乙醇浸泡对鲜切荸荠贮藏品质变化的影响

范传会，陈学玲，王少华，蔡芳，梅新，施建斌，隋勇，蔡沙，何建军

（1.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北武汉 430064）（2.湖北省水生蔬菜保鲜加工工程技术研究中心，湖北武汉 430068）

荸荠富含淀粉、膳食纤维、矿物质和维生素等多种营养物质[1～3]。荸荠既可作为蔬菜又可作为水果深受大众消费者的喜爱，研究鲜切荸荠的保鲜技术有利于提高荸荠的市场价值。

鲜切果蔬是生鲜产品的重要组成部分，鲜切果蔬已成为果蔬采后研究领域中的重要方向之一。但在鲜切果蔬市场繁荣发展的同时，市场还存在许多弊病，其中保鲜剂的滥用及过量使用问题，已经成为限制鲜切果蔬市场健康发展的关键问题。为此，开发适合鲜切果蔬保鲜且绿色、安全的保鲜剂已成为急需解决的行业问题。乙醇具有杀菌消毒的作用，中国国家卫生和计划生育委员会及美国食品药品监督管理局（FDA）规定用乙醇对水果进行保鲜处理，乙醇使用量不做上限要求，用乙醇保鲜果蔬的研究越来越受到国内外学者的关注，已有将乙醇用于西兰花、鲜切芒果和鲜切甘蔗的报道[4～8]。用乙醇对鲜切荸荠进行浸泡可起到杀菌消毒的作用，可避免保鲜剂在鲜切荸荠中的乱用和滥用。

目前已有大量关于鲜切荸荠保鲜剂的研究[9～12]。但是关于乙醇对鲜切荸荠的保鲜效果的研究报道还少见，在国内只有姜悦等人研究不同浓度的乙醇对鲜切荸荠黄化及相关酶的影响；姜悦等人认为乙醇抑制了鲜切荸荠L*值的下降；低浓度（10%和20%）的乙醇在短期内对鲜切荸荠作用效果显著，高浓度（30%和40%）乙醇可达到长期保鲜荸荠的效果[13]。但是姜悦没有研究乙醇对荸荠硬度、外观及气味等影响的研究。基于此，本文就乙醇对鲜切荸荠的PPO活性、呼吸速率、硬度、色度、气味和初始带菌量等进行研究，旨在分析乙醇浓度对鲜切荸荠的品质的影响，延长鲜切荸荠的贮藏期。本文的研究为开发绿色、安全且适合鲜切荸荠的保鲜剂提供基础数据参考。

1 材料与方法

1.1 原料

1.1.1 材料

荸荠：购置于湖北省武汉市洪山区南湖大道菜市场。挑选大小均匀、无明显机械伤、无病虫害、成熟度一致的荸荠作为试验材料。

1.1.2 试剂

多酚氧化酶检测试剂盒，南京建成生物工程研究所；菌落总数和大肠杆菌数检测试纸，广东达元绿洲食品安全科技股份有限公司；其他分析纯试剂，均来自国药集团。

1.2 主要仪器

医用4 ℃冷藏冰箱 HYC-68A，海尔股份有限公司；分光光度计722G，上海精密科学仪器有限公司；呼吸强度仪HM-1022，山东恒美电子科技有限公司；色度计CR-400/410，柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；佳能照相机EOS 80D，佳能（中国）有限公司；质构仪TA.XT Plus，英国Stable Micro Systems公司；电子鼻 PEN3，德国 AIRSENSE公司；恒温培养箱DHG-9082，上海煜南仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 荸荠清洗

将荸荠用大量清水洗去泥土，用去皮刀除去荸荠表面的褐色表皮，将去皮后的荸荠1 kg放置在5 L的玻璃容器中，加无菌水至没过荸荠，浸泡5 min后滤除水分(浸泡时间过长，鲜切荸荠细胞严重失水)，反复浸泡清洗三次，滤干水分备用，该种去皮后的荸荠即为鲜切荸荠。

