陈丽花,郝德兰,夏彬,王琴
(上海应用技术大学食品科学与工程系,上海 201418)
香蕉属于典型的呼吸跃变型水果,刚采摘的香蕉一般质地坚硬,必须经过后熟果皮才能逐渐由绿转黄、果肉由硬变软、大量淀粉转化为可溶性糖、果肉易与果皮分离并出现香味,才成熟可食。如需在短时间内供应黄熟的可食香蕉则必须进行人工催熟[1]。乙烯利因其安全、便捷、高效等优点而在香蕉催熟中得到广泛应用[2]。果实的硬度、色泽指数、过氧化物酶活性及总可溶性糖、总可滴定酸、可溶性固形物、Vc和单宁等生理生化指标的含量是衡量果实品质的重要指标,通过测定这些指标的变化可以了解果实成熟过程中的生理状况,从而对果实催熟与贮藏环境、销售期限等进行有效调控[3]。目前国际上普遍采用色卡对香蕉进行成熟度的评定,我国香蕉国家规定了香蕉收购的等级规格、质量指标、检验规则、方法及包装要求[1,4],但一直未形成严谨精确的、包含多变量品质及生理生化指标的香蕉成熟品质评价模型。偏最小二乘回归分析(PLS)是一种新型的多元统计数据分析方法,它集多元线性回归分析、主成分分析和典型相关分析等多种基本分析功能于一体,能在样本个数较少以及自变量存在多重相关性的条件下进行建模,且模型对实际的解释力极强[5]。因此,用偏最小二乘回归分析方法进行香蕉成熟品质回归分析,其结论将更加可靠。
本课题在研究香蕉催熟过程中感官及生理生化指标变化的基础上确定了最佳催熟条件,以香蕉生理生化指标为分量因子对香蕉成熟品质进行偏最小二乘(PLS)回归分析,建立了香蕉成熟品质的评价模型。
实验材料:青果香蕉(青绿采摘,果实新鲜饱满)及市售成熟香蕉(Musa acuminata (AAA)),产自云南玉溪。
实验试剂:2-6-二氯靛酚钠、酚酞指示剂、蒽酮试剂、一水合没食子酸、福林酚、碳酸钠、愈创木酚:均为分析纯,上海泰坦科技股份有限公司;2-氯乙基膦酸(乙烯利):分析纯,上海伊卡生物技术有限公司。
折光仪:E-Line型,东南科仪有限公司;数显式硬度计:GY-4型,浙江托普仪器有限公司;恒温恒湿箱:JYH-66型,上海佳语科学仪器有限公司;可见分光光度计:JH-12-10型,上海菁华科技仪器有限公司。
1.3.1 香蕉催熟条件设定
1.3.1.1 温度对香蕉催熟效果的影响
每组取21支大小形状均一、无病虫害、新采摘的饱满青果香蕉,每隔24 h喷洒1000 mg/L的乙烯利稀释液后放入果蔬透明储存袋中并稍封于纸箱,置于湿度为90%的恒温恒湿箱中。每隔24 h对储藏温度分别为16 ℃、19 ℃、22 ℃、25 ℃条件下香蕉的硬度、过氧化物酶活性及可溶性固形物、总可溶性糖、Vc、总可滴定酸和单宁含量进行3次平行测定,同时对香蕉的成熟品质进行感官评定。
1.3.1.2 乙烯利浓度对香蕉催熟效果的影响
每隔24 h对符合要求的青果香蕉喷洒浓度分别为500 mg/L、750 mg/L、1000 mg/L、1250 mg/L、1500 mg/L的乙烯利稀释液后放入果蔬透明储存袋中并稍封于纸箱,置于湿度90%、温度19 ℃的恒温恒湿箱中,其他实验条件设定及测试指标同1.3.1.1。
1.3.2 香蕉生理生化指标测定
硬度:硬度计法。可溶性固形物含量:折光仪法[6]。总可溶性糖含量:蒽酮-硫酸比色法[4]。Vc含量:2,6-二氯靛酚滴定法[7]。总可滴定酸含量:酸碱中和滴定法[4]。单宁含量:分光光度法[8]。过氧化物酶活性:愈创木酚法[9]。
1.3.3 香蕉成熟品质评定
根据标准《香蕉》[4]中对色泽、香味、口感、伤病虫害、脱柄情况的要求设定了香蕉成熟品质评价评分标准(见表1),每个指标20分,满分100分。让10位有经验的品评员根据标准进行评分,取平均分,得分越高说明香蕉成熟品质越佳。
表1 香蕉成熟品质评分标准Table 1 Scoring criteria of banana maturity quality
1.3.4 香蕉成熟品质评价模型的建立
