新鲜黄秋葵纳米ZnO协同紫外照射保鲜研究

吉仙枝，王华芳

(三门峡职业技术学院 食品园林学院，河南 三门峡 472000)

黄秋葵[Abelmoschusesculentus(L.)Moench]是一年生草本植物，属锦葵科，广泛生长在热带和亚热带国家[1]。因其特有的高维生素C、膳食纤维、钙以及低饱和脂肪酸特性，被认为是理想的健康食品[2-3]。然而新鲜黄秋葵采摘后不及时处理会发生一系列生理及形态上的变化，导致腐败变质，影响产品品质[4]。因此，产品保鲜、延长货架期，是黄秋葵进一步深加工的重要前提。

传统的热杀菌方法，如高压灭菌和巴氏杀菌等，可以有效抑制微生物的生长，但由于黄秋葵水分含量高，质地脆弱，热杀菌通常会导致营养物质的流失和风味的改变[5]。因此，有必要开发新的杀菌技术，以延长黄秋葵货架期，同时尽量减少营养流失及感官和风味品质的劣变。纳米技术可以提供新的材料和技术来延长食品的保质期，是新兴的研究领域。纳米尺寸的颗粒可以显著改变特定材料的物理和化学性质，例如机械强度、热稳定性、导电性等[6-8]。在各种纳米金属中，ZnO纳米粒子由于具有稳定性好、成本低、易获得、无毒等优点而受到学术界和工业界的广泛关注。与普通金属材料连续能带结构不同，纳米ZnO的能带是由低能价带和高能导带组成的非连续结构，且能带与导带之间存在带隙。在紫外光照射下，可吸收波长小于387.5 nm的紫外光，然后，ZnO价带上的电子被激发到其传导带上，产生光电子和空穴，ZnO纳米粒子表面的H2O和O2可以捕获光电子和空穴，生成高活性的羟基自由基和氧负离子自由基，活性自由基能穿透细胞壁，破坏细胞质，杀死细菌[9]。Zn是人体必需的微量元素，纳米ZnO在果蔬杀菌保鲜领域具有广阔的应用前景。YU等[10]采用紫外联合纳米ZnO对方便蔬菜菜肴进行杀菌处理，得到了货架期长、产品硬度高、颜色鲜亮以及营养物质保留率高的产品；洪英等[11]采用壳聚糖纳米ZnO涂膜对苹果进行保鲜处理，发现复合薄膜能够显著延长新鲜苹果货架期，同时避免产品品质劣变。目前,尚未发现将纳米ZnO协同紫外照射协同保鲜应用于新鲜黄秋葵的研究。

本研究以黄秋葵为对象，采用纳米ZnO协同紫外照射方式对新鲜黄秋葵进行保鲜处理，研究协同保鲜方法对新鲜黄秋葵保鲜特性的影响，以期为纳米ZnO协同紫外照射处理方法在黄秋葵保鲜领域的应用与发展提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

新鲜黄秋葵：购自河南省漯河市丹尼斯超市。

无水乙醇、琼脂和蛋白胨均由漯河鼎盛化工科技有限公司提供；高纯纳米氧化锌(粒径：50 nm)，购自上海鑫鼎冶金材料有限公司；微生物培养用牛肉提取物，购自上海长阳生化制药厂。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 将所购黄秋葵清洗干净、沥干。每组试验物料量为2 kg，结合前期预试验，黄秋葵保鲜试验设计如下：1)固定紫外强度200 V，照射时长为15 min，将新鲜黄秋葵浸泡于不同纳米ZnO添加量(0、0.01、0.03、0.05 g/kg)的悬浮液中10 min；2)固定纳米ZnO添加量为0.03 g/kg，将浸泡过纳米ZnO的新鲜黄秋葵置于不同紫外强度下(0、180、200、220 V)照射15 min；3)固定纳米ZnO添加量为0.03 g/kg，将浸泡过纳米ZnO的新鲜黄秋葵置于200 V紫外灯下进行不同时长的照射(0、10、15、20 min)。处理后的黄秋葵密封保存于4 ℃环境下。整个保鲜试验过程中，每隔5 d取样进行各指标测定，直至最后一批样品细菌总数超过3 log(cfu/g)时停止试验。每组试验设置3组平行。

