鄒小波,楊志坤,石吉勇,黃曉瑋,張 文,Haroon Elrasheid TAHIR
(江蘇大學食品與生物工程學院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)
藍莓又稱越橘,杜鵑花科越橘屬,原產北美,是近些年中國新興的一種柔軟多汁的小漿果。藍莓果實因甜酸適宜、營養(yǎng)豐富、風味獨特、功能多樣而入選世界第三代水果,亦是聯合國糧食及農業(yè)組織推薦的五大健康食品之一[1]。近年來,隨著人們對藍莓保健功能的逐步認識,藍莓加工產業(yè)在國內得到快速發(fā)展。然而藍莓果實在夏季高溫氣候條件下成熟,采收后極易發(fā)生失水、變軟、褐變甚至腐爛等不良變化[2-3]。許多研究采用氣調[4-8]、高壓靜電場[9-10]、輻照[11]、熏蒸處理[12-13]等對藍莓進行保鮮,雖然有一定效果,但是成本較高,限制了其廣泛應用。低溫貯藏是目前藍莓采后貯藏保鮮的最常用且最直接的方法[3],然而單一的低溫保藏技術仍然具有一定的不足,例如藍莓仍易失水、硬度下降較快、表面易產生褐變等。為了進一步延長貨架期,滿足市場需求,往往需要在低溫貯藏的基礎上結合其他保鮮技術,其中可食性涂膜保鮮是一種有效的方法[14-15]??墒承酝磕ねㄟ^建立半滲透膜來延緩果實脫水,提供選擇性屏障,抑制呼吸,從而起到延緩腐敗和延長貯藏期的效果[16-17]。目前,可食性涂膜主要以糖類(如殼聚糖、魔芋葡甘聚糖)、蛋白質類(如大豆分離蛋白膜、小麥面筋蛋白膜)、脂類(如植物精油、天然蠟質)等作為基質與其他天然活性物質混合[18-21]。已經有可食性涂膜用于新鮮番茄、番茄干、香蕉、芒果等保鮮的研究[22-26],且這些研究結果表明可食性涂膜具有延緩果實衰老、減少腐爛、延長果蔬貯藏期等效果。
阿拉伯膠是非洲豆科類植物的天然分泌產物,其主要成分為高分子多糖類及其鈣、鎂和鉀鹽。阿拉伯樹膠已經被聯合國糧食及農業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家委員會認定為安全添加劑[27]。阿拉伯膠是目前國際上較為廉價而又廣泛應用的親水膠體之一,是工業(yè)上用途頗廣的水溶性膠,廣泛用作乳化劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑、黏合劑、成膜劑等。目前,已有研究以阿拉伯樹膠為基質制作可食性涂膜用于保鮮土豆、草莓等[28]。研究表明其不僅具有較好的抗氧化活性,而且可以有效地維持果實的貯藏品質、延長果實保質期;然而阿拉伯膠的保鮮效果仍有待提高。在成膜基質中添加其他天然植物提取物,如茶多酚、植物精油等可以顯著提高保鮮效果[29]。蘇丹白色玫瑰茄含有豐富的抗壞血酸、多酚和類黃酮類物質,具有較高抗氧化活性,因此被廣泛應用于生產香料和飲料[30]。目前國內外鮮有以阿拉伯膠和白色玫瑰茄提取物(white roselle extract,WRE)為基質制作可食性涂膜用于果實貯藏的相關研究。因此,本研究旨在探討阿拉伯膠與WRE混合制成的可食性復合涂膜對低溫貯藏條件下藍莓的保鮮效果,開發(fā)一種可以改善藍莓貯藏品質和延長藍莓貨架期的保鮮處理方法。
供試藍莓品種為兔眼藍莓(Vaccinium ashei Reade),于2017年7月26日采自江蘇省南京市。果實采收后當天運回實驗室,于4 ℃冰箱中預冷12 h。選取無病蟲害、無機械損傷、表面干爽、果粉基本完整、成熟度相對一致的果實作為實驗材料。
