复合保鲜剂对薄壳山核桃贮藏品质的影响

李文君,刘广勤,王成章,*,叶建中,王紫衿

(1.中国林业科学研究院林产化学工业研究所,江苏南京 210042; 2.江苏省农业科学院果树研究所,江苏南京 210014; 3.南京中森生物科技有限公司,江苏南京 210042)

薄壳山核桃(Caryaillinoinensis(Wangenh.)K. Koch),是一种胡桃科(Julandaceae)山核桃属(CaryaNutt)植物,别称美国山核桃、碧根果、薄皮山核桃、长山核桃[1]。原产于美国,我国引进该树种已有一百多年,目前在浙江、江苏、江西、湖南、云南等地分布较广,全国总栽种面积约4.6万hm2,市场售价在80元/kg以上[2-3]。目前,我国市场上销售的薄壳山核桃几乎全部从美国进口,每年的进口量都维持在3万～5万t,接近美国产量的1/3,占全球总产量10%～20%,并且逐年增长。另外,作为著名干果树种,薄壳山核桃在适生地区也是优良的行道树和庭荫树,可作风景林,也适于河流沿岸、湖泊周围及平原地区的“四旁”绿化[4-5]。其成熟果仁是很好的榨油原料,平均每100 g果仁中含油脂78.1 g,最高可达83%[6],主要成分为不饱和脂肪酸;平均每100 g果仁中含蛋白质15.4 g,最高可达22.5%,蛋白质中含有18种氨基酸,其中八种是人体所必需的氨基酸[5-7],同时还含有多种抗脑衰老和抗氧化活性成分[8-14]。因此,薄壳山核桃是良好的社会、生态、经济树种,在我国消费市场潜力巨大,市场前景十分乐观[14-15]。

然而,薄壳山核桃采摘后,在贮藏过程中,需要依靠自身脂肪及其他营养成分来支撑持续进行的呼吸作用和蒸腾作用,故贮藏时间越长,营养物质的含量越低,其品质也就越低[16]。随着人们生活水平的提高,对于坚果零食的需求量也逐年递增,无论是进口还是国内生产的薄壳山核桃,都无法避免的面临坚果保质期和货架期短暂的问题[17-20]。目前,薄壳山核桃的保鲜多是改善包装和贮藏条件[21-25],Jensen等[26]认为薄壳山核桃的最优贮藏条件是贮藏温度在11 ℃以下,同时包装内需要除氧剂和氮气保护;Walton等[27]研究发现,高水分含量的坚果需要贮藏在30 ℃以下;荣瑞芬等[28]从核桃采收后就开始采取低温、避 光、减少处理时间等技术措施,最大程度降低了核桃脂肪的水解和氧化作用,延缓了核桃氧化进程;Baldwin等[29]研究发现,以羧甲基纤维素和α-生育酚为主要原料制备可食用的保鲜剂对薄壳山核桃的保鲜具有较好的效果;陈柏等[30]通过研究不同保鲜剂咪鲜胺、抑霉唑、葡萄保鲜剂、ClO2和1-甲基环丙烯(1-MCP)处理青皮核桃,发现在-2～0 ℃下贮藏90 d,葡萄保鲜剂对核桃发霉和发粘抑制效果最好,对核桃的种壳色泽和种皮色泽保持效果亦显著优于其他处理,可以有效保持贮藏期间去青皮鲜核桃的感官品质,1-甲基环丙烯也能对清香鲜核桃进行贮藏保鲜[31]。

