超声波-气调联合处理对番茄、丝瓜混合贮藏保鲜效果的影响

章潇天， 张 慜*， 过志梅

（1. 食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏 无锡214122；2. 无锡海核装备科技有限公司，江苏 无锡214191）

蔬菜营养丰富，是船员远洋航行中必不可少的饮食需求。 但随着航行时间的增加，果蔬新鲜度逐渐下降，无法满足航行全程中船员的蔬菜需求。 另外，由于船舶空间有限，船员可以吃到的蔬菜种类也有限，因此蔬菜混合贮藏保鲜有着广阔的应用前景[1]。 果蔬呼吸产生乙烯气体，造成水分损失，肉质软化，保鲜期缩短[2]。 可见混藏的主要问题在于多品种蔬菜呼吸作用产生的乙烯积累，且易造成病原微生物的交叉感染。 目前关于蔬菜混藏的研究较少[3-4]。而关于番茄、丝瓜的混藏试验尚未有报道。

番茄果实酸甜可口，丝瓜生津止渴、顺气健脾。番茄、丝瓜中维生素C 含量丰富，多食有助于降低血清胆固醇[5]，是夏季常食蔬菜，在船舶航行中也能提供船员必需的营养和美味。 番茄水分含量大、果皮薄软怕挤压，属于喜温性果实，低于12 ℃贮藏易受冷害，高温对番茄的后熟有促进作用，贮藏保鲜比较困难[6]。 丝瓜低于11 ℃贮藏也易受冷害，瓜条变软。 因此冷藏12～14 ℃为宜[5]。

超声波作为一种非热技术，可产生强烈的机械作用和空化作用，用于果蔬清洗除尘。 超声波空化产生的局部高温高压和高剪切力打破细胞壁和膜结构，破坏微生物细胞，起到杀菌作用[7]。 此外，有研究表明超声波处理采后果蔬可以改善其质地特性和理化品质[7]。 超声波保鲜方法条件温和、安全、清洁且无副作用，近年来在果蔬保鲜领域得到快速发展。 张福平等[8]评估了超声波结合气调包装对番石榴保鲜的影响，与无处理相比，超声波处理10 min结合气调包装将番石榴的贮藏期延长了12 d。 黄利强等[9]将超声波处理结合气调包装应用到葡萄保鲜中， 得出超声5 min 结合MA 包装处理可降低葡萄失重和呼吸。 Feng 等[10]研究了超声波结合CA 对黄瓜品质的影响，研究表明联合处理能有效保护黄瓜细胞膜并抑制水分的流动。

作者将超声波技术应用于采后番茄、丝瓜混合贮藏保鲜，同时与气调包装联合，对比冷藏，研究贮藏期内联合技术的保鲜效果，旨在降低成本、船运能耗和船舶使用空间的同时，保持混合蔬菜良好的保鲜品质，以期为果蔬混合贮藏提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

番茄、丝瓜：购买于无锡市滨湖雪浪菜市场，选用无机械损伤的粉红熟番茄与丝瓜； 气调包装袋（高密度聚乙烯袋（HDPE），尺寸70 cm×80 cm，厚度35 mm）：深圳市创信包装材料有限公司产品。

1.2 实验设备

KK180 气调包装机：苏州市凯康机械设备有限公司产品；JY98-3D 超声波清洗仪： 浙江宁波超声机械设备有限公司产品；UV-2600 紫外分光光度计：上海天美科学仪器有限公司产品；SIGMA2-16K低温高速离心机：德国西格玛公司产品；NMI120 低场核磁分析仪： 上海纽迈电子科技有限公司产品；GY-1 型硬度计：广州市华智仪器仪表有限公司产品。

1.3 实验设计

1.3.1 超声波处理时间优化试验 分别用超声波（频率20 kHz，输出功率180 W）处理番茄5 min 和10 min，晾干后置于冷库中（12±1） ℃贮藏，以蒸馏水浸泡番茄5 min 为对照；分别用超声波（频率20 kHz，输出功率300 W）处理丝瓜5 min 和10 min，晾干后置于冷库中（12±1） ℃贮藏，以蒸馏水浸泡丝瓜5 min 为对照； 优化超声波处理番茄和丝瓜的时间。

