1MCP处理对低温贮藏鲜姜品质和活性成分的影响

邓青芳,马风伟,许 粟,程永友,王 瑞

(1.贵州师范大学,贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室,贵州贵阳 550001;2.贵阳学院食品与制药工程学院,贵州贵阳 550005)

姜(Zingiberisrhizoma)为姜科植物姜(ZingiberofficinaleRosc)的干燥根茎[1]。姜属多年生草本植物,也是传统的药食两用植物,同时其茎、叶、花等亦可提取精油用于饮料及化妆品香料中[2]。现代化学研究发现,姜的化学成分有挥发油和姜辣素类,其中姜辣素类物质是其主要的功能性物质,姜辣素类成分主要包括6-姜酚(6-gingerol)、8-姜酚(8-gingerol)和10-姜酚(10-gingerol)等(图1)。

图1 鲜姜中3种活性成分的结构Fig.1 Structure of three compounds in ginger

随着人们消费习惯的改变及现代物流业的发展,鲜姜的消费呈上升趋势,虽然鲜姜具有较好的口感及认可度,但鲜姜由于含水量大及采后生理活动旺盛等特点,导致其在在常温下贮藏(5～7 d)就会出现发霉、腐烂等问题,而传统的姜窖贮藏方式易导致鲜姜活性成分丧失,腐烂甚至产生有害成分[3-6]。严重影响了鲜姜的货架期及商品价值。因此探究适宜的贮藏保鲜条件,既保证鲜姜中的活性成分,又延长鲜姜的货架寿命对鲜姜的开发利用,有着至关重要的意义[3]。

近年来,1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)和二氧化氯(chlorine dioxide,ClO2)等新型的保鲜剂在果蔬保鲜方面广泛应用,起到很好的保鲜效果并带来较好的经济效益[7-10]。1-MCP为一种新型的乙烯受体抑制剂,能不可逆地阻断乙烯与乙烯受体的结合,进而阻断乙烯诱导的果蔬成熟后的一系列生理反应[11-13]。ClO2是一种安全的消毒剂,0.1 ppm的浓度即可起到杀灭致病菌的作用,广泛应用于水体的消毒和食品的保鲜[5,14-15]。臭氧具有很强的氧化能力和杀菌作用,其通过破环致病菌的微生物膜,进而破环膜内的脂蛋白和脂多糖上的双键,导致细胞死亡,合适浓度的臭氧可以用在果蔬保鲜及食品加工过程中[16-18]。

目前,1-MCP在鲜姜上的研究主要集中在感官评价及采后生理上,而针对1-MCP处理对鲜姜中活性成分含量影响的研究较少。本文通过先采用ClO2和臭氧消毒处理,再通过使用不同浓度1-MCP分别处理鲜姜后低温(1±0.3) ℃贮藏,研究鲜姜在贮藏过程中各品质指标和活性成分含量的变化,探讨鲜姜保鲜的最适1-MCP浓度,为鲜姜的贮藏保鲜提供更多的理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜姜 贵州黔棠姜有限公司,样本保存在贵阳学院食品与制药工程学院冷藏库,贮存编号分别为:20194060、20194061、20194062;1-MCP、ClO2咸阳西秦生物有限公司;6-姜辣素、8-姜酚和10-姜酚 中国食品药品检定研究院,批号分别为111833-201705、111993-201601、111994-201501;甲醇、乙腈 色谱级,美国天地Tedia公司;甲酸、磷酸 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;无水乙醇、95%乙醇 分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;MILLI-Q IQ7000纯水机 德国默克集团公司。