1.3.2 乙醇溶液的配置

用无水乙醇和无菌水分别配置0%、15%、35%、55%和75%的乙醇溶液（体积比）。

1.3.3 浸泡处理

取上述清洗干净的鲜切荸荠约500 g放入1 L的烧杯中，向烧杯中分别加入750 mL上述不同浓度的乙醇使荸荠完全浸泡在乙醇中，浸泡时间为 5 min。将浸泡后的荸荠，用无菌水以50 mL/s的速度淋洗5 min减少乙醇残留。将淋洗后的鲜切荸荠滤干，装入25 cm×28 cm厚度为0.01 mm的PE保鲜袋中放置在4 ℃下贮藏。

1.3.4 PPO活性测定

采用PPO试剂盒，南京建成生物工程研究所。测定鲜切荸荠中的PPO活性。

1.3.5 呼吸速率

采用静置法测定一定时间内CO2生成量，结果以μg/(kg·h)表示，测定方法见文献[14]。

1.3.6 色度

用全自动色差计测量鲜切荸荠的L、a、b值，仪器采用标准白板校正。其中，L表示明度、a和b表示色度。

1.3.7 荸荠图片

用照相机分别拍下贮藏1 d和13 d的鲜切荸荠外观。

1.3.8 硬度测定

将鲜切荸荠修正为1.0 cm厚度的薄片，用质构仪配以P/2探头，设定测前速度为5 mm/s，贯入速度1 mm/s，测后速度5 mm/s，测定深度为0.8 cm，最小感知力5 g，测定鲜切荸荠的硬度。

1.3.9 电子鼻气味分析

将5 g荸荠用组织捣碎机捣碎后装入玻璃瓶中，用塑料瓶盖密封。将密封后玻璃瓶放在 25 ℃水浴锅中，恒温水浴20 min。取出恒温后的玻璃瓶用电子鼻测定荸荠的气味，待传感器信号在120 s后基本稳定，选取信号采集时间为160 s。电子鼻传感器对应的敏感物质类型如表1。

表1 化学传感器及其对应的敏感物质类型Table 1 Chemical sensors corresponding to different types of volatile substances

1.3.10 大肠菌群和菌落总数测定

用大肠杆菌检测试纸和菌落总数试纸，采用计数法测定鲜切荸荠中菌落总数和大肠菌群数，测定步骤参见[15,16]。

1.4 数据处理

所有数据均平行测定3次，取平均值。采用Excel 2013软件对数据进行方差分析并绘制相关图。

快递公司不快的原因主要是：一是快递公司人员配备及硬件的更换跟不上业务量的增长；二是快递公司人员素质不高，服务意识有待加强；三是快件在投递过程中存在众多不可控因素，如天气等；四是消费者对快递服务企业的要求标准越来越高。

2 结果与讨论

2.1 乙醇对鲜切荸荠中PPO活性的影响

PPO是广泛存在于动植物组织中一类含有铜金属离子的酶，在一些果蔬中PPO可导致果蔬味道、营养和颜色的改变[17]。由图1知，在清水对照组和乙醇处理组中，鲜切荸荠的PPO活性无显著变化，在贮藏期内一直维持了10 U/g左右。PPO活性低于已有报道的PP活性，其原因是报道中所用的PPO活性是提取后的粗酶活性，本文中测定的酶活是鲜切荸荠组织的酶活[9]。有报道表明荸荠中总多酚含量较低，PPO维持在较低水平并认为PPO不是引起荸荠黄化的原因[18]。新鲜荸荠中总多酚含量与荸荠的品种有关，新鲜荸荠中总多酚含量在6.6～18.3 mg/g f.w.之间，Qian Li等报到了产至中国河北的新鲜荸荠（Zaofeng）中总多酚含量为2.24 mg/g d.m.[19,20]。但关于荸荠中多酚种类和含量还不清晰。由图1结果知，乙醇处理组PPO活性与清水处理组（乙醇浓度 0%）PPO活性无显著差异（p＞0.05）。产生上述实验结果的原因可能是乙醇处理对鲜切荸荠的PPO活性无显著影响，也可能是因为荸荠中缺少PPO专一作用的底物；关于荸荠中PPO性变化的原因将在后续实验中展开研究。

