不同浓度艾叶精油微乳对樱桃保鲜效果的研究

墙梦捷,崔钰涵，鲁晓翔

(天津商业大学 生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津，300134)

樱桃属于小浆果类，其色泽艳丽、营养丰富，富含维生素、有机酸、酚类化合物和矿物质等多种对人体健康有益的生物活性物质。樱桃属于呼吸跃变型果实，再加上樱桃采收时节高温多雨，采后的樱桃处于呼吸旺盛状态，及易出现发霉褐变、腐烂软化、果实风味降低等现象，不利于运输保藏，给生产者带来巨大经济损失[1]。目前国内常用的保鲜方法主要分为化学方法(化学杀菌剂)、物理方法(气调贮藏、温控贮藏和微波辐射贮藏保鲜技术)和生物方法(动物、植物源保鲜剂)。化学杀菌剂含难分解、气味刺鼻的有害成分，对人体健康和环境安全造成一定的风险[2]。温控贮藏和微波辐射贮藏保鲜技术成本高、技术难度大、市场接受度小，没能大规模的应用。生物保鲜技术是近几年发展起来的新型保鲜方法，从植物中提取的天然活性成分具有良好的抗氧化、抗菌和低毒等优点[3]。

艾叶精油是一种用途广泛、价格低廉、来源丰富的天然植物精油，具有良好的抗氧化、杀菌消毒等功效，但水溶性差、挥发性强、气味刺鼻、对光、热敏感度高等特点限制了其在食品、药品和美妆领域的应用[4]。微包埋技术是解决这一难题的有效方法之一，微乳将油相和水相在混合表面活性剂的作用下按合适比例自发形成粒径为 10～100 nm的热力学稳定体系，其具有稳定均一、操作简便、呈透明状和生物活性利用率高等特点，在实际应用过程中具有较高的价值[5]。

SALVIA等[6]研究结果表明经柠檬精油微乳涂膜的苹果片对大肠杆菌和沙门氏菌的敏感作用是未涂膜的1.8倍和1.89倍。郑锋等[7]研究结果表明桔子油微乳液能延长葡萄的货架期，保持葡萄营养品质，其中0.3 g/kg组保鲜效果最好。KIM等[8]研究柠檬草精油微乳对李子的保鲜效果的影响。在4 ℃贮藏28 d、在25 ℃贮藏15 d条件下，微乳涂层的李子微生物含量略有降低，但与脉强冲光作用时，微生物数量显著降低。

可食用性涂膜保鲜技术是利用可食性材料制成薄膜，通过浸涂、喷洒或涂抹的方式覆盖在食品表面，能形成一层能改变气体环境，防止食品中水分、气体和溶质等的迁移，从而达到保鲜目的的一种方法[9]。涂膜从自然资源中获得的可食用涂覆原料，是一种方便安全、环保有效的方法，因此在食品行业中越来越受关注[10]。本研究以艾叶精油为油相，制备可食用、具备抗菌性能的微乳保鲜剂，能更好地抑制樱桃的呼吸作用及微生物的生长，以可溶性固形物质量分数、低场核磁共振表征水分变化、总抗氧化能力和电子眼作为腐烂指标，在不同质量浓度的艾叶精油微乳保鲜下得出最佳适用樱桃保鲜的浓度，进一步为樱桃的保鲜提供可靠的研究依据。

1 材料与方法

1.1 材料与器材

主要试剂：黄水晶樱桃，山东莱阳市沙田果业专业合作社；艾叶精油，江西省吉水县康民本草用油提炼厂；无水乙醇，天津渤化化学有限公司；吐温 80，天津市化学试剂供销公司；总抗氧化力试剂盒，南京建成生物技术有限公司。

主要仪器设备：马尔文激光粒度仪，英国马尔文仪器有限公司；79-1型磁力搅拌器,北京中兴伟业仪器有限公司；ME104电子天平，梅特勒-托利仪器上海有限公司；IRIS VA400电子眼，法国 Alpha M.O.S 公司；CMK-706R 糖酸测定仪，韩国G-Won公司；NMI20-025V-1核磁共振分析仪,上海电子纽迈科技有限责任公司；UV—6100紫外分光光度计，上海美普达仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 涂膜液的制备