Essentia LC-20系列高效液相色谱仪 日本岛津制作所;QUINTIX-224电子分析天平 德国Sartorious公司;SK7200H高频台式超声波清洗器 上海科导超声仪器有限公司;FL802A型臭氧发生器 深圳市飞力电器科技有限公司;精准控温保鲜库(±0.3 ℃,RH 90%±5%) 国家农产品保鲜工程中心监制;FA1004电子分析天平 上海良平仪器仪表有限公司;AⅡ型分析研磨机 德国IKA艾卡仪器设备有限公司;Delta Trak 11036型电子温度计 美国Delta TRAK公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理方法 鲜姜采收后,用自来水洗去泥沙,晾干,选取表面无病害,大小一致的小黄姜作为实验原料。置于25 ℃空调房内,用工业电扇处理2 h。使用高阻隔PE塑料薄膜搭建5个体积相同的塑料帐子(体积为1 m3/个),将预冷处理后的鲜姜样品随机分成5组,即0(对照组)、0.5、1.0、5.0、20.0 μL/L组。依次编号1～5号样品,将样品分别置于事先配好的浓度为100 mg/L的ClO2溶液中浸泡10 min,捞出后沥干,装入筐中并分别放入相应的帐内,使用臭氧发生器通气管对帐内的鲜姜样品进行臭氧处理,使用臭氧检测仪实时检测臭氧并使其浓度稳定在100 μL/L,处理2 h后,停止通入。将称量好的1-MCP倒入装有蒸馏水的烧杯中并迅速置于各浓度组帐内,立即用密封胶密封开口处,熏蒸处理12 h。CK组不作1-MCP处理,直接置于PE塑料薄膜帐内;熏蒸完毕后,取走烧杯,将各组鲜姜样品分别放入16 cm×23 cm×80 μm PE20袋内,排出空气后封口,每组设3个重复,置于(1±0.3) ℃进行恒温贮藏。每30 d取出各组样品进行各项指标测定。

1.2.2 采后生理指标 腐烂率采用计数法,以腐烂个数占总数的比值计算[19]。失重率采用称量法进行测定[20]。

1.2.3 感官评价 鲜姜在贮藏期的保鲜效果采用外观感官进行评价[21],感官评价人员为随机抽取一般性消费者,男女各15人,评价标准见表1。

表1 感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria

1.2.4 鲜姜中活性成分的测定 文献报道鲜姜中的活性成分测定中多为单一指标(6-姜酚)的测定[1,22],本文对鲜姜中3种姜辣素成分进行HPLC分析。

1.2.4.1 鲜姜样品的处理 从保鲜库内取出新鲜小黄姜,用研磨机磨碎,然后于60 ℃烘干,精密称取小黄姜样品粉末0.2 g(过60目筛),置于150 mL具塞锥形瓶中,精密加入70%甲醇40 mL,称定质量,超声(350 W,53 kHz)提取30 min。冷却至室温,再次称定质量并用70%甲醇补足减失的质量,摇匀,经0.22 μm微孔滤膜(有机系)滤过,取续滤液,即得。另取70%甲醇适量作为空白溶液。供试品溶液,按下述色谱条件进样检测,记录峰面积,并计算3种待测活性成分的含量。

1.2.4.2 色谱条件的建立及测定 色谱柱:lnertsil ODS-3 C18(4.6×250 mm,5 μm);流动相:乙腈(A)-0.05%磷酸水溶液(B),梯度洗脱:0～3 min 5%→50% A;3～20 min 50%→65% A;20～25 min 65%→75% A;25～40 min 75%→90% A。检测波长:280 nm;流速:1.0 mL/min;进样体积:10 μL。

精密吸取3种姜辣素成分的混合对照品溶液适量(1、4、10、20、40 μL)置于10 mL容量瓶中,加色谱甲醇稀释并定容至刻度,制成系列浓度的工作液,然后上机进样分析,记录3种活性成分的色谱峰保留时间(t)及峰面积(A)。以待测组分的浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,进行线性回归方程的建立。

1.3 数据处理

实验数据统计分析采用SPSS 18.0进行方差分析及显著性检验(P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著,P>0.05为不显著)。采用Origin 8.0软件对数据进行作图。

