肉桂油及其β-環(huán)糊精包合物對鮮切西瓜的保鮮效果

李 萍，閆靜坤，叢方地，張 欣，崔 晶

（1.天津農學院基礎科學學院，天津 300384；2.天津農學院農學與資源環(huán)境學院，天津 300384）

西瓜含有礦物質和維生素，有益健康，其中紅壤西瓜富含番茄紅素，具有較強的抗氧化和抗癌活性[1]。鮮切西瓜是經過清洗、消毒、切割、去皮、去籽、包裝等操作后可直接食用的西瓜消費新形式，銷量呈現增長趨勢[2]。然而，鮮切處理會引起西瓜汁液外漏、組織損傷、酶活性增加、保質期縮短，并易遭受微生物侵染，引起食源性疾病。

盡管熱處理可以有效抑制病原微生物，但其對西瓜風味成分和營養(yǎng)品質也會帶來不利影響[3-4]。近幾年，天然抗菌劑在果蔬保鮮上的應用引起了研究者廣泛的興趣[5-6]。肉桂油（cinnamon oil，CO）是一種植物源精油，對食源性致病菌和腐敗性真菌具有顯著的抗菌效果[7-8]，是GB 1886.207ü2016《食品安全國家標準 食品添加劑 中國肉桂油》允許使用的食品添加劑；但CO氣味強烈、易揮發(fā)、水溶性差，限制了其廣泛使用。此外，精油用于食品保鮮需要的實際有效劑量往往比單獨的體外實驗多很多，大劑量精油的使用對食品的感官可接受性會造成較大影響[9-10]。目前，解決上述問題的有效方法之一是對精油進行包埋處理，制備成包合物，這樣可以將液體精油粉末化，提高穩(wěn)定性并減弱刺激氣味；多個研究證實了精油包合物在食品保鮮領域應用的可行性[11-13]。目前，精油包合物的實際應用主要以摻入可降解高分子溶液制備抗菌膜，對果蔬進行涂膜處理，或直接以包合物的乳液或水溶液形式進行浸果處理。然而，膜溶液的制備過程相對繁瑣，且可能存在膜溶液對切割后親水性水果表面黏附力差、精油不能充分擴散等問題[12,14]；包合物的乳液或水溶液形式抗菌效果較差[15-16]。將粉末化的精油裝入茶葉包或無紡布袋中，這種精油使用方式對果蔬的保鮮效果報道較少，尤其是CO-β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin，β-CD）包合物在鮮切西瓜保鮮上的應用更鮮見報道。

本研究將CO制備成β-CD包合物并裝入茶葉包，直接用于鮮切西瓜保鮮，通過測定貯藏期間西瓜微生物及品質指標的變化，研究CO-β-CD包合物對鮮切西瓜的保鮮效果，并與CO液體的保鮮效果進行比較，為開發(fā)鮮切西瓜天然保鮮劑及其使用新方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗所用西瓜（麒麟）購于天津市南開區(qū)王頂堤農貿市場，挑選成熟度和大小均一、果皮顏色相近且無機械傷的西瓜作為研究對象。茶葉袋（80 mmh60 mm） 安徽亳州市光明加工廠；PE食品保鮮袋（25 cmh17 cm，厚度0.02 mm）購于天津市南開區(qū)王頂堤華潤萬家超市。

CO 江西吉安中大香料廠；β-CD（純度≥99%）天津市光復精細化工研究所；無水乙醇（分析純）天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Elmasonic P180H超聲波清洗器 德國Elma公司；1800型紫外-可見分光光度計 日本島津公司；Thermo Scientif i c MSC-Advantage II級生物安全柜 德國Thermo Fisher Scientific公司；PAL-1型手持式數顯折射儀日本ATAGO公司；CM-5型色差儀 日本Konica Minolta公司；PHS-3C型pH計 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 CO-β-CD包合物的制備

