二氧化氯熏蒸處理對西蘭花品質的影響

李宇晴

盧立新1,2

王 清3

(1. 江南大學機械工程學院,江蘇 無錫 214122;2. 江蘇省食品先進制造裝備技術重點實驗室,江蘇 無錫 214122;3. 北京市農林科學院農產品加工與食品營養研究所,北京 100097)

西蘭花屬于十字花科類蔬菜,又稱為西藍花、綠色花椰菜等,其富含蛋白質、礦物質和維生素等[1]。西蘭花在采摘后呈現強烈的呼吸代謝活性,屬于呼吸躍變型蔬菜[2]。常溫下,新鮮的西蘭花在3 d內就會從綠色轉變為黃色,失去水分并引起枯萎,同時也會流失大量的營養成分,并產生消費者難以接受的氣味[3]。

對于消費者而言,西蘭花花蕾的黃化變色是一個重要的質量特征[4],而顏色變化主要由花球的黃化和褐變引起[5]。其中褐變可分為酶促和非酶促兩種類型[6],非酶促褐變多發生在制品加工和貯存過程中,而貯存和銷售過程中的變色主要為酶促褐變。酶促褐變是由酚類化合物在酚酶的催化下形成醌類化合物,隨后醌類物質積累、聚合和氧化,導致褐變[7]。采用物理預冷、輻照或化學抑制劑可抑制果蔬褐變。化學抑制劑中的二氧化硫和亞硫酸鹽曾被廣泛應用[8],但后續研究發現其對人體有害。因此尋找其他高效安全的褐變抑制劑替代亞硫酸鹽,如1-甲基環丙烯[9]、二氧化氯[10]、含鈣化合物、抗壞血酸及其衍生物[11]等成為研究熱點。

二氧化氯(ClO2)被聯合國衛生組織列為A1級安全消毒劑,無殘留、無副作用,對多種果蔬的采后病害有抑制效果[12],同時該氣體具有較好的擴散性、穿透性和均勻性,能進入蔬菜的隙縫和其他難以到達的區域[13]。萬永紅[14]研究發現,不同比例氣調結合ClO2處理能夠較好地維持西蘭花的葉綠素含量并抑制發霉現象;高佳等[15]研究發現,ClO2水溶液清洗、浸漬西蘭花后,能夠維持花蕾外觀品質并具有殺菌效果。目前,對ClO2的研究主要集中在其抗菌消毒性[16],如探究ClO2對葡萄的抑菌效果[17]、ClO2浸泡液對仔姜的殺菌護色作用[18],而針對綠色蔬菜護色效果的研究較少。

研究擬采用不同濃度的ClO2處理西蘭花,通過測定貯藏期間花蕾品質指標數據,結合圖像分析系統評測顏色變化,綜合確定對延遲黃化褐變及衰老霉變有效的ClO2處理濃度,為保障西蘭花的營養品質,進而為抑制西蘭花黃化褐變及延長貨架期提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花:采摘后立即冷鏈車運回江南大學實驗室,貯藏于5 ℃保溫箱中備用,挑選花球大小一致、無明顯病蟲害、無機械損傷的西蘭花,并對球莖部位進行切割處理,保持花球下仍有2～3片葉片,貯存過程中花球朝上放置,江蘇省無錫市濱湖區周新市場;

石英砂、碳酸鈣、95%乙醇、乙二胺四乙酸、氨水、硫酸、無水草酸、偏磷酸、冰乙酸、鹽酸(分析純)、甲醇、鄰苯二酚、聚乙二醇6000(PEG 6000)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、曲拉通-100、30%過氧化氫:國藥集團化學試劑有限公司;

鉬酸銨:純度98%,北京伊諾凱科技有限公司;

無水醋酸鈉:純度99%,上海百靈威化學技術有限公司;

愈創木酚:純度99%,上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

電子分析天平:AB204-N型,梅特勒—托利多儀器有限公司;

紫外分光光度計:UV-1800型,日本島津公司;

人工氣候箱:RQH-350型,上海右一儀器有限公司;

pH計:ST5000型,美國奧豪斯公司;

