高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理香蕉的品質(zhì)變化規(guī)律研究

廉韶斌 郝利平 王 愈

LIAN Shao－bin HAO Li－pingWANG Yu

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

（College of Food Science and Engineering，Shanxi Agricultural University，Jinzhong，Shanxi 030801，China）

香蕉是典型的呼吸躍變型水果，剛采摘的香蕉外表呈綠色、質(zhì)地堅(jiān)硬，必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的貯存與后熟作用，才能銷(xiāo)售和食用［1］。生產(chǎn)上都用人工催熟，以求獲得熟度均勻，色、香、味俱全的商品香蕉，目前常用的催熟劑為40%的乙烯利溶液［2］。吳建輝等［3］研究認(rèn)為乙烯利的使用濃度不宜過(guò)高，經(jīng)過(guò)濃度為500～1 000 mg／L的乙烯利催熟的香蕉，營(yíng)養(yǎng)損失不大，成熟均勻而且色澤光亮。鞠洪榮［4］研究表明噴灑40%或60%的乙醇溶液，能夠加快果實(shí)的熟化，有一定的催熟作用。

近年來(lái)，高壓靜電場(chǎng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，且經(jīng)過(guò)大量研究［5］取得了一定進(jìn)展。王頡等［6］研究表明高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)草莓、鴨梨、番茄和蘋(píng)果的呼吸強(qiáng)度有明顯抑制作用，有一定的貯藏保鮮效果。孫貴寶［7］研究了高壓靜電場(chǎng)對(duì)蔬菜的保鮮影響，結(jié)果表明高壓靜電場(chǎng)可以抑制番茄的質(zhì)量損失，各種代謝功能和生化反應(yīng)受到抑制，蒸騰速率變慢，有效保存了蔬菜中的水分。王愈等［8］研究表明：番茄果實(shí)經(jīng)高壓靜電場(chǎng)作用后，呼吸強(qiáng)度和乙烯的釋放均低于對(duì)照組，但高壓電場(chǎng)作用過(guò)程中提高了番茄果實(shí)的失質(zhì)量率，促進(jìn)果實(shí)呼吸反應(yīng)和乙烯生成。

本研究擬在20℃左右的室溫下，對(duì)香蕉進(jìn)行連續(xù)高壓靜電場(chǎng)（－100 k V／m和－150 k V／m）處理，測(cè)定采后香蕉在催熟過(guò)程中的品質(zhì)變化，研究連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)香蕉催熟效果的影響，為香蕉的物理催熟提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

香蕉果實(shí)：巴西蕉，產(chǎn)地海南。成熟度6、7成，挑選均勻，無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械傷的果實(shí)，將香蕉果實(shí)分梳取下；

電子天平：Q／SGYM1008型，奧豪斯儀器上海有限公司；

高壓直流電源：DW－N303－1ACF7型，天津市東文高壓電源廠；

可見(jiàn)分光光度計(jì)：WFJ2100型，尤尼柯上海儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TMS－PRO型，美國(guó)FTC公司；

氣相色譜儀：7890A型，美國(guó)安捷倫科技公司；

愈創(chuàng)木酚：分析純，天津市化學(xué)試劑廠；

草酸：分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)處理組和一個(gè)對(duì)照組，均放置于20℃左右的室溫下，相對(duì)濕度為40%。將香蕉果實(shí)分別放置于極板間距為300 mm和200 mm的極板上，通入30 k V／m的負(fù)高壓，電場(chǎng)強(qiáng)度分別為－100 k V／m和－150 k V／m的負(fù)高壓靜電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度＝電壓／極板間距），處理組對(duì)香蕉果實(shí)進(jìn)行連續(xù)處理，對(duì)照組不做電場(chǎng)處理。每隔3 d測(cè)定1次相關(guān)指標(biāo)，每次測(cè)定重復(fù)3次。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.3.1 可溶性固形物 隨機(jī)取樣后，稱取10.00 g香蕉果肉放入研缽中研碎，用玻璃棒蘸少量汁液，使用手持折光儀測(cè)定可溶性固形物含量。

1.3.2 淀粉含量 根據(jù)酸水解法［9］，淀粉測(cè)定先除去樣品中的脂肪及其中可溶性糖，再在一定酸度下，將淀粉水解為具有還原性的葡萄糖，通過(guò)對(duì)還原糖含量的測(cè)定，乘以換算系數(shù)0.9，即為淀粉含量。計(jì)算公式：