综上,关于薄壳山核桃保鲜在贮藏方面的相关研究较多也较为成熟,而保鲜剂方面的研究极少,同时鉴于国内薄壳山核桃种植规模的不断加大和人们饮食需求的提高,本研究将主要考察以脱色紫胶等为主要成膜剂的不同保鲜剂涂抹在薄壳山核桃表面,并结合低温、无氧及纳米聚乙烯包装对薄壳山核桃贮藏品质的影响。脱色紫胶具有良好的防腐、防水、黏附力和固色能力等特性,同时对人体无毒无刺激,因此,作为涂膜保鲜剂中的成膜剂而被广泛应用[32-33];大豆分离蛋白具有较好的乳化性、水合性、吸油性、凝胶性、结膜性,因此添加到保鲜剂中,可促进保鲜剂乳化并保证迅速成膜[34-35];乳化漆蜡也具有较好的成膜性[33];青龙衣提取液是具有较强抑菌性能的天然抑菌剂[36]。因此,本文以脱色紫胶和大豆分离蛋白为主要成膜剂,青龙衣作为抑菌剂添加制备九种复合保鲜剂,以薄壳山核桃外观、色泽以及果仁纯仁率、脂肪含量、酸值、过氧化值和可溶性蛋白质含量等为评价指标,通过改善贮存环境、包装条件以及涂抹保鲜剂等方法,研究薄壳山核桃组合保鲜工艺技术,为后续国内薄壳山核桃等相关坚果食品行业提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

不同品种薄壳山核桃(余华、波尼、绍兴、马罕、考比、威奇塔) 各10 kg,2018年10月采摘于江苏省宿迁市泗洪县,去外果皮,阴干备用(烘箱法测果仁含水量约4%);脱色紫胶 昆明西莱克生物科技有限公司;大豆分离蛋白 西安夡宝生物科憃有限公司;乳化漆蜡 实验室自制,方法参考[33];其他试剂 均为分析纯;纳米聚丙烯(PP)包装袋子 食品级,规格12 cm×20 cm,佛山双富包装有效公司;除氧剂(主要原料铁、盐等) 食品级,50 cc,规格25 mm×50 mm,上海威胜包装材料有限公司;枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、肺炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermidis) 中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)。

JJ4/40型均质机 河北廊坊市盛通机械有限公司;RCT基本型(安全型)磁力搅拌器 德国IKA;BSA124S型电子天平 德国Sartorius;HH-S8型数显恒温水浴锅 常州市仪都仪器有限公司;YSXT-06型索氏提取器 上海熙扬仪器有限公司;TST-E804-60A型电热鼓风干燥箱 东莞特斯特仪器有限公司;RE-2000B型旋转蒸发仪 郑州市亚荣仪器有限公司;YC-200B型台式恒温振荡器 上海超鸿仪器设备有限公司;UV759型紫外-分光光度计 上海佑科科学仪器有限公司;LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂;SW-CT-ZD型双人单面净化工作台 苏州净化设备有限公司;HWS智能型恒温恒湿培养箱 宁波江南仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 薄壳山核桃品种筛选及贮藏温度的确定 挑选大小、形状均匀一致、无损伤或损伤轻微、无病虫害的品种名为威奇塔、波尼、金华、绍兴、考比、马罕的薄壳山核桃,分别利用纳米聚丙烯(PP)包装,同时加入10包除氧剂在贮藏期间吸收氧气(30 d更换一次)抑制薄壳山核桃的氧化作用,并置于低温(4 ℃,湿度50%～60%)和常温(25 ℃,湿度50%～60%)下贮藏180 d,以不同品种的薄壳山核桃在不同温度下的纯仁率、脂肪含量为指标筛选具体试验的品种并确定贮藏温度。

1.2.2 薄壳山核桃保鲜剂的制备 取脱色紫胶置于500 mL锥形瓶中,磁力搅拌器加热至110 ℃溶解,降温至80 ℃,将大豆分离蛋白溶解在200 g沸水中,然后缓慢加入到脱色紫胶中,再加入乳化漆蜡,最后加入EDTA-2Na 2 g,维生素E 2 g,900 r/min转速下搅拌2 h;放置至室温后均匀涂抹于薄壳山核桃表面,干燥后置于含有除氧剂的纳米聚乙烯包装内,贮藏于4 ℃下180 d,同时设置4 ℃、含有除氧剂的纳米聚乙烯包装组作为空白对照组。主要配方参数如表1所示。