按照本課題組之前的研究[17]，采用超聲波法制備CO-β-CD包合物，并測定包合物含油率為7.22%。

1.3.2 原料處理

實驗分為CO處理組、CO-β-CD包合物處理組和空白組（未進行保鮮的鮮切西瓜），每個處理設置3 次平行實驗，實驗所用濾紙片、線繩、膠帶、茶葉包和PE食品保鮮袋經15 min紫外殺菌預處理。保鮮處理如下。

CO處理組：分別將0.020 4（CO-1）、0.040 8（CO-2）和0.061 2 g（CO-3）CO滴加到3 cmh3 cm濾紙片上，用線繩和膠帶系粘在保鮮袋內壁，迅速封袋，讓CO在保鮮袋內揮發(fā)。

包合物處理組：為保證包合物中CO含有量和CO處理組一致，按公式（1）計算包合物添加量，計算出CO-β-CD包合物對應的用量分別為0.28（CO-β-CD-1）、0.56（CO-β-CD-2）、0.84 g（CO-β-CD-3）；將包合物粉末裝入茶葉包，用線繩和膠帶系粘在保鮮袋內壁，封袋。

西瓜用自來水清洗，150 μL/L次氯酸鈉浸泡消毒5 min，無菌水沖洗，室溫晾干。所有使用的器具經過次氯酸鈉浸泡消毒和紫外殺菌15 min處理。在無菌條件下，用不銹鋼刀將西瓜縱向切開，手動去皮、去籽，果肉切割成3 cm3方塊，混勻后隨機分裝于PE食品保鮮袋中，每袋100 g[18]；保鮮處理后，西瓜置于常溫（20～22 ℃、相對濕度85%～90%）和4 ℃（相對濕度85%～90%）貯藏，分別在貯藏當天（0 d）和第1、2、3、4天進行指標測定，評價保鮮效果。

1.3.3 指標的測定

1.3.3.1 質量損失率的測定

采用稱質量法測定，按公式（2）計算鮮切西瓜質量損失率。

1.3.3.2 顏色的測定

用色差儀測定CIE-Lab表色系中的L*值（亮度）和a*值（紅綠度，正值代表紅色，負值代表綠色）。每個處理組選取6 塊西瓜，每塊任選兩個面測定，結果取平均值。

1.3.3.3 菌落總數的測定

采用涂布法測定菌落總數[19]。每個處理組準確稱取西瓜10 g，加入90 mL 0.1 g/100 mL蛋白胨水，攪拌2 min，10 倍系列稀釋。取適當稀釋度溶液100 μL置于固化的培養(yǎng)基表面，涂布均勻。每個質量濃度重復3 次，37 ℃倒置培養(yǎng)24 h，計數，結果用lg（CFU/g）表示。

1.3.3.4 pH值、可滴定酸質量分數和可溶性固形物含量的測定

每個處理組選取10 塊西瓜，壓汁，經尼龍紗布過濾后用數顯pH計（玻璃電極）測定西瓜汁pH值。

可滴定酸質量分數的測定：1 mL西瓜汁加9 mL蒸餾水，用0.01 mol/L NaOH標準溶液滴定，按檸檬酸進行折算，系數為0.064[20]。

可溶性固形物含量用數顯折射儀測定。

1.3.4 感官評價

評價小組由天津農學院基礎科學學院10 名受過培訓的學生、教職員工和教師組成，其中男女各5 名。按照表1所示評分標準對西瓜塊的色澤、風味和質感3 個項目獨立打分，最后根據各項目權重因子求取總分。每個處理感官評分取10 人平均值，感官分數高于7.0 分時認為仍然具有商品價值[21]。

表1 鮮切西瓜感官評價標準Table1 Criteria for sensory evaluation of fresh-cut watermelon

1.4 數據處理與分析

采用Origin 8.5軟件作圖，IBM SPSS Statistics 20.0軟件進行方差分析，Duncan’s多重比較進行均值間差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜質量損失率的影響