图1 乙醇对鲜切荸荠中PPO活性变化的影响Fig.1 Effects of ethanol treatment on PPO activity of fresh-cut water chestnut

2.2 乙醇对鲜切荸荠呼吸速率的影响

呼吸作用是果蔬采后生命活动的主导过程。呼吸作用需要能量，会消耗果蔬组织中营养物质[21]。由图2知乙醇浸泡显著影响鲜切荸荠的呼吸速率，且与浸泡所用的乙醇浓度有关（p＜0.05）。在贮藏第1 d，随着乙醇浓度由15%上升到75%，鲜切荸荠的呼吸速率分别由 74 μg/(kg·h)增大到 134 μg/(kg·h)；贮藏至第 13 d，35%、55%和75%乙醇处理组中鲜切荸荠的呼吸速率分别由 163 μg/(kg·h)、159 μg/(kg·h)和 134 μg/(kg·h)降低为 11 μg/(kg·h)、89 μg/(kg·h)和 87 μg/(kg·h)。本文中用保鲜袋包装鲜切荸荠，保鲜袋内氧气含量一定，与外界存在微量气体交流。有氧条件下，鲜切荸荠进行有氧呼吸，产生的二氧化碳较多，测得的呼吸速率大；当保鲜袋内氧气耗尽后，鲜切荸荠的呼吸方式转变为无氧呼吸，测得的呼吸速率小。结合后文电子鼻结果知，在贮藏过程中鲜切荸荠甲基类和醇、醛、酮类物质增大，也说明鲜切荸荠在贮藏过程中发生了无氧呼吸。而清水对照组和15%的乙醇处理组中鲜切荸荠在贮藏过程中呼吸速率差异不大，都维持在 60～80 μg/(kg·h)之间，说明乙醇浓度越低，对荸荠呼吸速率的影响不显著。

图2 乙醇对鲜切荸荠呼吸速率的影响Fig.2 Effects of ethanol treatment on respiration rate of fresh-cut water chestnut

2.3 乙醇对鲜切荸荠色度的影响

果蔬外观色泽的变化，侧面反应了果蔬品质的变化。黄化现象是鲜切荸荠品质变化的重要指标之一。由图3知在13 d的贮藏期内，乙醇对鲜切荸荠亮度无显著影响（p＞0.05）。该结果与姜悦等的研究结果一致[13]。

蓝黄值b为正数，说明荸荠偏黄。方差分析知贮藏时间对鲜切荸荠的蓝黄值b影响显著（p＜0.05）。在贮藏0～4 d内，清水对照组中鲜切荸荠的黄色变化不显著，色度值b维持在12左右。贮藏至13 d，清水对照组中鲜切荸荠的b值由11.78增加为22.18，说明清水对照组中鲜切荸荠在发生黄化现象且随着贮藏期的延长黄化现象日趋严重。贮藏0～10 d内，乙醇处理组中鲜切荸荠黄度基本不变，贮藏10～13 d，15%乙醇处理组中鲜切荸荠b值由12.14增加到15.16，说明15%乙醇处理组荸荠在贮藏后期发生了黄化现象。该变化趋势与姜悦等人的研究一致[13]。当浸泡所用乙醇浓度≥35%时，在贮藏10～13 d内乙醇处理组中鲜切荸荠b值下降，其中75%乙醇处理组中鲜切荸荠色度下降最为显著，色度b值由9.70下降为1.88。荸荠色度如图3中所示。