本研究采用Shah相转变滴定法制备艾叶精油微乳，将表面活性剂及助表面活性剂按照一定比例(Km=2)混合均匀后再与油相按照质量比2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1搅拌均匀，反复操作直至溶液由澄清变浑浊，且状态不变，记录相转变时水的滴加量，制备三相图。通过激光粒度仪测定微乳粒径、Zeta电位和包封率(polydispersity，PDI)的大小[11]。

SALVIA等[6]研究柠檬精油微乳对苹果切片保鲜效果的结果可知，可食用安全性精油微乳涂膜浓度不宜超过1 g/L，故本研究选择质量浓度为1、5、10 g/L的艾叶精油微乳微乳进行涂膜保鲜，其中对照组为CK、经1、5、10 g/L艾叶精油微乳涂膜的樱桃命名为A、B和C组。

1.2.2 樱桃前处理

选择大小均一、无机械损伤、无病虫害、成熟度一致的樱桃作为试验样品，将樱桃置于蒸馏水中洗净表面杂质，剔除次果。采用浸泡法进行涂膜，将樱桃随机分成 4组(一组3个平行，一组17个樱桃，约105 g)，分别以不同浓度微乳浸果 2 min，要求果实完全浸泡在微乳液中(浸膜均匀一致)，通风处自然风干后，放在4 ℃冰箱中保存，每隔3 d测定相关指标[12]。

1.2.3 腐烂率

按腐烂程度将果实分为6个级别:0级，无腐烂；1级，果实腐烂面积小于25%；2级，果实腐烂面积25%～50%；3级，果实腐烂面积50%～75%；4级，果实腐烂面积大于75%；5级，完全腐烂[13]，腐烂率按照公式(1)计算:

(1)

1.2.4 可溶性固形物的测定

樱桃研磨成匀浆后用3层的纱布过滤2次，采用CMK-706R 糖酸测定仪测定，实验重复3次，取平均值。

1.2.5 总氧化能力的测定

采用方法对不同浓度处理后樱桃的进行测定。按样品质量(g)∶生理盐水体积(mL)=1∶9混合均匀，在冰水浴条件下机械匀浆，以充分破碎细胞并释放其中的抗氧化活性物质，在4 ℃、2 500 r/min离心15 min，取上清液待测，同时测定匀浆蛋白质的浓度。具体操作见表1，将配制好的滴定管和对照管混匀，室温放置 10 min 后，在 1 cm 光径、550 nm 条件下，使用双蒸水调零，然后测定各管吸光度(OD 值)。总抗氧化能力计算如公式(2)所示：

总抗氧化能力/[mmol·(L·mg prot)-1]

(2)

表1 总抗氧化能力测定操作表Table 1 Operation table of T-AOC measurement

1.2.6 樱桃的色泽检测

使用黑色卡板在校准过的 IRIS VA400 电子视觉分析仪中进行拍照，使用Origin 8.5 对图片进行处理及数据分析。

1.2.7 核磁测定樱桃的水分含量

采用低磁场共振技术对樱桃的水分含量进行测定。将待测樱桃置于样品管中，在32 ℃条件下放入核磁共振分析仪的样品池中进行检测，采用脉冲序列收集水质子的信号，得到弛豫时间T2数据，并进行拟合反演，对待测样品中的不同种类水分所占的百分比A2和弛豫时间T2进行分析[14]，参数设置如下：信号采样点数=1 000 080；主频(MHz)=21；重复采集次数=4；回波时间=5 000。

1.3 数据处理

采用Origin 8.5作图，SPSS Statistics 24进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 艾叶精油微乳液的表征

图1为吐温80/无水乙醇/艾叶精油/去离子水构建的拟三相图，当表面活性剂与助表面活性剂的比值为2，艾叶精油和混合表面活性剂质量比为3∶7时，形成微乳区的面积比为53.87%，该条件下艾叶精油微乳的Zeta电位为-2.18 mV、粒径为39.91 nm、PDI为0.28，此比例下形成艾叶精油微乳体系稳定均一，溶液透明。