阿拉伯膠來源于原產地蘇丹,膠研磨前需要放在60 ℃下干燥2 h。白色玫瑰茄產于蘇丹,玫瑰茄研磨前需晾干。次氯酸鈉、聚乙二醇辛基苯基(2-(2-[4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenoxy] ethoxy)ethanol,Triton X-100)、兒茶酚(純度≥98%)、愈創(chuàng)木酚(純度≥99%)、乙醇(純度≥99.7%)、甲醇(純度≥99.7%)、磷酸鈉(純度≥98%)、無水碳酸鈉、福林-酚試劑、沒食子酸(純度≥99%)、磷酸二氫鈉(純度≥99%)、磷酸氫二鈉(純度≥99%)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、甘油(純度≥99%) 國藥(上海)集團化學試劑有限公司;聚乙烯吡咯烷酮 阿拉?。ㄉ虾#┕I(yè)公司。
4500 TA.XT Plus質構儀 美國英斯特朗公司;WYT-4型阿貝折光儀、card-分光測色儀 上海儀電分析儀器有限公司;GTR16-2型高速臺式冷凍離心機 北京時代北利離心機有限公司;T6-新世紀型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。
1.3.1 可食性復合涂膜液的制備
配制3 種可食性涂膜液:M1:100 mg/mL阿拉伯膠+體積分數1.5%甘油;M2:100 mg/mL阿拉伯膠+體積分數1.5%甘油+體積分數1.5% WRE;M3:100 mg/mL阿拉伯膠+體積分數1.5%甘油+體積分數2.5%WRE,具體制備方法如下。
取10 g的阿拉伯膠粉溶解于100 mL蒸餾水中制成100 mg/mL的阿拉伯膠溶液,于40 ℃下磁力攪拌60 min,制得溶液,經真空抽濾去除雜質。在100 mL阿拉伯膠溶液中,添加1.5 mL甘油為增塑劑,然后在40 ℃下攪拌均勻并冷卻至室溫,即得到M1組;取10 g白色玫瑰茄粉溶于100 mL、體積分數60%甲醇中制成0.1 g/mL WRE溶液,并旋轉蒸發(fā)去除雜質,在100 mL阿拉伯膠溶液中添加1.5 mL甘油和1.5 mL WRE溶液,40 ℃下攪拌均勻后,冷卻至室溫,即得到M2溶液;M3溶液的制備同M2溶液的制備,只是將其中WRE溶液的添加量改為2.5 mL。
1.3.2 涂膜流程
挑選800 個藍莓樣品放于10 g/L的次氯酸鈉溶液中浸泡3 min,于純凈水中洗凈,室溫下風干后,將藍莓樣品分為4 組,每組200 個,取3 組樣品分別放于1.3.1節(jié)配制的M1、M2和M3涂膜液中浸泡3 min,剩下1 組不做涂膜處理,作為對照組。最后將4 組樣品各分為5 份,每份40 個裝入塑料托盒中,用保鮮膜封口并于(4.0±0.5)℃、相對濕度75%的恒溫箱中貯藏,每隔4 d取樣測定各項指標,數據取3 次平行測定的平均值。
1.3.3 指標測定
1.3.3.1 涂膜液色澤和抗氧化活性的測定
使用card-分光測色儀測定M1、M2和M3涂膜液的L*、a*、b*值,并肉眼觀察顏色;參照任艷芳等[31]的方法測定涂膜液的DPPH自由基清除率。
1.3.3.2 WRE溶液中抗壞血酸、總酚和類黃酮含量及抗氧化活性的測定
將白色玫瑰茄果粉與體積分數60%的甲醇溶液以料液比1∶50(m/V)混合,于25 ℃下磁力攪拌60 min,得到WRE溶液。參照葉世柏[32]的方法,對抗壞血酸、總酚、類黃酮含量和DPPH自由基清除率進行測定。
1.3.3.3 質量損失率的測定
質量損失率采用稱質量法測定[33],計算方法見式(1)。
1.3.3.4 腐爛率的測定
腐爛果實以表面出現明顯的破潰流汁或腐爛為準,腐爛率計算方法見式(2)。
1.3.3.5 表面色澤的測定
使用手持式測色儀測定L*、a*、b*值。褐變指數的計算見式(3)[34]。
1.3.3.6 硬度、可溶性固形物質量分數的測定
果實的硬度和可溶性固形物質量分數(soluble solids content,SSC)的測定均參照Tahir等[35]的方法。
1.3.3.7 多酚氧化酶活力的測定
