王 梅 吳方佳 徐 俐 劉永翔 李 飛 陳 超 雷尊國(guó) 劉 嘉*
(1 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所 貴陽550006 2 貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院 貴陽550025)
隨著我國(guó)城市化建設(shè)加快, 都市生活節(jié)奏也隨之加快。 馬鈴薯經(jīng)鮮切后進(jìn)入超市成為一種新的售賣方式。 然而,鮮切馬鈴薯容易出現(xiàn)褐變、腐爛以及質(zhì)地軟化等問題,嚴(yán)重制約其銷售。 目前,國(guó)內(nèi)外鮮切馬鈴薯保鮮方法研究主要集中于氣調(diào)保鮮[1-2]和涂抹保鮮[3-4]方面,然而這些方法的應(yīng)用均大大提高了產(chǎn)品的成本。 尋找一種低價(jià)并且有效的保鮮方法具有重要的意義。 有機(jī)酸是一種低價(jià)、高效、安全的保鮮劑,其在鮮切果蔬中的應(yīng)用正受到國(guó)內(nèi)外研究者的高度關(guān)注。孫蕊等[5]研究表明,0.5%曲酸能較好地保持鮮切山藥的色澤,抑制與褐變相關(guān)的酶的活性。范林林等[6]利用不同濃度檸檬酸溶液處理鮮切蘋果,發(fā)現(xiàn)4 ℃冷藏條件下,1.5%檸檬酸溶液在8 d 貯藏期內(nèi)可保持鮮切蘋果的良好品質(zhì)。 陳雙穎等[7]研究發(fā)現(xiàn),20 ℃貯藏條件下,采用0.5 mmol/L 水楊酸處理鮮切青花菜,可改善抗氧化酶活性,延緩衰老,保持鮮切青花菜感官品質(zhì)。Li 等[8]研究表明抗壞血酸處理結(jié)合高氧氣調(diào)包裝可顯著抑制鮮切茄子的多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)活性,4 ℃條件下可延長(zhǎng)鮮切茄子貨架期至12 d。Kim 等[9]用1.0%蘋果酸處理鮮切生菜, 在5 ℃條件下可明顯降低鮮切生菜中大腸桿菌O157:H7 等病原菌數(shù)量,提高鮮切生菜的安全性。 乳酸作為一種有機(jī)酸,其對(duì)鮮切馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響還未見報(bào)道。 本研究主要研究乳酸處理對(duì)鮮切馬鈴薯感官、 質(zhì)構(gòu)以及生理酶活性等指標(biāo)的影響,為馬鈴薯凈菜加工提供理論依據(jù)。
不同品種的馬鈴薯(大西洋、麗薯6 號(hào)、青薯9號(hào)、費(fèi)烏瑞它、宣薯2 號(hào)和黔芋8 號(hào))采自貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地。 采收后就地晾曬半天,選擇無機(jī)械傷、無病蟲害、無腐爛、大小均勻的馬鈴薯于4 ℃冷庫中貯藏備用。
聚丙烯(PP)托盤(食品級(jí)),北京永夏新越塑料包裝制品有限公司;聚乙烯(PE)保鮮膜,氧氣透過率18 500 cm3/(m2·24 h·atm), 二氧化碳透過率89 500 cm3/(m2·24 h·atm), 透濕率34.6 g/(m2·24 h),江門市鑫峰發(fā)展有限公司。
乳酸(食品級(jí)),江西百盈生物技術(shù)有限公司;硫代巴比妥酸(生化試劑),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;聚乙烯吡咯烷酮(生化試劑),北京索萊寶科技有限公司;福林酚(生化試劑),北京索萊寶科技有限公司;Triton X-100(生化試劑),北京索萊寶科技有限公司;其余試劑均為分析純級(jí)。
