吳志霜，張 慜*

(江南大學 食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

高壓氬氣和氮氣處理對鮮切蘋果冷藏的保鮮效果

吳志霜，張 慜*

(江南大學 食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

將鮮切蘋果用高壓(25MPa)氬氣和氮氣處理1h，以未處理和高壓(25MPa)空氣處理的鮮切蘋果為對照，研究了在14d的冷藏期間高壓氬氣和氮氣處理對鮮切蘋果生理及貯藏品質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，高壓氬氣和氮氣處理降低了冷藏期間鮮切蘋果的呼吸強度和乙烯產(chǎn)生量，減少了褐變反應的發(fā)生，很好的保持了鮮切蘋果的色澤和總酚，且不影響可滴定酸和可溶性固形物含量。同時，還抑制了鮮切蘋果中微生物的繁殖生長，在14d冷藏中，將嗜冷好氧菌生長量控制在6.0lg(CFU/g)以下，霉菌和酵母菌生長量控制在4.0lg(CFU/g)以下。高壓氬氣處理的保鮮效果好于高壓氮氣處理。但高壓氬氣和氮氣處理會對鮮切蘋果的組織硬度產(chǎn)生一定負面影響，降低鮮切蘋果的硬度。

鮮切蘋果；高壓處理；氬氣；氮氣；保鮮

目前，隨著人們生活水平的提高，生活節(jié)奏的加快，具有食用方便，品質(zhì)新鮮，營養(yǎng)衛(wèi)生等特點的鮮切果蔬成為超市最受歡迎的鮮銷產(chǎn)品之一[1]。然而，鮮切果蔬由于去皮、切分等處理，使細胞完整結(jié)構(gòu)受到破壞，促進了傷乙烯產(chǎn)生，呼吸增加，組織褐變等一系列生理、生化反應。同時大量切分表面的外露及汁液的外溢，加劇了微生物的繁殖污染[2]。因此，鮮切果蔬品質(zhì)的保鮮難度較大，與未處理的果蔬相比，貨架期普遍很短。研究開發(fā)高效、安全的保鮮方法，對鮮切果蔬加工業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。

在一定壓力和溫度下，氬、氪、氙、氮等惰性氣體和水分子形成氣體水合物，在氣體水合物中水分子作為主體通過氫鍵形成籠型結(jié)構(gòu)，氣體分子作為客體被包圍在籠型結(jié)構(gòu)中[3-4]。果蔬中氣體水合物的形成會降低組織內(nèi)水分子的活度和酶分子的活性，抑制果蔬的代謝活動從而達到保鮮的作用[5]。國內(nèi)外學者應用惰性氣體加壓水分結(jié)構(gòu)化處理鮮切甘藍[3]、蘆筍[5]、黃瓜[6]等，得到明顯的保鮮效果，同時發(fā)現(xiàn)加壓處理后，惰性氣體會進入鮮切果蔬組織內(nèi)的微氣孔中，取代氧分子等氣體分子，在鮮切果蔬貯藏中起到后續(xù)保鮮的作用[5]。

本研究以鮮切蘋果為原料，采用低成本的惰性氣體氬和氮進行加壓，通過觀測鮮切蘋果貯藏期間生理和品質(zhì)的變化，研究高壓氬和氮處理對鮮切蘋果的貯藏保鮮效果, 為加壓惰性氣體處理在鮮切果蔬貯藏保鮮上的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“富士”蘋果(Malus domesticaBorkh. cv. Fuji)購于無錫市水果超市，產(chǎn)自山東煙臺。選取直徑約7 0～80mm，果形端正，大小均勻，無病蟲害，色澤成熟度一致的果實進行處理，處理前于4℃貯藏。

Folin-Ciocalteu 試劑(FC試劑)、沒食子酸標準品 美國Sigma 公司；乙醇、NaCO3和NaOH(均為分析純) 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HCYF-3型觀察窗高壓反應釜(由江南大學設(shè)計，設(shè)計壓力30MPa；設(shè)計溫度0～50℃) 江蘇華安科研儀器有限公司；GC-2010氣相色譜儀 日本島津公司；CR-400色彩色差計 日本美能達公司；TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)儀英國Stable Microsystems公司；WYA-2W阿貝折射儀上海精密科學儀器有限公司。

