张鹏,刘振通,李江阔*,颜廷才
1(国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津,300384) 2(沈阳农业大学 食品学院,辽宁 沈阳,110866)
不同气调元件对软枣猕猴桃冷藏期保鲜品质及电子鼻判别的影响
张鹏1,刘振通2,李江阔1*,颜廷才2
1(国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津,300384) 2(沈阳农业大学 食品学院,辽宁 沈阳,110866)
为了研究最适宜冷藏期软枣猕猴桃的箱式自发气调,提高软枣猕猴桃的贮运效果,确保软枣猕猴桃的保鲜品质,研究3种不同气调元件(12、7、6号)对‘长江一号’软枣猕猴桃自发形成的微环境气体含量、保鲜品质及电子鼻判别的影响。结果表明:12号气调元件(CO2:4.3%~5.0%、O2:15.9%~16.4%)处理组在软枣猕猴桃腐烂率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和Vc含量中均比对照组(CK)的效果差,且在延缓硬度下降、抑制呼吸强度和乙烯生成速率指标效果中均低于其余两元件;6号(CO2:3.7%~4.7%、O2:16.2%~17.1%)和7号(CO2:2.6%~3.3%、O2:17.6%~18.3%)气调元件处理组的保鲜效果要优于CK组,且7号气调元件在腐烂率、硬度、糖酸含量、Vc含量、呼吸强度和乙烯生成速率中效果最佳,各指标均与CK组之间存在显著(p<0.05)差异。另外,通过电子鼻对软枣猕猴桃处理的主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)分析中可以得到,贮藏一段时间后,7号元件的风味成分仍与初值风味最相近,且LDA可以明显将CK组与3种不同气调元件(12、7、6号)处理组的风味区别。综上所述,12号气调元件保鲜效果最差,6、7号气调元件均可抑制腐烂率的发生,延缓可滴定酸和Vc含量的下降,延缓果实后熟保证其可溶性固形物含量,抑制果实的呼吸高峰和乙烯生成速率,且7号气调元件最适宜冷藏期软枣猕猴桃的贮藏。
气调元件;软枣猕猴桃;保鲜品质;电子鼻判别
软枣猕猴桃为浆果类水果,野生果树主要生长于我国华北、东北地域,在韩日等东亚地区亦有分布。其果树抗病虫、抗寒能力强,果实基本无污染[1]。其果实富含大量的Vc、矿物质等营养成分[2],颜色翠绿,外观小巧无毛,味美多汁,具有其特殊的清香风味,到一定成熟度可带皮鲜食,除其鲜食外还可加工制成果酱、果脯、果酒、果醋或入药等加工产品[3],使其成为市场上理想的食疗水果。
由于软枣猕猴桃果实易软不耐贮运的特性,目前有较多关于软枣猕猴桃的保鲜品质研究。李旭[4]等认为软枣猕猴桃软化是乙烯、果胶酶和淀粉降解等共同作用的结果;曾照旭[5-6]等得出在常温下1-甲基环丙烯(1-MCP)可有效延缓软枣猕猴桃果实的软化,同时也探讨了软枣猕猴桃的生理生化变化;曾邹林[7]等研究了不同浓度1-MCP处理对软枣猕猴桃保鲜效果的影响。箱式气调技术是在气调库和薄膜自发气调的基础上发展而来新型气调方式,通过气调元件自发调节箱内的O2、CO2含量,延缓果蔬的呼吸作用,降低果蔬的呼吸强度,推迟了果蔬的成熟和衰老,从而保持果蔬更好的保鲜效果[8],其已在树莓[9]、蓝莓[10]、葡萄[11]、南果梨[12]等水果中应用,但未见箱式气调技术对于软枣猕猴桃的保鲜效果研究。
本试验采取软枣猕猴桃的品种为‘长江一号’,通过不同气调元件的便携式气调箱,研究软枣猕猴桃在低温贮藏中箱内气体含量、果实贮藏品质及其电子鼻判别中的差异。
试材‘长江一号’软枣猕猴桃,于2015 年8 月24 日采自沈阳农业大学长江浆果资源地,采收时摘取成熟度一致(八成熟)、大小一致、无机械损伤的带梗果实,采后轻放进含有通风口的塑料气调箱(不加气调元件)内,于当天运回国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)实验室,将箱放入冷库(0℃±0.5 ℃)开盖预冷24 h后,作以下4种处理:将准备好的3种气调元件分别贴在各自箱前的通风口处,使气调元件的3个气调膜能相应地覆盖住3个通风口,随即封盖,依次作为气调12、7、6处理,记作12、7、6;对照组不贴任何气体元件,保留其6个通风口,封盖作为对照处理,记作CK。每5 d在冷库中(0℃±0.5 ℃)测定1次气调箱中气体含量变化,各处理分别在冷库贮藏0、15、30、45、60 d取出,置于实验室(20 ℃±2 ℃)3 h恢复室温后开箱盖,各处理均设有3 次重复。