HHS 電熱恒溫水浴鍋, 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;TGL-20M 高速冷凍離心機(jī), 長(zhǎng)沙邁佳森儀器設(shè)備有限公司;T6 紫外-可見分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;AE100S 分析天平,梅特勒-托利多儀器上海有限公司;TMS-Pro 物性分析儀,北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司;NH310 色差儀,深圳市三恩時(shí)科技有限公司。
1.3.1 馬鈴薯品種對(duì)鮮切馬鈴薯冷藏品質(zhì)的影響
選擇品質(zhì)良好、無機(jī)械傷、無病蟲害、無腐爛、大小均勻的6 個(gè)品種馬鈴薯,清洗,去皮,切成厚度5 mm 的切片, 立即放入清水中浸泡1 h, 取出瀝干,分別置于塑料托盤中,用單層PE 膜包裝,每個(gè)樣品質(zhì)量約300 g,置于4 ℃冰箱中貯藏6 d,通過測(cè)定不同品種鮮切馬鈴薯貯藏前、后色差L*值和感官品質(zhì)的變化, 選擇貯藏品質(zhì)差別較大的2 種馬鈴薯進(jìn)行貯藏試驗(yàn)。
1.3.2 乳酸處理對(duì)鮮切馬鈴薯冷藏期間品質(zhì)及生理特性的影響 以清水處理為對(duì)照(CK),分別配制體積分?jǐn)?shù)為0.5%,1.0%,1.5%的乳酸溶液。 將1.3.1 節(jié)篩選出的2 種馬鈴薯清洗、去皮,切成厚度5 mm 的切片,立即放入配好的乳酸溶液中浸泡1 h,取出瀝干,分別置于塑料托盤中,用單層PE膜包裝,每個(gè)樣品質(zhì)量約300 g,置于4 ℃冰箱中貯藏,每3 d 測(cè)定鮮切馬鈴薯的失重率、腐爛率、維生素C、褐變度、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)指標(biāo)及總酚、丙二醛、多酚氧化酶(PPO)等生理指標(biāo),得出貯藏過程中鮮切馬鈴薯各指標(biāo)的變化規(guī)律, 篩選適合鮮切馬鈴薯保鮮的乳酸溶液體積分?jǐn)?shù)。
1.4.1 品質(zhì)指標(biāo)
1)失重率 稱重法[10],失重率=[(初始質(zhì)量-觀察時(shí)質(zhì)量)/初始質(zhì)量]×100%。
2)腐爛率 稱重法,以馬鈴薯切面有明顯真菌或細(xì)菌腐爛的切片質(zhì)量占總切片質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示[11]。
3)VC 含量的測(cè)定 采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[12]。
4)硬度、彈性、咀嚼性 用TMS-Pro 物性分析儀測(cè)定,采用TPA 測(cè)試,選取測(cè)試參數(shù):直徑30 mm 的圓盤探頭,測(cè)試速度50 mm/min,起始力1.5 N,壓縮形變量50%,每個(gè)樣品平行測(cè)定10 次,取平均值。
5)L*值 用色差儀測(cè)定,每個(gè)處理組隨機(jī)選取10 片,測(cè)量正、反面(n=20)L*值并求其平均值。L*值代表亮度,其值越大越白,褐變?cè)捷p,反之褐變?cè)街亍?L*值相對(duì)變化率=[(L*初始值-L*末值)/L*初始值]×100%。
6)褐變度 參照文獻(xiàn)[13],結(jié)果以10×A410表示。
1.4.2 生理及酶活性指標(biāo) 總酚:Folin-酚法,參照文獻(xiàn)[14];多酚氧化酶(PPO)活性:采用鄰苯二酚法[12];丙二醛(MDA)含量:采用硫代巴比妥酸法[12]。
1.4.3 感官評(píng)定 由10 名專業(yè)人員對(duì)產(chǎn)品的顏色、風(fēng)味、外觀和質(zhì)地等感官指標(biāo)綜合評(píng)價(jià),評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。 感官評(píng)分滿分為9 分,低于5 分表示產(chǎn)品失去商品價(jià)值。
表1 鮮切馬鈴薯感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards for fresh-cut potato