1.3 樣品處理

蘋果用100μL/L次氯酸鈉浸泡2min，清水沖洗，晾干10min。手工去皮、核，用不銹鋼刀均勻切成8塊呈楔形的鮮切蘋果。刀具和砧板使用前用100μL/L 次氯酸鈉浸泡5min。樣品處理分為4組，第1組切分的蘋果塊直接包裝；第2組用空氣加壓至25MPa，在4℃保壓處理1h，包裝；第3組用氬氣加壓至25MPa，在4℃保壓處理1h，包裝；第4組用氮氣加壓至25MPa，在4℃保壓處理1h，包裝。所有樣品用20cm×20cm低密度的聚乙烯袋包裝。在23℃、相對濕度90%條件下，包裝袋對CO2和O2的透過率分別為10.2×10－12和3.2× 10－12mol/(s·mm2·kPa)。包裝樣品在4℃下貯藏，在貯藏的3、7、14d測定微生物指標，其他指標每2d測定一次。

1.4 指標測定

呼吸強度和乙烯釋放量測定：采用氣相色譜儀測定，呼吸強度以mg CO2/(kg·h)表示，乙烯釋放量以μL/(kg·h)表示。色譜條件：不銹鋼填充柱，柱溫50℃；氫火焰離子化檢測器(flame ionization detector，F(xiàn)ID)，溫度100℃；甲烷化轉(zhuǎn)化器，溫度350℃；載氣為高純氮氣，流量40mL/min；燃氣為高純度氫，流量50mL/min；助燃氣為空氣，流量400mL/min；進樣時間0.04min，體積1.0mL。

顏色：采用色彩色差計測定，測定參數(shù)為L、a、b。測定結(jié)果用L和h值表示，L值表示亮度，L值越大亮度越大。h值為色差綜合評定指標，h值越小，色澤越深。h＝arctg(b/a)

硬度[7]：采用質(zhì)構(gòu)儀測定，將鮮切蘋果切成直徑1.5cm，高2cm的圓柱，用直徑4mm的探頭以5mm/s速度穿過圓柱中心，深度為10mm，測定硬度值；可滴定酸：采用酸堿滴定法[8]測定；可溶性固形物含量：采用阿貝折射儀測定；總酚(以鮮質(zhì)量計)：采用Folin-Ciocalteu法[9]并稍作改動，樣品中的總酚采用95%的乙醇和超聲波提取30min，以沒食子酸為對照品測定，測定單位以沒食子酸當量計算(gallic acid equivalent，GAE)；微生物指標：嗜冷好氧菌按《GB/T 4789.2—2008 食品衛(wèi)生微生物學檢驗：菌落總數(shù)測定》方法進行測定，霉菌和酵母：按《GB/T 4789.15—2003 食品衛(wèi)生微生物學檢驗：霉菌和酵母計數(shù)》測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

2 結(jié)果與分析

2.1 冷藏期間鮮切蘋果呼吸強度和乙烯產(chǎn)生量

圖1 不同處理的鮮切蘋果在冷藏期間的各指標值Fig.1 Effects of different HP treatments on respiration rate, ethylene production, lightness value, hue angle, firmness, total phenol content, the growth of psychrotrophs and the growth of molds and yeasts of fresh-cut apples during 14 days of storage at 4 ℃