多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活力的測定參照González-Aguilar等[36]的方法略作修改。取適量樣品攪拌成果肉,準確稱取2.5 g果肉,加入5 mL 0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 6.5),7 500 r/min、4 ℃冷凍離心15 min,提取上清液。取50 μL上清液,加入1 mL 0.1 mol/L苯鄰二酚溶液和1.95 mL 0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 6.5),搖勻后靜置。對照用蒸餾水代替上清液,迅速放于紫外-可見分光光度計內,測定6 min內在410 nm波長處的吸光度變化,每20 s記錄一次。以每分鐘吸光度變化0.001表示一個酶活力單位(U)。
1.3.3.8 過氧化物酶活力的測定
參照Garcia-Palazon等[37]的方法測定過氧化物酶(peroxidase,POD)活力,取適量樣品攪拌成果肉,準確稱取2.5 g果肉,加入5 mL磷酸緩沖液(0.2 mol/L,pH 6.5),7 500 r/min、4 ℃冷凍離心15 min,提取上清液。取50 μL上清液,加入0.15 mL 10 g/L愈創(chuàng)木酚、0.15 mL體積分數1% H2O2、2.66 mL磷酸緩沖液(0.2 mol/L,pH 6.5)。對照用蒸餾水代替上清液,迅速放于紫外-可見分光光度計內,測定6 min內在470 nm波長處的吸光度變化,每20 s記錄一次。以每分鐘吸光度變化0.001表示一個酶活力單位(U)。
1.3.3.9 花色苷含量的測定
花色苷含量的測定參照Rodriguez等[38]的pH示差法略作修改,取適量樣品攪拌成果肉,準確稱取5 g果肉,加入10 mL、體積分數0.1%?HCl(溶劑為甲醇),混合搖勻后于4 ℃下避光1~2 h,然后于12 000 r/min、4 ℃冷凍離心10 min,提取上清液。然后分別使用氯化鉀緩沖液(pH 1.0)和醋酸鈉緩沖液(pH 4.5)測定。簡而言之,0.2 mL上清液與3.6 mL醋酸鈉緩沖液(pH 4.5)或氯化鉀緩沖液(pH 1.0)混合搖勻,室溫下放置5 min,對照用蒸餾水代替提取液,分別于510 nm和700 nm波長處測定吸光度?;ㄉ蘸坑嬎銋⒖脊剑?)。
式中:A=(A510nm-A700nm)pH1.0-(A510nm-A700nm)pH4.5;Mw為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾分子質量(449.2 g/mol);Df為樣品的稀釋倍數;V為樣液體積/mL;ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾吸光系數(26 900 L/(mol·cm));d表示比色皿厚度(1 cm);m為樣品的質量/g。
1.3.3.10 多酚含量的測定
多酚含量的測定參照Tahir等[39]的方法,取1.3.3.8節(jié)中的上清液0.1 mL,與2 mL福林-酚試劑混合搖勻,靜置5 min后加入2 mL 100 g/L的Na2CO3溶液,于室溫下避光1 h。對照組用蒸餾水代替提取液,于640 nm波長處測定吸光度。
1.3.3.11 感官評價及表觀品質
參照Ali等[40]的方法略作改進,對貯藏12 d后的所有藍莓樣品進行了感官分析。感官評價由10 位經過訓練的成員組成的味覺小組來完成,小組成員在感官評價表中對每組藍莓進行評分。藍莓果實的感官屬性由外觀、顏色、氣味、口感、購買意愿以及總感官評分來評定。其中5 分表示非常喜歡,4 分表示喜歡,3 分表示既不喜歡也不討厭,2 分表示討厭,1 分表示非常討厭。
取貯藏0 d和貯藏結束(12 d)時的各組樣品,放置于安裝有固定光源的光箱內,用數碼相機獲其表觀照片。
