等离子体活化水对鲜切生菜杀菌效能及贮藏品质影响

袁 园,黄明明,魏巧云,章建浩,严文静

(南京农业大学食品科技学院,国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,江苏省肉类加工与质量控制协同中心,江苏南京 210095)

鲜切蔬菜(fresh-cut vegetables)是指以新鲜蔬菜为原料,经分级、修整、清洗、去皮去核、切割、护色、称量、包装等处理而制成的方便制品[1]。因为具有食用方便、可食率高等特点,鲜切蔬菜越来越受到消费者的喜爱[2]。

生菜(LactucasativaL.)又称为莴苣,富含多种维生素、钙、铁等微量元素和膳食纤维素,是我国主要消费的绿叶蔬菜之一[3]。但是鲜切生菜的组织在加工过程中受到损伤,呼吸作用加强,导致水分蒸发速度加快,褐变反应迅速;并且在流通过程中又容易受到微生物污染,以及货架期缩短等一系列不良问题,对消费者的健康构成威胁[1]。有研究指出生菜表面的菌落总数约为4.28～7.69 lg(CFU/g),大肠菌群约为3.9～5.29 lg(MPN/100 g),乳酸菌、霉菌及酵母菌等未检出[4-5],因此为了有效地抑制微生物生长,提高产品安全性,延长产品货架期,清洗杀菌是鲜切生菜加工过程中的重要步骤。现在商业生产中最常用的清洗剂是低浓度的含氯溶液,但是许多消费者担忧含氯物质的残留问题[6]。所以研发一种不仅能有效地抑制鲜切生菜微生物繁殖,而且对人体无毒无害的清洗消毒方式十分迫切。近些年来,一些冷杀菌技术如臭氧水[6]、强脉冲光[7]和纳米薄膜包装[8]等逐步被应用到生菜储藏加工中来延长产品储藏期。

同样作为一种新型的冷杀菌技术,低温等离子体(cold plasma,CP)已被证实能够杀死不同种类的微生物,包括细菌、真菌、孢子和病毒[9-11]等。许多研究指出低温等离子体装置产生的多种活性物质(reactive oxygen species,ROS)是主要的杀菌成分[12-13]。通过在水中或者水表面进行等离子体放电,CP产生的大量活性物质可以和水溶液结合,制得PAW[13-15]。PAW也具有广谱杀菌特性,可以有效地抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等多种食源性致病菌[12-13,15-18]。相比其它消毒剂,PAW因为具有无化学试剂残留、容易降解、对环境友好等特点[15],在果蔬保鲜中发挥着巨大的作用。Ma等[15]发现PAW处理后,草莓表面的金黄色葡萄球菌数量降低了1.6～2.3 lg(CFU/g),贮藏4 d后,仍然比对照低1.7～3.4 lg(CFU/g),并且PAW还可以有效降低枸杞表面菌落数,最大降幅可达1.1 lg(CFU/g)[19]。此外,蘑菇经过PAW浸泡处理,储藏7 d后细菌菌落数降低1.5 lg(CFU/g),真菌菌落数降低0.5 lg(CFU/g)[20]。但是目前很少有文章研究PAW对鲜切生菜杀菌保鲜的影响。

本研究采用PAW对鲜切生菜进行处理,分析生菜的微生物指标(菌落总数和大肠菌群数)和生理生化指标(失重率、颜色、维生素C含量、叶绿素含量和多酚氧化酶),研究PAW对鲜切生菜贮藏品质的影响,为低温等离子体技术在实际中的运用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生菜(LactucasativaL.) 购买于南京苏果超市紫金商业街店,立即运回实验室,实验前在4 ℃下储藏，挑选新鲜完整、大小一致,色泽均匀翠绿、无病虫害、无机械损伤的生菜作为实验材料;红菲啰啉 分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;平板计数琼脂、伊红美蓝琼脂、乳糖胆盐发酵培养基、乳糖发酵培养基 均为上海博微生物科技有限公司;丙酮、磷酸、三氯化铁、三氯乙酸、抗坏血酸、邻苯二酚 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;水为去离子水。