采用Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算。 用Origin 9.0 制圖,SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
由圖1a 可知,初始L*值最高為麗薯6 號(hào),而后依次為大西洋、費(fèi)烏瑞它、青薯9 號(hào)、宣薯2 號(hào)和黔芋8 號(hào)。 鮮切馬鈴薯用清水處理,4 ℃冷藏條件貯藏至6 d 時(shí),L*值均有所下降,然而各品種下降程度不同。 其中,青薯9 號(hào)的L*值相對(duì)變化率最低(2.48%),宣薯2 號(hào)L*值相對(duì)變化率最高(8.8%)。 這可能是因?yàn)轳R鈴薯品種不同,所含酚類物質(zhì)含量以及多酚氧化酶活性等不同, 切分后所發(fā)生的生理、 生化反應(yīng)不同, 繼而導(dǎo)致褐變差異。 由圖1b 可知,鮮切馬鈴薯在4 ℃冷藏條件下貯藏至6 d 時(shí),感官評(píng)分均低于5 分,其商品價(jià)值大大降低。其中宣薯2 號(hào)貯藏品質(zhì)最差,感官品評(píng)分最低, 并且與大西洋和青薯9 號(hào)相比差異極顯著(P<0.01)。 大西洋作為高淀粉含量的品種,主要用于淀粉及全粉的制備,口感較差,一般不作為鮮切品食用。 選擇大西洋品種主要是因?yàn)槠浜肿兂潭刃。源俗鳛閷?duì)照,比對(duì)其余5 種可能適宜鮮切加工的品種。 由結(jié)果可知青薯9 號(hào)與大西洋最為接近,褐變程度最小;而宣薯2 號(hào),感官評(píng)價(jià)最差,也最容易發(fā)生褐變。 本文最終選取青薯9 號(hào)和宣薯2 號(hào)作為后續(xù)試驗(yàn)對(duì)象, 探討酸處理對(duì)不同褐變品種貯藏品質(zhì)的影響。
圖1 不同品種鮮切馬鈴薯在第0 d 和第6 d 的L*值及感官評(píng)分Fig.1 L* value and sensory score of different varieties fresh-cut potato in the 0th and 6th day
由圖2 可知,馬鈴薯切割后在4℃冷藏條件下失重率和腐爛率不斷升高。 宣薯2 號(hào)對(duì)照組與乳酸處理組之間的變化幅度較大。 第3 天開始,對(duì)照組失重率與乳酸處理組相比差異極顯著 (P<0.01),貯藏15 d 時(shí),對(duì)照組失重率上升至1.30%,腐爛率達(dá)100%。青薯9 號(hào)對(duì)照組的失水和腐爛同樣最為嚴(yán)重。 乳酸溶液能延緩鮮切馬鈴薯中水分的流失和組織腐爛,其中以1.0%乳酸溶液處理的鮮切馬鈴薯失重率保持最好。 2 種馬鈴薯在冷藏9 d 內(nèi)均未發(fā)生腐爛。乳酸溶液能降低鮮切馬鈴薯腐爛率, 可能是因?yàn)槲唇怆x的乳酸分子自由地滲透到微生物細(xì)胞膜內(nèi),通過解離使細(xì)胞內(nèi)pH 值降低,改變細(xì)胞內(nèi)電荷分布,從而抑制微生物生長(zhǎng)[15],特別對(duì)病原體的抑制效果明顯[16]。然而,酸溶液體積分?jǐn)?shù)與抑菌效果不存在正相關(guān)關(guān)系, 當(dāng)乳酸溶液體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時(shí),抑菌效果反而不及1.0%處理組, 可能是因?yàn)楦唧w積分?jǐn)?shù)的乳酸破壞了馬鈴薯的細(xì)胞結(jié)構(gòu),導(dǎo)致質(zhì)地變軟,使腐爛情況加重[17]。
圖2 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯失重率和腐爛率的影響Fig.2 Effects of different volume fraction lactic acid solution on weight loss rate and decay rate of fresh-cut potato