式中：

W——淀粉，%；

m1——標(biāo)準(zhǔn)蔗糖1 m L中含糖量，g；

m2——樣品重量，g；

V——滴定用量，m L；

a——稀釋倍數(shù)。

1.3.3 VC含量 采用2，6－二氯酚靛酚溶液滴定法測(cè)定［10］。計(jì)算公式：

式中：

W——VC的含量，mg／100 g；

V——滴定樣品所用的染料毫升數(shù)，m L；

V1——空白滴定所用的染料毫升數(shù)，m L；

A——1 m L染料溶液相當(dāng)?shù)目箟难岷量藬?shù)，mg／m L；

B——滴定時(shí)吸取的樣品溶液毫升數(shù)，m L；

b——樣品液稀釋后總毫升數(shù)，m L；

a——樣品的克數(shù)，g。

1.3.4 過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定 過(guò)氧化物酶（POD）是果蔬體內(nèi)普遍存在的一種重要的氧化還原酶，它與果蔬的許多生理生化過(guò)程和生命代謝過(guò)程都有密切關(guān)系。在過(guò)氧化物酶存在下，過(guò)氧化氫可將鄰甲基苯酚氧化成紅棕色的4－鄰甲基苯酚，在470 nm處有特征吸收峰，通過(guò)吸光值的變化確定POD的活力［11］。以每克果蔬樣品每分鐘吸光值增加1為1個(gè)過(guò)氧化物酶活性單位。計(jì)算公式：

式中：

W——POD活性，OD470／（min·g）；

△OD470——每分鐘吸光度變化值；

V——樣品提取液總體積，m L；

Vs——測(cè)定時(shí)所取樣品提取液體積，m L；

m——樣品重量，g。

1.3.5 果膠酶活性的測(cè)定 果膠酶能夠降解果膠物質(zhì)，果蔬在成熟衰老過(guò)程中，由果膠酶引起的果膠物質(zhì)降解是導(dǎo)致果蔬軟化的主要原因［12］。聚半乳糖醛酸酶水解果膠生成半乳糖醛酸，用次亞碘酸法測(cè)定半乳糖醛酸的還原性醛基，表示果膠酶的活性。計(jì)算公式：

式中：

W——果膠酶的活性，mmol／（L·h）；

A——樣品滴定消耗硫代硫酸鈉溶液毫升數(shù)，m L；

B——空白滴定消耗硫代硫酸鈉溶液毫升數(shù)，m L；

M——硫代硫酸鈉溶液的濃度，mmol／L。

1.3.6 硬度 測(cè)定果肉硬度時(shí)，除去果皮，用FTC質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定香蕉果肉硬度。隨機(jī)選取3根香蕉，每根香蕉選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取平均值，單位為N。

硬度測(cè)定條件：探頭6 mm，力量感應(yīng)元1 000 N，回升高度40 mm，形變量 40%，檢測(cè)速度 90 mm／min，起始力0.3 N，兩次壓縮間隔時(shí)間2 s，檢測(cè)后速度200 mm／min。

1.3.7 乙烯釋放量 香蕉是典型的呼吸躍變型果實(shí)，極微量的乙烯即可啟發(fā)內(nèi)源乙烯的合成，引發(fā)乙烯釋放高峰出現(xiàn)［13］。隨機(jī)選取3根已知重量的香蕉，放入密閉性良好的干燥皿（體積2 L）中，在室溫下（20℃左右）放置3 h，抽取1 m L的氣體試樣，用安捷倫氣相色譜儀測(cè)定［14］。

色譜條件：氫火焰離子化檢測(cè)器（FID），柱溫60℃，前檢測(cè)器溫度300℃，載氣為N2，流速25 m L／min。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體計(jì)算果實(shí)乙烯釋放量。計(jì)算公式：

式中：

W——果實(shí)乙烯釋放量，μL／（kg·h）；

c——樣品的乙烯濃度，μL／L；

V1——干燥皿體積，L；

V2——樣品體積，L；

m——樣品重量，kg；

h——密閉時(shí)間，h。

1.3.8 呼吸強(qiáng)度 采用氣流法［15］。計(jì)算公式：

式中：

W——呼吸強(qiáng)度，CO2mg／（kg·h）；

V1——空白滴定用量，m L；

V2——樣品滴定用量，m L；

M——草酸濃度，mol／L；

m——樣品重量，kg；

h——測(cè)定時(shí)間，h。

2 結(jié)果與分析

2.1 可溶性固形物含量的變化

由圖1可知，香蕉后熟過(guò)程中可溶性固形物含量呈上升趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)可溶性固形物含量始終高于對(duì)照組香蕉果實(shí)，且－150 k V／m處理組的可溶性固形物含量高于－100 k V／m處理組香蕉果實(shí)。處理組香蕉果實(shí)在高壓靜電場(chǎng)處理的第6天，可溶性固形物含量由起始的5.3%和5.2%上升到21.5%和22.3%，而對(duì)照組香蕉果實(shí)在貯藏結(jié)束的第12天，可溶性固形物含量由起始的5.5%上升到20.5%。試驗(yàn)結(jié)果表明：連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)香蕉果肉中淀粉的轉(zhuǎn)化，使香蕉果肉中的可溶性固形物含量升高。