1.2.2 细菌总数的测定 样品细菌总数采用GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》中平板计数法测定[12]。

1.2.3 蛋白质含量的测定 黄秋葵蛋白质含量采用GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中分光光度法测定[13]。

1.2.4 维生素C含量的测定 黄秋葵维生素C含量采用GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》中2，6-二氯酚靛酚滴定法测定[14]。

1.2.5 色相角的测定 采用色差仪测定黄秋葵a*、b*值。其中a*表示产品颜色红(正值)和绿(负值)的程度；b*表示产品颜色黄(正值)和蓝(负值)的程度。产品色相角(h*)值采用式(1)计算[15]：

(1)

1.2.6 加权综合评价 加权综合评价参考段续等[16]的方法，结合本试验，选取货架期、细菌总数、蛋白质含量、维生素C含量以及色相角为评价指标，对不同条件下黄秋葵纳米ZnO-紫外照射协同保鲜过程进行加权综合评价，通过层次分析法[17]，得出与货架期、细菌总数、蛋白质含量、维生素C含量以及色相角相对应的权重分别为0.30、0.27、0.10、0.11、0.22。

1.3 统计分析

使用DPS 7.05对试验数据进行方差及逐步回归分析，试验中显著水平定为P<0.05。利用SPSS 22.0软件对试验指标进行相关性分析。每组试验重复3 次，取其平均值进行各指标统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同保鲜处理对新鲜黄秋葵保鲜特性的影响

不同保鲜处理下黄秋葵贮藏过程中细菌总数变化如表1所示。新鲜黄秋葵细菌总数为1.760 1 lg(cfu/g)，当仅采用紫外照射时(200 V、15 min)，细菌总数降低至1.644 5 lg(cfu/g)；当仅使用纳米ZnO(0.03 g/kg)悬浮液浸泡时，细菌总数降低至1.695 0 lg(cfu/g)。以上结果说明，紫外照射和纳米ZnO均能起到灭菌的效果。当采用200 V、15 min紫外照射联合0.03 g/kg纳米ZnO对新鲜黄秋葵保鲜处理时，细菌总数下降至1.296 0 lg(cfu/g)，对比纳米ZnO和紫外照射单独处理，联合保鲜处理能够降低黄秋葵细菌总数，表明联合处理对在抑制细菌总数方面有着协同效应。这一现象可能与纳米ZnO的光催化效应有关。固定紫外强度和照射时长，改变纳米ZnO添加量分别为0、0.01、0.03、0.05 g/kg时，相应的黄秋葵贮藏至15、25、25、30 d时，产品细菌总数才超过3 lg(cfu/g)(GB 29921—2013)，这表明提升纳米ZnO添加量能够延长新鲜黄秋葵的货架期，且相对对照，增加纳米粒子添加量能够将黄秋葵货架期最大延长至30 d，延长率为500%；当固定紫外照射时长和纳米粒子添加量为15 min和0.03 g/kg，改变紫外强度为0、180、200、220 V时，相应的黄秋葵贮藏至20、25、25、40 d后产品细菌总数才超过3 lg(cfu/g)(GB 29921—2013)，这表明提升紫外照射强度能够延长新鲜黄秋葵的货架期，且相对对照，提升紫外照射强度能够将黄秋葵货架期最大延长700%。从以上结果能够看出，相对于纳米ZnO添加量，紫外照射处理对黄秋葵保鲜效果的影响更大。

