趙 珊,貢漢生,*,田亞晨,孔艷輝,劉延照,王亞琦
(1.魯東大學食品工程學院,山東 煙臺 264025;2.煙臺市園林管理處,山東 煙臺 264000)
甜櫻桃(Prunus avium L.)是一種營養(yǎng)價值極高的鮮食水果[1-2],但甜櫻桃皮薄汁多,耐貯性差,每年都有大量櫻桃在采后貯運和銷售中腐爛變質,造成巨大的經(jīng)濟損失[3]。為延長貯藏期和保證長途運輸?shù)男枰?,櫻桃貯藏保鮮技術日益受到人們的重視[4]。目前,櫻桃的貯藏保鮮方法主要有氣調保鮮、低溫貯藏保鮮、保鮮劑保鮮和涂膜保鮮等[5-8],其中涂膜保鮮法是通過涂膜劑在果實表面形成具有阻濕、阻氣和抑制微生物侵入的膜以延長果實的貯藏期。近年來,復合涂膜已成為果蔬保鮮的研究熱點和發(fā)展趨勢[9]。
苯乳酸是近年來人們發(fā)現(xiàn)的一種天然抑菌物質,對細菌和真菌均有很強的抑制和殺滅作用。苯乳酸即2-羥基-3-苯基丙酸,分子式為C9H10O3,相對分子質量為166,其抑菌譜廣,穩(wěn)定性高,溶解性好,易于在食品體系中擴散,這些優(yōu)點開始引起了人們的關注[10-11];但苯乳酸化學合成法技術繁瑣,產(chǎn)物不純,副產(chǎn)物較多,且易造成污染環(huán)境,因而苯乳酸合成方法的研究逐漸轉向了生物合成法。研究發(fā)現(xiàn),乳酸菌可以利用細胞內的乳酸脫氫酶將苯丙酮酸及其鹽類還原生成苯乳酸并應用于食品工業(yè)中[12]。苯乳酸溶液黏度較小,流動性大,再加上水果表面有一層天然的蠟質保護層,難以附著在水果表面起到防腐保鮮的作用,罕有在水果保鮮中應用。Lavermicocca等[13]發(fā)現(xiàn)苯乳酸質量濃度為7.5 mg/mL時即可以顯著抑制焙烤食品中90%霉菌的生長。本實驗室前期實驗確定苯乳酸質量濃度為6 mg/mL時可抑制引起櫻桃腐敗的大多數(shù)霉菌的生長。
海藻酸鈉是一種天然多糖,安全性極高,具有良好的分散性、保濕性、抗菌性、成膜性和透氣性等特點,被廣泛應用于食品保鮮[14-17]。目前研究表明,單一的海藻酸鈉保鮮膜存在一些缺點,如保鮮性能差、對食品的保鮮作用不顯著等;因此在海藻酸鈉中添加抑菌物質,增強其抗菌和保鮮效果非常必要[18-19]。若將苯乳酸的抑菌作用與海藻酸鈉的成膜性進行聯(lián)合,在果蔬保鮮方面應用將很有前景。海藻酸鈉保鮮膜的另一缺點是保鮮膜的拉伸強度和韌性等較差,可以添加助膜劑和增塑劑等提高海藻酸鈉保鮮膜的強度和韌性。
本實驗以苯乳酸和海藻酸鈉為主要成分制備涂膜保鮮劑,通過比較不同質量濃度海藻酸鈉膜的成膜性能,獲得成膜效果和保鮮效果較好的甜櫻桃涂膜保鮮劑。在此基礎上,研究該涂膜保鮮劑對甜櫻桃的保鮮效果,以期為苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑在水果保鮮中的應用提供參考。
甜櫻桃為晴天清晨在煙臺萊山區(qū)兩甲埠村果園采摘的大小均勻、無機械損傷、無腐爛、色澤均勻的中晚熟品種,經(jīng)貨車運輸3~4 h,預冷處理后,于0 ℃下低溫冷藏1~2 d備用。
苯乳酸濃縮液由植物乳桿菌LD1.0001發(fā)酵產(chǎn)生,經(jīng)乙酸乙酯萃取后濃縮制得,其中苯乳酸質量濃度為60 g/L。
723N型可見分光光度計 上海佑科儀器儀表有限公司;φ240型干燥器 四川蜀玻(集團)有限責任公司;WDW-20KN型微機控制電子萬能試驗機 濟南邦科試驗機有限公司;0.01 mm螺旋測微儀 上海量具刃具廠;WYT型手持式折射儀 成都豪創(chuàng)光電儀器有限公司;3051H型果蔬呼吸測定儀 浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司;CT3質構儀 上海君翼儀器設備有限公司;WSF-J分光測色儀 上海精密科學儀器有限公司。