圖1 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中可溶性固形物含量的變化Figure 1 The changes of soluble solids content of continuous HVEF treatment

2.2 淀粉含量的變化

圖2 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中淀粉含量的變化Figure 2 The changes of starch content of continuous HVEF treatment

由圖2可知，香蕉后熟過(guò)程中淀粉含量呈下降趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)淀粉含量始終低于對(duì)照組香蕉果實(shí)，且－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)淀粉含量低于－100 k V／m處理組香蕉果實(shí)。處理組香蕉果實(shí)在高壓靜電場(chǎng)處理的第9天，淀粉含量由起始的16.2%和16.8%下降到4.4%和3.6%，而對(duì)照組香蕉果實(shí)淀粉含量在貯藏結(jié)束的第12天，淀粉含量由起始的16.5%下降到4.2%。試驗(yàn)結(jié)果表明：連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理可促進(jìn)香蕉果肉中淀粉的水解。

2.3 VC含量的變化

由圖3可知，香蕉后熟過(guò)程中VC含量呈下降趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)VC含量始終低于對(duì)照組香蕉果實(shí)，且－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)VC含量低于－100 k V／m處理組。處理組香蕉果實(shí)在貯藏結(jié)束的第12天，VC含量由起始的8.8，8.6 mg／100 g下降到2.2，1.8 mg／100 g，而對(duì)照組香蕉果實(shí)在第12天，VC含量由起始的8.9 mg／100 g下降到2.4 mg／100 g。試驗(yàn)結(jié)果表明：連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)VC的分解。

圖3 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中VC含量的變化Figure 3 The changes of VC content of continuous HVEF treatment

2.4 過(guò)氧化物酶活性的變化

由圖4可知，香蕉后熟過(guò)程中POD活性變化呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)POD活性始終高于對(duì)照組香蕉果實(shí)，且－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)POD活性高于－100 k V／m處理組香蕉果實(shí)。處理組和對(duì)照組的香蕉果實(shí)在貯藏的第9天，過(guò)氧化物酶活性達(dá)到最大值，分別為2.352，2.624，2.296 OD470／（min·g）。試驗(yàn)結(jié)果表明：連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)過(guò)氧化物酶的活性。

圖4 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中過(guò)氧化物酶活性的變化Figure 4 The changes of activity of POD of continuous HVEF treatment

2.5 果膠酶活性的變化

由圖5可知，在香蕉后熟過(guò)程中果膠酶活性呈上升趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)果膠酶活性始終高于對(duì)照組香蕉果實(shí)，且－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)果膠酶活性高于－100 k V／m處理組香蕉果實(shí)。處理組和對(duì)照組的香蕉果實(shí)在貯藏結(jié)束的第 12 天，果 膠 酶 活 性 分 別 由 起 始 的 3.57，3.06，3.57 mmol／（L·h）升至12.87，13.77，12.04 mmol／（L·h）。表明連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理可提高果膠酶的活性。

圖5 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中果膠酶活性的變化Figure 5 The changes of activity of PG of continuous HVEF treatment

2.6 果實(shí)硬度的變化

由圖6可知，香蕉后熟過(guò)程中硬度呈下降趨勢(shì)，處理組香蕉果實(shí)的硬度低于對(duì)照組果實(shí)，－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)硬度在高壓靜電場(chǎng)處理前期高于－100 k V／m處理組，－150 k V／m處理組香蕉果實(shí)硬度在高壓靜電場(chǎng)處理中后期低于－100 k V／m處理組。貯藏結(jié)束的第12天，處理組和對(duì)照組硬度由起始的9.0，9.3，9.1 N 下降到2.2，2.0，2.8 N。表明連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)香蕉果實(shí)硬度的下降。

2.7 乙烯釋放量的變化

圖6 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中硬度的變化Figure 6 The changes of hardness of continuous HVEF treatment

