二种保鲜剂对紫山药贮藏保鲜的效果研究

倪伟超，李 彪，段鹏飞，何守峰，刘 清，倪 穗

(宁波大学 海洋学院，浙江 宁波315211)

紫山药(DioscoreaalataL.)，又称紫莳药，紫参薯，因其肉质为紫色而得名。又因其形状不规则，有的有似脚板，又名脚板薯。紫山药属于薯蓣科(Dioscoreaeeae)山药属(Dioscorea)的蔓生草质藤本，食用部位为细嫩柔滑的肉质。紫山药在我国自古就有种植，是一种药食兼备的蔬菜。

目前在国内，对紫山药贮藏方法主要有埋藏、窖藏和筐藏3种，但主要以窖藏为主。但窖藏时间不长，后期容易出现腐烂败坏、发芽等现象，严重影响紫山药的品质。影响紫山药窖藏的主要因素有温度、湿度、氧气含量、微生物含量以及机械损伤等。其中温度、湿度是影响紫山药窖藏的主要因素。古争艳等[1]研究了不同贮藏方式对山药品质影响，发现温度过低会使紫山药受到低温伤害，受冻表现为表皮褶皱、组织变色软化，并渐渐腐烂败坏。薛婧等[2]研究了山药采后生理及贮藏技术，发现湿度在80%～85%时能较好的保持紫山药的品质。因此营造合适的温度、湿度是贮藏紫山药的重要措施。呼吸作用是紫山药营养物质消耗的主要原因，因此降低紫山药贮藏环境中氧气浓度是紫山药保鲜的一个重要条件。微生物是导致紫山药腐败霉变的重要因素，在紫山药贮藏前应对贮藏环境进行消毒灭菌，以降低微生物影响紫山药贮藏时间。机械损伤是引起紫山药变质的直接原因，在挖掘紫山药时、运输紫山药过程中应尽量避免人为对紫山药的损伤。在普通白山药的研究中目前常用一些保鲜剂来达到保鲜目的。如赵喜亭等[3]用1.0%的CaCl2溶液处理铁棍山药块茎发现能较好低保持山药块茎水分，降低了褐变率，可溶性蛋白和可溶性总糖维持在较高水平，这说明氯化钙具有保鲜作用。壳聚糖是近年来研究发现具有很好的保鲜效果的一种绿色保鲜剂。壳聚糖是(1，4) -2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，由甲壳素部分或者全部脱乙酰基的产物[4]。壳聚糖能在果蔬表面形成一层半透膜，具有一定的选择透过性，能阻止外源氧气进入膜内，从而降低了果蔬的有氧呼吸，同时有助于果蔬产生的CO2扩散，避免出现无氧发酵[5]。壳聚糖在果蔬表明形成的膜加大了果蔬内水分的扩散阻力，阻止水分的转移，防止水分蒸发，延缓其萎蔫[6]、保持较高的干物质含量和果实硬度[7]。壳聚糖同时具有很好的抗菌性能，对几十种细菌多种真菌的生长都具有抑制作用[8]。主要是壳聚糖在果蔬表面形成的膜能阻止营养物质进入细菌，从而致使细菌无法生长[9]；壳聚糖拥有许多带正电荷的氨基基团与微生物细胞膜表面带负电荷的物质相互作用，导致微生物细胞内蛋白质以及其他组成物质发生泄漏，使得微生物死亡[10]。

本研究以CaCl2和壳聚糖为保鲜剂对新鲜的紫山药进行贮藏保鲜技术研究。以有效延长紫山药的贮藏期，改善产品的口感，大大提高产品的附加值，并为今后科学地开发利用紫山药资源提供技术方法。研究成果将对紫山药的鲜食、加工等方面起到极大的推动作用，为这种特色植物更好地走向市场奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料、试剂及仪器设备