姜悦等认为鲜切荸荠荸荠的黄化现象的发生与荸荠中黄酮的氧化有关[13]新鲜荸荠中总黄酮含量高达2.62 mg/g[20]。用不同浓度的乙醇溶液浸泡鲜切荸荠，可使荸荠表面黄酮类化合物溶解在乙醇溶液中，减少表面黄酮类化合物与氧气的接触量，从而抑制黄酮类化合物的氧化，减少黄化现象的发生。后文实验数据表明，鲜切荸荠黄化现象的产生与鲜切荸荠表面带菌量呈负相关性。在植物组织中大部分黄酮类化合物多以苷类形式存在，只有少部分天然黄酮类化合物以游离态存在[22]。微生物产生的代谢产物可能将黄酮苷类转化为游离态的黄酮，可能会加速产生黄化现象[23]。

图3 乙醇对鲜切荸荠色度的影响Fig 3 Effects of ethanol treatment on color value of fresh-cut water chestnut

2.4 乙醇对鲜切荸荠硬度的影响

硬度反应了果蔬的组织结构变化，果蔬组织的软化与组织中纤维素和果胶等存在形式有关[24]。由图 5知4 ℃、13 d的贮藏期内，鲜切荸荠的硬度变化不显著（p＞0.05），硬度都维持在600 g到900 g之间。荸荠个体差异显著，考虑误差范围可认为在贮藏期13 d内鲜切荸荠的组织结构没有发生显著改变。对比不同乙醇处理组的鲜切荸荠硬度知，乙醇处理对鲜切荸荠硬度的影响不显著。鲜切荸荠硬度的变化反映了荸荠组织结构和细胞结构的变化。本文中浸泡时间为 5 min，时间短。影响荸荠组织结构的纤维素属于水不溶性物质，浸泡只会使鲜切荸荠表面微量的水溶性物质溶解在乙醇溶液中，且浸泡只会使荸荠表面细胞微量失水，不会对细胞结构产生破坏。因此乙醇浸泡对鲜切荸荠的硬度影响不显著。

图4 不同处理组鲜切荸荠在贮藏期1 d和13 d的外观图Fig.4 Images of fresh-cut water chestnut treated with ethanol stored for 1 d and 13 d

图5 乙醇对鲜切荸荠硬度的影响Fig.5 Effects of ethanol treatment on hardness of fresh-cut water chestnut

2.5 乙醇对鲜切荸荠气味的影响

电子鼻客观的反应了果蔬贮藏过程中气味变化，用雷达图可判断果蔬风味物质的化学属性[25]。由雷达图6知，4 ℃下贮藏1 d和13 d，荸荠中的气味物质对传感器 R(6)和 R(8)的相应值显著不同，说明传感器R(6)和R(8)代表的物质在含量上存在显著差异。对比表1不同传感器对应敏感类物质知，在贮藏过程中乙醇处理组中鲜切荸荠中甲基类和醇、醛、酮类等化合物含量发生改变。将贮藏期由1 d延长至13 d，随着乙醇浓度的增大，传感器R(6)和R(8)的响应值都增大；其中传感器R(6)的响应值分别由36.92、73.55、94.46、111.13增加至 93.35、154.82、189.89、270.65，传感器 R(8)的响应值分别由 10.79、20.49、28.35、37.10增加至 34.64、66.37、88.53、121.70，说明在贮藏过程中甲基类、醇、醛、酮类化合物含量在增大。引起该种变化的原因可能与荸荠的无氧呼吸有关。植物无氧呼吸的过程中需要葡萄糖及乙醇脱氢酶等多种酶的参与[26]。荸荠中含有大量淀粉，但荸荠中葡萄糖单体含量相对较少[27]。高浓度乙醇可能激活了荸荠中淀粉酶及与无氧呼吸相关酶，使荸荠的无氧呼吸速率加速，从而产生甲基类和醇、醛、酮类物质。高浓度乙醇浸泡会诱发甲基类、醇、醛、酮类物质的生成，不利于鲜切荸荠保持原有气味。