1.3.2 番茄、丝瓜混藏气调试验 将番茄、丝瓜分6组混藏，充气（第1 组（体积分数）：3%O2、2%CO2、95%N2；第2 组（体积分数）：3%O2、4%CO2、93%N2；第3 组 （体积分数）：3%O2、6%CO2、91%N2； 第4 组（体积分数）：6%O2、2%CO2、92%N2；第5 组（体积分数）：6%O2、4%CO2、90%N2；第6 组（体积分数）：6%O2、6%CO2、88%N2），置于冷库中（12±1） ℃贮藏，每组番茄、 丝瓜各1 kg， 总质量2 kg。 本次实验共6组，每组3 个平行，优化混藏的气体组分。

1.3.3 超声波-气调联合处理保鲜试验 在超声波试验和混藏气调试验的基础上，设置：

1）冷藏组 将番茄和丝瓜混放于筐中（长×宽×高：40 cm×30 cm×10 cm），置于冷库中（12±1）℃贮藏。

2）超声组 分别用频率20 kHz，输出功率180 W 和300 W 的超声波处理番茄和丝瓜5 min， 晾干后混放于筐中（长×宽×高：40 cm×30 cm×10 cm），置于冷库中（12±1） ℃贮藏。

3）气调贮藏组 将番茄和丝瓜混置于HDPE 气调袋中， 充入初始气体比例 （体积分数）6%O2、4%CO2、90%N2后封口置于冷库中（12±1） ℃贮藏；

4）超声-气调联合保鲜组 分别用频率20 kHz，输出功率180 W 和300 W 的超声波处理番茄和丝瓜5 min，晾干后混置于HDPE 气调袋中充入（体积分 数）6%O2、4%CO2、90%N2后 封 口， 置 于 冷库 中（12±1） ℃贮藏。

本次实验中共4 个处理， 每个处理3 个平行，分别测定各项指标。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 失重率 采用差量法[3]测定各实验组失重率：

式中，M为失重率，%；m0为初始质量，g；m1为最终质量，g。

1.4.2 硬度 采用GY-1 型手持硬度计测量， 单位以N 表示。

1.4.3 呼吸强度 采用静置法，参照曹健康《果蔬采后生理生化实验指导》中静置碱液吸收法，结果以H表示，单位为mg/（kg·h）表示。

1.4.4 抗坏血酸质量分数 参照国标GB5009.86—2016，采用2，6-二氯靛酚滴定法，滴定终点为溶液呈微红色，结果以K表示，单位为mg/hg 表示。

1.4.5 丙二醛（MDA）质量摩尔浓度 采用硫代巴比妥酸法测定[11]，结果以Q表示，单位为μmol/kg 表示。

1.4.6 感官评定 选择7 名具有专业知识的人员分别对番茄和丝瓜评分再取平均值。 表1—2 为参考有关文献制定的具体感官评分标准[5，12-13]。

表1 番茄感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standard of tomato

表2 丝瓜感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of loofah

1.4.7 低场核磁共振（LF-NMR）分析 对于丝瓜，每次测试取约2.6 g 的去皮丝瓜样品。CPMG 脉冲序列被用来获得衰变信号。 信号采集的主要参数如下：TW（时间等待）＝3 000 ms，TE（时间回波）＝1 ms，NECH（回波数）＝9 000，NS（扫描次数）＝16。

1.4.8 电子鼻分析 取样品4 g， 置于电子鼻专用样品瓶中，室温下密封放置30 min，待样品挥发性成分积累到一定浓度并充满样品测试瓶上部的顶空空间时，将电子鼻检测探头插入样品瓶中采集检测信号。 电子鼻使用前预热30 min，并进行清洗，每测试一个样品后， 都对电子鼻检测探头进行清洗，清洗结束后进行下次的扫描。 测试参数为气体流量1 L/min，测试时间120 s，清洗时间120 s，每个样品平行做4 次。 结果用主成分分析图（PCA 图）和雷达图表示。 在传感器阵列系统中有14 个传感器，所代表的成分如表3 所示。

表3 电子鼻中不同传感器代表的风味成分Table 3 Flavor components represented by different sensors in the electronic nose