2 结果与分析

2.1 1-MCP处理对鲜姜腐烂率及感官评分的影响

腐烂率是反映鲜姜贮藏期保鲜效果和品质的重要指标。由表2和图2中可知,贮藏到第30 d时,各组的腐烂率均处于较低水平,并且各组之间无显著性差异(P>0.05),各组感官评价均为9分。到第60 d时,CK组鲜姜有腐烂现象,经过1-MCP处理后的鲜姜腐烂率均低于CK组(P<0.05),但不同1-MCP浓度之间差异不显著(P>0.05),CK组评分为7分,而1-MCP各组评分仍为9分。贮藏到第90 d时,各组腐烂率有上升,其中CK组腐烂率达到21.83%,差异极为显著(P<0.01),0.5 μL/L 1-MCP浓度组相较其他浓度组也有统计学差异(P<0.05),而其他1-MCP浓度组之间无明显差异(P>0.05),说明1.0 μL/L 1-MCP浓度处理能在90 d贮藏期内降低鲜姜的腐烂率,感官评价得分为7分。1-MCP处理后的鲜姜腐烂率较CK组低,可能是其抑制乙烯受体[23],从而使鲜姜在贮藏过程中的呼吸作用减弱,细胞膜的通透性下降,脂质过氧化降低等作用达到降低鲜姜腐烂的效果。

表2 鲜姜感官评价结果Table 2 Sensory evaluation results of fresh ginger

图2 不同1-MCP浓度对鲜姜腐烂率的影响Fig.2 Effect of different concentrations of 1-MCPon the decay rate of fresh ginger

2.2 1-MCP处理对鲜姜失重率的影响

失重率不仅反映鲜姜贮藏期保鲜效果,同时也影响鲜姜的商品价值和经济价值。从表3和图3中可以看出,随着贮藏时间的延长,鲜姜的失重率逐渐增加。其中CK组失水率高于1-MCP处理的鲜姜各组,CK组在第90 d时,失重率较1-MCP处理组差异明显(P<0.05),失重率达到8.33%,感官评价得分为5分。在整个贮藏期内,1-MCP处理的鲜姜失重率较低,外观感官评价得分亦较高,普遍得分为7～9分,其中1.0 μL/L 1-MCP浓度组外观感官评价得分最高,同时失重率控制在6.43%以下。因此推荐1.0 μL/L 1-MCP浓度进行鲜姜的处理。鲜姜的失重率与细胞膜的结构完整性及功能完整性密切相关[24],1-MCP处理后的鲜姜样品中,丙二醛(MDA)含量降低,自由基生成减慢,从而使细胞膜的损伤程度减小,失重率较CK组低。

表3 鲜姜失重率及感官评价结果Table 3 The driage and sensory evaluation results of fresh ginger

图3 不同1-MCP浓度对鲜姜失重率的影响Fig.3 Effect of different concentrationsof 1-MCP on the driage of ginger

2.3 1-MCP处理对鲜姜中活性成分的影响

2.3.1 系统适应性与线性范围考察 由图4可知,鲜姜样品分离效果良好,3种姜辣素成分的保留时间分别为:9.3、17.2、25.9 min。各待测成分之间以及与杂质峰之间均能达到基线分离(图4)。以待测成分浓度c为横坐标(X),峰面积A为纵坐标(Y)绘制标准曲线,见表4。说明3种待测活性成分在浓度范围内线性关系良好,可以满足鲜姜样品中活性成分的含量测定。

表4 3种活性成分的线性关系考察结果(n=3)Table 4 The linear relationship of the three active compounds(n=3)

