热处理结合γ-氨基丁酸对鲜切苹果生理特性和品质的影响

张小燕,刘艾雯,籍奇岩,彭 勇

(山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018)

鲜切苹果(fresh-cut apples)又名轻度加工苹果(minimally processed apple products),是指新鲜苹果经分级、清洗、去皮、去核、切分、保鲜、包装和冷藏等工序处理,获得的一种新鲜、方便的即食苹果产品[1]。然而,与苹果整果相比,鲜切苹果在去皮、切割等处理过程中,果实的组织结构受到一定程度的损伤,导致组织软化、切片褐变、营养物质流失、微生物污染、异味及货架期缩短等一系列的问题。因此,如何有效地保持鲜切苹果贮藏期的品质、延长货架期始终是鲜切苹果产业面临的重要问题。

热处理是一种安全、有效的物理保鲜手段[2-3]。许多学者已在洋葱、苹果、梨、桃、芒果等果蔬中通过热处理手段达到改善贮藏品质、杀死病原菌、钝化酶活性、延长保质期的目的[4-8]。γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是一种天然的四碳非蛋白氨基酸,2009年经卫生部批准的新资源食品,对动物和植物具有重要的生理功能,近年来,富含GABA的谷物制品、发酵食品及乳制品等也越来越受到欢迎[9-10]。研究表明,GABA可通过调控果实的活性氧代谢和苯丙烷途径延缓蓝莓衰老[11];通过积累脯氨酸、增强抗氧化性可减轻冷藏期间香蕉冷害[12];外源GABA还能够降低双孢菇多酚氧化酶和过氧化物酶活性、减轻褐变程度,改善4 ℃下贮藏品质[13];Gao等[14-15]研究发现,外源GABA处理鲜切苹果和马铃薯后,可抑制鲜切苹果和马铃薯的褐变,降低苹果片中食源性致病菌的污染。本实验旨在通过鲜切苹果的感官品质、理化特性及相关酶活的变化阐明热处理结合γ-氨基丁酸对贮藏期间苹果切片生理和品质的影响,并探讨热处理结合γ-氨基丁酸应用于鲜切苹果保鲜的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

富士苹果(MaluspumilaMill.) 泰安市泰山区大润发超市,挑选新鲜、无病虫害、无机械损伤、大小均匀(80 mm)、颜色和成熟度一致的果实;γ-氨基丁酸(食品级) 郑州超凡化工有限公司;没食子酸、三氯乙酸、丙酮、氢氧化钠、碳酸钠 分析纯,中国医药集团有限公司;福林-酚试剂 分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司;聚乙烯吡咯烷酮 天津市大茂化学试剂厂。

T6新世纪紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司;Allegra 64R高速冷冻离心机 美国Beckman公司;HH-2数显恒温水浴锅 常州国华有限公司;CR-400色差计 日本柯尼卡美能达仪器有限公司;PAL-1数显折光计 日本ATAGO 公司;IKA A11液氮研磨仪 艾卡(广州)仪器设备有限公司;-80 ℃超低温冰箱 中科美菱有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 苹果清洗后用洁净的纱布擦干。对照组:苹果去皮,取中间赤道部位的果肉部分,切成约3 cm×3 cm×0.5 cm的片状,置于清水中浸泡10 min,沥干后装入聚乙烯保鲜袋,折口放置;热处理组:苹果整果置于45 ℃水中浸泡2 min,取出后迅速去皮、切片(3 cm×3 cm×0.5 cm),沥干后装入聚乙烯保鲜袋,折口放置;GABA处理组:苹果去皮后,将切好的苹果片(3 cm×3 cm×0.5 cm)置于1.5% GABA溶液中浸泡10 min,沥干后装入聚乙烯保鲜袋,折口放置;热处理结合GABA组:苹果整果置于45 ℃水中浸泡2 min后取出,去皮切片(3 cm×3 cm×0.5 cm),置于1.5% GABA溶液中浸泡10 min,沥干后装入聚乙烯保鲜袋。所有样品均置于4 ℃冰箱内,每2 d取样一次,用于感官评价、色差、可溶性固形物及可滴定酸的测定,取样完毕立即用液氮冷冻、研磨成粉,置于-80 ℃冰箱中备用,用于相关指标测定。