便携式塑料气调箱(长0.28 m×宽0.22 m×高0.12 m,体积为0.007 3 m3)前、后2个面各有3个通风口(0.2 m×0.15 m,气孔间距0.15 m),可配备不同型号的气调元件(由功能性透气膜和单向阀等制作而成),塑料气调箱内置2个手提篮(每篮0.20 m×0.12 m×0.11 m)宁波国嘉农产品保鲜包装技术有限公司。
Check PiontⅡ便携式残氧仪,丹麦Dansensor公司;TU-1810紫外-可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司; TA.XT.Plus物性仪 英国SMS公司;PAL-1便携式手持折光仪,日本Atago公司;SHZ-88 水浴恒温振荡器,江苏太仓;2010气相色谱仪,日本岛津;916Ti-Touch电位滴定仪,瑞士万通中国有限公司;PEN3 型电子鼻,德国Airsense公司。
1.3.1 品质指标
腐烂率的计算:腐烂率/%=(腐烂果实个数/总果数)×100,腐烂果挑选标准为发霉、局部黑斑情况;穿刺硬度:使用P/2柱头(Φ=2 mm)对果实进行穿刺,穿刺深度为6 mm,测前速率为5.0 mm/s,测试速率为2.0 mm/s,重复测定10 次;可溶性固形物(total soluble solids,TSS)含量:采用PAL-1便携式手持折光仪,打浆过滤后直接测定,重复测定6 次;Vc含量:采用李军[13]钼蓝比色方法测定;可滴定酸(titratable acid,TA)含量:自动电位滴定仪方法[14];呼吸强度和乙烯生成速率的测定:分别采用静置法[15]、气相色谱程序升温法[16]。以上指标均重复测定3 次。
1.3.2 电子鼻检测
采用PEN3 型便携式电子鼻,将带梗的软枣猕猴桃(果实质量:180 g)分别放入250 mL烧杯中用单层保鲜膜封住,在常温(20±2) ℃下放置5 min后采用顶空吸气法进行电子鼻检测分析。检测条件为:样品测试时间50 s,样品准备时间5 s,自动调零时间10 s,传感器清洗时间220 s,内部流量100 mL/min,进样流量100 mL/min,样品测定间隔时间1 s。为了避免漂移现象,能更佳地保证检测数据的精准度和稳定性,规定每次检测前后,传感器都要进行通风清洗及标准化,清洗时间至少30 min。选取检测过程中第44~46 s的G/G0值。各处理重复测定6 次。
通过Excel 2003软件对软枣猕猴桃数据进行整理和制图,使用SPSS 17.0软件对数据组间有无显著性差异(Duacan氏新复极差法)进行判定。使用电子鼻Winmuster分析软件对软枣猕猴桃果实风味进行分析判别。
在果实的贮藏运输过程中,其所处的微环境气体含量影响着果实的代谢。在其贮藏过程中,软枣猕猴桃果实会借助气调元件的渗透性自发调节其微环境气体含量,从而达到保鲜效果。从图1-A、1-B中可以看出,除CK组外,在整个贮藏过程中3种不同气调元件的CO2含量逐渐上升,O2含量呈逐渐下降趋势,3种不同气调元件间的CO2、O2含量贮藏30 d后具有显著性差异(p<0.05)。通过图1-A、图1-B得知,3种气调元件的CO2、O2峰值均出现在贮藏前期,12号元件在贮藏5 d出现峰值(CO2:5.0%、O2:15.9%),7号和6号元件在贮藏15 d才出现CO2、O2峰值分别为(CO2:3.3%、O2:17.6%和CO2:4.7%、O2:16.2%),说明6、7号可以推迟其峰值出现的时间,延缓果实成熟。随着贮藏时间的延长,果实的自发气调在贮藏中后期基本趋于稳定,至末期时12号气调元件组的CO2、O2含量为4.3%、16.5%,7号和6号的CO2、O2值为3.1%、18.1%和3.7%、17.1%。从整个贮藏过程来看,CK组的微环境气体含量为CO2:0%、O2:20.8%~20.9%,12号气调元件自发的微环境气体含量为CO2:4.3%~5.0%、O2:15.9%~16.4%,6号气调元件自发形成的微环境条件为CO2:3.7%~4.7%、O2:16.2%~17.1%,而7号气调元件自发形成的微环境条件为CO2:2.6%~3.3%、O2:17.6%~18.3%,7号气调元件与胡花丽等[17]探索CO2含量在3%左右为猕猴桃最适宜贮藏条件研究相佐证。通过比较可知,相对于12号气调元件来说,6号、7号元件可以通过气调膜渗透性延缓其峰值的出现,且7号元件可以调节出比6号元件更低的CO2峰值,从而得出,7号元件更利于软枣猕猴桃的贮藏,12号元件调节效果最差。