图1 艾叶精油微乳拟三相图Fig.1 The quasi-three-phase of argyi leaf essential oil emulsion

2.2 腐烂率

樱桃皮薄肉软、含水量高，采摘、运输及销售过程中易造成因机械损伤感染真菌性病菌而腐烂，腐烂率能客观地反映出所采用的保鲜剂的防腐保鲜效果，不同处理条件下贮藏结束时樱桃番茄腐烂率如图2所示。樱桃的腐烂率随着贮藏时间延长而逐渐上升，CK组的腐烂指数上升最明显，贮藏初期(0～3 d)，不同处理组的樱桃腐烂率差异较小，但从贮藏第3天后，果实腐烂情况差异变大，且随着贮藏时间增加，差异愈加显著。在贮藏第15天，CK组腐烂情况最为严重且腐烂率21.18%，相比之下，C组的果实腐烂率仅为12.94%。处理组的腐烂率低于对照组，其原因可能是艾叶精油是一种很好的抑菌剂，具有较强的抑菌特性，经微乳处理后的樱桃在表面形成一层薄膜，保护果实不受微生物的侵染，C组微乳保鲜涂膜技术可大幅度降低樱桃的腐烂率，保持果实原有品质[15]。其原因可能是低浓度的精油微乳液能有效的维持果实的水分和溶质的迁移，促进果实内部与外界环境气体的交换，从而延长果实货架期[16]。

图2 不同浓度涂膜处理对樱桃贮藏期间腐烂率的影响Fig.2 Effects of different concentration of coating on the deacy rate of cherry during storage

2.3 可溶性固形物

可溶性固形物的主要成分是糖、维生素、矿物质和果胶等物质，其含量高低直接反映果实的呼吸速率和成熟度，是评价果实保鲜效果的指标之一，不同浓度微乳处理樱桃的可溶性固形物含量的影响如图3所示。

在整个贮藏期间可溶性固形物质量分数随着贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势，其原因是：在贮藏初期樱桃内部的淀粉等多糖类不断转化为可溶性碳水化合物以及一些不溶性原果胶转化为可溶性果胶，在贮藏后期樱桃由于呼吸作用以及没有营养物质的来源，逐渐消耗了部分的可溶性固形物导致可溶性固形物含量降低[17]。在4 ℃ 保鲜条件下，经方差分析，贮藏3 d内，试验组与对照组之间无显著差异，贮藏3 d 后，实验组和对照组的之间差异显著(P<0.05)，在整个贮藏时间内，实验组的可溶性固形物的含量大于CK组，这是因为经微乳涂膜处理后能有效的抑制果实内部的生理代谢、物质消耗，较好的保持了果实的营养物质[15]，其中C组保鲜效果最为显著，到贮藏末期依旧保持较高的水平[18]。

图3 不同浓度涂膜处理对樱桃贮藏期间可溶性固形物的影响Fig.3 Effects of different concentrations of coating on soluble solids during storage of cherry

2.4 樱桃色泽分析

色差是衡量商品价值的重要指标,其颜色种类、占比高低可以直接反映出果实的品质优劣，通过IRIS VA400电子眼检测CK、A、B和C组樱桃在一定贮藏时间内色泽的变化。由图4可知，第1天占比例最大的色号分别是2 965、2 962、2 966，由图5可知，在4 ℃贮藏15 d 后不同处理组的色号发生了变化，CK、C两组主色号未发生变化，A、B两组3 238色号消失，增加了2 147、2 404等多种深褐色色号，其中2 419、2 420和2 676占比上升[19]。