表1 薄壳山核桃保鲜剂主要配方Table 1 The main formulations of preservative of Carya illinoensis

1.2.3 薄壳山核桃保鲜剂的保鲜效果评价 依照1.2.2中方法配制的保鲜剂,冷却至室温后,得浅褐色或褐色澄清溶液,然后筛选30份(30颗/份)表面完好、质量基本相同的威奇塔薄壳山核桃分别涂抹不同的保鲜剂,室温下置于培养皿中至表面完全干燥,编号记录样品名及日期,置于4 ℃(湿度50%～60%)下贮藏备用。首先观察不同保鲜剂涂抹后的成膜性,考虑到低温贮藏时可能产生的水汽,故贮藏180 d后水洗并观察表面,砸开薄壳山核桃对内部核桃仁进行感官评价。然后,为了筛选最佳保鲜剂配方,分别在涂抹不同保鲜剂的威奇塔薄壳山核桃贮藏0、30、60、90、120、150、180 d时测定其纯仁率、脂肪含量、酸值、过氧化值和可溶性蛋白质含量,具体方法如下。

1.2.3.1 薄壳山核桃纯仁率的测定 按GB/T 5499-2008粮油检验 带壳油料纯仁率检验法进行[37]。

1.2.3.2 薄壳山核桃脂肪含量的测定 按GB 5009.6-2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定中索氏抽提法进行[38]。

1.2.3.3 薄壳山核桃酸值的测定 按GB/T 5510-2011 粮油检验 粮食、油料脂肪酸值测定中的石油醚法进行[39]。

1.2.3.4 薄壳山核桃过氧化值的测定 按GB 5009.227-2016 食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定进行[40]。

1.2.3.5 薄壳山核桃蛋白质含量的测定 按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进行[41]。

1.2.4 保鲜剂4的抑菌活性 考察保鲜剂4对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、枯草芽孢杆菌和表皮葡萄球菌的抑菌活性。分别取保鲜剂4 溶液1、5、10 mL,至10 mL容量瓶内,甲醇定容至刻度,摇匀备用。首先分别配制对应的培养基,将菌种活化,之后待菌种生长期时接种至新鲜培养基上,同时放置3个牛津杯,将不同浓度的保鲜剂4注入,恒温培养,观察抑菌圈大小[36]。

1.3 数据处理

试验设3次重复,结果以平均值±标准偏差表示,使用SPSS Statistics 19软件进行差异性显著分析,利用Origin 2019软件进行数据处理及绘图。

2 结果与分析

2.1 薄壳山核桃试验品种筛选及贮藏温度的确定

薄壳山核桃在贮存过程中,容易氧化变质[10],由图1可知,不同贮存温度下不同品种的薄壳山核桃纯仁率略有不同,但不同贮藏温度对其脂肪含量的影响相对较大。脂肪含量作为薄壳山核桃品质较为重要的评价指标,在4 ℃贮藏条件下更稳定，说明4 ℃的低温下更有利用于薄壳山核桃的贮藏;另外,贮藏温度为4 ℃时,不同品种薄壳山核桃的纯仁率不同,其中马罕品种的纯仁率略高,其次是波尼和威奇塔,不同品种薄壳山核桃的脂肪含量不同,绍兴脂肪含量最高,其次是威奇塔和波尼,但考虑到目前国内市场上主流的薄壳山核桃零食产品品种和江苏泗洪主推品种以威奇塔居多;因此,综合考虑,在后续的保鲜剂的试验中以威奇塔薄壳山核桃为试验样品。

图1 不同贮藏温度对不同品种的薄壳山核桃 对纯仁率(a)和脂肪含量(b)的影响Fig.1 Effect of different storage temperatures on the kernel percentage(a)and fat content(b)of Carya illinoinensis