图1 不同气调元件对软枣猕猴桃微环境CO2含量(A)和O2含量(B)的影响Fig.1 Effect of different air conditioning elements on CO2 content (A)and O2 content (B) in microenvironment of Actinidia arguta
从图2可以看出,在整个贮藏过程中,不同气调元件及CK组的软枣猕猴桃腐烂率均呈上升趋势。在贮藏15、30 d时,12号气调元件的腐烂率均为最高,分别为3.72%、5.00%,与2.93%、3.01%的CK组存在显著性差异(p<0.05),而6、7号的腐烂率相近且均显著低于CK组(p<0.05),说明在贮藏前中期,12号抑制腐烂率的效果低于对照,6号、7号气调组最佳。随着贮藏时间的延长,30 d后各组的腐烂率迅速上升。至贮藏60 d时,CK组、12号处理的腐烂率分别为25.80%、24.10%,而6号、7号处理的腐烂率分别为20.60%、17.8%,除CK组、12号处理间不存在显著性差异外(p>0.05),其余组间均互有显著性差异(p<0.05)。对比数据可知,12号气调元件在前中期的效果最差,后期与对照相近,而6号、7号气调元件能抑制腐烂率的发生,其中7号元件效果最佳。
图2 不同气调元件对软枣猕猴桃腐烂率的影响Fig.2 Effect of different air conditioning elements on the decay rate of Actinidia arguta
2.3.1 硬度
软枣猕猴桃的易软性制约着其鲜食和加工产业的发展,有学者报道,猕猴桃最适合食用硬度应在0.50 kg/cm2以上,大洋洲等国家将1.00 kg/cm2视为猕猴桃出口的最低硬度标准[18]。由图3可以得出,仅贮藏15 d各处理的硬度均大幅下降,其中CK组下降了7.47 kg/cm2,其余3种气调元件下降幅度均在6.88~6.93 kg/cm2之间,均与CK组存在显著性差异(p<0.05)。而贮藏至30 d时,CK组的硬度为0.47 kg/cm2,12号、7号和6号气调元件的硬度分别为0.66、1.08和0.91 kg/cm2,此时6号与CK组存在显著性差异(p<0.05),7号分别与CK组、12号处理存在显著性差异(p<0.05)。至贮藏末期,CK组的硬度为0.26 kg/cm2,而气调元件组的硬度均在0.52 kg/cm2以上,12号气调元件硬度最低,7号气调元件硬度最高。
图3 不同气调元件对软枣猕猴桃果皮硬度的影响Fig.3 Effect of different air conditioning elements on the hardness of Actinidia arguta
2.3.2 TSS、TA含量
从图4-A可以看出,软枣猕猴桃的可溶性固形物含量在整个贮藏过程中呈先上升后下降趋势。在贮藏前30 d,CK组与12号处理上升速度较快,30 d的TSS含量分别为15.6%、16.3%,而6号、7号气调元件仅有12.5%左右,CK组与12号处理随即进入TSS含量下降阶段,同期6号、7号的TSS含量仍在逐渐上升,说明CK组与12号处理进入成熟的速率快,使果实的TSS含量迅速上升,而6号、7号气调元件可以延缓果实进入后熟阶段,提高耐贮性。在下降阶段,CK组与12号处理TSS含量均下降了4.9%,6号、7号的TSS含量分别下降了2.6%、2.2%,其中7号气调元件的TSS含量与其他3组呈显著性差异(p<0.05)。通过比较说明,6号、7号处理组对于延缓后熟过程、保持一定的TSS含量有良好效果,且7号效果最佳,6号其次,12号处理组最差。
由图4-B可以看出,其果实的可滴定酸含量在冷藏过程中呈下降趋势。12号气调元件的TA含量下降较快,至第15天时TA含量为0.95%,而CK组、6和7号处理的TA含量分别为1.06%、1.08%和1.12%,说明12号气调元件在贮藏前期与其他3个处理间存在显著性差异(p<0.05);贮藏30 d时,CK组和6号处理的TA含量下降幅度相对较大,均下降了0.2%,而7号元件仅下降了0.12%;至贮藏60 d时,CK组与3种不同气调元件的TA含量相近,大小依次为7号>6号>CK组、12号。通过比较数据可知,12号气调元件的TA含量值下降最快,7号气调元件的TA含量下降的最慢,且从整个贮藏过程中来看,7号与12号的TA含量存在显著性差异(p<0.05)。
图4 不同气调元件对软枣猕猴桃TSS含量(A)和TA含量(B)的影响Fig.4 Effect of different air conditioning elements on TSS content(A)and TA content (B)of Actinidia arguta
