壳寡糖涂膜对鲜切苹果的保鲜作用

陈 颖,刘程惠,白雯睿,付喜庆,高 飞

(大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600)

鲜切苹果的原料在采收、运输、贮藏过程中,受到机械损伤后,微生物很容易通过伤口侵蚀果实。而且,苹果的果蒂及果梗附着的腐败菌很难在清洗过程中完全除去,原料切割后这些没有除去的腐败菌大量繁殖,导致鲜切果蔬腐烂变质[1]。此外,苹果经去皮、切割等工艺处理后会导致组织受到机械损伤,进而引发伤呼吸、伤乙烯、次生代谢积累等生理生化反应,从而影响鲜切苹果的风味、品质和营养价值[2]。可见,由微生物引发的侵染性病害和切割伤害造成的生理性病害是导致鲜切苹果贮藏品质下降的主要因素。为了解决上述问题,直接使用化学保鲜剂处理鲜切苹果是最为常见的保鲜方法,它操作简单且价格低廉,但是化学保鲜剂存在危害人体健康的潜在风险,受到消费者抵触[3]。近几年,天然保鲜剂因无毒、安全的特点已成为热门研究对象,常用于果蔬保鲜的天然保鲜剂主要有壳聚糖、蜂胶、茶多酚、植物精油等[4-10]。

目前,壳聚糖作为天然涂膜保鲜剂应用于果蔬及鲜切果蔬保鲜的研究较多,对鲜切苹果、梨、菠萝、胡萝卜等鲜切果蔬产品有较好的保鲜作用[11-14],但它不溶于水,需要加入酸性溶液(如醋酸、稀盐酸、柠檬酸)才能溶解,会对鲜切果蔬的风味产生不利影响。与壳聚糖相比,壳寡糖不仅具有良好的成膜特性,而且水溶性极佳,并且还具有优越的生物活性及防腐抗菌能力,安全无毒且是唯一可食用的碱性寡糖,因此非常适合替代壳聚糖用于果蔬及其加工品的涂膜保鲜[15-19]。目前,已有一些应用壳寡糖来保鲜完整果蔬的研究报道,如草莓、梨、柑橘等,结果表明壳寡糖涂膜能显著抑制这些果蔬失重率、硬度、可溶性固形物和可滴定酸等贮藏品质的下降[7，20-21]。但是,关于使用壳寡糖涂膜对鲜切果蔬品质影响的研究报道还较少。

本研究以富士苹果为原料,采用不同质量浓度的壳寡糖对鲜切苹果进行涂膜处理,研究它们对鲜切苹果的保鲜作用,从而筛选出最佳质量浓度,为天然可食性涂膜保鲜剂的开发及应用于鲜切果蔬保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜成熟的富士苹果 大连当地果园，重约(200±10) g、果形指数在0.7±0.1之间;壳寡糖分子质量大约在700 Da左右 西安泽邦生物科技有限公司;孟加拉红培养基、平板计数琼脂培养基、结晶紫中性红胆盐琼脂培养基、煌绿乳糖胆盐肉汤等培养基 所用试剂均为国产化学纯或分析纯,北京奥博星生物技术有限公司。

DNP-9082电热恒温培养箱 上海精宏实验设备有限公司;VS-1300超净工作台 苏州市苏信净化设备厂;SN-SQ立式压力蒸汽灭菌器 重庆雅马拓科技有限公司;CR400/CR410色差计 日本Konica Minolta公司;SCIENTZ-09无菌匀浆机 宁波新芝生物科技股份有限公司;PAL-1手持糖度计 广州市爱宕科学仪器有限公司;GY-3指针式水果硬度计 浙江托普仪器有限公司;GC-7AG气相色谱仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 将苹果清洗、用浓度为0.02%次氯酸浸泡杀菌、削皮、去核、切分成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小块,随机分成4组。其中3组分别在质量浓度为1、1.5、2 g/100 mL的壳寡糖保鲜液中浸泡1 min后取出,放于筛盘中,用无菌风吹干,完成涂膜。另一组为对照组,用无菌水浸泡1 min。样品随机放入20 cm×15 cm×2 cm保鲜托盘中用厚为(15±2) μm的PE保鲜膜包装后,放入4 ℃下贮藏,每2 d测定微生物指标和呼吸强度、可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸、PPO、POD生理指标及色泽、硬度和失重率。每组抽取3个样品,每个样品测定3个平行样,取平均值。