材料采自浙江省台州市黄岩区农户田里，选取完整无伤口的新鲜紫山药，进行清洗、晾干。清洗时要注意尽量避免人为损伤紫山药块茎。

试剂纯水、磷酸二氢钠二水、磷酸氢二钠十二水、愈创木酚、30%双氧水、邻苯二酚、乙醇、TCA、TBA、3,5二硝基水杨酸均为分析纯；乙酸、乳酸、乙酰丙酸为食品级。

仪器设备高速冷冻离心机、离心机、紫外分光光度计、水浴锅、分析天平、电子天平、电磁炉、研钵、25 mL刻度试管、折光仪、Y4硬度计、磁力搅拌器、喷壶。

1.2 实验方法

壳聚糖溶液制备：按1%的壳聚糖、1%的乙酸、1%的乳酸、1%的乙酰丙酸配制，在磁力搅拌器中搅拌均匀。

将紫山药清洗干净晾干，分别用纯水、1%的氯化钙溶液、1%壳聚糖溶液均匀喷在紫山药块茎表面，晾干，放入10 ℃的冷库中保藏。

1.3 检测指标

1.3.1 失重率

电子天平(精确度±0.1 g)测定，分别测定贮藏前与贮藏后的重量，计算公式如下：失重率(%)=(贮藏前重量-贮藏后重量)/贮藏前重量×100[11]

1.3.2 硬度

Y-4硬度计测定。

1.3.3 可溶性固形物

折光仪测定。

1.3.4 丙二醛

参考李合生[12]的方法。

取1 g去皮紫山药样品加5 mL 10%的三氯乙酸研磨，5 600 r/min离心15 min，取上清液1 mL，再加4 mL0.5%的硫代巴比妥酸(TBA)，摇匀，沸水浴30 min，冷却后再离心。以对照溶液为空白，分别在450 nm、532 nm、600 nm波长下测其吸光度值。并按公式C(μmol·L-1)=6.45(A532-A600)-0.65A450算出MDA的浓度，再算出单位鲜重中的MDA的含量：

MDA(μmol·g-1FW)=MDA浓度(μmol·g-1)×提取液体积(mL)/紫山药鲜重(g)

1.3.5 还原糖

取1g紫山药样品，加入10 mL纯水充分研磨，移至15 mL离心管中，50 ℃水浴20 min后5 600 r/min离心10 min，取2 mL提取液和1.5 mL3,5二硝基水杨酸到25 mL的刻度试管中，沸水浴5 min，冷却后定容至25 mL，在540 nm下测定吸光度值。根据标准曲线算出还原糖的含量[13-14]。

标准曲线的制作：1 mg/mL 葡萄糖标准液：准确称取 100 mg 分析纯葡萄糖(预先在 80 ℃烘至恒重)，置于小烧杯中，用少量蒸馏水溶解后，定量转移到 100 mL 的容量瓶中，以馏水定容至刻度，摇匀，冰箱中保存备用。取7支25 mL刻度试管，编号0～6，按下表操作。

表1 葡萄糖标准曲线制作表

将各管摇匀，在沸水浴中加热5 min，取出后冷却至室温，再定容至25 mL，混匀。在540 nm波长下，用0号管调零，分别读取1～6号管的吸光度。以吸光度为纵坐标，葡萄糖毫克数为横坐标，绘制标准曲线。

1.3.6 过氧化物酶[15]

取1g紫山药样品，加5 mL 0.2 mol/l磷酸缓冲液，冰浴研磨，10 000 r/min 4℃离心15 min，取1 mL粗酶提取液、1 mL磷酸缓冲液、1 mL 0.25%愈创木酚和0.1 mL 0.75%过氧化氢，混匀，扫描3 min内OD460nm的变化，以每分钟变化0.1为1个酶活单位U，酶活性表示为U/g。

1.3.7 多酚氧化酶

参考郁志芳[16]取1g紫山药样品，加5 mL 0.2 mol/l磷酸缓冲液，冰浴研磨，10 000 r/min 4 ℃离心15 min，取0.1 mL粗酶提取液、2 mL磷酸缓冲液和2 mL邻苯二酚溶液混匀，扫描2 min内OD410nm的变化，以OD410nm每分钟变化0.1为1个酶活单位U，酶活性表示为U/g。

1.3.8 霉变指数

按紫山药表面腐烂程度分为0～5级。

0级—表面无生霉腐烂现象；1级—表面生霉面积在0～20%；2级—表面生霉腐烂面积在20%～40%；3级—表面生霉腐烂在40%～60%；4级—表面生霉腐烂在60%～80%；5级—表面生霉腐烂在80%～100%。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线

以葡萄糖为标准品，测得葡萄糖标准曲线如图1，由图可看出R2达到0.999 7，说明本实验结果精确度高，在实验室条件下得出的标准曲线是准确的。

图1 铁还原力测定

2.2 保鲜剂对紫山药贮藏期间失重率的影响

在贮藏期间，紫山药失重的主要原因是通过表皮皮孔进行的水分蒸发和呼吸作用的消耗有机物质[17]。从图2可看出：3组紫山药的失重率随着时间延长成逐渐上升的趋势，并在第48天后对照组的失重率远远高于其氯化钙处理组和壳聚糖处理组。这表明CaCl2和壳聚糖均具有抑制紫山药水分散失的作用，其中壳聚糖处理的紫山药失重率最低，维持紫山药水分效果尤为明显。