1.3.1 苯乳酸-海藻酸鈉復合膜的制備
涂膜劑的配方設計:黃原膠5 g/L、甘油5 g/L、苯乳酸濃縮液100 mL/L(苯乳酸終質量濃度6 g/L),海藻酸鈉選用4 個質量濃度(8、10、12、15 g/L)進行成膜實驗。
復合膜的制備:海藻酸鈉加水溶解成溶膠狀,并加入黃原膠共混,將苯乳酸濃縮液加入到共混的海藻酸鈉-黃原膠溶液中混合均勻,并添加甘油做增塑劑,攪拌均勻,加水補足至相應體積,備用。將涂膜復合液用超聲清洗機超聲處理20 min,均勻涂布于15 cm×10 cm的光滑玻璃板上,于75 ℃干燥1~2 h成膜,揭膜備用。
1.3.2 甜櫻桃涂膜保鮮實驗設計
選擇綜合性能較好的苯乳酸-海藻酸鈉保鮮劑涂膜保鮮甜櫻桃。實驗分為2 組,即未經(jīng)涂膜處理的對照組和經(jīng)苯乳酸-海藻酸鈉保鮮劑涂膜處理的涂膜組,其中涂膜組將保鮮劑噴灑在甜櫻桃表面,每個實驗組甜櫻桃分裝在15 個墊有吸水紙的開孔聚丙烯包裝盒中,每盒1.00 kg甜櫻桃,每次每個實驗組取3 盒甜櫻桃分別用于測定腐爛率、呼吸率、質量率、品質指標,低溫貯藏40 d,每隔10 d測定一次。
1.3.3 復合膜的性能測試
膜厚度的測定參照GB/T 6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度測定 機械測量法》[20],用螺旋測微儀測定復合膜厚度,均勻取13 個點(其中一點為通過復合膜的中心點),以平均值作為復合性膜的厚度L。
拉伸強度的測定參照GB/T 1040.1—2006《塑料 拉伸性能的測定 第1部分:總則》[21],采用電子萬能試驗機進行復合膜拉伸強度的測定。樣品的測試規(guī)格為1.5 cm×1.5 cm。初始間距為60 mm,拉伸速率為50 mm/min,每組復合膜做3 個平行,讀取膜破裂時的抗拉力。拉伸強度根據(jù)公式(1)計算。
式中:T為拉伸強度/MPa;F為膜斷裂時最大拉力/N;L為膜的平均厚度/mm;W為樣品的寬度/mm。
水蒸氣透過率的測定參照GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》[22],將直徑80 mm完整均勻的圓形復合膜密封于裝有5 g碳酸鈣的小錐形瓶口處,室溫放置平衡24 h,稱量小錐形瓶質量的變化。水蒸氣透過率計算如式(2)所示。
式中:P為水蒸氣透過率/(g/(h·cm2);m1為錐形瓶與樣品的最終總質量/g;m2為錐形瓶與樣品的起始總質量/g;d為測試的時間/h;S為復合膜樣品的有效面積/cm2。
透明度的測定參考Shiku等[23]的方法。將待測樣品裁成50 mm×10 mm的矩形,貼于比色皿內側,在550 nm波長處測定吸光度(A550nm),以空比色皿作為對照,透明度按式(3)進行計算(透明度數(shù)值越大,說明膜越不透明)。
式中:L為膜的厚度/mm。
吸水性測定參照GB/T 1034—2008《塑料 吸水性的測定》[24]。
耐酸性的測定:取2 cm×2 cm潔凈均勻完整的復合膜,將其分別放入體積分數(shù)3%的乙酸和5%的鹽酸中,每隔1 h觀察膜片在酸溶液中的溶解情況,并記錄質量損失率。
1.3.4 貯藏期間甜櫻桃指標測定
腐爛率:甜櫻桃腐爛斑直徑2 mm以上認定為腐爛。腐爛率按式(4)進行計算。
呼吸強度:通過果蔬呼吸測定儀進行測定。準確稱取15 個大小一致、無機械損傷的甜櫻桃作為實驗材料,放置在廣口瓶中,連通儀器,待數(shù)值穩(wěn)定,記錄櫻桃釋放的二氧化碳量。
質量損失率:每組取一盒甜櫻桃測定其質量,質量損失率按式(5)進行計算。