去皮、切分等工序使鮮切果品比未處理的整果具有更強的呼吸作用[10]，高的呼吸強度表明果蔬組織有更快的代謝損耗[11]，所以降低呼吸強度對鮮切蘋果的貯藏保鮮具有重要意義。鮮切處理導致蘋果組織出現(xiàn)了傷呼吸，由圖1A可知，所有樣品在處理后0d都有很高的呼吸強度，在最初4d的冷藏中呼吸強度快速降低，隨后緩慢下降直到貯藏結(jié)束。從冷藏第4天開始，高壓氮氣和氬氣處理樣品的呼吸強度分別為56.34mg/kg·h和52.37CO2mg/kg·h，明顯低于對照樣品的呼吸強度(59.33CO2mg/kg·h)(P＜0.05)。貯藏14d后，呼吸強度最高的是高壓空氣處理的樣品(33.3CO2mg/kg·h)，其次是對照樣品(32.7CO2mg/kg·h)和高壓氮氣處理的樣品(28.2CO2mg/kg·h)，呼吸強度最低的是高壓氬氣處理的樣品(26.5CO2mg/kg·h)。整個貯藏期間，高壓空氣處理的樣品比對照樣品呼吸強度稍高，兩組樣品呼吸強度差異不顯著(P＞0.05)。高壓氮氣處理的樣品呼吸強度比高壓氬氣處理的樣品高，高壓氬氣處理的樣品一直保持最低的呼吸強度。以上結(jié)果表明高壓氮氣和氬氣處理都降低了鮮切蘋果的呼吸強度，其中高壓氬氣處理效果更明顯。而高壓空氣處理對鮮切蘋果貯藏期間的呼吸強度沒有顯著影響。與本實驗結(jié)果相似的是，詹仲剛等[6]報道加壓氙氣處理降低了鮮切黃瓜的呼吸強度，張慜等[5]報道加壓氬氣和氙氣處理降低了蘆筍的呼吸強度。

鮮切加工會刺激果蔬產(chǎn)生大量的傷乙烯，傷乙烯加快了果蔬的成熟和衰老[12]。從圖1B可知，蘋果鮮切處理后的0d乙烯的產(chǎn)生量最大，隨后乙烯產(chǎn)生量隨貯藏時間的延長而降低，到貯藏結(jié)束達到最低值。3組經(jīng)過高壓處理的樣品在冷藏前乙烯生成量比對照樣品稍高，可能因為高壓處理加重了鮮切蘋果組織的機械傷害，促進傷乙烯的產(chǎn)生。但從冷藏的第8天開始，高壓氬氣和氮氣處理樣品的乙烯產(chǎn)生量降到46.87μL/kg·h和51.78μL/kg·h，明顯低于對照樣品乙烯的產(chǎn)生量(56.13μL/kg·h)。貯藏14d后，高壓空氣的乙烯產(chǎn)生量最高(53.15μL/kg·h)，其次是對照樣品(51.71μL/kg·h)和高壓氮氣處理樣品(45.62μL/kg·h)，高壓氬氣處理的樣品乙烯產(chǎn)生量最低(42.21μL/kg·h)。在整個冷藏期間，高壓氬氣處理樣品的乙烯產(chǎn)生量一直處于最低水平。以上結(jié)果表明，高壓氬氣和高壓氮氣處理能明顯降低鮮切蘋果冷藏中乙烯的產(chǎn)生量(P＜0.05)，其中高壓氬氣處理的效果更明顯。值得注意的是，高壓空氣處理的樣品乙烯產(chǎn)生量高于對照組，尤其在貯藏的前8d差異顯著(P＜0.05)，并且整個貯藏過程中一直處于最高水平，原因可能與高壓空氣處理提供了乙烯合成所需的氧分子有關(guān)。

在4℃和25MPa壓力下，N2[13]和Ar[14]都能和水分子形成氣體水合物，高壓氬氣和氮氣處理使鮮切蘋果的水分子結(jié)構(gòu)化形成氬氣和氮氣水合物。水合物形成能降低水分子活度，抑制呼吸代謝和乙烯合成相關(guān)酶的活性。同時高壓處理過程中，N2和Ar氣體分子能進入鮮切果蔬組織內(nèi)部的微氣孔中，取代氧分子等組織內(nèi)部的氣體分子[5]。N2和Ar作為氣調(diào)包裝的氣體成分，研究表明在果蔬貯藏中具有品質(zhì)保鮮作用。N2和Ar還被報道能發(fā)揮積極的生化作用，和氧分子競爭酶的結(jié)合位點，從而抑制果蔬褐變和呼吸代謝中一些重要酶類的活性，如酪氨酸酶和蘋果酸脫氫酶等，對果蔬的貯藏保鮮具有積極的意義[15]。在鮮切果蔬貯藏期間，留存在組織微氣孔中的N2和Ar能繼續(xù)發(fā)揮后續(xù)保鮮的作用。所以，高壓氬氣和氮氣處理能明顯抑制鮮切蘋果在冷藏期間的呼吸作用和乙烯的合成。