2.3.3 Vc含量
Vc含量是软枣猕猴桃主要的一个营养品质。根据图5可以看到,软枣猕猴桃的Vc含量在整个贮藏过程中是呈下降趋势。在贮藏第一个15 d,CK组与12号气调元件Vc含量分别下降了45.49、43.15 mg/100 g,而6号、7号气调元件仅下降了33.39、25.49 mg/100 g,两者分别与CK组存在显著性差异(p<0.05),说明气调元件中6、7号可以保证较好的Vc含量;在贮藏15~30 d时,各处理变化相对较小,其中12号、6号Vc含量下降地较快,分别为15.04、10.60 mg/100 g,而7号气调元件仅下降了4.77 mg/100 g;至贮藏60 d时,各处理的Vc含量均在91.00以上,且气调元件12号、6号、7号的Vc含量分别为95.30、94.70、101.77 mg/100 g,各处理间仅CK组与7号元件Vc含量间存在显著性差异(p<0.05),说明7号气调元件可以明显延缓软枣猕猴桃Vc含量的下降,气调元件组12号效果最差。
图5 不同气调元件对软枣猕猴桃Vc含量的影响Fig.5 Effect of different air conditioning elements on Vc content of Actinidia arguta
根据图6-A可以看到,软枣猕猴桃的整个过程中呈先上升后下降的趋势。各处理均在15 d时出现一个呼吸高峰,CK组、12号、7号和6号的呼吸高峰分别为102.68、98.52、89.63和91.30 mg CO2/(kg·h),其中6号、7号气调元件的呼吸峰值无显著性差异(p>0.05),两者均与CK组和12号元件处理具有显著性差异(p<0.05),说明6号、7号气调元件可以减低软枣猕猴桃呼吸强度的呼吸峰值,且7号元件效果优于6号元件。随着贮藏时间的延长,至贮藏45 d和60 d时,7号气调元件的呼吸强度为58.40和45.96 mg CO2/(kg·h),而CK组、12和6号处理的呼吸强度分别为91.60和58.98、82.90和50.95、77.00和49.01 mg CO2/(kg·h),均含有较大的呼吸强度,从而加速果实的衰败进程,其中7号气调元件与其他3处理间含有显著性差异(p<0.05)。通过比较可知,12号气调元件与CK组的呼吸高峰相接近,不能明显抑制果实的呼吸强度,而6号、7号气调元件可以明显降低软枣猕猴桃呼吸强度峰值,且7号气调元件效果最佳,作用效果依次为7号>6号>12号>CK组。
根据图6-B可以看到,软枣猕猴桃的乙烯生成速率与其呼吸强度的趋势类似,同样在第15天出现峰值。在贮藏15 d时,CK组与气调元件组(12号、7号、6号)的峰值分别为15.22、10.71、11.02、12.24 μL/(kg·h),与对照相比,气调元件组均与其有显著性差异(p<0.05),说明3种不同元件均能降低软枣猕猴桃的乙烯生成速率高峰,且三者峰值相近。从贮藏15 d后,各处理的乙烯生成速率值均迅速下降,7号气调元件的生成速率明显低于其余3个处理(P<0.05),说明7号气调元件可抑制果实的乙烯生成,降低乙烯值。至贮藏60 d时,CK组的乙烯生成速率为5.76 μL/(kg·h),而气调元件组(12号、7号、6号)的乙烯生成速率均在1.55 μL/(kg·h)以下。通过整个贮藏期来分析,气调元件组(12号、7号、6号)均可明显抑制乙烯生成速率,且过程中7号气调元件的抑制效果最佳。
图6 不同气调元件对软枣猕猴桃呼吸强度(A)和乙烯生成速率(B)的影响Fig.6 Effects of different aerated elements on respiration intensity (A) and ethylene production rate (B) of Actinidia arguta
主成分分析法(principal component analysis,PCA)是将传感器得到的数据降维成特征向量,并对其转换的特征向量进行线性归类,从而得到二维散点分布图的方法。使用气体相对平稳的45 s作为信息分析点,对不同气调元件处理软枣猕猴桃的冷藏期进行主成分分析。从图7-A可以看出,不同气调元件处理软枣猕猴桃的第一主成分贡献率PC1和第二主成分贡献率PC2分别为85.07、13.36%,总贡献率为98.43>95%,说明其基本代表了软枣猕猴桃的全部信息特征。在图7-A中,与0 d-CK组距离最近的是30 d-7号气调元件的二维散点图,而30 d的CK组、6号相对较远,说明随着贮藏时间的延长,CK组和6号气调元件的风味成分变化较大,7号气调元件仍保留着相近的初值风味成分。