电子束辐照在鲜切苹果冷藏保鲜中的应用研究

岳 玲,郑 琦,王海宏,孔秋莲,颜伟强,陈志军,张艳艳,戚文元∗

(1 上海市农业科学院,上海 201106;2 上海束能辐照技术有限公司,上海 201401;3 上海商学院,上海 201400)

苹果滋味脆甜,富含多种营养成分,深受大众的喜爱,是世界上公认的健康水果之一[1]。 鲜切苹果是新鲜苹果经过分级、整理、清洗、切分、去核、修整、保鲜、包装后制成的方便食品,因其营养、方便,广受消费者的青睐[2]。 但由于鲜切苹果经过去皮、切分等机械处理,苹果组织受到破坏,从而引发一系列生物化学反应,如蒸腾作用加快、呼吸速率升高、苹果褐变加速等[3]。 此外,微生物极易接触到鲜切苹果表面且大量繁殖,引发食品安全问题[4]。 近年来,国内外学者们在保障鲜切苹果的食用安全、延长货架期方面做了大量研究,包括化学、物理和生物方法。 化学方法是指添加一些化学物质,如亚氯酸钠、过氧乙酸、钙盐溶液、抗坏血酸等,达到维持质地、控制褐变、抑制微生物生长的效果[1,5-8]。 物理方法包括紫外辐照、脉冲光杀菌技术、超高压技术、气调贮藏技术和低温贮藏技术等[4,9-12]。 生物保鲜具有可食性、安全性可降解性等优点,但实际生产中应用较少[13]。 然而,单一的保鲜技术存在着一定的缺陷,不能满足人们对新鲜果蔬品质的要求,因此,学者们将多种单一保鲜方法相结合形成综合保鲜技术[14]。 综合保鲜技术可以结合各种保鲜技术的优点,有效延长鲜切果蔬的货架期[14]。

电子束辐照作为一种物理冷杀菌保鲜技术,具有高效、安全环保、易操作等特点。 电子束辐照可以有效杀灭食品中的病原微生物,控制食品微生物的数量,且能抑制农产品的生物酶活性,减缓新鲜果蔬的后熟,对保障食品安全、延长货架期起着重要作用[15-17]。 目前,已有将电子束辐照应用于番茄[18]、板栗[19]、甜樱桃[20]、荔枝[21]、猕猴桃[22]、草莓[23]等果蔬的保鲜研究中,结果表明适当剂量的电子束辐照有利于延长果蔬的保鲜期。 但迄今为止,未见将电子束辐照技术应用于鲜切苹果保鲜的研究。 本研究以鲜切苹果为试验材料,以2.3 kGy 剂量进行电子束辐照,结合不同保鲜剂、不同贮藏温度处理,研究鲜切苹果在不同贮藏时间的微生物水平、维生素C 含量、可溶性固形物含量等品质指标,以及硬度、脆性、咀嚼性、褐变程度等感官指标的变化,以期为鲜切苹果的保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

烟台红富士苹果购买于上海市奉贤区某水果批发市场,挑选标准为:果型大小基本一致,单果质量约300 g,外观整洁无病虫害。 将苹果表面洗净,沥干水分,纵切为4 块后去除果心。 利用果蔬切片机(FS-989M,中国仙器公司)将苹果切为厚度15 mm 的果块,在室温下用保鲜剂(1%抗坏血酸、0.5%氯化钙、2%γ-氨基丁酸)浸泡10 min,以去离子水为对照。 浸泡后的苹果捞出沥干,装入聚乙烯自封袋中,每袋约120 g。 处理完成后的鲜切苹果立即进行电子束辐照,保证整个流程控制在2 h 内。

1.2 试验仪器与设备

IS1020 型电子直线加速器(10 MeV、20 kW):清华同方威视股份有限公司;Chroma Meter CR400 色差仪:日本Konica Minolta 公司;TA.XT Plus 物性测试仪:英国Stable Micro System 公司;FS-989M 果蔬切片机:中国仙器公司;TE6101-L 电子天平:德国Sartorius 公司;MASTER-M 手持糖度计:日本ATAGO 公司;JG-6300 手动榨汁机:聚钢厨具设备制品有限公司。