2.2 冷藏期間鮮切蘋果色澤的變化

對于鮮切水果來說，鮮切表面的褐變是影響其貨架壽命的主要因素[16]。當用色差計測定鮮切蘋果色澤變化時，L和h值的降低可以用來指示鮮切面的褐變程度。如圖1C、1D所示，所有處理的樣品隨冷藏時間的延長都逐漸發(fā)生褐變，L和h值呈下降趨勢，但不同處理的樣品褐變的程度不一樣。高壓處理過程會使鮮切蘋果發(fā)生輕微的褐變，與對照樣品相比，三組高壓處理后的樣品在處理后的0dL和h值都略有下降，其中高壓空氣處理的樣品褐變更明顯。從貯藏的2d開始，對照樣品褐變較快，L和h值迅速降低，分別于貯藏的6d和4d開始明顯低于高壓氮氣和氬氣處理樣品的L和h值(P＜0.05)，說明在貯藏期間未處理的鮮切蘋果比高壓氮氣和氬氣處理的鮮切蘋果更易發(fā)生褐變。到14d貯藏結(jié)束，高壓氬氣和氮氣處理的樣品褐變程度均明顯比對照樣品低(P＜0.05)，其中高壓氬氣處理的樣品有最高的L和h值，褐變程度最小。高壓空氣處理的樣品在整個貯藏期間L和h值處于最低水平，褐變程度最大。以上結(jié)果表明，高壓氬氣和氮氣處理都能延緩貯藏中鮮切蘋果表面的褐變，高壓氬氣處理控制褐變的作用效果明顯強于高壓氮氣處理。高壓空氣處理則加快了鮮切蘋果的褐變。

蘋果含有豐富的酚類物質(zhì)，褐變主要由多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)等氧化酚類物質(zhì)引起。已有研究報道惰性氣體水合物的形成能抑制果蔬中PPO、POD等的活性[6,17]。在高壓氬氣和氮氣處理鮮切蘋果的過程中，氣體水合物的形成及處理后留存在鮮切蘋果組織內(nèi)部的Ar和N2抑制了PPO、POD等褐變相關(guān)酶的活性，從而延緩了褐變的發(fā)生，保持了貯藏期間鮮切蘋果的色澤。

2.3 冷藏期間鮮切蘋果的硬度

果蔬組織特性的變化是和細胞壁多聚物的酶促和非酶促反應相關(guān)的。從圖1E可知，在14d貯藏中，鮮切蘋果的硬度逐漸降低。新鮮蘋果片的硬度值為9.95N。14d后，對照樣品硬度僅下降了18%，高壓空氣，氬氣和氮氣處理的鮮切蘋果硬度分別下降了27%、28%和27%，3組高壓處理的樣品在硬度變化上沒有明顯差異(P＞0.05)，但都明顯低于未經(jīng)高壓處理的對照樣品。結(jié)果表明，高壓氬氣和氮氣處理會對鮮切蘋果的組織產(chǎn)生一定負面影響，降低貯藏期間鮮切蘋果的硬度。這主要由高壓處理引起，與加壓的氣體種類無關(guān)。

2.4 冷藏期間鮮切蘋果可滴定酸和可溶性固形物的含量

表1是所有處理樣品在14d冷藏中可滴定酸和可溶性固形物的測定值。在整個冷藏期間，鮮切蘋果可滴定酸量在0.30～0.39g/100g之間,可溶性固形物的含量在14.5%～13.7%之間，所有處理樣品的可滴定酸和可溶性固形物的含量變化在14d的冷藏中沒有顯著差異(P＞0.05)。結(jié)果表明，高壓氬氣和氮氣處理對冷藏中鮮切蘋果的可滴定酸和可溶性固形物含量沒有產(chǎn)生明顯影響。