介质阻挡放电低温等离子体设备 美国Phenix Technologies公司;CTHI-250B恒温恒湿箱 上海施都凯设备公司;托盘式包装机 苏州森瑞保鲜设备有限公司;UV2600紫外分光光度计 日本岛津实验器材有限公司;HH-4A数显恒温水浴锅 常州润华电器有限公司;CR-400色彩色差计 柯尼卡美能达有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 等离子体活化水的制备 采用介质阻挡放电等离子体(Dielectric barrier discharge,DBD)装置生产等离子体活化水。首先将去离子水先包装在聚丙烯包装盒中,用包装机进行聚丙烯薄膜密封。然后将包装盒放于两个电极板之间,在时间5 min,电压35、55、75 kV条件下进行处理。

1.2.2 生菜预处理 挑选新鲜,无机械损伤的生菜,用去离子水清洗干净,快速沥干。选取中间部分的叶片,用锋利的不锈钢刀切除中间的叶脉并将叶片切成3 cm左右的小段,用不同处理条件下的活性水清洗5 min并沥干。将处理好的样品放入聚乙烯保鲜袋中,每袋100 g。本次实验分为四组,每组20袋。对照组:清水处理;处理组1:处理电压为35 kV的等离子体活化水;处理组2:处理电压为55 kV等离子体活化水;处理组3:处理电压为75 kV等离子体活化水。包装好的叶片放于温度4 ℃、湿度85%储藏10 d。每隔两天随机每组抽取三袋进行以下各种指标测定。

1.2.3 测定指标及方法

1.2.3.1 微生物评价 采用GB 4789.2-2016进行菌落总数测定[21];采用GB/T 4789.3-2003 进行大肠菌群测定[22]。

1.2.3.2 失重率 采用称量法进行测定[23]。

1.2.3.3 颜色的测定 采用色差计测量鲜切生菜叶片的L*值、a*值、b*值,每次在每一个样品的同一位置测量。重复9次,计算平均值。按照Ramazzina等[24]方法计算鲜切生菜总色差值ΔE*:

1.2.3.4 维生素C含量 参考李园园等[25]的方法,采用邻菲啰啉比色法测量。维生素C含量以mg/100 g FW表示。

1.2.3.5 叶绿素含量 采用分光光度计法[26]。重复三次,结果表示为mg/g。

1.2.3.6 多酚氧化酶活性 参考霞申等[26]的方法,稍作修改。酶提取液选择浓度为0.2 mol/L的磷酸缓冲溶液(pH=6.4)。随机称取5 g样品,加入20 mL缓冲溶液和0.1 g聚乙烯吡咯烷酮,冰浴研磨成匀浆,于4 ℃、12000×g离心30 min,收集上清液。取0.1 mL上清液加入3 mL 0.5 mol/L邻苯二酚溶液迅速混合,记录反应体系在波长398 nm下1 min内的吸光度值。

1.3 数据分析

采用SPSS 20.0软件对以上数据进行统计分析,使用Duncan法进行ANOVA分析(P<0.05)。所有实验重复3次,表达为平均值±标准差。采用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 PAW对鲜切生菜的菌落总数及大肠菌群的影响

鲜切蔬菜因为组织损伤,微生物的繁殖速度加快,因此有效控制鲜切生菜菌落总数十分重要。图1A显示的是四组鲜切生菜在储藏期内菌落总数的变化。从生鲜蔬菜的菌落总数超过6 lg(CFU/g)就会失去商业价值[27]的观点来分析:对照组储藏2 d就失去商业价值,而55 kV处理组8 d才会超过6 lg(CFU/g),说明PAW能有效延长生菜货架保鲜期。Martínez-Hernández等认为生鲜产品的微生物数量超过7 lg(CFU/g)时会对消费者健康产生潜在危害[28]。75 kV处理组的菌落总数第10 d才达到6.22 lg(CFU/g),而对照组菌落总数分别在第2和第4 d就超过6和7 lg(CFU/g)。第0 d 35、55和75 kV处理组的菌落总数分别下降了0.60、1.08和1.39 lg(CFU/g);储藏前4 d,处理组与对照组的菌落总数差距不断增大,第4 d差距分别达到1.23、2.50、2.84 lg(CFU/g)。由此可见PAW处理可以有效地抑制鲜切生菜的菌落总数生长,这与之前的一些研究相符[15-16,19-20]。大肠杆菌是一种具有致病性且低剂量就可感染的病原微生物[4]。如图1B所示,简单的清水冲洗对大肠菌群的作用很有限,而PAW可以有效地抑制大肠菌群的生长。75 kV处理组效果最好,第0 d仅有2.03 lg(MPN/100 g),比对照减少了1.92 lg(MPN/100 g)。处理电压强度越大,杀菌效果越好。这可能是因为水中ROS浓度会随着处理电压强度的上升而提高,因为之前的一些研究显示PAW的抑菌性能与水中ROS浓度密切相关[18,20,29]。