1.3 方法

1.3.1 电子束辐照

包装好的鲜切苹果分别设定0 kGy 和2.3 kGy 2 个剂量,设3 次重复。 鲜切苹果包装单层摆放于不锈钢托盘中,避免苹果块间相互叠压,进行单面电子束辐照。 使用重铬酸钾(银)液体化学剂量计[24]对实际辐照剂量进行监测,剂量计校准按照GB∕T 16640—2008 进行[25]。 电子束辐照处理后分别放入2 ℃和8 ℃冰箱,定期取样检测相关指标。 具体样品编号及方案如表1 所示。

表1 鲜切苹果样品编号及处理方案Table 1 The experimental number and treatment of fresh-cut apples

1.3.2 微生物检测

鲜切苹果的菌落总数、霉菌与酵母数量、大肠菌群数量分别参照GB∕T 4789—2016[26]中的系列标准《食品微生物学检验菌落总数测定》《食品微生物学检验霉菌和酵母计数》《食品微生物学检验大肠菌群计数》进行。

1.3.3 维生素C 含量的测定

参照GB 5009.86—2016[27]进行,利用2,6-二氯靛酚蓝染料进行滴定测定。

1.3.4 可溶性固形物含量的测定

取约200 g 苹果样品,采用手动榨汁机榨汁,蘸取果汁,利用手持糖度计进行测定。

1.3.5 平均硬度、脆性、咀嚼性测定

利用质构仪P∕2 圆柱形检测探头对鲜切苹果进行压缩-穿刺试验,模式设定为:测前速度1.00 mm∕s;测中速度1.00 mm∕s;测后速度5.00 mm∕s;位移8.00 mm;触发力5.0 g;平均硬度单位g;脆性单位g·s;咀嚼性单位g·s。

1.3.6 褐变程度的测定

测定时每次取同一留样样品,在生物安全柜中测定L∗、a∗、b∗值(L∗值表示明亮度,a∗值表示红∕绿,b∗值表示黄∕蓝)。 测试前后将探头消毒。 测试完成后,样品放回冰箱冷藏,待下次测定。

褐变指数(Browning index,BI)根据公式(1)、(2)进行计算[28]。

1.4 数据分析

采用GraphPad Prism 8 软件作图,运用SPSS 19.0 软件进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 电子束辐照结合不同保鲜剂和贮存温度处理对鲜切苹果微生物的影响

2.1.1 菌落总数

去离子水、1%抗坏血酸、0.5%氯化钙、2%γ-氨基丁酸浸泡处理后,鲜切苹果菌落总数初始值分别为6.9 ×102CFU∕g、5.2 ×102CFU∕g、1.7 ×102CFU∕g、3.6 ×102CFU∕g,由表2 可见,未辐照的鲜切苹果菌落总数随着贮存时间的延长而上升,且贮存8 d 后,8 ℃(5—8 号)储藏的鲜切苹果菌落总数显著高于2 ℃(1—4 号)(105CFU∕g vs 103CFU∕g)。 2.3 kGy 电子束辐照(9—16 号)后的鲜切苹果贮存至15 d 时,菌落总数仍<10 CFU∕g。 而不同保鲜剂处理的鲜切苹果菌落总数在相同温度下差异不大。

表2 电子束辐照对不同保鲜方法贮存鲜切苹果菌落总数的影响Table 2 Effects of e-beam irradiation on the bacteria counts of fresh-cut apples treated by different preservative at different temperatures CFU·g -1

2.1.2 霉菌与酵母

鲜切苹果霉菌与酵母初值分别为2.0 ×102CFU∕g、80 CFU∕g、1.3 ×102CFU∕g、70 CFU∕g,由表3 可知,未辐照鲜切苹果2 ℃(1—4 号)贮存8 d 后,霉菌与酵母数量达103—104CFU∕g,8 ℃(5—8 号)贮存数量达106—107CFU∕g,明显高于2 ℃贮存的鲜切苹果。 2.3 kGy 辐照后的鲜切苹果在2 ℃(9—12 号)下贮存至15 d时数量仍<10 CFU∕g,在8 ℃(13—16 号)下数量相对较高,其中1%抗坏血酸处理(14 号)鲜切苹果的霉菌与酵母数量达2.5 ×103CFU∕g。 此外,在同一温度下,各保鲜剂处理样品的霉菌与酵母数量差异不大。

2.1.3 大肠菌群

第1 天除1%抗坏血酸(2 号)处理组为3.6 MPN∕g 外,其他3 个处理组大肠菌群数量均<3.0 MPN∕g。由表4 可见,2 ℃下的未辐照样品在整个贮存期内大肠菌群数量几乎均<3.0 MPN∕g。 8 ℃下,鲜切苹果样品在贮存期内有所上升,尤其是1%抗坏血酸(6 号)处理样品,至15 d 时,大肠菌群数量为930 MPN∕g。2.3 kGy 电子束辐照后,不同保鲜剂处理鲜切苹果贮存至15 d 时,大肠菌群数量依然<3.0 MPN∕g。