2.2 不同保鲜剂的保鲜效果评价

2.2.1 不同保鲜剂对薄壳山核桃外观的影响 观察不同保鲜剂的防腐性及防水性,结果如图2(a)所示,保鲜剂涂膜后的薄壳山核桃表面光滑,无明显色变;其中保鲜剂8涂抹后的表面最为光亮、防水性最好,其次是保鲜剂9号、1号、4号。观察不同保鲜剂的成膜性差异,其中除保鲜剂3成膜太薄和保鲜剂8成膜太厚,其余保鲜剂成膜均适中。180 d后,砸开取其果仁,发现果仁均无坏果、无异味,如图2(b)所示。

图2 左图(a)为保鲜剂1～9涂膜后水洗前对比照,右图(b)为其砸开后果仁Fig.2 The left picture(a):The photos of the preservative keeping agent 1～9 before coating and washing;the right picture(b):The nutlets after breaking

2.2.2 不同保鲜剂对薄壳山核桃贮藏中理化指标的影响

2.2.2.1 不同保鲜剂处理对薄壳山核桃纯仁率的影响 由表2可知,贮藏期间所有涂有保鲜剂的薄壳山核桃的纯仁率均在43%以上,贮藏期间纯仁率先缓慢下降后明显下降,均比未涂保鲜剂的空白对照的薄壳山核桃的纯仁率高,说明保鲜剂对纯仁率的下降是有一定抑制作用的。通过显著性分析可知,贮藏60 d内,同一时间段内涂抹不同保鲜剂对薄壳山核桃纯仁率的影响并不显著(P>0.05),仅相对空白对照组具有一定显著性(P<0.05),但贮藏120 d后,与空白对照组相比显著性增加(P<0.05);相同组保鲜剂涂抹下的薄壳山核桃不同时间段的纯仁率的变化大多数从贮藏90 d开始有显著变化(P<0.05)。其中,涂有保鲜剂4的薄壳山核桃在贮藏180 d时纯仁率为45.67%,而涂有保鲜剂7的纯仁率最低为43.23%,而空白对照组最终纯仁率为40.67%。涂有保鲜剂4的薄壳山核桃纯仁率相比起始值52.21%下降了6.54%,而空白对照组下降了11.54%,说明在保鲜剂4作用下,薄壳山核桃纯仁率下降程度减少了5%。但整体而言,纯仁率仍有持续下降趋势,这可能是由于在贮藏过程中,薄壳山核桃内部果仁的水分逐渐减少,同时自身也有消耗,导致纯仁率有所下降。

表2 不同贮藏时间下不同保鲜剂对薄壳山核桃纯仁率的影响(%)Table 2 Effect of different preservers on the kernel percentage of Carya illinoinensis under different storage time(%)

2.2.2.2 不同保鲜剂处理对薄壳山核桃脂肪含量的影响 脂肪含量是薄壳山核桃中最重要的营养价值所在,是衡量薄壳山核桃质量优劣的关键指标。由表3可知，薄壳山核桃本身的脂肪含量比较高,贮藏期间,涂有保鲜剂的薄壳山核桃脂肪含量均在67%以上,贮藏期间,脂肪含量先明显下降后缓慢下降,均比未涂保鲜剂的空白对照的薄壳山核桃的脂肪含量高,说明保鲜剂对脂肪含量的下降具有一定的抑制作用。通过显著性分析可知,贮藏期间,同一时间段内涂抹不同保鲜剂对薄壳山核桃脂肪含量的影响并不显著(P>0.05);相同组保鲜剂涂抹下的薄壳山核桃不同时间段的脂肪含量的变化从贮藏90 d开始有显著变化(P<0.05)。其中,涂有保鲜剂4的薄壳山核桃在贮藏180 d时,脂肪含量最高为69.32%,而涂有保鲜剂2和5的脂肪含量最低为67.12%,而空白对照组最终脂肪含量为62.72%。涂有保鲜剂4的薄壳山核桃脂肪含量相比起始值74.71%下降了5.39%,而空白对照组下降了11.99%,说明在保鲜剂4作用下,薄壳山核桃脂肪含量下降程度减少了6.60%,脂肪含量的下降得到了明显抑制,但仍有持续下降的趋势,这可能是由于在贮藏过程中,薄壳山核桃内部消耗所致,致使脂肪含量有所下降。