贮藏至60 d时,各处理的PC1值逐渐升高,PC1值从小到大分别为6号<12号 线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)是注重所采集的软枣猕猴桃风味成分响应值在空间的分列排布和相互之间的距离分析,将所采取的信息数据使用一定运算法则投影出来的分布图。同样选取45 s的数据作为分析处理时间,对不同气调元件处理软枣猕猴桃的冷藏期进行线性判别分析。从图7-B可以得到,不同气调元件处理软枣猕猴桃LD1 贡献率和LD2贡献率分别为63.51和26.64%,总贡献率为90.15%>90%,说明基本可以代表了软枣猕猴桃的全部信息特征。从图7-B中可以看出,电子鼻的线性判别可将各处理按贮藏时间划分为3个不同的区域,0d30 d-CK组和气调元件组(12、7、6号)60 d-CK组和气调元件组(12号、7号、6号),说明LDA方法可以从整体上区分各处理在不同贮藏时间的风味变化;贮藏30 d时,CK组与气调元件组(12号、7号、6号)的距离较远,说明此时CK组与元件组风味成分明显区别;至贮藏末期,各处理的LD2值保持不变,LD1值呈上升趋势,CK组最低,6号其次,7号最高,说明在末期不同气调元件对软枣猕猴桃的风味成分同样有明显变化。 图7 电子鼻对不同气调元件处理软枣猕猴桃的PCA(A)和LDA(B)判别Fig.7 PCA (A) and LDA (B) for handling Actinidia arguta in different aerated elements 本试验研究3种不同气调元件对软枣猕猴桃冷藏期的保鲜效果,探讨3种不同气调元件对于果实自发产生的微环境气体含量、贮藏品质指标及电子鼻判别之间的不同。通过重复测定得出:12号气调元件自发的微环境气体含量为:CO2:4.3%~5.0%,O2:15.9%~16.4%),6号气调元件自发形成的微环境气体含量为:CO2:3.7%~4.7%,O2:16.2%~17.1%);而7号气调元件自发形成的CO2、O2条件(CO2:2.6%~3.3%,O2:17.6%~18.3%)最适合软枣猕猴桃的冷藏保鲜;从果实的腐烂率、硬度、糖酸含量、Vc含量、呼吸强度和乙烯生成速率来看,12号气调元件的保鲜效果比CK组还要差,特别是硬度和Vc含量这2个对于软枣猕猴桃很重要的品质指标,12号处理均下降的最快;而6号、7号气调元件的腐烂率、硬度、营养指标和呼吸乙烯值均在不同程度上优于CK组(p<0.05),且7号处理保鲜效果优于6号处理。另外,通过电子鼻对于冷藏期软枣猕猴桃的PCA分析来说,30 d时7号元件的风味成分最接近初值风味,且贮藏至末期,PCA仍能判别出各处理间的风味区别;通过电子鼻对于冷藏期软枣猕猴桃的LDA分析来说,线性判别分析可以明显的将各处理按贮藏时间划分为3个不同区域,且可以明显区分出CK组与气调元件组(12号、7号、6号)之间的风味区别。综上所述,3种气调元件的处理中,7号气调元件自发形成的CO2、O2条件(CO2:2.6%~3.3%、O2:17.6%~18.3%)最适合软枣猕猴桃的冷藏保鲜,保鲜效果依次为7号>6号>CK组>12号气调元件。 [1] 孙宁宁.长白山野生软枣猕猴桃的成分分析及保鲜研究[D].长春:吉林农业大学,2007. 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EffectsofdifferentaircombinationonthepreservationqualityandelectronicnoseidentificationofKiwiActinidiaargutaduringcoldstorage ZHANG Peng1,LIU Zhen-tong2,LI Jiang-kuo1*,YAN Ting-cai2 1(Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural Products,National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agricultural Products (Tianjin),Tianjin 300384,China) 2(College of Food Science,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866,China) The most suitable