1.2.2 鲜切苹果微生物的测定 根据GB/T 4789.2-2016测定菌落总数[22];根据GB4789.15-2016测定霉菌菌落总数[23];根据GB4789.15-2016测定酵母菌菌落总数[23];检测GB/T4789.3-2016中的第二法大肠菌群平板计数法测定大肠菌群[24]。

1.2.3 鲜切苹果生理和品质指标的测定

1.2.3.1 呼吸强度的测定 使用TCD检测器,色谱柱为Alltech CTR1,以20 mL/min的N2作载气,在检测器温度为120 ℃,柱箱温度为35 ℃的情况下进行二氧化碳浓度的测定,呼吸强度用1 h内1 kg的果蔬产品放出CO2的mL数表示,即mL CO2/(kg·h)。

1.2.3.2 营养品质的测定 可溶性固形物含量根据NY/T2637-2014水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定方法,取5 g鲜切苹果样品,研碎后4000 r/min离心10 min,取上清液用糖度计直接测定[25]。可滴定酸含量参照Hernańdez-Munõz等[26]的方法,其中可滴定酸以苹果酸含量为换算系数计算。抗坏血酸含量采用直接碘量法[27]。

1.2.3.3 感官品质的测定 失重率采用称质量法测质量损失率,公式如下:失重率(%)=(m0-m1)100/m0,其中m0为刚切分完的苹果块的质量,m1为贮藏期间苹果块的质量。硬度采用果实硬度计测定,单位为kg/cm2。色泽采用色差计测定鲜切苹果的L、a*、b*值及计算褐变指数(Browning Index,BI)[28]。

1.2.3.4 PPO和POD活性的测定 待测酶液的提取:取5.0 g苹果样品和20 mL pH为6.4的磷酸缓冲液,冰浴研磨,在4 ℃、12000 r/min条件下离心30 min,收集含酶的上清液,即酶提取液。PPO和POD活性的测定参照曹建康等[27]的方法。取0.5 mL酶提取液加入3 mL邻苯二酚溶液,加盖,轻轻摇晃,测定波长398 nm处30 s内吸光值变化,PPO活性以每克果蔬样品每分钟吸光度值增加1为1个活力单位,即1 U=ΔOD398/(min·g)，取0.5 mL酶提取液加入2 mL 0.05%愈创木酚溶液在30 ℃水浴下保温5 min后加入1 mL 0.08% H2O2溶液,测定波长460 nm处60 s内吸光值变化,POD活性以每克果蔬样品每分钟吸光度值增加1为1个活力单位,即1 U=ΔOD460/(min·g)。

1.3 数据处理

用SSPS 18软件处理数据,并进行标准偏差和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 壳寡糖涂膜对鲜切苹果微生物数量的影响

由表1可知,随着贮藏时间延长,各组菌落总数、霉菌、酵母菌和大肠杆菌数均呈上升趋势,且壳寡糖处理的菌落总数、霉菌、酵母菌和大肠菌群数均显著(p<0.05)低于对照组。从菌落总数来看,对照组的菌落总数在第4 d开始可计,而壳寡糖处理组的菌落总数在第8 d才开始可计。在第14 d,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组分别比对照组的菌落总数减少了25.2%、40.2%和31.8%;而对于霉菌,对照组的霉菌在第6 d开始生长,1、2 g/100 mL壳寡糖处理组的霉菌在第10 d开始生长,而1.5 g/100 mL壳寡糖处理组的霉菌在第14 d才开始生长。在贮藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组分别比对照组的霉菌数减少了18.4%、54.9%和23.4%;对于酵母菌,对照组的酵母菌数在第4 d可计,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组均在第8 d可计。在贮藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组分别比对照组的酵母菌数量减少了24.9%、33.3%和31.9%。此外,对于大肠菌群而言,对照组的在第10 d开始可计,而壳寡糖处理组的在第14 d才开始可计。在贮藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组分别比对照组的大肠菌群数量减少了35.0%、42.2%和36.4%。

表1 壳寡糖处理对鲜切苹果贮藏期间微生物的影响(lg CFU/g)Table 1 Effect of chitosan oligosaccharides on microorganisms in fresh-cut apples during storage(lg CFU/g)