图6 不同处理组荸荠在贮藏期1 d和13 d雷达图Fig.6 Radar chart of fresh-cut water chestnut treated with ethanol stored for 1 d and 13 d

2.6 乙醇对鲜切荸荠中菌落总数和大肠菌群数的影响

乙醇作为常用的食品添加剂，具有杀菌作用[28]。由表2和表3知，贮藏至第4 d，清水对照组和15%乙醇处理组的鲜切荸荠中开始有大肠菌群检出，15%乙醇处理组鲜切荸荠中的菌落总数也增加至1.5×103。贮藏至第7 d，15%乙醇处理组鲜切荸荠中菌落总数和大肠菌群数分别上升至6.9×104和1.8×102，超出满意范围[29]。贮藏至第13 d，15%乙醇处理组鲜切荸荠中菌落总数不可计；大肠菌群数增至 2.83×104，35%乙醇处理组鲜切荸荠中的菌落总数增至4.9×104，大肠菌群数开始检出；而55%和75%乙醇处理组的鲜切荸荠在13 d的贮藏期内一直无菌落总数和大肠菌群检出。荸荠作为生命个体，自身就带有大量微生物，去皮及清洗可以减少其初始带菌量，但是去皮和清洗不能完全去除鲜切荸荠表面的微生物和致病菌。乙醇作为常用的杀菌消毒剂，其杀菌效果与浓度显著相关[30]。结合本文研究的结果知，浓度大于35%的乙醇浸泡鲜切荸荠即可起到很好的杀菌效果，比对乙醇浓度知，鲜切荸荠中的菌落总数和大肠菌群数随着乙醇浓度的增加而减少，说明乙醇浓度越高，杀菌效果越显著。但高浓度乙醇浸泡会增加鲜切荸荠在贮藏过程中的甲基类、醇、醛，酮类物质的生成量。在保持杀菌效果的前提下，降低乙醇浓度，有利于保持鲜切荸荠的原有风味。结合前文中鲜切荸荠的色度分析，发现浓度大于等于35%乙醇浸泡可显著抑制鲜切荸荠黄化现象的发生。观察发现无黄化现象发生的鲜切荸荠中，大肠菌群和菌落总数检出较少或无检出，鲜切荸荠的黄化现象与鲜切荸荠的初始带菌量和大肠菌群数呈负相关性。

表2 乙醇对荸荠中菌落总数的影响Table 2 Effects of ethanol treatment on the total number of colonies of fresh-cut water chestnut

表3 乙醇对荸荠中大肠杆菌数的影响Table 3 Effects of ethanol treatment on the number of coliforms of fresh-cut water chestnut

3 结论

3.1 实验结果表明用乙醇作为鲜切荸荠的保鲜剂，其保鲜效果与乙醇浓度有关。当乙醇浓度大于35%时，才能显著抑制鲜切荸荠的黄化现象的发生，结合微生物指标知所用乙醇浓度最佳范围为35%～55%。

3.2 呼吸速率分析知，乙醇浸泡可增加鲜切荸荠贮藏前期的呼吸速率；电子鼻分析知，高浓度乙醇浸泡后，在贮藏过程中鲜切荸荠中甲基类和醇、醛、酮类物质会显著增加，不利于保持鲜切荸荠的原有风味。

3.3 作为绿色、安全的杀菌消毒剂，乙醇杀菌与冷藏保鲜技术相结合可满足鲜切荸荠的短期保鲜要求。该种保鲜方法有望用于鲜切荸荠的冷藏保鲜中，解决鲜切荸荠短期保鲜的难题。与其他保鲜方法相比，乙醇保鲜方法操作简单、成本低廉且安全性高，有利于保持鲜切荸荠的品质，提高鲜切荸荠的商品价值。