表2 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜室溫貯藏過程中質量損失率的影響Table2 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on mass loss rate of fresh-cut watermelon at room temperature%

表3 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜冷藏過程中質量損失率的影響Table3 Effects of CO and its β-cyclodextrininclusion complex on mass loss rate of fresh-cut watermelon during cold storage%

由表2和表3可知，鮮切西瓜質量損失率在貯藏過程中均呈增加趨勢，這主要是因為鮮切加工造成了西瓜塊組織的損傷，加快了組織代謝活動，因此水分和營養(yǎng)物質流失加快[22]；其中冷藏組西瓜質量損失率小于常溫組。由表2可知，常溫貯藏4 d后，各處理組西瓜質量損失率均顯著低于空白組（P＜0.05），說明空白組西瓜水分和營養(yǎng)物質損失比處理組多；其中CO-β-CD-2處理組的西瓜質量損失率最小，僅為空白組的40.1%，為相同含油量CO處理（CO-2）組的81.1%。由表3可知，冷藏4 d，各處理組西瓜質量損失率與空白組差異不顯著（P＞0.05）；但是，CO-β-CD-2處理組的西瓜質量損失率最小，僅為空白組的41.2%，為相同含油量CO處理（CO-2）組的46.7%，這與室溫結果一致。CO的抑菌活性使西瓜塊中的微生物數量減少，微生物消耗的營養(yǎng)物質相應減少，因此西瓜塊質量損失率降低[7]。綜上，無論室溫貯藏還是冷藏，貯藏4 d時CO-β-CD-2處理組的西瓜質量損失率均最小，此處理可以最有效地減少鮮切西瓜水分和營養(yǎng)物質流失。

2.2 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜顏色的影響

圖1 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜L*值的影響Fig.1 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on L*value of fresh-cut watermelon

顏色是反映西瓜品質的重要標志，會影響消費者的購買欲望。由圖1可知，整個貯藏期內，所有處理組的西瓜L*值均呈現下降趨勢。冷藏處理的西瓜L*值下降較室溫緩慢，說明冷藏處理有助于維持西瓜顏色。貯藏期間，無論室溫還是冷藏，CO-β-CD包合物處理的西瓜L*值均比空白組高，說明CO-β-CD包合物處理可以較好地抑制西瓜褐變。室溫貯藏的西瓜在第4 天時腐爛嚴重，因此顏色只測定了3 d。

由圖1A可知，室溫貯藏3 d，CO及CO-β-CD處理的西瓜L*值顯著高于空白組（P＜0.05）。與西瓜初始L*值相比，CO-β-CD-2處理組L*值下降最少（12.3%），相同含油量CO處理（CO-2）組下降15.9%，空白組下降19.2%。冷藏4 d，與西瓜初始L*值相比，CO-β-CD-2處理組L*值下降最少（4.4%），相同含油量CO處理（CO-2）組下降7.1%，空白組下降5.8%，但冷藏西瓜所有處理組的L*值與空白組差異不顯著（P＞0.05）。由圖1B可知，冷藏4 d，不同CO處理組西瓜L*值均比空白組低，說明冷藏條件下CO處理不利于保持西瓜色澤，而CO-β-CD處理組西瓜L*值均比空白組高，CO-β-CD處理有助于減弱西瓜褐變程度。有研究表明，造成西瓜顏色亮度下降可能與酶促氧化或非酶促褐變反應形成黃色、棕色或黑色物質有關[19]。綜上，無論室溫（3 d）貯藏還是冷藏（4 d），CO-β-CD-2處理組西瓜L*值均最高，西瓜顏色得到了較好的維持。

圖2 CO及β-CD包合物處理對鮮切西瓜a*值的影響Fig.2 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on a*value of fresh-cut watermelon