由此可知,壳寡糖对鲜切苹果的菌落总数、霉菌、酵母菌和大肠菌群数有明显地抑制作用,其中1.5 g/100 mL的壳寡糖抑菌效果最佳。这可能是因为壳寡糖分子结构表面上的游离氨基使其具有多聚阳离子性,可以与微生物细胞表面产生的脂多糖、糖醛酸磷壁质等酸性物质形成复杂的高分子电解质,使细胞的渗透性增大,造成细胞内物质泄漏,从而使微生物的生长被抑制甚至导致其死亡[29-30]。此外,壳寡糖进入菌体后,还能阻断RNA的合成,降低其细胞的活性,也抑制了微生物的繁殖[31]。目前我国还没有关于鲜切果蔬中菌落总数、霉菌、酵母菌和大肠菌群数限制的国家标准,但上海地方标准(DB31/2012-2013)要求鲜切果蔬产品的菌落总数低于106CFU/g。虽然对照组和壳寡糖处理组的菌落总数在贮藏期间均未超过标准,但应尽可能地降低微生物数量,以减小鲜切产品安全风险系数[32]。

2.2 壳寡糖涂膜对鲜切苹果生理和品质指标影响

2.2.1 壳寡糖涂膜对鲜切苹果呼吸强度的影响 果实在贮藏中仍然是有生命的活着的机体。果实采收后,同化作用基本停止,呼吸作用成为新陈代谢的主导方面,它直接或间接地联系着各种生理生化过程。由图1可知,随着贮藏时间延长,鲜切苹果的呼吸强度呈缓慢的上升趋势,壳寡糖处理组的呼吸强度均低于对照组。1和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理的鲜切苹果的呼吸强度在贮藏前6 d与对照组无显著差异,但在贮藏第6 d之后显著低于对照组(p<0.05),1.5 g/100 mL壳寡糖涂膜处理的鲜切苹果的呼吸强度在整个贮藏期都显著低于对照组(p<0.05)。可见,壳寡糖能够有效地降低鲜切苹果的呼吸强度。

图1 壳寡糖对鲜切苹果呼吸强度的影响Fig.1 Effects of chitosan oligosaccharide on respiration intensity of fresh-cut apples

2.2.2 壳寡糖涂膜对鲜切苹果营养品质的影响

2.2.2.1 对鲜切苹果可溶性固形物含量影响 由图2可知,对照组鲜切苹果的可溶性固形物含量整体呈先缓慢上升后下降的趋势。这是由于贮藏前期苹果中淀粉等大分子碳水化合物转化成可溶性糖类,而随着后期呼吸作用的增强,糖类等营养物质被大量消耗[33]。不同的壳寡糖处理浓度对鲜切苹果可溶性固形物的影响效果不同,1 g/100 mL壳寡糖涂膜处理鲜切苹果的可溶性固形物含量变化趋势与对照组相同,且在相同贮藏时间,1 g/100 mL壳寡糖与对照组之间无显著差异;而1.5和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理的鲜切苹果的可溶性固形物含量整体呈逐渐上升趋势,这是因为这两个浓度的壳寡糖涂膜处理抑制了鲜切苹果的呼吸,从而减少了糖类的消耗。

图2 壳寡糖对鲜切苹果可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effects of chitosan oligosaccharide on soluble solids content in fresh-cut apples

2.2.2.2 对鲜切苹果可滴定酸含量的影响 由图3可知,在贮藏期间,各组鲜切苹果可滴定酸的含量均呈下降趋势,这可能与鲜切苹果的有机酸作为呼吸基质被消耗有关。在整个贮藏期间,对照组、1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖处理组的可滴定酸的含量分别比贮藏初期下降了32.1%、23.3%、22.6%和16.1%。壳寡糖处理组的可滴定酸含量均比对照组的下降幅度小(p<0.05),且1.5 g/100 mL壳寡糖处理组的可滴定酸含量下降幅度显著低于另两个壳寡糖处理组(p<0.05)。由此可知,壳寡糖涂膜可有效地维持较高的可滴定酸的含量,更有利于保持其口感。

图3 壳寡糖对鲜切苹果可滴定酸含量的影响Fig.3 Effects of chitosan oligosaccharide on titratable acidity content of fresh-cut apples

2.2.2.3 对鲜切苹果抗坏血酸含量的影响 抗坏血酸是苹果的主要营养成分之一,是对人体有益的一种水溶性维生素,但它易被氧化、分解,从而丧失生理活性。由图4可知,在整个贮藏期间,对照组与处理组鲜切苹果的抗坏血酸含量变化趋势相近,且对照组与壳寡糖处理组之间无显著差异(p>0.05)。

图4 壳寡糖对鲜切苹果抗坏血酸含量的影响Fig.4 Effects of chitosan oligosaccharide on ascorbic acid content in fresh-cut apples