表3 不同贮藏时间下不同保鲜剂对薄壳山核桃脂肪含量的影响(%)Table 3 Effect of different preservers on the fat content of Carya illinoinensis under different storage time(%)

2.2.2.3 不同保鲜剂处理对薄壳山核桃酸值的影响 酸值是脂肪中游离脂肪酸含量的标志,而脂肪的含量也与其游离脂肪酸含量相关,可作为脂肪水解程度的指标,即酸败的指标。由表4可知,贮藏期间,涂有保鲜剂的薄壳山核桃酸值先明显上升后缓慢上升,均比未涂保鲜剂的空白对照的薄壳山核桃的酸值低,说明涂抹保鲜剂对其酸值上升是有一定抑制作用的。通过显著性分析可知,贮藏30 d后,同一时间段内涂抹不同保鲜剂对薄壳山核桃酸值的影响开始显著(P<0.05),随着时间的增加,显著性增加;而相同组保鲜剂涂抹下的薄壳山核桃不同时间段的酸值从贮藏开始就有显著变化(P<0.05)。其中,涂有保鲜剂4的薄壳山核桃在贮藏结束时酸值最低为0.70 mg/g,而涂有保鲜剂2和9的酸值最高为0.78 mg/g,而空白对照组最终酸值为0.85 mg/g。涂有保鲜剂4的薄壳山核桃酸值相比起始值0.35 mg/g增加了1倍,而空白对照组相比起始值0.35 mg/g增加了1.43倍,说明在保鲜剂4作用下,薄壳山核桃酸值增加程度减少了0.43倍,酸值的增加得到了明显改善,但仍然无法阻止酸值的继续上升,这是因为在长期的贮藏过程中,微生物、酶和热使得其内部脂肪慢慢水解,从而产生了游离的脂肪酸,酸值逐渐提高。

表4 不同贮藏时间下不同保鲜剂对薄壳山核桃酸值的影响(mg/g)Table 4 Effect of different preservers on the acid value of Carya illinoinensis under different storage time(mg/g)

2.2.2.4 不同保鲜剂处理对薄壳山核桃过氧化值的影响 过氧化值是衡量油脂和脂肪酸等被氧化程度的指标,以100 g样品中过氧化物的克数表示,可以用来评价其样品质量优劣和变质程度。由表5可知,贮藏期间,涂有保鲜剂的薄壳山核桃过氧化值先缓慢上升后明显上升,均比未涂保鲜剂的空白对照的薄壳山核桃的过氧化值低,说明保鲜剂对其的升高是有一定抑制作用的。通过显著性分析可知,贮藏30 d后,同一时间段内涂抹不同保鲜剂对薄壳山核桃过氧化值的影响显著(P<0.05);相同组保鲜剂涂抹下的薄壳山核桃不同时间段的过氧化值的变化从贮藏开始有显著变化(P<0.05)。其中,涂有保鲜剂4的薄壳山核桃在贮藏结束时过氧化值最低为3.32 Mm/kg,而涂有保鲜剂9的过氧化值最高为3.72 Mm/kg,而空白对照组最终过氧化值为3.89 Mm/kg。涂有保鲜剂4的薄壳山核桃过氧化值相比起始值0.78 Mm/kg增加了3.26倍,而空白对照组相比起始值0.78 Mm/kg增加了3.99倍,说明在保鲜剂4作用下,薄壳山核桃过氧化值增加程度减少了0.73倍,过氧化值的增加得到了明显改善,但仍有继续增加的趋势,这是因为在长期的贮藏过程中,微生物、酶和热使得其内部脂肪慢慢水解,从而产生了游离的脂肪酸,过氧化值逐渐提高。