以香蕉成熟过程中品质及生理生化指标硬度(x1)、可溶性固形物含量(x2)、总可溶性糖含量(x3)、Vc含量(x4)、总可滴定酸含量(x5)、单宁含量(x6)、过氧化物酶活性(x7)为自变量因子对每组香蕉样品每 24h的成熟品质评价得分(Y)进行响应,做偏最小二乘(PLS)回归分析[10]。
1.3.5 数据统计分析
本试验所有数据均采用 Excel、Minitab18以及Origin85版软件进行数据分析与处理,结果采用平均值±标准差表示。
影响香蕉催熟的因素主要有温度、乙烯利浓度、O2和CO2气体浓度等,其中温度对催熟进程及香蕉品质及生理生化指标变化的影响最为关键[11]。因此,探究香蕉催熟最佳温度不仅有利于调控催熟进程,还可提高香蕉食用品质。为了解催熟温度对香蕉生理生化指标的影响,采用方法1.3.2进行实验。
2.1.1 对硬度的影响
图1 催熟温度对香蕉硬度的影响Fig.1 Effect of ripening temperature on banana hardness
硬度是反映香蕉成熟程度的重要指标,对香蕉的食用品质起着重要作用。催熟温度对香蕉硬度的影响见图1所示。由图1可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,香蕉的硬度皆呈下降趋势,这与苗红霞等[12]的研究结果一致。其中,催熟前3 d香蕉的硬度从7.75 kg/cm2迅速下降至1.21~1.43 kg/cm2,3 d后香蕉的硬度下降趋势变缓;催熟6 d后香蕉的硬度为0.74~1.02 kg/cm2之间,略高于Tee Yei Kheng等[13]对成熟香蕉硬度测定为0.40 kg/cm2的结果。催熟温度为19 ℃时香蕉硬度的下降幅度最大,催熟6 d后,下降率达到89.42%,但在相同浓度的乙烯利作用下,不同温度条件下香蕉的硬度降低趋势相同。
2.1.2 对可溶性固形物含量的影响
可溶性固形物包括可溶性糖类、淀粉、纤维素和果胶等,是影响果实风味和营养的主要成分,也是确定果实采摘期和成熟度的重要指标。催熟温度对香蕉可溶性固形物含量的影响见图2所示。
由图2可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,香蕉的可溶性固形物含量皆呈上升趋势,这与康效宁等[14]的研究结果一致。其中22 ℃下催熟时香蕉的可溶性固形物积累量从开始催熟时的 1.21%达到6 d后的21.97%,高于其他催熟温度下的可溶性固形物积累量。
图2 催熟温度对香蕉可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effect of ripening temperature on soluble solids content of banana
2.1.3 对总可溶性糖含量的影响
图3 催熟温度对香蕉总可溶性糖含量的影响Fig.3 Effect of ripening temperature on total soluble sugar content of banana
可溶性糖能为肉质果实提供能源物质,维持一定的渗透压,植物组织中可溶性糖越多,抗性越强。催熟温度对香蕉总可溶性糖含量的影响见图3所示。由图3可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,各温度条件下香蕉总可溶性糖含量总体呈增加趋势,这与苗红霞等[15]的研究结果一致。16 ℃、19 ℃和25 ℃条件下催熟香蕉总可溶性糖含量逐渐增加;22 ℃条件下出现的催熟后期香蕉总可溶性糖含量减少的现象,可能是此温度条件下会导致部分可溶性糖的进一步分解。19 ℃条件下总可溶性糖含量从开始催熟时的0.002%达到0.14%,高于其他催熟温度。说明温度过高或过低相对而言都不适宜香蕉中的淀粉转化为可溶性糖,19 ℃下催熟更有助于香蕉总可溶性糖的积累。
2.1.4 对Vc含量的影响
在生物体内Vc是一种抗氧化剂,有利于保护肌体免于自由基的威胁,Vc含量的变化也能够反映香蕉的成熟度和食用品质。催熟温度对香蕉Vc含量的影响见图4所示。