采用Excel 2007軟件進行數據處理,用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件的多重比較法進行差異顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。
WRE溶液中抗壞血酸、總酚、類黃酮含量和DPPH自由基清除率分別為(3 059±17)、(54 500±16)、(8 410±20)mg/kg和(74.2±0.6)%。由表1可知,復合涂膜液抗氧化活性從大到小依次為:M3>M2>M1,且不同組之間差異顯著(P<0.05)。復合涂膜液的抗氧化活性可以歸因于白色玫瑰茄中的生物活性化合物的存在,如抗壞血酸、酚類化合物和黃酮類化合物??墒秤猛繉拥念伾卣鲗οM者可接受的藍莓果實也很重要,M1、M2、M3 3 組涂膜液的顏色分別為淡白色、淡黃色、黃色。3 種不同涂料的a*值和b*值差異顯著(P<0.05)。其中M2組涂膜液的L*值最大,亮度最大。
表1 不同涂膜液的顏色及DPPH自由基清除率Table 1 Color and DPPH radical scavenging activity of different coatings
PPO是植物體內普遍存在的一種末端氧化酶,基于酶系的催化反應的主要特征是果實顏色的變化,因此PPO活力的變化可以作為果實品質變化的指標[18]。由圖1A知,貯藏期間,所有藍莓樣品的PPO活力呈先下降再上升的趨勢。Wang等[12]的研究表明,果實在貯藏后期可能發(fā)生活性氧代謝失調,誘導PPO活力的升高。貯藏0 d時,涂膜組與對照組PPO活力差異并不顯著(P>0.05)。貯藏12 d后,涂膜組和對照組的PPO活力差異顯著(P<0.05),其中對照組PPO活力最高,為10.8 U/(min·g),M1組和M2組分別為8.18、6.28 U/(min·g),而M3組最低,為4.79 U/(min·g)。復合涂膜M2和M3組的果實表現出較低的PPO活力,可能是由于WRE中含有豐富的抗壞血酸、多酚和類黃酮類物質。并且,Wang等[12]研究表明抗壞血酸、酚類和類黃酮類物質可以抑制水果和蔬菜中的PPO活力。研究表明阿拉伯膠涂膜處理均可以一定程度上抑制藍莓果實的PPO活力,進而達到延緩果實褐變的效果,而WRE的添加可以有效增強阿拉伯膠涂膜抑制藍莓果實PPO活力的能力。
POD是植物活性氧清除系統(tǒng)中的一種重要酶,其活力的變化與果實成熟衰老密切相關[40]。如圖1B所示,藍莓的POD活力變化也呈現出與PPO類似的趨勢,貯藏前8 d呈下降趨勢,隨后上升。盡管在貯藏8 d 時,與對照組相比,所有涂膜組的藍莓均表現出較高的POD活性,與Ali等[40]發(fā)現阿拉伯膠涂膜會誘導草莓中POD活力上升的結果類似。但是在貯藏期結束后,涂膜組藍莓樣品的POD活力均顯著低于對照組(P<0.05),而涂膜組之間并無顯著差異(P>0.05)。
由圖1C可知,在整個貯藏期間,所有組的藍莓果實中總酚含量呈先升高后下降的變化趨勢。其中對照組和M1組藍莓的總酚含量在貯藏4 d時達到峰值,隨后迅速下降,而M2和M3組總酚含量峰值稍晚出現,在貯藏第8天達到峰值,隨后迅速下降,在貯藏期結束后,涂膜組和對照組差異顯著(P<0.05),M2和M3組藍莓樣品維持了較高的總酚含量。Park等[41]報道表明果實中總酚含量的減少可能是由于酚類物質在褐變反應中作為PPO的底物被消耗。因此,M2、M3組藍莓樣品較高的總酚含量可以歸因于復合涂膜組M2、M3中添加的WRE有效地抑制了PPO活力,減緩了酚類物質的消耗速度,從而維持了藍莓果實貯藏后期較高的總酚含量。