1.4.9 电子舌分析 取样品70 mL， 分别倒入电子舌专用测试杯中， 使液面低于刻度线0.5～1 mm，机器自动测试4 次， 分析时取后3 组实验的平均值，并转化为各味觉的响应值数值再输出。 本设备的响应值具有相对意义，即只有比较才有意义，响应值的差值越大表明差异越大，正值表明该味觉比对照组强，负值则相反。

1.5 数据处理

试验数据用OriginPro 2015 和SPSS 16.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 超声处理时间对番茄和丝瓜硬度的影响

果实硬度与其成熟度有关。 由图1 可知，番茄的硬度在贮藏过程中逐渐降低，可能是番茄成熟度增加，导致果实变软。 超声处理后有效减缓了番茄硬度的下降，其中以超声处理5 min 效果最明显，与对照组差异显著（P＜0.05）。贮藏至第18 天，对照组、超声处理5 min 组、超声处理10 min 组番茄的硬度分别为2.12、4.45、3.36 N。由此可见超声5 min 对保持番茄的硬度最有效。

图2 为超声处理时间对贮藏过程中丝瓜硬度的影响， 超声处理5 min 后丝瓜在贮藏期内保持最高的硬度值，与对照组差异显著（P＜0.05）。贮藏至第14 天，对照组丝瓜硬度大幅度下降，至第18 天，对照组、超声5 min 组、超声10 min 组丝瓜的硬度分别为3.01、4.29、4.10 N。 由此可得，丝瓜经超声波处理5 min 最为有效减缓了其硬度的下降。

图1 超声处理时间对番茄硬度的影响Fig. 1 Effect of ultrasound time on tomato hardness

图2 超声处理时间对丝瓜硬度的影响Fig. 2 Effect of ultrasound time on loofah hardness

2.2 气调包装对番茄和丝瓜混藏品质的影响

表4 显示了不同气体组分对贮藏至第21 天的番茄硬度与感官评分的影响。 结果显示，当气体组分O2体积分数6%、CO2体积分数4%时， 番茄的硬度与感官评分值最大，且感官评分值与其他组别差异性显著（P＜0.05），说明此气体组分适宜番茄和丝瓜混藏下番茄品质的保持。 果蔬在低O2、高CO2气调环境下有利贮藏，但O2体积分数过低易诱发果蔬无氧呼吸，增加失重，降低硬度与感官品质。 表5 为不同气体组分下贮藏至第21 天时丝瓜的硬度与感官评分值。 结果显示，当气体组分（体积分数）为6%O2、4%CO2、90%N2时，丝瓜的硬度与感官评分值最大，且硬度值与其他组别差异性显著（P＜0.05），因此确定气体组分 （体积分数）6%O2、4%CO2、90%N2为番茄和丝瓜混合气调的最佳气体组成。

表4 不同气体组分对番茄果实硬度与感官的影响Table 4 Effect of different gas composition on the hardness and sensory of tomato

表5 不同气体组分对丝瓜硬度与感官的影响Table 5 Effect of different gas composition on the hardness and sensory of loofah

2.3 超声波-气调联合处理对失重率的影响

番茄、丝瓜混藏过程中失重率逐渐增加。 失重率的增加主要由水分损失和呼吸消耗引起，其中水分损失占主要原因[1]。 由图3（a）可知，贮藏12 d 后，冷藏组和气调组番茄的失重率大幅度增加，贮藏24 d 后，失重率大于4.5%。 而超声波组和联合保鲜组番茄的失重率在贮藏30 d 后仍低于2%， 其中超声波组1.49%，联合保鲜组0.67%，与冷藏组和气调组差异性显著（P＜0.05），因此超声波处理结合气调包装的联合保鲜方式最适合此混藏状态下番茄失重率的保持。 由图3（b）可知，联合保鲜组丝瓜在贮藏过程中保持最低的失重率，与冷藏组和气调组差异显著（P＜0.05）。 贮藏30 d 后，冷藏组丝瓜失重率达6.06%，而气调组、超声波组、联合保鲜组丝瓜的失重率分别为4.68%、3.00%、1.47%。 超声波与气调联合保鲜有效减缓了混藏过程中丝瓜失重率的增加。

图3 超声波-气调联合处理对失重率的影响Fig. 3 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on weight loss rate