2.2 电子束辐照结合不同保鲜剂和贮存温度处理对鲜切苹果品质的影响

2.2.1 维生素C 含量

去离子水、1%抗坏血酸、0.5%氯化钙、2%γ-氨基丁酸处理组每100 g 原始维生素C 含量分别为2.99 mg、3.65 mg、3.91 mg 和2.38 mg,在贮存期内,除抗坏血酸(维生素C)处理组外,其他处理组的维生素C 含量随着时间的延长而下降,其中0.5%氯化钙处理组维生素C含量高于去离子水和γ-氨基丁酸处理组(图1)。 同一处理下,2 ℃贮存样品维生素C 含量高于8 ℃。 此外,同一温度下,经2.3 kGy 电子束处理后,维生素C 含量较未辐照样品低。 2 ℃贮存至15 d 时,去离子水、抗坏血酸、氯化钙、γ-氨基丁酸处理组的维生素C 含量分别是初始值的2.3%、88.5%、14.1%、12.6%。

2.2.2 可溶性固形物含量

如表5 所示,去离子水、1%抗坏血酸、0.5%氯化钙、2%γ-氨基丁酸处理组原始可溶性固形物含量分别为11.5%、11.5%、11.6%、11.7%。 随着贮存时间的延长,可溶性固形物含量呈现先下降再上升再下降的趋势。 不同处理组间可溶性固形物含量差异不大,辐照和未辐照鲜切苹果样品也无明显差异。 温度对鲜切苹果可溶性固形物含量有一定的影响,可溶性固形物含量8 ℃贮存时较2 ℃高。

表5 电子束辐照对鲜切苹果可溶性固形物含量的影响Table 5 Effects of e-beam irradiation on soluble solids content of fresh-cut apples %

2.3 电子束辐照结合不同保鲜剂和贮存温度处理对鲜切苹果感官的影响

2.3.1 硬度

去离子水、抗坏血酸、氯化钙、γ-氨基丁酸处理后鲜切苹果的平均硬度分别为(1 275.7 ± 85.6)g、(1 253.5 ± 62.3)g、(1 258.8 ± 63.8)g 和(1 175.3 ± 45.1)g。 随着贮存时间的延长,未辐照鲜切苹果的平均硬度变化较小,而辐照苹果样品的平均硬度逐渐下降。 辐照结合氯化钙处理组的下降趋势较其他3种处理缓慢,平均硬度显著高于对照组(P<0.05)。 辐照样品2 ℃贮存至15 d 时,去离子水、抗坏血酸和γ-氨基丁酸处理组平均硬度高于8 ℃贮存。 2 ℃贮存15 d 后,水、抗坏血酸、氯化钙、γ-氨基丁酸处理组的平均硬度分别下降了30.2%、32.4%、13.7%、30.6%(图2)。

2.3.2 脆性

脆性是评价鲜切苹果感官的一个重要因素,去离子水、抗坏血酸、氯化钙、γ-氨基丁酸处理后鲜切苹果的脆性分别为(5 617.7 ± 67.0)g·s、(4 948.5 ±135.4)g·s、(5 378.3 ±106.4)g·s、(5 853.2 ± 62.7)g·s。如图3 所示,未辐照各鲜切苹果处理组在贮存期内脆性变化较小,经2.3 kGy 电子束辐照后,各处理组鲜切苹果脆性显著降低。 2 ℃贮存结合氯化钙处理能较好保持辐照鲜切苹果的脆性。 贮存至15 d 时,辐照后2 ℃贮存的各处理组鲜切苹果脆性分别为初始值的38.9%(去离子水)、42.5%(1%抗坏血酸)、51.5%(0.5%氯化钙)、39.8%(2%γ-氨基丁酸)。

图2 贮存15 d 后不同处理鲜切苹果的硬度Fig.2 The hardness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

图3 贮存15 d 后不同处理鲜切苹果的脆性Fig.3 The brittleness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