馬鈴薯中含有豐富的VC,對(duì)人體日常均衡飲食有重要作用。VC 含量可作為評(píng)價(jià)馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)的重要指標(biāo)。 由圖3 可知,青薯9 號(hào)的VC 含量高于宣薯2 號(hào), 并且經(jīng)乳酸溶液處理的鮮切馬鈴薯中VC 含量高于對(duì)照組。 貯藏第15 天,2 種馬鈴薯中VC 含量與初始值相比均有所下降。 1.0%和1.5%乳酸溶液處理組貯藏3~6 d,VC 含量明顯上升,隨后逐漸下降。 貯藏過程中VC 含量上升可能是腐爛、褐變、溫度、光照等環(huán)境脅迫或相關(guān)酶活性變化引起的應(yīng)激反應(yīng)[18]。宣薯2 號(hào)對(duì)照組VC 損失率較大,貯藏第15 天,與初始值相比下降了88.6%(P<0.05)。 這是因?yàn)閂C 具有很強(qiáng)的還原性,空氣中易被氧化酶分解失去生理活性[19]。 此外,VC 含有烯二醇結(jié)構(gòu),在水溶液和堿性條件下極不穩(wěn)定,易發(fā)生降解,加入適量的弱酸可增強(qiáng)其穩(wěn)定性[20]。不同體積分?jǐn)?shù)的乳酸溶液能降低VC 的損失。
圖3 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯VC 含量的影響Fig.3 Effects of different volume fraction lactic acid solution on vitamin C content of fresh-cut potato
采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定鮮切馬鈴薯冷藏期間的硬度、彈性和咀嚼性,結(jié)果見表2。 鮮切馬鈴薯貯藏過程中硬度和咀嚼性以青薯9 號(hào)較高, 彈性以宣薯2 號(hào)較高, 這可能是由細(xì)胞壁中果膠類多糖含量差異及其在貯藏過程中降解所致[21]。2 種鮮切馬鈴薯在冷藏期間的硬度均呈先增大后降低的變化趨勢(shì), 且均呈對(duì)照組硬度較低而處理組硬度較高的現(xiàn)象,與劉程惠等[22]的研究結(jié)果一致。 貯藏前期硬度增加可能是因失水而使干物質(zhì)含量上升,導(dǎo)致質(zhì)地變硬; 貯藏后期硬度下降可能是因腐爛以及果膠酶分解細(xì)胞壁果膠質(zhì)而使細(xì)胞出現(xiàn)膨壓下降等現(xiàn)象,導(dǎo)致硬度降低[23]。 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液能較好地保持鮮切馬鈴薯的硬度, 可能是因?yàn)槿樗崛芤耗芤种乒z酶和纖維素酶等分解酶的活性,從而延緩硬度下降。
由表2 可知,2 種鮮切馬鈴薯在冷藏期間的彈性均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。 青薯9 號(hào)的對(duì)照組和0.5%乳酸溶液處理組于貯藏的第9 天彈性達(dá)到最大值;宣薯2 號(hào)的對(duì)照組和0.5%乳酸溶液處理組于貯藏3~6 d 彈性呈下降趨勢(shì), 而后持續(xù)上升, 至第12 天達(dá)到最大值后又呈下降趨勢(shì);2 種鮮切馬鈴薯的1.0%和1.5%乳酸溶液處理組均于貯藏12 d 后彈性下降。 彈性上升可能是因?yàn)槭畬?dǎo)致韌性增強(qiáng), 彈性下降可能是因?yàn)楦癄€和劣變使組織結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致韌性降低。與各自對(duì)照組相比, 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液處理均能保持鮮切馬鈴薯的彈性。 宣薯2 號(hào)的1.0%乳酸溶液處理組彈性較高,從貯藏的第6 天開始,與對(duì)照組相比差異顯著(P<0.05)。 青薯9 號(hào)的1.0%和1.5%乳酸溶液處理組彈性較高,從貯藏的第3 天開始,與對(duì)照組相比差異顯著(P<0.05)。