2.4 超声波-气调联合处理对呼吸强度的影响

果蔬的呼吸强度与代谢成正比， 与品质成反比，因此呼吸强度对果蔬贮藏具有重要的指导意义[14]。图4 为番茄、丝瓜在混藏期间呼吸强度的变化情况。 在贮藏前5 d，番茄、丝瓜的呼吸速率迅速下降。 这主要由于蔬菜采后呼吸作用仍然旺盛，迅速置于低温环境下贮藏其呼吸作用会迅速被抑制。

番茄在成熟过程中会出现呼吸高峰，其风味和品质也会逐渐变差[15]。 从图4（a）可以看出，储藏至10～15 d，冷藏组最先出现呼吸高峰，而联合处理将番茄呼吸高峰推迟至20～25 d 出现，因此，最为有效减弱了番茄的呼吸作用。

由图4（b）可得，贮藏18 d 后，丝瓜的呼吸强度逐渐加强。 可能是贮藏后期高体积分数的CO2诱导丝瓜产生抗逆性生理代谢，引起呼吸增强[2]。 其中冷藏组丝瓜的呼吸强度明显高于其他处理组，而超声波-气调联合保鲜组丝瓜的呼吸强度最低， 与冷藏组差异显著（P＜0.05）。 说明联合保鲜对丝瓜的呼吸有一定减弱作用。

2.5 超声波-气调联合处理对丙二醛（MDA）质量摩尔浓度的影响

丙二醛是果蔬细胞膜脂过氧化产物，它的含量与细胞膜受损程度呈正相关[16]。 图5 是混藏期间番茄和丝瓜MDA 质量摩尔浓度的变化情况。 番茄、丝瓜的MDA 在贮藏过程中逐渐积累， 说明细胞膜受损害程度逐渐增强。 贮藏30 d 后，冷藏组、超声波组、气调组、超声波-气调联合组的番茄MDA 质量摩尔浓度分别为9.62、7.61、7.53、6.19 μmol/kg，冷藏组、超声波组、气调组、超声波-气调联合组的丝瓜MDA 质量摩尔浓度分别为6.59、5.01、6.24、4.60 μmol/kg。 对番茄和丝瓜而言，联合保鲜组与冷藏组差异显著（P＜0.05），而与气调组和超声波组差异均不显著（P＞0.05）。 说明超声波和气调单一作用都一定程度减缓了细胞膜过氧化程度的增加，其中超声波联合气调保鲜最大程度降低了番茄、丝瓜贮藏过程中活性氧自由基积累导致的细胞膜损害，对蔬菜膜系统有双重保护作用。

图4 超声波-气调联合处理对呼吸强度的影响Fig. 4 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on respiration rate

2.6 超声波-气调联合处理对番茄抗坏血酸质量分数的影响

抗坏血酸是果蔬重要的品质指标。 果蔬在贮藏过程中品质下降， 抗坏血酸含量也相应下降。 图6为不同处理对贮藏过程中番茄抗坏血酸质量分数的影响。 超声波-气调联合处理番茄在贮藏期内保持最高的抗坏血酸含量。 贮藏24 d 后，冷藏组番茄的抗坏血酸质量分数为5.55 mg/hg， 而贮藏至30 d后，超声波组、气调组、联合保鲜组的番茄抗坏血酸质量分数分别为5.62、5.65、7.11 mg/hg，高于贮藏至24 d 冷藏组番茄的抗坏血酸质量分数，说明超声波处理和气调均有利于混藏过程中番茄抗坏血酸含量的保持，其中，超声波-气调联合保鲜对番茄抗坏血酸含量的保存最为有利。

图5 超声波-气调联合处理对MDA 质量摩尔浓度的影响Fig.5 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on MDA content

图6 超声波-气调联合处理对番茄抗坏血酸质量分数的影响Fig. 6 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on ascorbic acid content of tomato