图4 催熟温度对香蕉Vc含量的影响Fig.4 Effect of ripening temperature on Vc content of banana
由图4可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,不同催熟温度下的香蕉Vc含量皆呈逐步下降趋势,这与廉韶斌等[16]的研究结果一致。25 ℃催熟处理下的香蕉Vc含量损失率最高,从9.62 mg/100 g降为2.80 mg/100 g;19 ℃催熟的香蕉Vc含量损失率最低,催熟6 d后降至3.60 mg/100 g,表明19 ℃更有助于香蕉中Vc含量的保持,但低于廉韶斌[16]喷洒400 mg/L乙烯利置于15 ℃、湿度90%催熟条件下对香蕉中Vc含量为6.00 mg/100 g的测定结果,这可能是其所用乙烯利浓度较低的原因。
2.1.5 对总可滴定酸含量的影响
可滴定酸度是影响果实风味品质的重要因素,果实中游离态的有机酸与糖一起影响果实的糖酸比,这是决定果实风味的重要因素之一。催熟温度对香蕉总可滴定酸含量的影响见图5所示。由图5可知,在实验时间范围内,随着催熟的进行,16 ℃、25 ℃条件下催熟香蕉总可滴定酸含量持续上升,19 ℃、22 ℃条件下香蕉总可滴定酸含量呈先增长后下降的趋势,22 ℃条件下催熟4 d后的香蕉总可滴定酸含量从0.02 g/100 g升为0.91 g/100 g,与周兆禧等[17]对成熟香蕉的总可滴定酸含量0.86 g/100 g的测定结果接近。在催熟6 d后,19 ℃催熟香蕉的总可滴定酸含量又下降至0.35 g/100 g。同时,感官评价发现在19 ℃催熟5 d香蕉的总可滴定酸含量为0.43 g/100 g时香蕉的成熟品质最佳,此时香蕉总可滴定酸含量相对较低。
2.1.6 对单宁含量的影响
单宁是具有重要生理活性的多酚类化合物的总称,在果蔬中普遍存在,是果蔬涩味主要的来源。香蕉、梨、山植等水果未成熟前有强烈的涩味,成熟后则涩味消失,这与单宁含量变化有关。单宁含量对水果风味影响很大,并与糖酸比的比例适当时共同赋予水果酸甜爽口的风味。催熟温度对香蕉中单宁含量的影响见图6所示。由图6可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,不同催熟温度下的香蕉单宁含量皆呈下降趋势,这与谭思敏等[18]的研究结果一致。催熟5 d后19 ℃和25 ℃条件下的单宁含量相对较高;但催熟6 d后,25 ℃条件下的香蕉单宁含量相对较高,且下降幅度最小,不同催熟条件下香蕉单宁含量从3.55 mg/kg分别下降为1.27~1.58 mg/kg,结合感官评价发现19 ℃条件下催熟5 d香蕉的单宁含量为1.87 mg/kg时香蕉的成熟品质最佳,此时香蕉单宁含量相对较高。
2.1.7 对过氧化物酶活性的影响
过氧化物酶与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切关系,在植物生长发育过程中它的活性可以反映某一时期植物体内代谢的变化。催熟温度对香蕉过氧化物酶活性的影响见图7所示。
由图7可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,不同催熟温度下的香蕉过氧化物酶活性均呈先升高后降低的趋势,这与廉韶斌等[16]的研究结果一致。随着催熟的推进,19 ℃和22 ℃催熟4 d,香蕉过氧化物酶活性达到峰值,分别从 1.05 U/g升为 3.35 U/g、3.05 U/g,而在16 ℃和25 ℃下催熟5 d香蕉的氧化物酶活性才分别达到3.65 U/g和3.90 U/g的峰值,表明不同催熟温度对香蕉过氧化物酶活性的高低有很大的影响。
图7 催熟温度对香蕉过氧化物酶活性的影响Fig.7 Effect of ripening temperature on the peroxidase activity of banana