果實(shí)咀嚼性在數(shù)值上為硬度、內(nèi)聚性、彈性三者的乘積,反映果實(shí)對(duì)咀嚼的持續(xù)抵抗性[24]。 由表2 可知, 青薯9 號(hào)各處理組在0~12 d 咀嚼性逐漸增大,12~15 d 咀嚼性降低; 宣薯2 號(hào)對(duì)照組和0.5%乳酸溶液處理組在0~9 d 咀嚼性逐漸增大,9~12 d 咀嚼性降低,12~15 d 咀嚼性又增大;宣薯2 號(hào)1.0%和1.5%乳酸溶液處理組整個(gè)貯藏過程中咀嚼性逐漸增大。 咀嚼性增大主要是由于水分流失導(dǎo)致硬度、彈性和內(nèi)聚性增大,咀嚼性降低主要是由于貯藏后期鮮切馬鈴薯發(fā)生腐爛以及質(zhì)地軟化所致。 2 種鮮切馬鈴薯在冷藏期間的咀嚼性均以1.5%乳酸溶液處理組較高。
表2 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯硬度、彈性和咀嚼性的影響Table 2 Effects of different volume fraction lactic acid solution on hardness, springiness and chewiness of fresh-cut potato
如圖4a 所示,鮮切馬鈴薯貯藏過程中褐變度不斷增大。 青薯9 號(hào)的對(duì)照組和0.5%乳酸溶液處理組褐變較快、較嚴(yán)重,貯藏至15 d 的褐變度為初始褐變度的2.5 倍。 宣薯2 號(hào)果肉顏色不及青薯9 號(hào)深,而相比之下,其對(duì)照組褐變更為嚴(yán)重,貯藏至15 d 的褐變度是初始褐變度的2.9 倍(P<0.01)。2 種鮮切馬鈴薯均以1.0%和1.5%乳酸溶液抑制褐變效果較好,并且1.0%乳酸溶液處理組褐變度比1.5%乳酸溶液處理組低,這可能與導(dǎo)致鮮切馬鈴薯褐變的關(guān)鍵酶——多酚氧化酶(PPO)作用的最適pH 值有關(guān)。 酸性條件下,PPO 活性中心的輔基銅以Cu2+形式解離出來, 使PPO 活性顯著降低; 然而并不是酸濃度越高越好, 當(dāng)濃度達(dá)到一定值后,抑制效果趨于穩(wěn)定[25]。 酸濃度達(dá)到一定值后, 繼續(xù)增大酸濃度可能破壞鮮切馬鈴薯細(xì)胞壁和細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu),使鮮切馬鈴薯質(zhì)地軟化,甚至腐爛,這種劣變協(xié)同作用會(huì)使褐變加重。 如圖4b所示,鮮切馬鈴薯4 ℃冷藏15 d,除青薯9 號(hào)的1.0%乳酸溶液處理組PPO 活性逐漸上升,其它處理組PPO 活性均呈先上升達(dá)到峰值后降低的變化趨勢(shì),與前人[26-27]研究結(jié)果一致。 與褐變度的變化規(guī)律相似,PPO 活性以青薯9 號(hào)較高,而不受果肉顏色的影響,可能是青薯9 號(hào)生命力較旺盛,新陳代謝以及PPO 活性變化較快的原因。另外,宣薯2號(hào)的對(duì)照組PPO 活性變化也較快,與青薯9 號(hào)的對(duì)照組和0.5%乳酸溶液處理組一致,均于貯藏的第6 天達(dá)到酶活性高峰。 隨后,酶活性降低,且降低幅度較大, 可能是貯藏后期鮮切馬鈴薯已嚴(yán)重腐爛,失去生命體征的原因。 與對(duì)照組相比,1.0%和1.5%乳酸溶液處理能推遲PPO 活性高峰的到來時(shí)間,且峰值較低。 然而,并不是乳酸體積分?jǐn)?shù)越高越好,1.0%乳酸溶液抑制效果優(yōu)于1.5%乳酸溶液(P<0.05)。乳酸溶液對(duì)PPO 活性的抑制,一方面是因?yàn)槿樗崛芤耗軌蚪档腕w系pH 值,另一方面可能是因?yàn)槿樗崛芤簩?dǎo)致PPO 三級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞[28]。