色澤:WSF-J分光測色儀測定。選擇色澤均勻的甜櫻桃放入樣品測定窗口,測定其L*值、a*值和b*值,每組測定15 個甜櫻桃,甜櫻桃的測定點數(shù)目為3,分別選擇在甜櫻桃中線的中點處及兩側約2 cm處進行測定,計算平均值。
硬度:使用質構儀測定。探頭為TA39,測試前探頭下降速率、測試速率和測試后探頭上升速率均為0.5 mm/s,探頭壓縮樣品的距離為6 mm,感應力3 g。每組測定15 個甜櫻桃,計算平均值。
可滴定酸質量分數(shù):使用酸堿滴定法測定[25]。
可溶性固形物質量分數(shù):使用阿貝折光儀測定。
實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0軟件進行方差顯著性分析,采用Origin 9.0軟件作圖,除上述標明實驗測定方法外,每組實驗測定3 個平行,數(shù)據(jù)用表示。
在黃原膠和甘油存在的條件下,保鮮劑中添加8~15 g/L的海藻酸鈉均能形成均勻完整的復合膜,不同質量濃度海藻酸鈉對保鮮劑成膜性的影響見表1。
表1 海藻酸鈉質量濃度對成膜特性的影響Table 1 Effect of sodium alginate concentration on film-forming properties
由表1可知,在黃原膠和甘油添加量一定的情況下,隨著海藻酸鈉添加量增加,膜厚度逐漸增大,拉伸強度呈現(xiàn)先逐漸增大后變化不大的趨勢。添加量在8 g/L和10 g/L時,膜較薄,膜拉伸強度較??;添加量增加到12 g/L時,膜厚度增大,膜的拉伸強度提高明顯;而海藻酸鈉添加量增加到15 g/L時,膜厚度繼續(xù)增大,但膜拉伸強度沒有明顯變化,與添加量為12 g/L時膜拉伸強度基本持平。
成膜材料的成膜性能主要是由成膜材料的性質決定的,成膜材料的相對分子質量、親水基團與疏水基團的比例、結晶區(qū)與無定形區(qū)的比例、聚合物鏈的游動性等都會影響到可食用膜的性質[26]。通常情況下,當成膜材料的分子質量和成膜液濃度增大時,分子間的交聯(lián)程度增強,形成可食性膜的網(wǎng)絡結構會更加致密,這樣增強了膜的阻隔性能和機械性能。郭錦棠等[27]研究發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉添加比例越大,膜的拉伸強度越大。這主要是因為海藻酸鈉的拉伸性能與聚合物的結構、平均分子質量和聚合物的分子排列有關。當分子質量一定時,海藻酸鈉質量濃度越小,即單位體積內的分子數(shù)越少,成膜時高分子鏈間的相互作用力越弱,分子間交聯(lián)越不緊密,膜的強度就越小。
隨著海藻酸鈉添加量增加,膜拉伸強度趨于穩(wěn)定,這與王秀娟等[28]對海藻酸鈉特性研究中的結論有所差別;可能是因為苯乳酸的存在使涂膜液中存在的較多氫離子使大部分羧基質子化,由此形成的氫鍵作用造成分子鏈纏結,使分子間交聯(lián)度下降,從而影響了復合膜的整體力學性能。另外,在一定范圍內隨著海藻酸鈉添加量增加,成膜時高分子鏈間的相互作用力增強,凝膠強度增加。海藻酸鈉進一步增加時,過多的高分子相互纏繞聚集成團,降低了凝膠強度。
在黃原膠和甘油添加量一定的情況下,隨著海藻酸鈉添加量的增加,膜水蒸氣透過率不斷減小。當海藻酸鈉的添加量為12 g/L時,與10 g/L海藻酸鈉添加量組相比水蒸氣透過率有所上升。這可能是因為加入的定量甘油與黃原膠攪亂了原本結構較規(guī)則的海藻酸鈉分子,減弱了海藻酸鈉分子間的氫鍵作用,影響定向排列,導致大量水分子穿過復合膜。這與王秀娟等[29]對增塑劑對殼聚糖膜性能影響的研究結果一致。
由于海藻酸鈉分子鏈含較多的羧基,因此具有良好的水溶性、黏性和凝膠特性[30]。由表1還可看出,隨海藻酸鈉添加量增加,溶脹度逐漸增大;這主要是因為海藻酸鈉添加越多,凝膠網(wǎng)絡中親水基團越多,水溶性增加。當海藻酸鈉添加比例增長到12 g/L時,膜的溶脹度達到最大,但溶脹度值仍低于1,這與聞燕等[31]研究結論一致;海藻酸鈉增長到15 g/L時,溶脹度變化不再明顯;可能是由于過多的高分子相互纏繞聚集成團,水分子不易進入凝膠內部,水凝膠的溶脹率受海藻酸鈉添加量的影響不再明顯。