由圖7可知，香蕉在后熟過(guò)程中乙烯釋放量呈先上升后下降趨勢(shì)，處理組香蕉在貯藏第6天乙烯釋放量達(dá)到最大值，分別為7.7，7.9μL／（kg·h），而對(duì)照組香蕉乙烯釋放量在貯藏第9天到達(dá)最大值，為7.1μL／（kg·h）。表明高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)乙烯高峰提前3 d出現(xiàn)，并且處理組的乙烯高峰最大值大于對(duì)照組的，－150 k V／m處理組的乙烯高峰值大于－100 k V／m處理組的。

圖7 高壓靜電場(chǎng)處理過(guò)程中乙烯釋放量的變化Figure 7 The changes of ethylene production of continuous HVEF treatment

2.8 香蕉呼吸強(qiáng)度的變化

由圖8可知，香蕉在后熟過(guò)程中呼吸強(qiáng)度呈先上升后下降趨勢(shì)，處理組香蕉在貯藏第6天呼吸強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為103.6，108.7 CO2mg／（kg·h），而對(duì)照組香蕉呼吸強(qiáng)度在貯藏第9天到達(dá)最大值，為97.6 CO2mg／（kg·h）。表明高壓靜電場(chǎng)處理能促進(jìn)呼吸高峰提前3 d出現(xiàn)，并且處理組的呼吸高峰值大于對(duì)照組的，－150 k V／m處理組的呼吸高峰值大于－100 k V／m處理組的。

圖8 高壓靜電場(chǎng)連續(xù)處理過(guò)程中呼吸強(qiáng)度的變化Figure 8 The changes of respiratory intensity of continuous HVEF treatment

3 討論

已有一些研究［6，7］表明：高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)果蔬有一定的貯藏保鮮效果，能夠延緩果蔬衰老，這是高壓靜電場(chǎng)間歇處理的效果，而本試驗(yàn)采用連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理方式，促進(jìn)了香蕉果實(shí)的成熟。這與王愈等［8］研究表明高壓靜電場(chǎng)作用過(guò)程中，促進(jìn)果實(shí)呼吸反應(yīng)和乙烯生成的結(jié)論一致。高壓靜電場(chǎng)處理方式的差異，是導(dǎo)致果蔬是延遲成熟還是促進(jìn)成熟的根本原因。蔣耀庭［16］研究高壓靜電場(chǎng)作用機(jī)理認(rèn)為，當(dāng)外加的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與果實(shí)膜電位正方向相同時(shí)，膜電位差增大；當(dāng)外加的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與膜電位正方形相反時(shí)，膜電位差減小。膜電位的變化必然導(dǎo)致膜兩邊帶電離子定向移動(dòng)而產(chǎn)生生物電流，從而促進(jìn)了生化反應(yīng)的進(jìn)行。所以當(dāng)連續(xù)高壓靜電場(chǎng)作用香蕉時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與香蕉果實(shí)膜電位正方向相同，膜電位差增大，導(dǎo)致香蕉果實(shí)膜帶電離子移動(dòng)產(chǎn)生生物電流，從而促進(jìn)了香蕉果實(shí)成熟。并且電場(chǎng)強(qiáng)度越大，膜電位差越大，產(chǎn)生電流越大，更加促進(jìn)了香蕉果實(shí)的成熟。這一結(jié)論也解釋了連續(xù)高壓靜電場(chǎng)作用時(shí)，－150 k V／m要好于－100 k V／m。由于這方面的機(jī)理研究涉及諸多學(xué)科，不管是從細(xì)胞膜電位還是其它方面去研究電場(chǎng)在生物體內(nèi)的作用機(jī)理還需不斷深入［17］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，香蕉在20℃左右的室溫下，連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理香蕉時(shí)，處理組果實(shí)淀粉含量的轉(zhuǎn)化和可溶性固形物含量的升高比對(duì)照組大，處理組果實(shí)VC的損失和硬度的下降比對(duì)照組大，連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理也促進(jìn)了香蕉果實(shí)中過(guò)氧化物酶和果膠酶的活性，處理組果實(shí)的乙烯釋放高峰和呼吸高峰比對(duì)照組提前了3 d，并且－150 k V／m要好于－100 k V／m。通過(guò)連續(xù)高壓靜電場(chǎng)處理促進(jìn)香蕉果實(shí)的成熟，這是高壓靜電場(chǎng)處理催熟香蕉果實(shí)的關(guān)鍵，但是，要確定高壓靜電場(chǎng)處理催熟香蕉果實(shí)的最適場(chǎng)強(qiáng)還需要更深入的研究。高壓靜電場(chǎng)處理為香蕉的催熟提供了新的物理方法，可為高壓靜電場(chǎng)催熟技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中提供參考依據(jù)。

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