樣品溶液的制備：準確稱取0.2 g 人參粉末，加5.0 mL 甲醇溶液，超聲提取（400 W）1.0 h 后離心（4000 r/min）20 min。上清液過濾（0.22 μm 微孔濾膜），作為樣品待測液。

1.2.4.4 鮮參切片菌落總數的測定 按照GB 4789.2-2016 方法檢測鮮參切片的菌落總數。

1.2.5 貯藏期間鮮參切片的菌落總數變化動力學模型的建立

1.2.5.1 貯藏期間鮮參切片菌落總數的變化動力學模型 通過監測鮮參切片菌落總數隨著貯藏溫度、貯藏時間的變化規律，建立鮮參切片的貨架期預測模型。一級反應動力學方程見式（2）。

式中：t 為貯藏時間天數，d；A 為貯藏t 時刻的菌落總數，lg CFU/g；A0為菌落總數的初始值，lg CFU/g；k 為菌落總數的變化速率。

1.2.5.2 不同貯藏溫度下菌落總數Arrhenius 方程的建立 Arrhenius 方程（式3）描述的是反應速率常數與溫度之間的關系[30]，對式（3）取對數得到式（4）。

式中：k 為反應速率常數；k0為方程指前因子；Ea為活化能，kJ/mol；R 為氣體常數，8.314 J/（mol·K）；T 為貯藏溫度，K。

1.2.5.3 鮮參切片菌落總數貨架期預測模型的建立將一級反應動力學方程和Arrhenius 方程結合，通過評定終點以及貯藏溫度對鮮參切片貨架期進行理論預測，并得到貨架期預測模型式（5）。

式中：SL 為貨架期，d。

1.3 數據處理

每組試驗重復3 次，結果以平均數±標準差表示；應用SPSS 17.0 軟件進行方差分析及多重比較分析，P＜0.05 代表差異顯著；使用Origin 2020 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 鮮參的冰點溫度

應用DSC 和凍結法測定鮮參的冰點溫度見表3，分別為-1.80、-2.65 ℃，二者無顯著性差異（P＞0.05），結合實際貯藏條件，最終確定近冰點貯藏溫度為（-2±0.5）℃。

表3 鮮參的冰點溫度Table 3 Freezing emperature of fresh ginseng

2.2 不同保鮮方式對鮮參切片菌落總數的影響

按照表2 中的不同處理方式對鮮參進行處理，檢測結果見表4。由表4 可知，第4 組處理的鮮參切片菌落總數最少，為（1.52±0.11）lg CFU/g，其次是第5 組，為（3.26±0.02）lg CFU/g，兩者差異顯著（P＜0.05），區別在于第5 組中多了真空包裝。本文中LTP 處理儀的工作壓力＜100 Pa，當未包裝的鮮參切片直接放入LTP 處理儀中，處理腔內壓強下降速度緩慢，導致放電作用暫停。第5 組中鮮參切片經過真空包裝后，再進行低溫等離子體處理，避免了二次污染，因此，綜合考慮確定第5 組為較佳的復合保鮮方式。

表4 不同保鮮處理后鮮參切片的菌落總數Table 4 Total number of colonies on fresh-cut ginseng slices treated with different sterilization methods

2.3 鮮參切片在貯藏過程中色澤的變化

由圖2 可知，隨著貯藏時間的延長，L*不斷下降，a*、b*、ΔE*不斷升高。這是由于隨著貯藏時間的延長，鮮參切片逐漸出現褐變，溫度越高，發生褐變的時間越快（圖3）。在-2 ℃貯藏，L*、a*、b*在60 d 內變化不顯著（P＞0.05）；在4 ℃貯藏，L*在第45 d、a*與b*在第30 d 發生變化（P＜0.05）；在25、36 ℃貯藏，L*、a*、b*均在第15 d 發生顯著改變（P＜0.05）。由圖2D 可知，在第60 d，當貯藏溫度為-2、4 ℃時，ΔE*值分別為2.17、5.98，在25、36 ℃貯藏時，ΔE*值顯著提高到12.28 與21.64。說明低溫貯藏可以顯著抑制鮮參切片的褐變。

圖2 貯藏溫度對鮮參切片顏色L*、a*、b*、ΔE*的影響Fig.2 Effects of storage temperature on the color L*,a*,b*,ΔE*of fresh-cut ginseng slices

圖3 不同貯藏溫度下鮮參切片的外觀變化Fig.3 Appearance changes of fresh-cut ginseng slices at different storage temperatures

2.4 鮮參切片在貯藏過程中水分含量的變化

貯藏過程中水分含量是鮮參切片品質變化的一個重要指標。鮮參切片的含水量越多，溫度越高，水分的蒸騰作用越快、流失也越快。如圖4 所示，在25、36 ℃條件下，隨著貯藏時間的延長，鮮參切片的水分含量顯著下降（P＜0.05）；在-2、4 ℃條件下，鮮參切片水分含量變化不顯著（P＞0.05）。因此，低溫貯藏有效抑制鮮參切片的蒸騰作用，能較好地保持其水分。

圖4 貯藏溫度對鮮參切片水分含量的影響Fig.4 Effect of storage temperature on moisture content of fresh-cut ginseng slices