2.2.3 壳寡糖涂膜对鲜切苹果感官品质的影响

2.2.3.1 对鲜切苹果失重率的影响 鲜切水果失重主要是水分散失导致的,果实失水过多表现为组织萎缩,失去原有光泽,降低其食用价值[34]。此外,鲜切苹果在贮藏期间仍进行呼吸作用等新陈代谢,也会引起质量消耗。由图5可知,在贮藏期间,鲜切苹果的失重率在逐渐增加,在贮藏14 d,对照组、1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理组的失重率分别为1.87%、1.72%、1.48%和1.77%。比对照相比,1和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理对鲜切苹果失重的抑制作用不显著,但1.5 g/100 mL壳寡糖涂膜处理可显著地(p<0.05)防止鲜切苹果失重。

图5 壳寡糖对鲜切苹果失重率的影响Fig.5 Effects of chitosan oligosaccharide on weight loss rate of fresh-cut apples

2.2.3.2 对鲜切苹果硬度的影响 由图6可知,随着贮藏时间延长,所有组的硬度都逐渐降低,但是,壳寡糖处理组硬度均高于对照组,其中以1.5 g/100 mL壳寡糖涂膜处理的硬度下降的最少,2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理组次之。贮藏14 d时,对照组、1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖溶液处理组的硬度分别比第0 d下降了26.3%、18.0%、14.7%和16.8%。可见,在贮藏期间,壳寡糖涂膜处理均能抑制鲜切苹果硬度的下降,其中1.5 g/100 mL壳寡糖涂膜对鲜切苹果硬度下降的抑制效果最好。

图6 壳寡糖对鲜切苹果硬度的影响Fig.6 Effects of chitosan oligosaccharide on firmness of fresh-cut apples

2.2.2.4 对鲜切苹果BI值的影响 BI值表示褐变指数,BI值越高,表示褐变程度越严重[35]。由图7可知,随着贮藏时间延长,对照组和各处理组的BI值均逐渐上升,并且随着壳寡糖质量浓度的增加,BI值增加速率变大,说明壳寡糖有促进鲜切苹果褐变的作用。本研究中单独使用壳寡糖处理组并未达到防控褐变的预期效果,但有研究报道发现壳寡糖和百里香油、肉桂油复合处理鲜切苹果可以有效抑制其褐变程度[36]。因此,在未来的研究中可以以壳寡糖作为涂膜基质,再添加适当的天然抗褐变剂,以改善其在防止鲜切苹果褐变方面的不足。

图7 壳寡糖对鲜切苹果BI值的影响Fig.7 Effects of chitosan oligosaccharides on the browning index of fresh-cut apples

2.2.2.5 对鲜切苹果PPO和POD活性的影响 PPO是促进果蔬发生酶促褐变的多酚氧化酶[37]。由图8可知,贮藏期间鲜切苹果的PPO活性整体呈现先上升后下降并趋于平稳的趋势。在第4 d时,所有组的PPO活性出现一个峰值,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理组的PPO活性分别比对照组高24.89%、31.56%和50.38%;第4 d之后,各壳寡糖涂膜处理组的PPO活性虽有所下降但是均高于对照组。可见,壳寡糖涂膜处理有促进鲜切苹果PPO活性增加的作用。

图8 壳寡糖对鲜切苹果PPO活性的影响Fig.8 Effects of chitosan oligosaccharide on PPO activity of fresh-cut apples

POD也参与果蔬的酶促褐变,可以催化酚类物质、谷胱甘肽、抗坏血酸的氧化,使果蔬变色[38]。由图9可知,贮藏前4 d,各处理组鲜切苹果的POD活性均很低;贮藏第4 d之后,各处理组的POD活性缓慢增加,并且壳寡糖处理组均高于对照组;在贮藏第12 d时,POD活性快速增加到最高,1、1.5和2 g/100 mL壳寡糖涂膜处理组的POD活性分别比对照组高59.78%、97.86%和99.36%。由此可见,壳寡糖处理促使鲜切苹果PPO、POD活性升高,从而导致了鲜切苹果褐变的加速。

图9 壳寡糖对鲜切苹果POD活性的影响Fig.9 Effects of chitosan oligosaccharide on peroxide(POD)activity of fresh-cut apples

3 结论

壳寡糖涂膜处理可有效地抑制鲜切苹果的菌落总数、霉菌、酵母菌和大肠菌群等微生物生长,其中1.5 g/100 mL壳寡糖涂膜处理对四种微生物的抑制效果最好。壳寡糖涂膜处理还能调控抑制鲜切苹果呼吸强度的增强,保持可溶性固形物和可滴定酸含量的稳定,防止失重率增加,减缓软化,但对VC的流失没有明显的抑制作用。此外,壳寡糖涂膜处理对鲜切苹果的褐变有促进作用。