box-type spontaneous atmosphere for KiwiActinidiaargutapreservation during cold storage were studied in order to improve the quality of the fruit.Three different atmospheric combination (No12,7,6) were used to study their effects on microenvironment of the gas generated during the storage as well as fresh quality and electronic nose detection of 'Yangtze River No.1' fruit.The results showed that the decay rate,soluble solids content,titratable acid content and Vc content of No.12 (CO2:4.3%-5.0%,O2:15.9%-16.4%) were lower than the control group,while No.6 (CO2:3.7%-4.7%,O2:16.2%-17.1%) and No.7 (CO2:2.6%-3.3%,O2:17.6%-18.3%) group were significantly higher than those of the control group.No.7 was also showed not as good as No.6 and No.7 in the effect of slowing down the hardness and decreasing the respiration intensity and ethylene production rate.No.7 was the best in the areas of decay rate,hardness,content of sugar and acid,Vc content,respiration intensity and ethylene production rate with significant difference among each index and control group (p<0.05).In addition,PCA and linear discriminant analysis (LDA) by electrons showed the flavor components of No.7 are still very close to the initial flavor after storage for a period of time,and LDA can clear differ CK group from the rest of other three air conditions(12,7,6).In summary,the No.12 air conditioning is the worst,No.6 and No.7 gas regulator can inhibit decay rate,delay the reduction of titratable acid and Vc content,delay the fruit ripening and maintain soluble solids content,inhibit fruit respiration peak and ethylene production rate.No.7 gas conditioning is the most suitable for KiwiActinidiaargutestorage. gas conditioning element;Actinidiaarguta; fresh-keeping quality; electronic nose discrimination 10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014266 博士,助理研究员(李江阔副研究员为通讯作者,E-mail:lijkuo@sina.com)。 天津市科技支撑重点项目(15ZCZDNC00140) 2017-03-09,改回日期:2017-04-213 结论