2.5 冷藏期間鮮切蘋果的總酚含量

多酚作為一種抗氧化劑及酶促褐變反應的底物，其含量對果蔬生理品質(zhì)及功能性的保持都有重要的作用。蘋果中主要的多酚成分包括綠原酸, 茶多酚和表兒茶精等，大多都和褐變反應密切相關(guān)。作為一種抗性反應及愈傷防衛(wèi)機制，鮮切處理會使果蔬積累大量的酚類成分[18]。從圖1F可觀察到，所有樣品處理后0d總酚的含量很高?？偡雍吭诶洳氐牡?天迅速下降，到貯藏第4天稍有增加，然后隨貯藏時間的延長逐漸下降。鮮切蘋果總酚含量的降低主要是由酚類物質(zhì)在貯藏中發(fā)生了氧化降解引起。從冷藏的第2天開始，高壓氬氣和氮氣處理的樣品總酚含量以干樣計分別為6.53mg/g和6.235.07mg/g，高于對照樣品的總酚含量(5.77mg/g)，而高壓空氣處理的樣品總酚含量(5.28mg/g)低于對照樣品。14d后，高壓氬氣處理的鮮切果蔬其總酚含量最高(5.07mg/g)，其次是高壓氮氣處理的樣品(4.61mg/g)和對照樣品(4.23mg/g)，含量最低的是高壓空氣處理的樣品(4.01mg/g)。以上結(jié)果說明高壓氬氣和氮氣處理能減少鮮切蘋果在貯藏中多酚物質(zhì)的降解，對總酚含量的保持有顯著的作用(P＜0.05)。原因主要是高壓氬氣和氮氣處理氣體水合物的形成及處理后留存在組織內(nèi)部的Ar和N2分子抑制了酚類物質(zhì)氧化的酶類如PPO。高壓氬氣處理對鮮切蘋果冷藏期間總酚的保持效果比高壓氮氣處理的明顯。而高壓空氣處理由于沒有氣體水合物的產(chǎn)生，以及提供了酚類物質(zhì)氧化需要的氧分子，所以加快了貯藏期間鮮切蘋果酚類物質(zhì)的氧化降解。2.6 冷藏期間鮮切蘋果微生物生長的變化

表1 不同處理的鮮切蘋果冷藏期間可滴定酸和可溶性固形物的含量Table 1 Changes of titratable acidity and soluble solids content of fresh-cut apples with different treatments during 14 days of storage at 4 ℃

鮮切果蔬表面汁液外滲為微生物的生長提供了良好的環(huán)境，微生物的污染也是縮短鮮切產(chǎn)品貨架期的主要因素之一。圖1G、1H所示為鮮切蘋果在0、3、7d和14d微生物指標測定結(jié)果。所有處理的樣品微生物生長量隨貯藏時間延長而增加，不同處理的樣品微生物的增長呈現(xiàn)不同的速率。從圖1G可看到，在貯藏前，四種處理樣品的嗜冷菌含量無明顯差別(P＞0.05)。從第3天開始，高壓空氣處理和對照處理的樣品嗜冷菌生長量明顯高于高壓氬氣和氮氣處理的樣品。鮮切產(chǎn)品中好氧菌的生長量超過6.0lg(CFU/g)就不能食用[19]，到第14天，高壓氬氣和氮氣處理的鮮切蘋果嗜冷菌的增長量為4.5lg (CFU/g)和5.7lg(CFU/g)，而高壓空氣處理和對照處理的樣品嗜冷菌增長量分別達到7.1lg(CFU/g)和6.5lg(CFU/ g)，均超過6.0lg(CFU/g)的食用安全標準。所以高壓氬氣和氮氣處理都能抑制鮮切蘋果貯藏期間嗜冷菌的生長，高壓氬氣處理的作用明顯高于高壓氮氣處理。高壓空氣處理對嗜冷菌的生長沒有抑制效果。