2.1.8 对香蕉成熟品质感官评分的影响
食品的外形、色泽、滋味、气味、均匀性等感官指标往往是描述和判断食品质量最直观的指标,科学合理的感官指标可以反映该食品的特征品质和质量要求,直接影响到对食品品质的界定[19]。温度对香蕉成熟品质感官评分的影响见表2。
由表2可知,不同温度下香蕉催熟1 d后的感官评分相近,随着催熟进程的推进,各温度条件下的感官评分都是呈现升高,催熟5 d后达到峰值,而后降低的趋势;25 ℃条件下前2 d的催熟效果好于其他温度,但从第3 d开始出现青皮熟现象,严重影响了香蕉的成熟品质,与陈维信等[20]的研究结果一致。在香蕉表面均匀喷洒1000 mg/L的乙烯利1%、保持湿度为90%、19 ℃下催熟5 d香蕉的评分最高,为96.00分。结合前面的研究结果,发现此时香蕉的糖酸比较高,而过氧化物酶活性相对较低。
表2 温度对香蕉成熟品质感官评分的影响Table 2 Ripening quality evaluation scores of banana ripening samples
尚政等研究认为乙烯利只作为启动果实内源乙烯释放的引导因子,分解后释放出乙烯,通过乙烯促进植物体内有关成熟的酶的活性,从而达到促进果实成熟的目的。据文献报道[21],除温度外,乙烯利浓度对催熟香蕉的品质及其生理生化指标的影响也较为关键。目前市场上普遍采用乙烯利作为香蕉催熟剂,浓度一般控制在1000~2000 mg/kg[22]。为了解乙烯利浓度对香蕉生理生化指标的影响,采用方法2.2.1.2进行实验。
2.2.1 对香蕉硬度的影响
不同乙烯利浓度对香蕉硬度的影响见图8所示。由图8可知,在实验时间范围内,随着催熟的进行,无论是空白对照组还是经不同浓度乙烯利催熟的香蕉,其硬度均呈逐步下降趋势,实验组下降更明显,并在第3 d急剧下降。对照组青绿香蕉放置6 d后,硬度降为5.15 kg/cm2;而在实验的乙烯利浓度范围内,催熟6 d后香蕉的硬度从7.75 kg/cm2下降到0.72~0.92 kg/cm2之间,低于牛锐等[2]的研究结果,且不同浓度的乙烯利处理对催熟香蕉硬度的下降幅度基本无影响。
图8 乙烯利浓度对香蕉硬度的影响Fig.8 Effect of ethephon concentration on banana hardness
2.2.2 对可溶性固形物含量的影响
不同乙烯利浓度对香蕉可溶性固形物含量的影响见图9所示。由图9可知,在实验时间范围内,随着催熟的进行,无论是空白对照组还是经不同浓度乙烯利催熟的香蕉,其可溶性固形物含量皆呈稳步上升趋势,与对照组相比,实验组上升更明显。催熟6 d后,不同乙烯利浓度催熟的香蕉可溶性固形物从初始的1.21%分别提高到17.23%、18.17%、19.87%、20.73%和21.17%,与牛锐等[2]采用乙烯熏蒸剂使香蕉可溶性固形物含量达到20.00%的测定结果相近;而对照组的香蕉可溶性固形物含量仅为10.48%。催熟香蕉的可溶性固形物含量随着乙烯利浓度的升高而有所增加,表明在实验范围内提升乙烯利处理浓度能够增加香蕉可溶性固形物含量。
图9 乙烯利浓度对香蕉可溶性固形物含量的影响Fig.9 Effect of ethephon concentration on soluble solids content of banana
2.2.3 对总可溶性糖含量的影响
图10 乙烯利浓度对香蕉总可溶性糖的影响Fig.10 Effect of ethephon concentration on total soluble sugar in banana
不同乙烯利浓度对香蕉总可溶性糖含量的影响见图10所示。由图10可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,无论是对照组还是经不同浓度乙烯利催熟的香蕉,其总可溶性糖含量均呈上升趋势,实验组效果更加明显。实验组的总可溶性糖含量在催熟第5 d出现大幅升高,催熟6 d后,香蕉的总可溶性糖含量达到0.14%,而对照组仅为0.08%。其中乙烯利浓度在500 mg/L~1000 mg/L内更有利于催熟香蕉总可溶性糖的积累。