麒麟瓜為紅瓤西瓜，由圖2可知，隨著貯藏時間延長，鮮切西瓜a*值呈現下降趨勢，這一結果與張超等[23]的報道一致。室溫貯藏3 d，與西瓜初始a*值相比，CO-β-CD-2處理組a*值下降最少（43.1%），與空白組差異顯著（P＜0.05），相同含油量CO處理（CO-2）組下降74.4%，空白組下降49.7%（圖2A）。由圖2B可見，冷藏西瓜a*值下降較室溫緩慢，說明冷藏處理有助于維持西瓜顏色。冷藏4 d，CO-β-CD處理組西瓜a*值均與空白組差異顯著（P＜0.05）。與西瓜初始a*值相比，CO-β-CD-2處理組a*值下降最少（27.6%），相同含油量CO處理（CO-2）組下降39.4%，空白組下降33.3%。因此，無論室溫（3 d）貯藏還是冷藏（4 d），CO-β-CD-2處理組西瓜a*值下降最少，可以較好地維持西瓜顏色，這與西瓜L*值的測定結果一致。

2.3 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜菌落總數的影響

由圖3可知，4 d貯藏期內，鮮切西瓜菌落總數隨時間延長而逐漸增加，處理組西瓜菌落總數均低于空白組，說明CO可以抑制微生物生長，這與Huang Zhan[24]、Munhuweyi[25]等的研究結果一致。精油使得微生物活性減弱，主要是細胞不同組分中多種損傷積累、正常代謝途徑被破壞導致[19]。室溫貯藏1 d，西瓜微生物迅速生長，第3天所有處理組菌落總數都超過允許的限量值6.0（lg（CFU/g））[26-27]，西瓜呈現出發(fā)酵味道，不能再食用。室溫貯藏4 d，CO-β-CD-2處理組西瓜菌落總數顯著低于空白和其他處理組（P＜0.05）（圖3A）。冷藏4 d（圖3B），所有處理組菌落總數都在3.1（lg（CFU/g））以下；其中CO-β-CD-2處理組的西瓜在4 d貯藏期內，微生物菌落總數均處于最低水平，第4天時微生物菌落總數顯著低于空白和其他處理組（P＜0.05），CO-β-CD-3處理組的西瓜菌落總數高于CO-β-CD-2處理組，這可能是高劑量CO導致西瓜產生藥害所致；吳新[28]、李鵬霞[29]等在利用植物精油對草莓和番茄保鮮實驗中也發(fā)現了相同的結果。綜上，CO-β-CD-2處理組的西瓜，尤其是冷藏條件下，在整個4 d貯藏期內，菌落總數均在所有處理中最低，說明此組劑量的CO-β-CD包合物中CO釋放速度較為理想，可以有效抑制微生物生長。

圖3 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜菌落總數的影響Fig.3 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on the total number of microorganisms in fresh-cut watermelon

2.4 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜pH值的影響

圖4 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜pH值的影響Fig.4 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on pH of fresh-cut watermelon

由圖4可知，西瓜汁起始pH值為5.72f0.01，貯藏過程中各組西瓜汁的pH值均呈現下降趨勢；其中室溫組西瓜汁pH值變化更快，冷藏處理相比而言下降緩慢。研究發(fā)現，pH值變化主要與微生物繁殖有關，微生物繁殖越快，pH值下降越多。貯藏4 d，室溫和冷藏條件下，空白組西瓜汁pH值分別下降到4.20f0.01、5.23f0.02。Mosqueda-Melgar等[6]指出，CO可以有效抑制微生物生長，減少由微生物酸敗引起的西瓜汁pH值下降。無論室溫還是冷藏，貯藏4 d，CO-β-CD處理組的鮮切西瓜pH值均高于空白組和CO處理組，其中，CO-β-CD-2處理組的西瓜汁pH值在各處理組中最高，室溫和冷藏條件下分別下降到4.50f0.03、5.48f0.01，說明此處理最能夠有效抑制西瓜汁pH值降低，這與菌落總數測定結果一致。

2.5 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜可滴定酸質量分數的影響

圖5 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜可滴定酸質量分數的影響Fig.5 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on titratable acidity content of fresh-cut watermelon