图1 不同条件的PAW对鲜切生菜菌落总数及大肠菌群数的影响Fig.1 Effects of different PAW treatments on the totalcolony count and total coliform count of fresh-cut lettuce注:不同字母(a、b、c)表示同一贮藏时间不同处理组之间在P<0.05水平下有显著差异,图2～图6同。

2.2 PAW对鲜切生菜的失重率的影响

采摘后的生菜依然具有生命,在储藏过程中会进行呼吸代谢等活动,消耗能量;同时,鲜切生菜的叶片表面积较大,会进行蒸腾作用散失水分,两种因素都造成果实的质量减少,品质降低[30]。图2可以看出储藏前期,PAW处理对前期生菜的失重率没有显著影响,后期差异逐渐增大。从第6 d开始,55 kV处理组失重率显著低于对照组(P<0.05)。第8 d,55 kV处理组的失重率为4.71%,低于5%,对照组、35和75 kV的失重率分别为5.68%、5.28%和5.05%。说明PAW能很好地保持鲜切生菜储藏期间的质量,而且随着储藏时间的延长,效果越好。

图2 不同条件的PAW对鲜切生菜失重率的影响Fig.2 Effects of different PAW treatments on theweight loss rate of fresh-cut lettuce

2.3 PAW对鲜切生菜颜色的影响

颜色是消费者购买的主要依据之一,储藏时间长的生菜褐变严重,叶色发黄[31]。褐变也是鲜切生菜储藏期间品质下降的主要原因。L*值代表亮度,L*值越大代表样品越亮,反之代表颜色越暗。鲜切生菜储藏过程容易发生褐变造成L*值下降。图3A显示了不同清洗剂在储藏期间对鲜切生菜亮度L*值的影响,可知储藏期间四组生菜样品的L*值不断下降,颜色变暗,褐变情况不断加重。其中55 kV处理组的L*值下降比较缓慢,从第4 d开始,显著高于对照组(P<0.05),这与之前的研究类似[24],低温等离子体处理可以减缓鲜切猕猴桃的颜色变暗。这可能是低温等离子体产生的多种活性物质可以钝化蔬菜的PPO酶[32-33],从而延缓了褐变产生,保持生菜新鲜的色泽。除了第10 d 55 kV处理组的样品L*值比较高之外,不同电压的处理组L*值区别不显著(P>0.05),说明不同电压的PAW均能有效保持生菜的亮度值。图3B表示的是储藏期间实验组和处理组的总色差的变化。ΔE越大表示鲜切生菜表面颜色变化程度越大。从图中可以看出,各组总色差值前期差异不大,随着储藏时间的延长,差异越来越明显,储藏第8 d时,各处理组均显著小于对照组(P<0.05),说明PAW对生菜的色泽有较好的保护作用,而且保护作用随着储藏时间的延长越来越好。

图3 不同条件的PAW对鲜切生菜L*值(A)和总色差值(B)的影响Fig.3 Effects of different PAW treatmentson the L*(A)and ΔE(B)of freshcut lettuce

2.4 PAW对鲜切生菜维生素C含量的影响

蔬菜越新鲜,维生素C含量越多;反之,随着储藏期的延长,维生素C含量也不断下降。鲜切生菜比完整植株在储藏过程中更容易造成维生素C的损失,因为维生素C更容易被空气中的氧气氧化[3]。由图4可以看出,储藏前期75 kV处理组的维生素C含量下降较快,从第0 d的10.08 mg/FW 100 g到第4 d只有7.13 mg/FW 100 g，损失率达到29.30%,显著小于对照和35 kV处理组(P<0.05)。Misra等[34]认为CP处理产生的臭氧及其他活性物质能与维生素C发生化学反应,造成维生素C过度消耗。35和55 kV处理组维生素C含量也低于对照组,但是差异不显著(P>0.05)。