2.2.4 对Vc含量的影响
不同乙烯利浓度对香蕉Vc含量的影响见图11所示。由图11可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,无论是空白对照组还是经不同浓度乙烯利催熟香蕉的Vc含量均呈下降趋势,实验组效果更加明显。催熟6 d后,实验组Vc含量保持在2.8~3.6 mg/100 g,低于牛锐等[2]在18 ℃、湿度85~90%喷洒500 mg/kg乙烯利溶液催熟6 d后6.00 mg/100 g的测定结果;相对而言,经1000 mg/L乙烯利浓度催熟处理后香蕉的Vc含量损失率最低,表明1000 mg/L乙烯利浓度条件相对更有助于香蕉中Vc含量的保持。
图11 乙烯利浓度对香蕉Vc含量的影响Fig.11 Effect of ethephon concentration on Vc content of banana
2.2.5 对总可滴定酸含量的影响
图12 乙烯利浓度对香蕉总可滴定酸含量的影响Fig.12 Effect of ethephon concentration on total titratable acid content in bananas
不同乙烯利浓度对香蕉总可滴定酸含量的影响见图12所示。由图12可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,所有实验组香蕉的总可滴定酸含量基本呈先上升后下降趋势,皆在催熟第3 d出现大幅增长,总体与乙烯利浓度关系不大。催熟5 d时,不同乙烯利浓度下香蕉的总可滴定酸含量相近,均从0.02 g/100 g上升到在0.43~0.47 g/100 g之间,略低于Tee Yei Kheng等[13]对香蕉催熟后有机酸含量为0.79 g/100 g的测定结果。同时,在乙烯利浓度1000 mg/L下催熟5 d时,香蕉感官评分最高,品质达到最佳。
2.2.6 对单宁含量的影响
图13 乙烯利浓度对香蕉单宁含量的影响Fig.13 Effect of ethephon concentration on banana tannin content
不同乙烯利浓度对香蕉单宁含量的影响见图 13所示。由图13可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,无论是空白对照组还是经不同浓度乙烯利催熟的香蕉,其单宁含量皆呈下降趋势,从初始的3.55 mg/kg下降到第6 d后时1.36~1.49 mg/kg之间,这与尚政等[21]用1500 mg/kg处理香蕉5 d后得到的单宁含量为1.42 mg/kg的结果相近。表明在500 mg/L~1500 mg/L范围内不同乙烯利浓度催熟6 d对香蕉单宁含量最终无明显影响。
2.2.7 对过氧化物酶活性的影响
不同乙烯利浓度对香蕉过氧化物酶活性的影响见图14所示。由图14可知,在实验时间范围内,随着催熟时间的延长,无论是空白对照组还是经不同浓度乙烯利催熟的香蕉,其过氧化物酶活性基本呈先上升后下降趋势,且实验组的过氧化物酶活性均高于对照组。香蕉中过氧化物酶活性从1.05 U/g至催熟4 d后达到峰值分别为2.50 U/g、3.00 U/g、3.35 U/g、3.20 U/g、3.20 U/g,之后开始下降;过氧化物酶活性基本随着乙烯利浓度的升高而增强,表明相对较高的乙烯利浓度能够增强香蕉中的过氧化物酶活性。
2.2.8 对香蕉成熟品质感官评分的影响
不同乙烯利浓度对香蕉成熟品质感官评分的影响见表3。由表3可知,乙烯利浓度处理对催熟过程中的香蕉品质影响虽然比温度的影响小,但不同乙烯利浓度之间仍有较大差异。当香蕉表面均匀喷洒 1000 mg/L的乙烯利1%、湿度90%、温度19 ℃下催熟5 d,香蕉的评分最高,与2.1.8所得结论一致。