由圖5可知，鮮切西瓜在貯藏期內可滴定酸質量分數呈現增加趨勢。室溫和冷藏條件下，貯藏4 d，空白組可滴定酸質量分數分別為起始值的7.0 倍和1.5 倍，這是微生物繁殖所造成的結果。冷藏4 d，CO-β-CD-2處理組西瓜可滴定酸質量分數最低（0.026%），比相同含油量CO處理（CO-2）組低0.001%，比空白組低0.003%，冷藏西瓜可滴定酸質量分數增加緩慢。

2.6 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜可溶性固形物含量的影響

由圖6可知，鮮切西瓜可溶性固形物含量隨著貯藏時間的延長先增加后降低。貯藏前期，可溶性固形物含量增加，可能與西瓜后熟有關，后期含量下降，主要是西瓜果實呼吸速率顯著增加導致，這與焦艷等[30]的研究結果一致。貯藏4 d，CO-β-CD-2處理組的西瓜可溶性固形物含量顯著高于空白組（P＜0.05），且在所有處理的西瓜中下降幅度最小。與西瓜初始可溶性固形物含量相比，室溫貯藏4 d，CO-β-CD-2處理組的西瓜可溶性固形物含量下降20.0%，冷藏保持不變，而空白組西瓜分別下降31.8%（常溫）和7.3%（冷藏），說明CO-β-CD-2處理可以較好地維持西瓜可溶性固形物含量，保持西瓜的甜度。

圖6 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜可溶性固形物含量的影響Fig.6 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on soluble solid content of fresh-cut watermelon

2.7 CO及CO-β-CD包合物對鮮切西瓜感官評分的影響

圖7 CO及CO-β-CD包合物處理對鮮切西瓜感官評分的影響Fig.7 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on sensory score of fresh-cut watermelon

由圖7可知，無論室溫貯藏還是冷藏，CO處理的鮮切西瓜感官評分都比空白低，表明CO雖然具有抗菌活性，但如果直接使用，其強烈氣味會影響鮮切西瓜香氣，使評價人員無法接受。由圖7A可知，室溫貯藏3 d，所有樣品感官評分低于7.0，不再具有商品價值，這與菌落總數測定結果一致，貯藏4 d，西瓜嚴重腐爛，出現脫水和發(fā)酵氣味。由圖7B可知，冷藏4 d，CO-β-CD處理組的西瓜感官評分都在7.2以上，顯著高于空白和CO處理組（P＜0.05），仍然具有商品價值，說明CO被β-CD包埋后不但可以掩蓋氣味，還可以緩慢釋放，延長鮮切西瓜保質期，其中CO-β-CD-2處理組西瓜感官評分最高（7.4），可以更好地維持西瓜品質。

3 結 論

通過測定微生物和品質指標的變化，研究CO及其β-CD包合物對鮮切西瓜的保鮮效果。結果表明，貯藏期間，西瓜質量損失率、菌落總數、可滴定酸質量分數呈現增加趨勢，L*值、a*值呈現下降趨勢，可溶性固形物含量先增加后下降，上述指標冷藏條件下比常溫貯藏變化緩慢。其中，CO-β-CD-2處理結合4 ℃冷藏對鮮切西瓜保鮮效果最好，貯藏4 d時，西瓜質量損失率為0.07%，L*值下降4.4%，菌落總數最少，西瓜汁pH值最高（5.48f0.01），可滴定酸質量分數最低（0.026%），可溶性固形物含量保持不變。CO-β-CD-2處理組的西瓜感官評分顯著高于空白和CO處理組（P＜0.05），仍然具有商品性，說明CO被β-CD包埋后可以掩蓋其氣味，緩慢釋放，延長鮮切西瓜保質期。綜上所述，CO-β-CD-2（含CO 0.040 8 g/100 g西瓜）包合物結合4 ℃冷藏處理是鮮切西瓜最佳保鮮方式，效果好于未經包埋的CO液體。