花色苷是藍莓果皮中的天然水溶性色素物質,它具有促進視紅素再合成、提高免疫力、清除自由基和延緩衰老等多種生理活性功能,其含量是藍莓貯藏品質的重要參考指標[38]。由圖1D可知,貯藏期間所有藍莓樣品的花色苷含量呈先上升后下降的趨勢,均在貯藏的第4天達到峰值。隨著貯藏時間延長,涂膜組藍莓的花色苷含量明顯高于對照組(P<0.05)。貯藏12 d后,對照組藍莓的花色苷含量為41 mg/100 g,分別為M1、M2、M3組花色苷含量的56.5%、63.4%、51.2%。
圖1 可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓PPO(A)、POD(B)活力和總酚(C)、花色苷(D)含量的影響Fig. 1 PPO activity (A), POD activity (B), TPC (C) and TAC (D) of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
質量損失是影響藍莓貯藏品質的主要因素之一,主要表現為果實失水發(fā)生皺縮,并且失去光澤。研究表明,藍莓果實的質量損失主要由蒸騰作用失水造成[13];此外,果實的有氧呼吸作用也會使一部分有機物轉化為CO2和H2O,從而造成一定的質量損失[29]。由圖2A可知,隨著貯藏時間的延長,藍莓果實的質量損失率逐漸升高。經涂膜處理的藍莓質量損失率上升的幅度低于對照組,主要是因為具有較高憎水性的阿拉伯膠涂膜能夠在水果表面形成水蒸氣屏障,從而減少水分蒸發(fā)[42]、降低質量損失率。整個貯藏期間涂膜組之間質量損失率差異并不顯著(P>0.05),其中M3組的質量損失率上升幅度最小。
由圖2B可知,所有藍莓樣品的腐爛率也表現出與藍莓質量損失率相似的趨勢,在4 d后,對照組藍莓的腐爛率為6.5%,涂膜組基本上沒有果實腐爛;貯藏12 d后,對照組18.2%的藍莓腐爛,涂膜組腐爛率維持在較低水平,且涂膜組之間差異不顯著(P>0.05)。
因此,相比于對照,涂膜處理有效降低了果實質量損失率和腐爛率,這可歸因于可食性涂膜在藍莓果實表面形成了保護性屏障,一定程度上抵御了微生物對果實的分解作用[2],并且WRE的添加可能使果實表面的涂膜結構更加緊密,從而更有效地抑制與呼吸作用相關的代謝活動,維持果實較好的貯藏品質。
圖2 可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓質量損失率(A)和腐爛率(B)的影響Fig. 2 Mass loss rate (A) and decay incidence (B) of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
果實硬度是反映耐貯性的重要指標,軟化是果實完熟的一個重要特征。果實軟化時在細胞壁中發(fā)生的最顯著變化是果膠物質溶液化,同時伴隨著細胞壁中膠層的溶解和初生壁的破壞[42]。低溫貯藏期間藍莓果實的硬度呈下降趨勢(圖3A)。貯藏后期對照組軟化程度明顯高于涂膜組,涂膜組的差異并不顯著(P>0.05),貯藏12 d時,M3組硬度最大,為110.2 g,M1組和M2組分別為108.6 g和107.0 g。對照組硬度為94.2 g,為涂膜組平均硬度的87%。整個貯藏期間,涂膜延緩了果實硬度下降速度并且維持了貯藏后期果實的較高硬度,這可歸因于涂膜在果實表面形成均勻薄膜,抑制了蒸騰作用,延緩了果實硬度的降低[15]。
由圖3B可知,所有藍莓樣品的SSC在貯藏期間都呈上升趨勢,并且所有涂膜組的藍莓SSC變化無顯著差異;但貯藏結束時,涂膜組藍莓果實的SSC高于對照組。該結果與Mosquera等[43]的研究結果一致,他們觀察到殼聚糖涂層可以增加草莓果實SSC。
圖3 可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓硬度(A)、SSC(B)的影響Fig. 3 Firmness (A) and soluble solids content (B) of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