1.2.2 测定指标和方法

1.2.2.1 鲜切苹果片感官评定 参照范琳琳等[16]和Putnik等[17]的方法并略作改动。由10名专业人员组成品评小组,对鲜切苹果片的色泽、质地、风味和腐烂情况进行分级评价,总分为9分,分3级,1～3分表示严重褐变、失水多、明显异味、严重腐烂,整体品质差,商品价值低,消费者不愿购买;4～6分表示轻微褐变、轻微失水、轻微异味和轻微腐烂,品质一般,有商品价值,消费者可能购买;7～9分表示无褐变、汁液量大、无异味、无腐烂,品质好,商品价值高,消费者愿意购买。

1.2.2.2 色差值、褐变指数、可溶性固形物和可滴定酸 色差值采用色差计测定,每个处理重复3次,读取L*值、a*值和b*值。

褐变指数(Browning index,BI)的计算依据公式(1)和(2)[18]。

BI=[100(x-0.312)]/0.172

式(1)

x=(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)

式(2)

式中:L*值代表亮度；a*值代表红绿；b*值代表黄蓝。

可溶性固形物(TSS)测定采用手持折光仪测定,每次取5 g果肉,每个处理重复3次,取平均值;可滴定酸测定采用酸碱滴定法[19]。

1.2.2.3 总酚的测定 总酚的提取和测定参考班清风等[20]方法略有改动。称取0.5 g冷冻的样品,加入2 mL 70%丙酮浸提2 h,4 ℃下12000 r/min离心15 min,收集上清液备用。总酚含量的测定采用福林-酚比色法,以没食子酸作标准曲线。吸取0.2 mL提取液,加入0.5 mL福林-酚试剂,充分混匀后加入0.5 mL 10%碳酸钠溶液定容至10 mL,摇匀后于25 ℃下恒温水浴1 h,于765 nm处测定吸光度,根据标准曲线(y=11.035 x+0.0085,R2=0.9993)计算总酚含量。

1.2.2.4 多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活力测定 粗酶液的提取:称取冷冻的样品 1.0 g,加入0.05 g聚乙烯吡咯烷酮,加入4 ℃预冷的4 mL磷酸缓冲液(0.1 mol/L pH6.8),漩涡混匀,冰浴提取10 min,4 ℃ 10000 r/min离心15 min,上清液即为粗酶液。

PPO和POD酶活性的测定参照曹建康等[19]的方法,以每克样品每分钟内吸光度值增加0.01为一个活性单位(U)。

1.2.2.5 DPPH自由基清除率的测定 参照Chen等[21]方法略有改动。称取冷冻的样品0.5 g,加入5 mL 95%的乙醇,25 ℃超声30 min,12000 r/min离心15 min,收集上清液备用。测定时吸取样品提取液2 mL,加入2 mL 0.1 mmol/L 的DPPH-甲醇溶液,避光反应30 min,517 nm下测定吸光度。

式(3)

式中:A0是反应开始的吸光度值;Ai是反应30 min后的吸光度值。

1.2.2.6 丙二醛(MDA)含量测定 称取冷冻的样品2.0 g,加10 mL 100 g/L三氯乙酸(TCA)溶液,混匀后,4 ℃ 10000 r/min离心20 min,收集上清液,参考曹建康等[19]的方法测定。

1.3 数据处理

所有数据均重复测定3次。采用Excel 2010软件进行数据处理,采用SPSS Statistics17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 热处理结合GABA对鲜切苹果感官品质的影响

从表1可以看出,随着贮藏时间的延长,不同处理鲜切苹果片的感官评分均呈降低趋势。从第2 d开始,各处理组的感官得分均显著(P<0.05)高于对照组,其中以热处理结合GABA感官得分最高、效果最好,其次分别是GABA和热处理组。贮藏至第8 d时,对照组感官品质降幅较大,丧失商品价值,而各处理组感官分值则相对稳定,仍具有一定的商品价值。说明3种处理手段均能改善鲜切苹果片4 ℃下的感官品质,延长贮藏时间,以热处理结合GABA效果最佳。

表1 不同处理对鲜切苹果感官品质的影响Table 1 Effects of different treatment on sensory analysis of fresh-cut apple slices