图4 不同条件的PAW对鲜切生菜维生素C含量的影响Fig.4 Effects of different PAW treatments on theascorbic acid content of fresh-cut lettuce

2.5 PAW对鲜切生菜叶绿素含量的影响

生菜采摘后叶绿素的合成停止,随着储藏时间的延长,叶绿素含量不断下降,造成叶片绿色消失,叶片黄化,影响商业和食用价值[26]。因此叶绿素含量是评价生菜品质和新鲜程度的关键指标之一。由图5可以看出鲜切生菜的初始叶绿素含量为1.53 mg/g左右,随着储藏期的延长,各组叶绿素含量不断下降。75 kV处理对生菜叶绿素含量有不利影响,储藏2 d后迅速下降到1.12 mg/g,显著小于其他各组(P<0.05);6 d后仅有初始值的37.25%。说明过高的电压对鲜切生菜的叶绿素含量产生了不利影响。储藏前4 d对照组的叶绿素含量最高,但是从第6 d开始,35 kV处理组的叶绿素含量最高,55 kV处理组叶绿素含量也高于对照组。这与之前Ramazzina等[24]的研究相符,第0 d处理后的鲜切猕猴桃叶绿素含量低于对照组,但是第4 d处理组高于对照组。PAW中含有臭氧[35],有研究显示臭氧水能够钝化叶绿素水解酶、减缓叶绿素降解[36]。这可能是35、55 kV处理能够在储藏后期保持生菜叶绿素含量的原因。

图5 不同条件的PAW对鲜切生菜叶绿素含量的影响Fig.5 Effects of different PAW treatments on thechlorophyll content of fresh-cut lettuce

2.6 PAW对鲜切生菜的多酚氧化酶的影响

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是导致鲜切生菜酶促褐变的主要原因,PPO酶可以与生菜中的多酚化合物及其衍生产物发生反应导致褐变[37]。图6显示的是不同电压的PAW处理对鲜切生菜PPO酶活性的影响。储藏期间,55和75 kV处理组的PPO酶活性前期上升缓慢,在第4～6 d显著低于对照组(P<0.05),在第8 d分别达到1.05和0.88 U/g的峰值。说明这两种处理方式对PPO酶活性有很强的抑制效果,然而35 kV处理对PPO酶活性抑制效果较弱。Pankaj等[38]的研究发现低温等离子体产生的活性物质ROS可以钝化PPO酶活性。对比其他两种处理方式,35 kV处理组的效果较差可能是因为该电压下产生的活性物质比较少。因为PAW处理对PPO酶有明显抑制效果,从而抑制了处理组生菜褐变,保持了较高的L*和较小的总色差值。

图6 不同条件的PAW对鲜切生菜PPO酶活性的影响Fig.6 Effect of different PAW treatment onPPO activity of fresh-cutlettuce

3 结论

综上,三种PAW均能有效地抑制鲜切生菜的微生物生长,抑菌效果随着处理电压的升高而增强。储藏结束时,75 kV处理组的菌落总数和大肠菌群数分别比55 kV处理组低0.24 lg CFU/g和0.33 lg MPN/100 g,但是没有显著差异(P>0.05)。同时,过高的处理电压对生菜品质造成了不利影响,75 kV处理组叶绿素和维生素C含量从第2 d开始显著低于55 kV处理组(P<0.05)。综合来看,55 kV处理组的品质最好,不但可以抑制微生物快速增长,还能保持较好的品质。但是不同处理条件,PAW的活性成分的种类和含量有差异,对鲜切生菜储藏期间的各类理化指标的影响效果不同,为使这种新型的鲜切蔬菜保鲜方法在实际生产中运用,还需要进一步研究PAW对鲜切蔬菜品质的综合影响,来确定PAW最合适的处理时间、料水比、处理温度等工艺参数。