对贮藏15 d的4个处理组进行主成分分析，主成分 1(73.798%)与主成分 2(22.648%)之和大于 95.00%，识别指数大于80，其中CK、C同为三象限，A为四象限，B为第二象限。不同处理组色差呈显著差异，其中C组的颜色在储藏过程中色号变化跨度较小，1 g/L浓度精油微乳能较好地保持樱桃的色泽，A、B两组在贮藏过程中褐色色号比例上升，其原因是高浓度的精油会刺激果实内部，加快呼吸速率。此外精油微乳的亲水性扰乱细胞质膜、质子原动力、电子流、主动转运和细胞凝聚，造成细胞萎塌[20]。

表3 自动视觉分析仪的色号名称表Table 3 Color number and name of automatic vision analyzer

图4 不同浓度处理贮藏第1天的色号的比例Fig.4 The ratio of color numbers treated at different concentrations on the first day of storage

图5 不同浓度处理贮藏第15天的色号的比例Fig.5 The ratio of color numbers at different concentrations on the 15th day of storage

2.5 总抗氧化能力的测定

物质总的抗氧化能力是物质清除不同的自由基或者是物质的不同活性成分清除不同的自由基的有效总和。通过 ABTS 法测定樱桃总抗氧化能力，研究不同浓度微乳对自由基的清除能力，图6是贮藏15 d后不同浓度处理的樱桃的总抗氧化能力的比较[21]。由图6可知C组的樱桃总抗氧化能力最大[0.76 mmol/(L·mg prot)]，A组的樱桃抗氧化能力最低[0.42 mmol/(L·mg prot)]，其原因为浓度过高的精油对果实也有较强的刺激作用，抑制果实中酶的活性上升，反而降低了果实的抗氧化性。本研究中C组艾叶精油微乳对樱桃抗氧化能力最好，减缓了膜脂过氧化进程[22]。

图6 不同处理组的总抗氧化能力Fig.6 Total antioxidant capacity of different treatment groups

2.6 樱桃水分含量

NMR图中水分信号的变化反应了果实内部的水分状态，水质子横向弛豫时间T2的长短可以表征水分的流动性，弛豫时间T2越长，说明水分更自由，弛豫时间T2越短说明水分与底物的结合更紧密。由表4可知，樱桃的弛豫时间在1～10 000 ms内出现4个峰，分别是强结合水T21(0～5 ms)、弱结合水T22(10～20 ms)、束缚水T23(100～200 ms)和自由水T24(900～1 200 ms)，这4种状态的水也可以表征为细胞壁水、细胞质水、细胞间隙水和液泡水，每个峰对应峰面积A21、A22、A23、A24表示每种水组分的相对含量。表显示了樱桃在低温储藏过程中弛豫时间T2及水分含量A2的变化趋势。

由表4可知，T24所对应的峰面积占总面积85%以上是樱桃的主要成分，也说明了樱桃组织内部绝大部分水处于液泡中，T21、T22和T23两种水分含量均小于总面积的8%，在整个贮藏期间波峰波动不大但整体呈下降的趋势，其原因是结合水的作用是保持细胞结构、质地，几乎不参与呼吸作用、蒸腾作用。T24在整个过程中呈先上升后下降趋势，主要原因是贮藏前期樱桃未完全成熟，内部的生理作用产生了自由水。比较不同浓度微乳处理的樱桃含水量变化可知,在整个过程中，C组的樱桃在整个贮藏期间，自由水的损失量最小[23]。

表4 不同处理组在贮藏时间内弛豫时间T2、A2的变化Table 4 Changes of relaxation time T2 and A2 in different treatment groups during storage time

3 结论

天然无毒、来源丰富的的植物精油具有巨大的应用潜力，但因其挥发性强、不溶于水、气味难闻等特点限制了其在食品中的应用，本文通过制备艾叶精油微乳提升艾叶精油的应用价值，并研究不同浓度的微乳对樱桃保鲜效果的影响，实验结果表明，1 g/L艾叶精油微乳保鲜效果最好，能有效地降低果实的腐烂率和含水量，延缓樱桃的营养指标的流失。过高的精油浓度会刺激果实内部的正常的生理代谢、呼吸速率及蒸腾作用，加快果实的衰老的进程。本研究探讨植物精油微乳对鲜果的保鲜作用，为可食用保鲜涂膜的研究提供参考。