2.2 热处理结合GABA对鲜切苹果可溶性固形物和可滴定酸的影响

可溶性固形物和可滴定酸是构成果实风味的重要因素。如图1所示,贮藏期内所有苹果片可溶性固形物含量均逐渐降低,但各处理组的含量始终高于对照组。在第4 d,热处理组可溶性固形物含量显著(P<0.05)高于对照组。GABA处理组前2 d固形物含量最高,第4 d快速下降但仍高于对照。热处理结合GABA组在贮藏期间,始终维持较高的可溶性固形物含量,并显著(P<0.05)高于对照组,第8 d比开始仅减少6.54%,说明热处理结合GABA可延缓鲜切苹果片可溶性固形物含量的下降。

图1 不同处理对鲜切苹果片可溶性固形物含量的影响Fig.1 Effect of different treatment on total soluble solids(TSS)contents of fresh cut apple slices 注:不同小写字母表示相同贮藏天数不同处理显著性差异(P<0.05);图2～图9同。

由图2可知,贮藏期内各处理的可滴定酸含量呈下降趋势。贮藏2 d后,对照组可滴定酸含量快速下降,可能是由于切片的机械损伤与呼吸作用消耗所致。热处理结合GABA组延迟了可滴定酸含量的下降,贮藏第8 d时,其可滴定酸含量是对照组的1.5倍,其次分别为GABA处理组和热处理组。贮藏6 d后,3种处理组均与对照组有显著差异(P<0.05)。说明3种处理手段均可有效保持鲜切苹果片可滴定酸的含量。

图2 不同处理对鲜切苹果片可滴定酸含量的影响Fig.2 Effect of different treatment on titratable acidity(TA)contents of fresh-cut apple slices

2.3 热处理结合GABA对鲜切苹果片L*值和BI值的影响

色差可以反应鲜切苹果贮藏期内颜色的变化。L*值表示明亮程度,其值越高说明表面越亮。由图3可看出,贮藏期内各处理鲜切苹果片的L*值随着时间的延长而降低,与各处理组相比,对照组L*值下降最快。贮藏期内,热处理结合GABA组L*值最大,且下降速度最慢。

图3 不同处理对鲜切苹果片L*值的影响Fig.3 Effect of different treatment on L* value of fresh-cut apple slices

BI值用来表示鲜切苹果的褐变程度,BI值越大表明褐变越严重。由图4可看出,所有处理组BI值均随着贮藏时间的延长而快速增加。对照组增加最快,切片后即褐变严重,显著(P<0.05)高于3种处理组,说明热处理、GABA处理和热处理结合GABA对鲜切苹果的褐变均有抑制作用。其中热处理结合GABA组效果最好,其次是GABA处理组和热处理组。

图4 不同处理对鲜切苹果片褐变值的影响Fig.4 Effect of different treatment on browning index(BI)of fresh-cut apple slices

2.4 热处理结合GABA对鲜切苹果片总酚含量的影响

酚类物质不但是苹果的主要抗氧化物质,还是果实鲜切后产生的重要次生代谢物质之一[22]。从图5可看出,贮藏期内,各组鲜切苹果片总酚含量均呈现先升高后降低的趋势,在第4 d达到峰值,这可能与鲜切苹果片损伤应激反应有关[23],鲜切过程会造成组织损伤导致苹果片合成更多的酚类物质,但随着贮藏时间的延长,酚类物质又作为底物不断被多酚氧化酶(PPO)消耗掉,导致其含量逐渐降低。从第2 d开始,热处理结合GABA组总酚含量始终显著(P<0.05)高于对照组,第4、6 d,GABA处理组总酚含量亦显著(P<0.05)高于对照组,但热处理组与对照组差异不明显。研究表明,GABA处理可提高果蔬抵抗逆境的能力,提高苹果切片的抗氧化能力[24]。热处理结合GABA组比热处理和GABA处理效果好,表明整果热处理与切片浸蘸GABA对改善鲜切苹果的品质、延缓褐变的发生可能具有协同增效的作用。

图5 不同处理对鲜切苹果片总酚含量的影响Fig.5 Effect of different treatment on total phenolic contents of fresh-cut apple slices