圖4 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯褐變度和PPO 活性的影響Fig.4 Effects of different volume fraction lactic acid solution on browning degree and PPO activity of fresh-cut potato
酚類物質(zhì)是鮮切果蔬酶促褐變的底物, 也是果蔬中含量較高的次生代謝產(chǎn)物。 如圖5a 所示,隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),鮮切馬鈴薯總酚含量不斷增加,2 種鮮切馬鈴薯均以對(duì)照組含量較低, 乳酸溶液處理組含量較高。 其中,青薯9 號(hào)的1.0%乳酸溶液處理組總酚含量顯著高于其它處理組 (P<0.01); 而宣薯2 號(hào)為1.0%和1.5%乳酸溶液處理組總酚含量較高。 對(duì)照組總酚含量較低可能是因其褐變較嚴(yán)重, 總酚作為酶促褐變底物被消耗較多,故導(dǎo)致含量較低;而經(jīng)乳酸溶液處理的鮮切馬鈴薯褐變較輕, 總酚的消耗量小于環(huán)境脅迫和苯丙氨酸解氨酶催化形成的酚類物質(zhì)含量[29],導(dǎo)致總體含量比對(duì)照組高。 丙二醛(MDA)作為膜脂過氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物之一, 其含量與組織的損傷和衰老程度呈正相關(guān)[30]。 如圖5b 所示,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),鮮切馬鈴薯衰老現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,貯藏期間MDA 含量不斷上升,這與Zhang 等[31]研究結(jié)果的變化趨勢(shì)一致。 其中,青薯9 號(hào)的對(duì)照組MDA含量較高且上升速率較快,從貯藏第3 天開始,與其它處理組相比差異極顯著(P<0.01),貯藏至第15 天,MDA 含量為0.69 mmol/g,是初始值的5.75倍,衰老較為嚴(yán)重。 宣薯2 號(hào)也以對(duì)照組MDA 含量上升較快, 而不同濃度乳酸溶液處理的鮮切馬鈴薯MDA 含量較低且上升緩慢,使衰老程度得以延緩。
圖5 不同體積分?jǐn)?shù)乳酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯總酚含量和MDA 含量的影響Fig.5 Effects of different volume fraction lactic acid solution on total phenols content and MDA content of fresh-cut potato
4℃冷藏條件下,與對(duì)照組相比,乳酸處理能夠減緩鮮切馬鈴薯失重和腐爛, 保持鮮切馬鈴薯的硬度、彈性和咀嚼性,維持鮮切馬鈴薯VC 和總酚含量,降低MDA 增長(zhǎng)速率,延緩衰老。質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%~1.5%的乳酸溶液可較好地降低酶活性,抑制褐變。與清水處理相比,1.0%乳酸溶液處理使青薯9 號(hào)鮮切馬鈴薯PPO 活性峰值推遲至第9 天,使宣薯2 號(hào)鮮切馬鈴薯PPO 活性峰值降低13.87%。相應(yīng)的, 褐變度也以1.0%乳酸溶液處理組較低(P<0.01)。 乳酸處理后冷藏的鮮切馬鈴薯品質(zhì)得到極大改善。 然而,其機(jī)制仍需進(jìn)一步研究,主要包括2 個(gè)方面:1)褐變的改善,需研究乳酸對(duì)多酚氧化酶作用機(jī)制;2)質(zhì)構(gòu)的改善,需研究乳酸對(duì)果膠降解酶的作用機(jī)制。