表1 不同保鲜处理对黄秋葵贮藏过程中细菌总数的影响

2.2 不同保鲜处理对黄秋葵贮藏产品品质的影响

不同保鲜条件下黄秋葵贮藏产品蛋白质含量如图1所示。

A：0 V紫外照射0 min+0 g/kg ZnO；B：200 V紫外照射15 min+0 g/kg ZnO；C:200 V紫外照射15 min+0.01 g/kg ZnO；D:200 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；E：200 V紫外照射15 min+0.05 g/kg ZnO；F:0 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；G：180 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；H：220 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；I：200 V紫外照射0 min+0.03 g/kg ZnO；J：200 V紫外照射10 min+0.03 g/kg ZnO；K：200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO

相对于未经保鲜处理的黄秋葵，当仅采取紫外照射时(200 V、15 min)，黄秋葵贮藏产品蛋白质含量、维生素C含量及色相角分别提升了25.83%、87.30%和29.55%；当仅使用纳米ZnO(0.03 g/kg)悬浮液浸泡时，黄秋葵贮藏产品蛋白质含量、维生素C含量及色相角分别提升了5.27%、124.31%和35.33%；当采用联合保鲜处理方式时，黄秋葵贮藏产品蛋白质含量、维生素C含量及色相角最大分别提升了56.89%(220 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO)、238.75%(200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO)以及51.80%(200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO)。以上结果表明，紫外照射、纳米ZnO均能提升黄秋葵贮藏产品的品质，且联合保鲜处理方式在提升黄秋葵贮藏产品品质方面有着协同效应。通过对不同保鲜处理下黄秋葵贮藏产品品质同细菌总数相关性分析发现，黄秋葵贮藏产品蛋白质含量、维生素C含量及色相角均同细菌总数呈现出显著相关，其对应的相关性系数分别为0.912 2、0.873 1和0.909 5，这可能是因为，一方面保鲜处理杀死细菌的同时，减少了细菌生长繁殖过程中对黄秋葵营养物质的消耗；另一方面，保鲜处理抑制细菌繁殖的同时，降低因繁殖所需的黄秋葵营养成分，最终结果导致保鲜处理在降低黄秋葵细菌总数、抑制细菌生长繁殖延长货架期的同时，提升贮藏产品品质。通过加权综合评分可知，当ZnO添加量为0.03 g/kg，紫外强度为220 V，紫外照射时长为15 min时，黄秋葵保鲜加权综合评分值最高，为0.65，黄秋葵货架期延长至40 d，试验范围下，该条件最适合应用于新鲜黄秋葵保鲜。

3 结论与讨论

当紫外照射至纳米ZnO时，纳米粒子价带上的电子被激发到其传导带上，产生光电子和空穴，进而生成高活性的羟基自由基和氧负离子自由基，从而具有更强的破坏细菌结构的效应[18-23]，因此纳米ZnO与紫外联用有进一步延长新鲜黄秋葵货架期的可能。本试验通过研究不同保鲜处理对黄秋葵贮藏特性及贮藏产品品质的影响发现，纳米ZnO-紫外照射联合处理方式能够对黄秋葵细菌总数的抑制、货架期的延长及贮藏产品品质的提升有协同效应。采取220 V紫外灯照射15 min，联合0.03 g/kg纳米ZnO悬浮液浸泡处理所得到的加权综合评分值最高，为0.65，此时黄秋葵货架期能够延长至40 d，试验范围下，该条件最适合应用于新鲜黄秋葵保鲜。刘瑾瑾等[18]在研究纳米ZnO对采摘后苹果致病菌影响时发现，与对照组相比，进行过纳米粒子溶液涂膜过的苹果致病菌数量降低了49.6%；YU等[10]在研究纳米ZnO与紫外联用提升即食素菜肴货架期时发现，紫外照射能够将菜肴细菌总数降低，以上结果与本研究类似。

新鲜黄秋葵贮藏过程中持续进行着一些生理代谢反应，因此在今后的研究中有必要在协同保鲜前期采用不同灭酶手段(如射频灭酶、微波灭酶)对黄秋葵进行预处理，研究其对新鲜黄秋葵纳米ZnO-紫外照射联合保鲜产品品质的影响，从而进一步提升贮藏产品的品质。