高速冷凍離心機:LC-LX-HR165A型,上海一恒科學儀器有限公司;

電熱恒溫水浴鍋:HWS12型,昆山一恒儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理 挑選形狀規整、重量近似的西蘭花,稱重。稱取亞氯酸鈉、檸檬酸于培養皿后加入10 mL水激發反應生成ClO2。將含有反應溶液的培養皿置于1.9 L密閉保鮮盒內,扣緊盒蓋。根據Ray[19]的方法抽取氣體測試容器內ClO2濃度。待亞氯酸鈉反應完全后,將每顆西蘭花單獨置于各密閉保鮮盒內,并于23 ℃恒溫恒濕箱內貯存。

設計ClO2質量濃度為0,0.2,0.5,1.0,1.5,2.0 mg/L,對照組未進行熏蒸處理。每2 d取樣測定相關指標。

1.3.2 質量損失率測定 采用差量法,按式(1)計算失重率。

(1)

式中:

RM——失重率,%;

M0——貯藏前西蘭花平均質量,g;

M——不同貯藏時間西蘭花平均質量,g。

1.3.3 感官評價 由專業品評小組對西蘭花的色澤、氣味、組織狀態、腐敗情況和花蕾開放程度進行評判,采取9分制,得分取平均值。評分標準參照劉澤松等[20]的方法,感官評分低于5分則認為西蘭花基本失去商品性,評判標準見表1。

表1 西蘭花感官評分標準

1.3.4 色差測定 采用數碼相機獲取西蘭花彩色圖片,結合軟件提取顏色信息進行綜合分析。

搭建如圖1所示的試驗裝置和采集系統。固定測試時間對西蘭花花蕾進行圖像采集,使用數碼相機垂直獲取花蕾數字彩色圖像。拍攝時,西蘭花置于鋪設白色紙張的背景上,用2個矩形穩定提供光亮的燈管照明。所有測量進行3次重復。花蕾圖像分析使用 Adobe Photoshop和Matlab軟件。使用Adobe Photoshop軟件對圖片尺寸和像素進行處理,圖片分辨率為150 dpi,裁切西蘭花花蕾部分,圖片統一調整至直徑為34.5 cm的圓形(能夠包含整個花球)。使用Matlab軟件提取圖片的RGB值。通過推導[15]將RGB值轉化為線性XYZ顏色空間,最后轉化為Lab值。

圖1 試驗裝置和圖像采集系統

使用Matlab軟件提取轉化Lab值過程中,L*值有一定的誤差。因灰度化算法過程中會失去原始圖像部分對比度信息[21]。同時RGB和Lab轉換過程中涉及到系數矩陣的近似取值處理,造成部分原圖像的L*顏色信息丟失。同時L*值代表亮度,易受照明條件影響,無法提供顏色飽和度和色相信息。因此,試驗主要分析a*和b*值變化。

1.3.5 葉綠素含量、維生素C含量測定

(1) 葉綠素含量:參照曹建康等[22]的方法。

(2) 維生素C含量:采用鉬酸銨比色法[23]。

1.3.6 PPO酶、POD酶活性測定 參照曹建康等[22]的方法并修改,西蘭花花蕾組織樣品取樣調整為2.0 g。分別以測定條件下1 g樣品1 min引起420,470 nm吸光值變化1為PPO酶、POD酶1個酶活力單位(U)。

1.3.7 總酚含量測定 參照曹建康等[22]的方法。

1.3.8 黃化級別評價 參照Olarte等[24-25]的方法并修改,顏色評級判斷方法見表2。

表2 西蘭花黃化級別評分標準

使用Matlab軟件提取圖片的Lab值。當a>-5且b>10時則認定該區域為黃化區域,并計算黃化面積和花蕾面積,按式(2)計算評定黃化級別。

(2)

式中:

RS——黃化率,%;

S1——黃化花蕾面積,cm2;

S——整顆花蕾面積,cm2。

1.4 數據處理

所有試驗重復3次,采用Excel 2019軟件進行統計分析,采用Origin 2018軟件進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 對西蘭花質量損失率的影響