顏色是果實重要的外觀特征之一,果實顏色的變化與貯藏品質密切相關[44]。而果實的色澤變化與果實褐變密切相關[45],L*值表示果實色澤的明暗程度,L*值越大表示亮度越大,表面越有光澤;由圖4A知,貯藏期間果實的L*值呈下降的趨勢,貯藏后期下降趨勢趨于平緩。貯藏期間,對照組的L*值顯著低于涂膜組(P<0.0 5),而涂膜組之間L*差異不顯著(P>0.05),貯藏12 d后,M2組藍莓果實的L*值最大。a*值表示紅綠程度,a*值越大說明色澤越紅。由圖4B可知,貯藏期間所有藍莓果實的a*值呈上升趨勢。貯藏8 d后,涂膜組的上升趨勢較對照組更緩慢。貯藏12 d時,對照組、M1、M2組a*值分別為2.62、1.75和1.63,M3組的a*值最低(1.43),僅為對照組的54.6%。
由圖4C可知,貯藏前期,所有藍莓的褐變指數變化較平緩,對照組與涂膜組差異并不顯著(P>0.05),貯藏4 d后,對照組藍莓的褐變指數的上升速度高于涂膜組,在貯藏12 d后,涂膜組和對照組藍莓的褐變指數差異顯著(P<0.05)??赡苁强墒承詮秃贤磕ねㄟ^在果實表明形成透明薄膜,阻止了藍莓果實與氧氣接觸,抑制了褐變發(fā)生[26]。
圖4 可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓L*值(A)、a*值(B)和褐變指數(C)的影響Fig. 4 L*(A), a* (B) and browning index (C) of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
圖5 可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓感官評分的影響Fig. 5 Sensory evaluation of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
圖6 不同可食性復合涂膜對低溫貯藏藍莓表觀品質的影響Fig. 6 Surface appearance of cold-stored blueberries as affected by composite edible coatings
從圖5、6可知,與對照組相比,涂膜處理明顯改善了藍莓的風味、口感和顏色等感官指標,并且具有更好的表觀,更易于被消費者接受,相比于其他涂膜組,M3組具有更佳的氣味、口感、外觀和總感官評分。貯藏后對照組藍莓果實皺縮嚴重,果實變軟,并且略有異味,風味口感較差,而涂膜處理后果實相對飽滿,硬度相對于對照組較好,口感更佳,其中以M3組藍莓的總感官品質最好。
本實驗以阿拉伯膠為基質,通過添加WRE制作可食性復合涂膜用于對低溫貯藏藍莓保鮮效果的研究,結果表明阿拉伯膠作為可食性涂膜有效地降低了藍莓果實在低溫貯藏過程中的質量損失率和腐爛率,延緩了果實硬度下降,抑制了果實的PPO和POD活力,維持了藍莓果實較高的總酚和花色苷含量。相比于單一的阿拉伯膠涂膜,添加了WRE的復合涂膜在抑制低溫貯藏藍莓果實的PPO活力、降低褐變指數、維持總酚和花色苷含量以及改善藍莓的感官品質等方面表現出更好的效果,這可能是WRE中存在生物活性化合物(如抗壞血酸、酚類化合物和黃酮類化合物),它們通過抑制PPO、POD活力有效降低了藍莓果實的自由基積累速率,減輕了自由基對組織的傷害,并通過抑制抗氧化物酶活力減緩了作為褐變反應底物的酚類物質的消耗速度;因此維持了藍莓果實貯藏后期較高的總酚含量和降低了果實表面褐變程度(P<0.05),進而維持了藍莓果實較好的貯藏品質。
綜合分析表明,阿拉伯膠和WRE復合涂膜對低溫貯藏藍莓的保鮮效果較好,其中M3涂膜劑在抑制低溫貯藏藍莓果實PPO活力、維持果實總酚和花色苷含量、改善果實感官品質方面具有最佳效果。