2.5 热处理结合GABA对鲜切苹果片多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性影响

PPO和POD是广泛存在于果蔬体内的两种重要的氧化还原酶,其活性的大小与果蔬的颜色、质构和品质的变化有密切联系[25]。PPO能催化酚类物质氧化成为醌类化合物,导致褐变的发生;POD可在H2O2存在时氧化酚类物质生成醌类物质,进一步缩合可形成褐色的聚合物。苹果经切分后,破坏了完整的组织细胞结构,改变了细胞内酶与底物的区域化分布,导致多酚氧化酶(PPO)与底物接触并引起酶促褐变[26]。

图6可看出,贮藏期间,对照组和各处理组的PPO活性呈不断增加的趋势,贮藏6 d后,对照组和热处理组PPO活性快速上升。但GABA处理组、热处理结合GABA组的PPO活性始终处于较低水平,PPO活性分别为5.19、3.86 U·g-1FW,是对照的29.18%和21.7%,对PPO活性的抑制效果显著(P<0.05),这与Gao等[15]使用外源GABA处理鲜切苹果后PPO活性下降的研究结果一致。

图6 不同处理对鲜切苹果片多酚氧化酶活性的影响Fig.6 Effect of different treatment on enzymatic activities of polyphenol oxidase of fresh-cut apple slices

由图7可看出,所有处理组的POD活性随着贮藏时间的延长呈现先上升后降低的趋势。贮藏6 d后,POD活性急剧增加并出现活性高峰。说明随着贮藏时间的延长,褐变发生越来越严重。自第2 d起,3种处理组的POD酶活性显著(P<0.05)低于对照,分别为对照组的82.49%、71%和70.74%,但除了第6 d外,3种处理组之间差异并不显著。结合上述总酚含量的变化,说明贮藏过程中,GABA处理和热处理结合GABA可以显著地抑制PPO活性,降低PPO酶对底物酚类物质的氧化,减轻褐变的发生。

图7 不同处理对鲜切苹果片过氧化物酶活性的影响Fig.7 Effect of different treatment on enzymatic activities of peroxidase of fresh-cut apple slices

2.6 热处理结合GABA对鲜切苹果片DPPH自由基清除率的影响

DPPH自由基清除能力是评价物质体外抗氧化活性的重要手段[27]。图8可看出,对照组和处理组的自由基清除率均呈现先增加后降低的趋势,在第4 d达到峰值,这与切片总酚含量的变化趋势一致。贮藏期内,热处理结合GABA组的DPPH自由基清除率始终处于最高水平,均在90%以上,自由基清除效果要比单独热处理和单独GABA处理效果明显,说明热处理结合GABA有助于提高鲜切苹果片的抗氧化能力。

图8 不同处理对鲜切苹果片DPPH自由基清除率的影响Fig.8 Effect of different treatment on DPPH scavenging rate of fresh-cut apple slices

2.7 热处理结合GABA对鲜切苹果片MDA的影响

MDA是膜脂过氧化产物,能够直接反应由组织损伤引起膜脂过氧化的程度[28]。由图9可知,鲜切苹果片的MDA含量在贮藏期间呈现逐渐增加的趋势。对照组上升趋势显著高于热处理、GABA处理及热处理结合GABA组,其中热处理结合GABA组MDA含量最低,贮藏第8 d时,MDA含量仅为对照组的34.42%,说明3种处理手段均可减少MDA的积累,减轻氧化损伤并有助于维持膜的完整性,热处理结合GABA组效果最好。

图9 不同处理对鲜切苹果片MDA含量的影响Fig.9 Effect of different treatment on MDA content of fresh-cut apple slices

3 结论

苹果整果热处理之后,再用GABA处理苹果片,可以延迟鲜切苹果片品质的下降,抑制褐变的发生,维持较高的感官品质和总酚含量。与对照组相比,热处理结合GABA延迟了可溶性固形物和可滴定酸的下降,效果好于单独的热处理及GABA处理。并且,从生理指标来看,热处理结合GABA也可以抑制苹果片PPO和POD酶活性的增加,延迟MDA含量的上升,维持苹果片较高的细胞膜完整性和抗氧化能力,从而延长苹果片的货架期。