图2 紫山药失重率对贮藏时间的变化

2.3 保鲜剂对紫山药贮藏期间硬度的影响

硬度是紫山药口感的重要评价标准。从图3可看出，前期各处理组紫山药的硬度变化差异较小且呈现逐渐增高的趋势，在第42天后处理组的硬度变化出现明显差异，这可能是因为紫山药失水过多导致紫山药硬度变大[18]；在第70天各处理组出现最大值，之后紫山药的硬度开始逐渐下降，这可能是因为紫山药表面开始出现霉菌以及紫山药本身的呼吸作用，导致紫山药内部有机物质的消耗从而降低了紫山药的硬度。从图3可发现在整个贮藏期间壳聚糖处理后的紫山药硬度均比其他处理组高，因此可推断壳聚糖处理的紫山药在贮藏期间能保持紫山药良好的口感。

图3 紫山药硬度随贮藏时间的变化

2.4 保鲜剂对紫山药贮藏期间可溶性固形物的影响

可溶性固形物含量是判断果实贮藏过程中耐贮藏性的重要指标，反映了果实在贮藏过程中可溶性糖等物质的变化[19-20]。如图4所示，在贮藏期间可溶性固形物含量呈逐渐下降的趋势，同一时间各处理组的紫山药可溶性固形物含量有明显的差异，其中用壳聚糖处理的紫山药可溶性固形物含量始终处于较高水平；CaCl2处理组的可溶性固形物含量也高于对照组，但低于壳聚糖处理组。这表明三组处理中用壳聚糖处理的紫山药在贮藏过程中能有效减缓可溶性糖等物质的消耗速度，降低可溶性固形物的损失。

图4 紫山药可溶性固形物随储藏时间的变化

2.5 保鲜剂对紫山药贮藏期间丙二醛的影响

丙二醛(MDA)是植物细胞膜系统膜脂过氧化作用的主要产物之一，对细胞膜系统和多种生物功能分子有很强的破坏作用，丙二醛含量是判断果蔬衰老腐败程度的一个重要指标[21]。如图5所示，三组处理的紫山药中丙二醛含量大体上呈现是逐渐上升的趋势，表明此时紫山药组织开始衰败，细胞膜系统遭到破坏，半透性改变，从而使得MDA含量上升[22]。在贮藏期间，对照组紫山药中MDA含量一直处于较高水平，CaCl2处理组MDA含量次之，壳聚糖处理组的MDA含量最低，这说明壳聚糖处理对紫山药在贮藏期间减少MDA产生，延缓紫山药衰老有较好的效果。

图5 紫山药丙二醛随储藏时间的变化

2.6 保鲜剂对紫山药贮藏期间还原糖的影响

还原性糖主要来源是多糖物质和其他一些大分子物质的降解产物，是果蔬贮藏过程中生理生化代谢中重要的指标[23]。从图6中可看出，在贮藏期间，三组处理的紫山药还原性糖均呈现上升的趋势，还原性糖含量高表明紫山药代谢旺盛，这说明紫山药在贮藏过程中紫山药中营养物质被分解。如图，壳聚糖处理的紫山药还原糖含量一直低于对照组和CaCl2处理组紫山药还原糖含量在第98天时，壳聚糖处理组紫山药还原糖含量(12.67 mg/g)远低于对照组(24.66 mg/g)，这表明壳聚糖在紫山药贮藏过程中有效保存紫山药营养物质，避免营养物质分解。

图6 紫山药还原糖随储藏时间的变化

2.7 保鲜剂对紫山药贮藏期间霉变指数的影响

霉变和腐烂是紫山药贮藏面临最大的问题，不仅影响紫山药营养价值、口感，同时降低了货架期。如表2所示，紫山药在贮藏前期，并未出现霉变，但在第42天对照组和CaCl2处理组的紫山药开始出现轻微的霉变，壳聚糖处理组在第56天开始出现轻微霉变，这可能是取样时出现的交叉感染。在贮藏第98天后，对照组紫山药出现大面积的霉变现象，霉变指数达到了4.33，这表明对照组紫山药已经严重霉变；壳聚糖处理组紫山药霉变指数仅为1.33，这说明壳聚糖在紫山药贮藏过程中明显抑制微生物的生长，阻止病原菌侵入紫山药，避免紫山药腐败。