2.5 鮮參切片在貯藏過程中人參皂苷Rg1、Re、Rb1 含量的變化

方法學驗證：三種人參皂苷的標準曲線如圖5A、圖5C、圖5E 所示，由回歸系數R2＞0.995 可知3 種人參皂苷濃度在5～30 μg/mL 范圍內線性關系良好。根據表5，人參皂苷Rg1、Re、Rb1 重復性、精密度、穩定性試驗的峰面積相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）均小于4.00%，表明該方法重復性良好，儀器精密度良好，3 種人參皂苷在測定時間范圍內穩定性良好。

圖5 貯藏溫度對鮮參切片人參皂苷Rg1、Re、Rb1 含量的影響Fig.5 Effects of storage temperature on the contents of ginsenosides Rg1,Re and Rb1 in fresh-cut ginseng slices

表5 人參皂苷Rg1、Re 和Rb1 方法學驗證Table 5 Methodological validation of ginsenosides Rg1,Re and Rb1

由圖5 可知，不同溫度貯藏對人參皂苷含量變化影響不同。貯藏60 d 后，-2、4、25、36 ℃人參皂苷Rg1 的含量較貯藏初期分別增加了55.67%、45.88%、27.84%、21.76%，且Rg1 的增加量隨著貯藏溫度的升高相應地降低；人參皂苷Rb1 的含量較貯藏初期分別增加了64.51%、132.25%、209.68%、250.00%，且Rb1 含量隨著貯藏溫度的升高而升高。人參皂苷Re 的含量在-2、4 ℃貯藏時，分別增加了25.20%與7.09%，當貯藏溫度在25、36 ℃時，Re 含量分別降低了31.49%與38.58%。表明貯藏溫度對人參皂苷Rg1、Rb1、Re 的影響較大，且溫度越高影響越大。據LIU 等[31]報道，鮮人參中含有較多的丙二酰人參皂苷，化學性質不穩定，在貯藏期間易降解為相應的中性人參皂苷，因此貯藏中鮮人參中的各種單體皂苷含量有較大的差異。

2.6 鮮參切片在貯藏過程中菌落總數的變化

如圖6 所示，貯藏溫度在-2、4、25、36 ℃時，鮮參切片的菌落總數隨著貯藏時間的延長而不斷增多，貯藏溫度越高，菌落總數增加的越多。在25 ℃條件下，第45 d 時鮮參切片的菌落總數達到4.24 lg CFU/g；在36 ℃條件下，第30 d 時菌落總數達到4.23 lg CFU/g，超過了國標GB/T 22534-2008 限值。在-2、4 ℃貯藏溫度下，第60 d 的鮮參切片的菌落總數分別為2.52、2.98 lg CFU/g，均低于國標限值。說明在低溫條件下貯藏可以有效延緩鮮參切片中菌落總數的增長，并且在-2 ℃條件下，鮮參切片菌落總數的增長速度最小。

圖6 貯藏溫度對鮮參切片菌落總數的影響Fig.6 Effect of storage temperature on the total number of colonies in fresh-cut ginseng slices

2.7 鮮參切片貨架期預測模型的建立

2.7.1 鮮參切片菌落總數的動力學分析 檢測不同貯藏時間、不同貯藏溫度條件下鮮參切片的菌落總數，應用一級反應動力學模型對菌落總數進行線性回歸分析，相關參數見表6。各回歸方程系數均大于0.91，表明該指標建立的一級反應動力學擬合曲線具有較高的擬合度。

表6 鮮參切片菌落總數一級反應動力學模型參數Table 6 Parameters of the first-order kinetic model of the total number of colonies in fresh-cut ginseng slices

2.7.2 不同貯藏溫度下鮮參切片菌落總數的Arrhenius 方程的建立 由一級反應動力學模型得到在-2、4、25、36 ℃菌落總數的變化速率常數k，由lnk 對貯藏溫度的倒數1/T 作圖得到線性方程為lnk=-4146.1×1/T+10.496，r2=0.9379。該方程聯合Arrhenius 方程（式4）計算得：Ea=34470.68 J/mol，k0=36170.53。將EA與k0分別帶入公式（5）中，得到以鮮參切片菌落總數為指標的貨架期預測模型公式（6）。

2.7.3 聯合保鮮鮮參切片貨架期模型的驗證 由表7 可知，在-2、4 ℃貯藏條件下，鮮參切片的貨架期實測值分別為520、380 d，預測值分別為550、395 d，實際測量值與預測值的相對誤差分別為5.77%、4.87%，均低于10%，表明本研究建立的聯合保藏鮮參切片的貨架期模型具有較好的預測性。

表7 不同貯藏溫度下鮮參切片貨架期的預測值和實測值Table 7 Predicted and measured shelf-life of fresh ginseng slices at different storage temperatures

3 結論

本研究確定了鮮參切片的最佳復合保鮮貯藏工藝為：酸性氧化電位水殺菌→真空包裝→低溫等離子體殺菌→近冰溫貯藏。通過在不同溫度-2、4、25、36 ℃下的貯藏試驗，結果表明低溫保藏（-2 和4 ℃）有效地抑制了鮮參切片菌落總數的增長、水分和人參皂苷含量的下降，延緩鮮參切片顏色的變化，延長了貨架期，保藏60 d 后，鮮參切片中人參皂苷Rg1、Re 和Rb1 的含量上升。通過基于菌落總數變化的一級反應動力學模型和Arrhenius 方程，建立鮮參切片的貨架期預測模型，該模型可較好地預測鮮參切片的貨架期。本聯合保鮮貯藏方法為提高鮮參切片的質量、延長其貨架期，防止品質劣化提供一定的新思路。