綜上所述,海藻酸鈉添加量為12 g/L時制備的保鮮劑有較好的成膜性能。
2.2.1 苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑對甜櫻桃腐爛率的影響
圖1 不同處理對甜櫻桃腐爛率的影響Fig. 1 Effect of different treatments on decay incidence of sweet cherry
果實的腐爛率是判斷貯藏效果的主要表觀指標。貯藏期間甜櫻桃腐爛率如圖1所示。隨著貯藏時間延長,兩組甜櫻桃的腐爛率均呈逐漸上升趨勢。與對照組相比,涂膜組甜櫻桃腐爛率明顯較低。對照組在低溫貯藏10 d后腐爛率急劇上升,而涂膜組腐爛率上升緩慢;貯藏至第20天時,對照組腐爛率(10.71%)是涂膜組腐爛率(2.53%)的4.23 倍;貯藏20 d 后,兩組上升趨勢相近,對照組貯藏至第40 天時腐爛率達到18.01%,而涂膜組在貯藏至第40天時的腐爛率僅有7.26%??梢姂帽饺樗?海藻酸鈉保鮮劑涂膜處理能夠抑制霉菌引起的甜櫻桃腐爛,延長保鮮期。這與保鮮劑中苯乳酸抑制果實腐爛霉菌的作用有關,也與涂膜保鮮劑在櫻桃表面形成的膜對霉菌的阻隔作用有關。由于櫻桃表面的膜起到的“微氣調”作用,形成的高CO2分壓、低O2分壓環(huán)境也以可抑制霉菌的生長[32]。
2.2.2 苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑對甜櫻桃呼吸強度的影響
呼吸作用是果蔬采收之后具有生命活動的重要標志,果蔬組織中復雜的有機物在酶的作用下緩慢地分解為簡單有機物。隨著貯藏時間的延長,果蔬體內有機物將越來越少,即果蔬呼吸作用越強則衰老得越快,耐貯性降低。
圖2 不同處理對甜櫻桃呼吸強度的影響Fig. 2 Effect of different treatments on respiratory intensity of sweet cherry
由圖2可以看出,呼吸強度隨貯藏時間的延長而增強,但涂膜組呼吸強度較對照組低,低溫貯藏至20 d時,對照組呼吸強度(15.03 mL CO2/(kg·h))略高于涂膜組(13.53 mL CO2/(kg·h))。對照組在低溫貯藏20 d后呼吸強度急劇上升,而涂膜組在低溫貯藏20 d后的呼吸強度上升較為平緩,貯藏至第40天時對照組呼吸率達到24.35 mL CO2/(kg·h),而涂膜組僅為17.24 mL CO2/(kg·h),可見涂膜處理能夠抑制櫻桃呼吸強度上升。主要是由于保鮮劑在甜櫻桃的表面形成一層比較均勻的膜,限制了O2的進入并提高了樣品周圍CO2的濃度,相當于果蔬的氣調保鮮,可以抑制呼吸作用和內源乙烯的產(chǎn)生,從而達到甜櫻桃保鮮的目的。
2.2.3 苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑對甜櫻桃質量損失率的影響
果實在貯藏過程中由于呼吸作用和蒸騰作用,使其自身的水分散失,呈現(xiàn)萎蔫、疲軟狀態(tài),且光澤消失,失去商品價值。因此,果實的質量損失率可以反映果實的商品價值,質量損失率大,表明果實的水分和營養(yǎng)成分流失多,即保鮮的效果較差[33]。