2.7 超声波-气调联合处理对丝瓜水分分布的影响

图7（a）（b）分别为不同处理混藏体系中丝瓜贮藏至第18 天、第30 天的核磁共振图谱。 果蔬贮藏过程中组织内部的水分流动性会增加，导致失水增加，品质下降[17]。低场核磁共振图谱可以直观地观察丝瓜贮藏过程中水分状态的变化。 根据横向弛豫时间的不同， 丝瓜体系中的水分可以分为T21（1～10 ms），T22（10～200 ms），T23（200～1 000 ms），分别代表不同结合度和流动性的水分，T值越大，水分流动性越强，自由度越高。T23代表着丝瓜体系中最易失去的自由水，由图7（a）可知，在贮藏至第18 天，冷藏组：T23=666.99 ms； 超声波组：T23=580.52 ms； 气调组：T23=666.99 ms； 超声波-气调联合组：T23=541.59 ms，由图7（b）可知，贮藏至第30 天也得到相同的结果。 即T23值大小：冷藏组=气调组＞超声波组＞超声波-气调联合组， 说明超声波处理可有效降低水分自由度，减少水分散失。 其中，超声波-气调联合保鲜组丝瓜T23水的自由度最低， 可见联合处理使丝瓜中的T23水与非水组分结合更紧密， 水分不易失去，因此联合处理对丝瓜的保鲜效果最佳。

2.8 基于电子舌对超声波-气调联合处理下番茄的滋味分析

电子舌利用仿生技术可模拟人类味觉器官分析出酸、甜、苦、咸、鲜等味觉指标[18]。 表6 为混藏第15 天和第30 天番茄的味觉响应值。 其中酸味均大于新鲜番茄，且随着贮藏时间的增加，酸味响应值增加。 冷藏组与新鲜的差异最大，处理组的酸味值接近新鲜，其中联合保鲜组番茄与新鲜番茄的酸味差异最小。番茄的酸味与它的成熟和腐烂有关[6]。根据涩味响应值，所有组别番茄的涩味均较新鲜番茄有很大的差异。 果蔬中的涩味主要来源于可溶性单宁等多酚化合物，当单宁与口腔黏膜上的蛋白质作用引起凝固时，会产生收敛的感觉，就是涩味。 新鲜番茄刚采摘，成熟度低，大多含有水溶性单宁，因此有轻微的涩味，当果实成熟度增加，涩味就逐渐脱除。

图7 丝瓜贮藏至不同时间的低场核磁共振图谱Fig. 7 Low field nuclear magnetic resonance spectrum of loofah stored at different day

表6 不同处理番茄的滋味特征Table 6 Taste characteristics of tomato treated with different methods

2.9 基于电子鼻对超声波-气调联合处理下丝瓜的气味分析

主成分分析是用于区分样品之间差异的有效办法[19]。电子鼻能够检测样品之间气味的差异性。图8 为基于电子鼻对不同处理下贮藏第30 天丝瓜气味的主成分分析，主成分1 和主成分2 的贡献率分别为82.197%、 16.986%，2 个主成分的总贡献率高达99.183%， 因此根据这2 个主成分可以很好地区分冷藏组和联合保鲜组的丝瓜样品。 图9 为不同处理下丝瓜贮藏至第30 天的气味雷达图， 冷藏组和超声组丝瓜的S1、 S5 、S6、S9 和S13 传感器的响应值大于气调组和联合保鲜组，其中冷藏组最大。 结合表3 来看， 其中冷藏组丝瓜中的芳香族化合物类、醚类和酚醚类物质以及氢类物质较多，可能是丝瓜腐烂产生的气味， 说明丝瓜冷藏保鲜品质低劣。 而联合处理丝瓜的响应值最小，可能是气调结合超声波减弱了丝瓜的呼吸作用，减慢了其腐烂进程，因此保鲜品质优于冷藏。

图8 基于电子鼻对不同处理丝瓜气味的主成分分析Fig. 8 Principal component analysis of loofah treated with different methods based on electronic nose

图9 不同处理丝瓜的气味雷达图Fig.9 Radar chart of loofah treated with different methods

3 结 语

超声波（20 kHz、180 W）处理番茄5 min，超声波（20 kHz、300 W） 处理丝瓜5 min 能有效减缓果实硬度的下降；番茄和丝瓜混合气调的最佳气体组成（体积分数）：6%O2、4%CO2、90%N2；超声波-气调联合处理保鲜对混藏番茄、丝瓜的品质有利，有效减缓了失重率的增加、丙二醛（MDA）的积累、呼吸作用以及番茄抗坏血酸含量的下降。 联合保鲜组番茄滋味与新鲜番茄最接近，丝瓜气味与冷藏相比差异明显。 因此超声波-气调联合处理有利于番茄、丝瓜混藏品质的保持。