表5 不同贮藏时间下不同保鲜剂对薄壳山核桃过氧化值的影响(Mm/kg)Table 5 Effect of different preservers on the POV value of Carya illinoinensis under different storage time(Mm/kg)

2.2.2.5 不同保鲜剂处理对薄壳山核桃可溶性蛋白质含量的影响 可溶性蛋白质也是薄壳山核桃果仁的主要营养成分,其含量的变化也是衡量薄壳山核桃品质变化的重要指标。由表6可知,贮藏期间,涂有保鲜剂的薄壳山核桃可溶性蛋白质含量先上升后下降,均比未涂保鲜剂的空白对照的薄壳山核桃的可溶性蛋白质含量高,说明保鲜剂对其可溶性蛋白质含量的下降是有一定抑制作用的。通过显著性分析可知,贮藏30 d和150 d时,同一时间段内涂抹不同保鲜剂对薄壳山核桃可溶性蛋白质含量的影响显著(P<0.05),贮藏期间涂抹同一保鲜剂的相互之间具有一定显著性(P<0.05);相同组保鲜剂涂抹下的薄壳山核桃不同时间段的纯仁率的变化从贮藏开始就有显著变化。其中,涂有保鲜剂4的薄壳山核桃在贮藏结束时可溶性蛋白质含量最高为7.35%,而涂有保鲜剂2的可溶性蛋白质含量最低为7.05%,而空白对照组最终可溶性蛋白质含量为6.88%。涂有保鲜剂4的薄壳山核桃可溶性蛋白质含量高相比起始值6.15%增加了1.2%,而空白对照组比起始值增加了0.73%,说明在保鲜剂4作用下,薄壳山核桃可溶性蛋白质含量增加程度提高了0.47%,但整体上可溶性蛋白质含量下降趋势仍然十分严重,这是因为在长期的贮藏过程中,微生物、蛋白质水解酶和热使得其内部蛋白质慢慢水解,从而导致蛋白质含量下降。

表6 不同贮藏时间下不同保鲜剂对薄壳山核桃可溶性蛋白质含量的影响(%)Table 6 Effect of different preservers on the protein content of Carya illinoinensis under different storage time(%)

2.3 保鲜剂4的抑菌活性

综上,以保鲜剂4为进一步试验对象,按照1.2.4中方法,将保鲜剂4分别稀释1倍、2倍和10倍,考察其对枯草芽胞杆菌、肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的抑菌效果,以其抑菌圈大小为指标,结果如图3和表7所示。由表7可知,保鲜剂4对以上4种常见菌均具有一定的抑制效果,浓度越大抑菌效果越好,对表皮葡萄球菌和肺炎链球菌的抑菌效果较好。

图3 样品对4种菌的抑菌效果Fig.3 Antibacterial effect of sample against 4 kinds of strains注:从左到右依次是a. 枯草芽孢杆菌B. subtilis; b. 肺炎链球菌S. pneumoniae;c. 金黄色葡萄球菌 S. aureus;d. 表皮葡萄球菌S. epidermidis。

表7 样品的抑菌圈Table 7 Antibacterial circles of samples

3 结论

本研究使薄壳山核桃贮藏在4 ℃下,辅助纳米聚乙烯包装并加入除氧剂;同时涂抹配方为脱色紫胶10 g、大豆分离蛋白10 g、沸水200 mL、乳化漆蜡2 g、青龙衣提取液3 mL、EDTA-2Na 2 g和维生素E 2 g的保鲜剂4,可使其纯仁率下降程度减少了5%,脂肪含量下降程度减少了6.60%,酸值增加程度减少了0.43倍,过氧化值增加程度减少了0.73倍,可溶性蛋白质含量增加程度提高了0.47%。最大程度地降低了其脂肪的水解和氧化作用,尤其降低占主要氧化作用的脂肪自氧化作用,从而,最大程度的保持其功能性不饱和脂肪酸和抗氧化功能成分的稳定,延迟延长货架期,最终保证在其流通、销售的过程中均具有良好的营养价值和感官品质。