與嗜冷菌生長的測定結(jié)果相似，從圖1H可知，高壓氬氣和氮氣處理明顯減少了冷藏中鮮切蘋果霉菌和酵母菌的生長量。從第7天開始，對照樣品和高壓空氣處理樣品中，霉菌和酵母菌的生長量就明顯高于高壓氬氣和氮氣處理的樣品，在貯藏的第14天，高壓氬氣和氮氣處理的樣品中霉菌和酵母菌的生長量為3.5lg(CFU/g)和3.7lg(CFU/g)，均未超過4.0lg(CFU/g)，而對照樣品和高壓空氣處理樣品霉菌和酵母菌的生長量分別達到4.5lg (CFU/g)和5.1lg(CFU/g)。高壓氬氣和氮氣處理對鮮切蘋果霉菌和酵母菌生長的抑制作用效果無明顯差異(P＞0.05)。

水分活度是微生物生長的一個重要影響因素。經(jīng)高壓氬氣和氮氣處理后，氣體水合物的形成可使鮮切蘋果組織水分活度降低，一定程度限制了微生物的生長。另外，氮氣和氬氣能降低食品貯藏中微生物的生長繁殖[20]，高壓處理后殘留在鮮切蘋果組織中的氬氣和氮氣對鮮切蘋果中的嗜冷菌、霉菌和酵母菌的生長也起到了抑制的作用。

3 結(jié) 論

高壓(25MPa)氬氣和氮氣處理對鮮切蘋果的冷藏保鮮有明顯的效果，高壓氬氣處理的保鮮效果好于高壓氮氣處理。高壓(25MPa)氬氣和氮氣處理降低了鮮切蘋果冷藏中的呼吸強度和乙烯產(chǎn)生量，減少了褐變反應的發(fā)生，很好的保持了鮮切蘋果冷藏中的色澤和總酚，且不影響可滴定酸和可溶性固形物含量。同時，高壓氬氣和氮氣處理還能抑制鮮切蘋果中微生物的繁殖生長，在14d冷藏中，將嗜冷好氧菌生長量控制在6.0lg(CFU/g)以下，霉菌和酵母菌生長量控制在4.0lg(CFU/g)以下。但高壓氬氣和氮氣處理會對鮮切蘋果的組織硬度產(chǎn)生一定負面影響，降低鮮切蘋果的硬度。

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Effects of High Pressure Argon and High Pressure Nitrogen Treatments on Fresh-keeping of Fresh-cut Apples during Cold Storage

WU Zhi-shuang，ZHANG Min*
(State Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Fresh-cut apples were treated by high pressure (HP, 25 MPa) argon (Ar) and HP nitrogen (N2), respectively for 1 hour and then stored at 4 ℃ for 14 days. Changes in physiology and quality of the treated samples were determined during the storage period and were compared to those of the non-treated and HP air treated fresh-cut apples. The results showed that HP Ar and HP N2 treatments reduced respiration rate and ethylene production of fresh-cut apples during cold storage, delayed browning and total phenol degradation without influence on titratable acidity or soluble solid content, inhibited microorganism growth of fresh-cut apples, resulting in the fact that the population of psychrotrophs was less than 106CFU/g and of molds and yeasts less than 104CFU/g after 14 days of 4 ℃ storage. In conclusion, HP Ar and HP N2 treatments remarkably improve the overall quality of fresh-cut apples stored at 4 ℃ although HP operation has some negative effects on the texture and slightly decreases the firmness of fruits. Moreover, the fresh-keeping effect of HP Ar is better than that of HP N2 treatment.

fresh-cut apples；high pressure；argon；nitrogen；fresh-keeping

TS255.3

A

1002-6630(2011)20-0290-06

2010-12-14

國家自然科學基金面上項目(30972058)

吳志霜(1975—)，女，博士研究生，研究方向為生鮮食品加工與保鮮。E-mail：kmwzs@126.com

*通信作者：張慜(1962—)，男，教授，博士，研究方向為生鮮食品加工、保鮮及工程化。E-mail：min@jiangnan.edu.cn