此条件下,香蕉果皮金黄有光泽,果端与果柄稍绿,有香甜浓郁的香蕉芳香;果肉柔软糯滑、香甜适口、不涩口、不软烂,无腐烂、裂指、断指、霉斑和病虫斑,轻摇果柄不脱、不变形;香蕉硬度为 0.87 kg/cm2,总可溶性糖含量为 0.13%,总可滴定酸含量为0.43 g/100 g,糖酸比为0.30;以上感官与理化指标均符合香蕉标准[4]。另外,香蕉果肉中的可溶性固形物为果肉的15.23%,Vc含量为4.27 mg/100 g,单宁含量为1.87 mg/kg,过氧化物酶活性为2.47 U/g。另外,在香蕉表面均匀喷洒1000 mg/L的乙烯利1%符合《食品安全国家标准·食品中农药最大残留限量》[23]。
表3 乙烯利浓度对香蕉成熟品质感官评分的影响Table 3 Ripening quality evaluation scores of banana ripening samples
以2.1、2.2部分对不同温度及乙烯利浓度下香蕉的生理生化指标和感官评分数据为依据采用PLS法建立回归方程。采用逐一剔除法对回归方程进行交叉验证,根据回归方程分析香蕉品质及生理生化指标的各自变量与因变量成熟品质感官评分之间的关系。
2.3.1 PLS回归分析
在方差分析 p=0.00<0.05的基础上对香蕉成熟品质建立回归方程[5],各分量因子的回归系数见表4所示。由香蕉成熟品质评价模型的标准化回归系数得到香蕉品质及生理生化指标对香蕉成熟品质的主要影响因素。由回归系数可得香蕉成熟品质评价回归方程为:
以上香蕉成熟品质评价回归方程表明,香蕉成熟品质的影响因素从大到小依次为总可溶性糖含量、总可滴定酸含量、单宁含量、硬度、Vc含量、过氧化物酶活性,其中可溶性固形物含量的影响极小。根据回归方程,发现总可溶性糖含量、Vc含量、过氧化物酶活性与香蕉成熟品质评分呈正相关,而总可滴定酸含量、单宁含量和硬度呈负相关。
表4 香蕉成熟品质回归方程的回归系数表Table 4 Sensory attributes score standardized regression coefficient
2.3.2 PLS回归方程的验证
对市售成熟香蕉进行感官评分,得分为92分;同时对市售成熟香蕉的硬度等品质及生理生化指标与感官评分的关系用所得的回归方程进行验证分析,感官评分的理论值:
Y=0.70-0.03×0.88+0.0023×19.00+1.41×0.12+0.02×4.00-0.11×0.39-0.05×0.64+0.01×2.05=0.91
误差率为0.01,认为以上所得的香蕉成熟品质回归方程精准可用[5,10],可为香蕉催熟条件设定、贮运过程中的品质指标预测提供科学而准确的预测模型。
本文探究了最佳香蕉催熟条件,测定了催熟过程中硬度、可溶性固形物、总可溶性糖、Vc、总可滴定酸、单宁含量和过氧化物酶活性等香蕉的生理生化指标,并对每一阶段的香蕉进行了感官评价。结果表明,在香蕉表面均匀喷洒1000 mg/L的乙烯利1%,在湿度90%、温度19 ℃下恒温恒湿催熟5 d,香蕉的成熟品质达到最佳,此时香蕉的感官评分为96.00分、硬度为0.87 kg/cm2、总可溶性糖含量为0.13%、总可滴定酸含量为0.43 g/100 g、糖酸比为0.30、可溶性固形物为果肉的15.23%、Vc含量为4.27 mg/100 g、单宁含量为1.87
mg/kg、过氧化物酶活性为2.47 U/g。以香蕉的生理生化指标对香蕉成熟品质评分进行PLS响应,得到回归方程为:
表明影响香蕉成熟品质的生理生化指标依次为总可溶性糖含量、总可滴定酸含量、单宁含量、硬度、Vc含量、过氧化物酶活性和可溶性固形物含量,其中可溶性固形物含量的影响极小。根据回归方程,发现总可溶性糖含量、Vc含量、过氧化物酶活性与香蕉成熟品质评分呈正相关,而总可滴定酸含量、单宁含量和硬度呈负相关。经验证,此回归方程准确可靠,可用于客观、科学地预测成熟过程中的香蕉品质。