2.3.3 咀嚼性

鲜切苹果咀嚼性变化趋势与平均硬度和脆性一致,去离子水、抗坏血酸、氯化钙、γ-氨基丁酸处理后鲜切苹果的咀嚼性分别为(9 573.9 ±433.9)g·s、(9 317.3 ±236.0)g·s、(9 485.7 ± 507.3)g·s、(9 058.2 ±478.4)g·s。 未辐照苹果样品贮存期间变化不大,辐照样品咀嚼性显著下降(图4)。 氯化钙处理鲜切苹果咀嚼性显著高于其他处理组,2 ℃贮存至15 d 时咀嚼性分别为初始值的69.9%(去离子水)、67.8% (1% 抗 坏血酸)、85.1% (0.5% 氯 化钙)、66.9%(2%γ-氨基丁酸),8 ℃贮存的鲜切苹果脆性分别是初始值的61.4%(去离子水)、62.5%(1%抗坏血酸)、89.6%(0.5%氯化钙)、61.4%(2%γ-氨基丁酸)。

图4 贮存15 d 后不同处理鲜切苹果的咀嚼性Fig.4 The chewiness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

2.3.4 褐变程度

随着贮存时间的延长,各处理组鲜切苹果褐变程度均呈上升趋势,苹果颜色逐渐加深(图5)。 贮存至3 d 时,去离子水处理组褐变指数显著高于其他3 种处理组(图5B),且在整个贮存期内,1%抗坏血酸、0.5%氯化钙和2%γ-氨基丁酸处理组褐变指数均低于去离子水处理组。 去离子水处理组在8 ℃贮存下褐变指数显著高于2 ℃。 经2.3 kGy 电子束辐照后,各处理组鲜切苹果褐变指数有所增加,在整个贮存期内苹果样品褐变指数变化趋势与未辐照样品一致。 贮存至15 d 时1%抗坏血酸、0.5%氯化钙和2%γ-氨基丁酸处理组褐变指数显著低于去离子水处理组(图5C)。

图5 电子束辐照对鲜切苹果褐变指数的影响Fig.5 Effect of e-beam irradiation on browning index of fresh-cut apples

3 讨论与结论

电子束辐照可通过直接破坏生物体的DNA、酶等分子结构,或是通过间接作用在果实内部产生一系列化学、生物学和生理学效应,达到抑制果实生理代谢、减少营养损失,延长货架期的效果[23]。 但若较高剂量的电子束辐照,可能会对新鲜蔬果的品质产生不良影响,且不同的果蔬对电子束辐照的耐受程度有所差异[16,29]。 康芬芬等[30]研究发现,1 155 Gy 及以上剂量的电子束辐照可导致苹果硬度显著下降。 周慧娟等[22]研究发现,500—1 000 Gy 电子束辐照剂量能有效地控制猕猴桃采后的软化衰老进程,减少贮藏期间的腐烂变质,保持了果实鲜艳的外观色彩和果肉色泽,但1.5 kGy的辐照剂量在一定程度上对果实造成了伤害。 黄敏等[31]研究表明,2.0—3.0 kGy 电子束辐照是草莓有效的贮存保鲜方法。 但是由于单一的辐照处理对果蔬的保鲜效果有限,若采取适宜的辐照剂量结合其他保鲜技术,能更好地保持果蔬的品质[32]。 何江等[33]研究表明,魔芋葡甘聚糖结合电子束辐照能够显著减少车厘子的失重率,减缓总抗坏血酸、SOD 活性、阿魏酸和果皮颜色亮度的下降,保持果实营养品质。 因此,本研究对鲜切苹果进行2.3 kGy电子束辐照,同时结合化学保鲜方法,以延长鲜切苹果货架期。

鲜切苹果由于呼吸作用的影响以及微生物的侵染,可能造成组织破坏、营养成分降低,苹果褐变等,使其变味、变质、变色[34-36]。 电子束作为一种环保、杀菌能力强、范围广、效果显著、无毒物残留的保鲜技术,可用于鲜切苹果的保鲜。 本研究表明,2.3 kGy 电子束辐照结合0.5%氯化钙处理,2 ℃贮存至15 d时,菌落总数、霉菌与酵母数量<10 CFU∕g,大肠菌群未检出,维生素C 含量高于其他3 种处理,平均硬度下降13.7%,脆性为初始值的51.5%,咀嚼性为初始值的85.1%,可溶性固形物含量无明显变化,且能抑制鲜切苹果褐变。 综合考虑微生物水平、苹果品质、维生素C 含量、褐变程度等指标的变化趋势,建议2.3 kGy 电子束辐照结合0.5%氯化钙处理鲜切苹果在2 ℃贮存下的货架期为15 d。