由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,西蘭花的質量損失率逐漸增大。貯藏第8天,未處理組的質量損失率為3.83%。而使用ClO2處理后能夠在一定程度上抑制失水失重。與對照組和其他處理組相比,0.2 mg/L ClO2處理組對失重率的控制無明顯差異,而0.5,2.0 mg/L ClO2處理組的失重率顯著降低,且第8天的失重率較對照降低了26%(P<0.05),說明該質量濃度ClO2處理對花蕾的失水失重有一定抑制作用。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

2.2 對西蘭花感官評價的影響

由圖3可知,貯藏第2～4天,未處理組的西蘭花花蕾出現泛黃、開花現象,并產生輕微異味。2.0 mg/L ClO2處理組的西蘭花出現褪色、泛白現象,主要是由于高濃度的ClO2會放出原子氧和產生次氯酸鹽造成色素分解[26],導致果實表面“漂白”現象,與Sy等[27]的研究結論一致。貯藏第4～6天,0.2,0.5,1.0 mg/L ClO2處理組能夠維持西蘭花的感官品質。貯藏第8天,對西蘭花感官品質維持最好的為0.5 mg/L ClO2處理組,其感官評分為7.5分,是未處理組的2.5倍(P<0.05)。綜上,0.5 mg/L ClO2處理能減少乙烯生成并影響微生物的細胞代謝,達到保鮮效果。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

2.3 對西蘭花顏色變化的影響

由圖4可知,貯藏期間,各組a*值整體呈上升趨勢,特別是未處理組和0.2 mg/L ClO2處理組(P<0.05),這與葉綠素的降解有關。0.5,1.0 mg/L ClO2處理組對a*值的維持效果較好,貯藏第8天,0.5 mg/L ClO2處理組的a*值為未處理組的1.58倍,延緩了花蕾色差變化。貯藏2 d后,未處理組的b*值一直保持最高,其中0.2,2.0 mg/L ClO2處理組的較高,表明ClO2質量濃度過低或過高對花蕾的護色效果均不佳。貯藏結束時,0.5 mg/L ClO2處理組的b*值較未處理組的低37%,1.0 mg/L ClO2處理組的b*值較未處理組的低26%。0.5 mg/L ClO2處理組的顏色變化最小,與感官評價結果一致,是由于適宜質量濃度ClO2處理能夠延緩葉綠素的分解同時抑制褐變反應酶的活性[10]。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

由圖5可知,貯存第8天,未處理組和0.2 mg/L ClO2處理組的花蕾出現發霉變質現象,進一步證實ClO2對減緩微生物生長和維持西蘭花的新鮮度具有積極作用。

圖5 不同處理組西蘭花貯藏期間的圖片

2.4 對西蘭花葉綠素、維生素C含量的影響

由圖6(a)可知,未處理組西蘭花的葉綠素含量自貯藏開始總體呈下降趨勢,貯藏2 d后,葉綠素快速降解,褪綠現象較為嚴重;而處理組在貯藏期間葉綠素含量顯著高于未處理組(P<0.05)。貯藏結束時,處理組的葉綠素含量最高為未處理組的4.6倍。0.5 mg/L ClO2處理組可以延緩西蘭花葉綠素含量的下降,維持花球鮮綠。這是由于ClO2具有抑菌和抗氧化功能,能抑制微生物的生長、減緩氧化應激對葉綠素的分解破壞[12]。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

由圖6(b)可知,貯藏期間,西蘭花的維生素C含量呈先升高后下降趨勢。ClO2處理組的西蘭花在貯藏0～4 d的維生素C含量變化較小。ClO2處理能夠抑制呼吸作用和維生素C的氧化及分解,與Liu等[28]的結論一致。這可能是由于ClO2處理能夠抑制抗壞血酸氧化酶活性,從而減緩了維生素C被催化氧化過程。因此,貯藏結束時,處理組的維生素C含量顯著高于未處理組(P<0.05)。