图4 姜辣素类成分的高效液相色谱图Fig.4 HPLC chromatograms of three gingerol compounds

2.3.2 不同1-MCP处理鲜姜中3种活性成分含量的测定 如图5A所示,6-姜酚的含量在贮藏期内各1-MCP浓度组均有下降,贮藏第0 d时,20.0 μL/L 1-MCP浓度组中6-姜酚含量最高,达到10.77 mg/g;贮藏到第30 d时,1.0 μL/L 1-MCP浓度组中6-姜酚含量最高,最高含量为9.46 mg/g,但各组间含量无显著性差异;贮藏到第60 d时,1.0 μL/L 1-MCP浓度组中6-姜酚含量也是最高,最高含量为8.55 mg/g,各组间含量无显著性差异,贮藏到第90 d时,鲜姜各组中6-姜酚含量均下降,其中CK组含量降至最低为6.53 mg/g,CK组(6.53 mg/g)、5.0(6.55 mg/g)和20.0 μL/L(6.54 mg/g)1-MCP组下降明显,与0.5 μL/L(7.51 mg/g)、1.0 μL/L(7.59 mg/g)1-MCP组相比具有显著差异(P<0.05)。从图5B可以看出,8-姜酚在鲜姜中的含量较6-姜酚、10-姜酚低,其最高含量为1.03 mg/g,其在贮藏期内含量逐渐降低,具体表现为:0～30 d下降幅度较大,最大降幅可达到42.6%。其中1.0 μL/L 1-MCP组下降幅度最小为25.7%;30 d后8-姜酚含量趋于稳定,鲜姜各组含量约为0.5～0.6 mg/g。从图5C可以看出,10-姜酚在贮藏期各组呈逐渐缓慢增加的趋势,从第0 d时含量约1.6 mg/g,到第30 d 10-姜酚的含量约为1.9 mg/g,贮藏到第60 d时,CK组和20.0 μL/L 1-MCP组10-姜酚的含量不再增加,而其他各组中10-姜酚的含量继续增加,其中1.0 μL/L 1-MCP组增加最高(3.2 mg/g),与CK组相比,差异极为显著(P<0.01),与20.0 μL/L 1-MCP组相比差异显著(P<0.05)。贮藏到第90 d时,20.0 μL/L 1-MCP组中10-姜酚的含量不再增加,而CK组和其他1-MCP浓度各组中10-姜酚的含量继续增加,其中1.0 μL/L 1-MCP组含量达到最高(3.51 mg/g)。不同1-MCP处理鲜姜中3种活性成分含量的测定结果显示,鲜姜样品中3种活性成分含量的高低顺序为:6-姜酚>10-姜酚>8-姜酚;在贮藏期内,6-姜酚和8-姜酚含量呈下降趋势,10姜酚含量呈上升趋势,其中,6-姜酚的含量下降对鲜姜品质的影响最大,而1.0 μL/L 1-MCP处理鲜姜6-姜酚的含量下降幅度最小,因此推荐用1.0 μL/L 1-MCP处理鲜姜,鲜姜中活性成分在贮藏期内稳定,效果最好。鲜姜中的姜辣素类物质具有挥发性,其在贮藏过程中挥发或转变为姜烯酚(shogaols)导致6-姜酚和8-姜酚的含量下降[25-27],但实验发现10-姜酚的含量出现增加趋势,推测可能其他物质转化成10-姜酚[27]。

图5 不同处理对鲜姜中活性成分的影响Fig.5 Effect of different tratments on thebioactive compounds content in ginger注:A:6-姜酚;B:8-姜酚;C:10-姜酚。

3 结论

本文采用不同浓度的1-MCP处理鲜姜,并经消毒杀菌后低温贮藏,考察贮藏期内鲜姜的保鲜情况,通过腐烂率、感官评价、汁液损失率以及活性成分变化为指标开展保鲜效果的评价。结果发现,较低浓度(0.5 μL/L)或较高浓度(20.0 μL/L)的1-MCP处理均不利于鲜姜贮藏,在整个贮藏期间,低浓度1-MCP组与CK组变化相近,腐烂率较高。而高浓度的1-MCP处理后,鲜姜中活性成分变化较大,致使保鲜效果不佳,而1.0 μL/L 1-MCP处理的效果最高。本研究对鲜姜的低温贮藏保鲜具有一定的参考价值。