由圖3可以看出,隨貯藏時間的延長,甜櫻桃質量損失率均呈上升趨勢,涂膜處理的甜櫻桃在低溫貯藏期間質量損失率低于未涂膜處理的甜櫻桃,且隨著貯藏時間的延長,涂膜組與對照組差異逐漸增大。低溫貯藏至10 d時對照組甜櫻桃質量損失率(0.56%)與涂膜組甜櫻桃(0.52%)相近。低溫貯藏至20 d時對照組甜櫻桃質量損失率為2.21%,而涂膜組甜櫻桃質量損失率略低于對照組,為1.35%。貯藏至40 d時對照組甜櫻桃質量損失率為5.27%,涂膜組甜櫻桃質量損失率遠低于對照組,僅為2.79%。說明苯乳酸-海藻酸鈉復合液涂膜能減緩甜櫻桃貯藏期間的水分散失,這是由于復合液在甜櫻桃表面所形成的一層半透膜可以阻礙其呼吸作用與蒸騰作用;另一方面苯乳酸具有抑菌作用,能夠較好地抑制由于霉菌對果實損害而導致的病理性失水,從而延長甜櫻桃的貯藏時間。而低溫貯藏前10 d,對照組和涂膜組果實的質量損失率差異不明顯,可能因為果蔬自身的能量貯存可維持其短期內呼吸作用。
圖3 不同處理對甜櫻桃質量損失率的影響Fig. 3 Effect of different treatments on mass loss rate of sweet cherry
2.2.4 苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑對甜櫻桃品質指標的影響
甜櫻桃在采后貯藏過程中,常伴隨著有機酸的降解、糖類物質的積累及其它營養(yǎng)物質的分解,這些物質的增加或減少將影響到果實的風味及營養(yǎng)品質[34]。
櫻桃品質變化首先體現(xiàn)在顏色的變化上,新鮮的美早櫻桃呈紫紅色,而后顏色逐漸加深,顏色變化以L*值、a*值、b*值表示,其中L*值越大則果皮越亮,反之越暗;a*值越大則果皮越紅,反之越綠;b*值越大則果皮越黃,反之越藍[35]。
表2 不同處理對甜櫻桃品質指標的影響Table 2 Effect of different treatments on quality attributes of sweet cherry
由表2可以看出,隨貯藏時間的延長,甜櫻桃色澤變暗、顏色加深趨于黑紅色,但涂膜組甜櫻桃較對照組甜櫻桃變化較小。涂膜處理可以延緩櫻桃的褐變反應,使櫻桃保持色澤。果實的可食性除與色澤有關外,還取決于果實的口感質地,如果實的硬度[36-37]。由表2可知,貯藏過程中對照組與涂膜組的甜櫻桃硬度都在下降。果實硬度的下降表明果實開始軟化,甜櫻桃進一步成熟和衰老。涂膜處理可明顯延緩硬度的下降,保持果實的硬度。
甜櫻桃在采摘后由于呼吸作用不斷消耗自身的營養(yǎng)成分,導致可溶性固形物質量分數(shù)下降,嚴重影響果實風味,使果實失去食用價值和商品價值[38]。如表2所示,兩組甜櫻桃的可溶性固形物質量分數(shù)在低溫貯藏期間均隨貯藏時間的延長而逐漸下降,其中對照組甜櫻桃下降速率較涂膜組甜櫻桃快。因此,苯乳酸-海藻酸鈉保鮮劑涂膜處理可顯著抑制甜櫻桃可溶性固形物質量分數(shù)下降,保持果實的風味。
甜櫻桃中含大量的有機酸,在貯藏過程中,一部分用作呼吸底物被消耗,另一部分在體內被轉化為糖分。因此,在貯藏過程中,甜櫻桃中可滴定酸質量分數(shù)明顯減少。保鮮效果越好的甜櫻桃,酸度變化越小,與新鮮甜櫻桃的情況越接近[39]。從表2可知,甜櫻桃中的可滴定酸質量分數(shù)隨貯藏時間的延長而下降,涂膜組甜櫻桃可滴定質量分數(shù)下降的速率比對照組慢。因此苯乳酸-海藻酸鈉保鮮劑涂膜處理甜櫻桃可明顯延緩可滴定酸質量分數(shù)的下降,保持果實的新鮮度。
本實驗通過研究苯乳酸-海藻酸鈉涂膜保鮮劑的成膜特性,確定了保鮮劑中海藻酸鈉的適宜添加量,最終得到在6 g/L苯乳酸、5 g/L甘油、5 g/L黃原膠存在的前提下,添加12 g/L海藻酸鈉時形成的復合膜各項性能均較好。應用該保鮮劑涂膜低溫保鮮甜櫻桃,可明顯延長甜櫻桃的保存期,降低甜櫻桃的腐爛率、呼吸強度、質量損失率,使甜櫻桃保持較好的貯藏品質。
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