2.5 對西蘭花PPO酶、POD酶活性的影響

多酚氧化酶(PPO)是植物多樣化呼吸電子傳遞鏈中重要的末端氧化酶,可以參與脅迫條件下呼吸代謝的調節[29]。西蘭花貯運過程如有機械損傷、病原侵襲,PPO酶活性會顯著增強。由圖7(a)可知,各組PPO酶活性呈上升趨勢,在貯藏第4天達到最大值,未處理組的PPO酶活性較高,貯藏結束時,處理組的酶活性比未處理組的降低了14.7%～58.1%。ClO2處理會影響PPO酶的活性位點結構,進而抑制PPO酶活性上升[30]。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

POD酶是一種導致果蔬酶促褐變的關鍵酶,在H2O2存在下會催化酚類物質氧化,導致色素的產生和果蔬花蕾褐變[31]。由圖7(b)可知,ClO2處理組的POD酶活性在貯藏第2,6,8天均低于未處理組(P<0.05)。貯藏第8天,與未處理組相比,1.0,0.5 mg/L ClO2處理組的POD酶活性分別降低了66%,56.19%,表明使用該質量濃度的ClO2熏蒸對西蘭花POD酶活性的上升有較好的抑制作用(P<0.05)。

2.6 對西蘭花總酚含量的影響

多酚類物質含量反映了西蘭花抗氧化能力的強弱[32]。西蘭花在生長發育過程中會合成酚類物質,而后期酚類物質在酶的作用下被氧化成醌類物質(黃化褐變現象)或者微生物侵染導致花蕾組織腐敗引起汁液外流,總酚含量也隨之下降。由圖8可知,未處理組總酚含量顯著低于處理組(P<0.05)。2.0 mg/L ClO2處理組對總酚含量的維持較0.5 mg/L ClO2處理組的差,可能是ClO2質量濃度過高致使西蘭花花蕾膜酯化衰老,加快了西蘭花的成熟腐爛,與趙治兵等[10]的研究結果一致。貯藏結束時,0.5,1.0 mg/L ClO2處理組能夠較好地抑制西蘭花總酚含量的下降。ClO2熏蒸處理能抑制PPO、POD酶活力,減緩酚類物質氧化,從而延緩總酚含量下降[33]。ClO2可通過維持總酚含量以及非酶抗氧化物質含量,提升自由基清除能力,進一步達到減緩西蘭花花蕾的褐變,維持西蘭花品質。

小寫字母不同表示同一時間點不同處理之間差異顯著(P<0.05)

2.7 對西蘭花黃化的影響

由表3可知,貯藏期間,未處理組較快出現黃化,黃化區域逐漸擴大,最后發生霉變、腐敗現象,不符合銷售要求。0.5,1.0 mg/L ClO2處理組在貯藏0～6 d保持在Ⅱ級,0.5 mg/L ClO2處理組在貯藏第8天時尚符合Ⅱ級標準,可滿足銷售要求。0.2 mg/L ClO2處理組因ClO2質量濃度低,抑菌和抗氧化效果較差,難以有效抑制葉綠素分解,僅在貯藏0～4 d維持花蕾綠色,后較快出現黃化霉變,黃化區域超過30%。而1.5,2.0 mg/L ClO2處理組因ClO2質量濃度過高破壞了植物細胞結構、造成局部花蕾色素分解,影響整體護色效果。

表3 貯存期間西蘭花黃化級別變化

3 結論

研究對采后西蘭花進行了二氧化氯氣體熏蒸處理,并分析了不同質量濃度二氧化氯對西蘭花花蕾護色保鮮的影響。結果表明,在23 ℃常溫貯藏下,二氧化氯處理能抑制西蘭花質量損失和黃化腐敗現象,0.5,1.0 mg/L二氧化氯處理組對葉綠素、總酚含量的維持和PPO酶、POD酶活性的抑制效果優于0.2,2.0 mg/L二氧化氯處理組。其中0.5 mg/L二氧化氯處理對花蕾的護色效果更顯著,有效延緩了花蕾黃化級別,可將貨架期延長至8 d,且貯藏第8天可保持與未處理組貯藏第3天相似的感官品質。該研究僅討論了二氧化氯熏蒸處理質量濃度,未涉及應用方式,后續可開展基于二氧化氯釋放的活性包裝研究。