表2 紫山药霉变指数随储藏时间的变化

2.8 保鲜剂对紫山药贮藏期间多酚氧化酶的影响

PPO是果蔬中一般都存在的一种酶，能催化多种酚类物质氧化成醌类物质，然后再聚集形呈褐色、棕色或黑色的聚合物，并随着时间的堆积引发褐变，因此，PPO是引起果蔬褐变的主要因素之一[24-25]。如图7所示，在贮藏期间，三组处理的紫山药PPO活力总体趋势大致相同，先降后升再降的趋势。形成这原因可能在运输过程中对紫山药表面造成一定的损伤，导致紫山药组织与氧气接触，底物和氧气的充足使得PPO活力表现较高。经过保鲜处理后紫山药表面与氧气隔绝，放入冷库后随着环境温度的降低，致使紫山药的PPO活力也降低。但随着保藏时间的延长，低温逐渐破坏了紫山药细胞膜完整性，导致PPO大量外泄表现出较高的PPO酶活力[26]。如图，对照组和CaCl2处理组均在第56天PPO活力达到峰值，壳聚糖处理组在第28天到达最大值。三组处理紫山药中，壳聚糖处理组的PPO活力一直处于5 U/g以下，远低于对照组和CaCl2处理组，这说明壳聚糖在紫山药储藏期间能有效抑制PPO活力防止紫山药褐变。

图7 紫山药多酚氧化酶随储藏时间的变化

2.9 保鲜剂对紫山药贮藏期间过氧化物酶的影响

POD是果蔬中一种重要氧化还原酶，能分解果蔬组织中低浓度H2O2，减少果蔬组织中过氧化物的积累，防止果蔬细胞膜系统膜脂过氧化和膜结构的完整性，从而减缓了果蔬衰老[27]。如图8，在贮藏期间，三组处理紫山药中POD活力总体趋势大致相同，先降后升再曲玉降低的趋势，起初POD活力高可能是因为在挖掘运输清洗过程中环境等因素对紫山药造成损伤，POD活力高能有效减少过氧化作用对膜系统的损伤，有效保证紫山药品质；当放入冷库时，温度降低且环境人为对紫山药的损害减少，POD活力开始所降低，但随着一直处于低温，低温伤害渐渐开始凸显，POD活力开始逐渐上升，这降低了低温对紫山药的伤害[26]。之后POD活力开始缓慢降低，可能是因为紫山药表面霉变，微生物入侵导致紫山药细胞组织破坏降低了酶活。如图，用壳聚糖处理的紫山药POD活力明显高于其他两个处理组，在第70天POD活力达到峰值(25.75 U/g)，这表明壳聚糖在紫山药贮藏过程中能有效保持POD活力，减少外部环境和内部微生物对紫山药的破坏，延缓紫山药腐败衰老。

图8 紫山药过氧化物酶随储藏时间的变化

3 小 结

由于紫山药在贮藏期间尤其是后期容易发霉、腐败，失水过多导致紫山药表皮褶皱，充分影响了紫山药的营养价值和食用价值，同时，季节性的缺点掣肘了紫山药大面积的种植。探究紫山药贮藏保鲜能很好地延伸紫山药食用时间，扩大紫山药的经济价值。

本文首次研究了CaCl2和壳聚糖对紫山药贮藏保鲜方面的影响。经研究发现，CaCl2和壳聚糖对紫山药贮藏均有保鲜效果，但壳聚糖保鲜效果要优于CaCl2，能有效调节紫山药在贮藏期间的生理生化活动，保持其丰富的营养物质和食用品质。在贮藏期间，壳聚糖能有效抑制紫山药的PPO活性，减少酚类物质的累积，保持紫山药组织颜色鲜紫；能降低紫山药MDA的堆积，保持紫山药细胞膜完整性；维持较高的POD活力，延缓紫山药组织衰老；壳聚糖涂抹能在紫山药表面形成一层半透膜，阻碍紫山药水分散失，减少紫山药内物质转化和呼吸消耗，保持紫山药硬度，并且可以阻止病菌入侵紫山药，防止紫山药表面发生霉变。因此壳聚糖在紫山药贮藏保鲜方面显示出优异的性质。