殼聚糖對鮮切蓮藕酶促褐變相關(guān)因子的影響

汪 偉，張 偉，孫 瑩，高 成，朱麗琴

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院/江西省發(fā)展與改革委員會農(nóng)產(chǎn)品加工與安全控制工程實驗室，江西 南昌 330045)

鮮切水果蔬菜新鮮、營養(yǎng)豐富、食用方便，近年來市場需求量逐漸增大。蓮藕是睡蓮科蓮屬多年生草本植物，富含多種維生素，是一種傳統(tǒng)蔬菜，消費量大，鮮切蓮藕市場前景廣闊。但是鮮切蓮藕極易發(fā)生酶促褐變，主要是由于多酚在多酚氧化酶(PPO)作用下氧化成醌類物質(zhì)，并逐漸聚合成有色物質(zhì)［1］，導(dǎo)致蓮藕表面褐變，降低商品價值。目前生產(chǎn)上應(yīng)用較為廣泛的抑制褐變技術(shù)主要包括添加抗氧化劑，熱燙處理，氣調(diào)包裝，涂膜等［2］。

殼聚糖是一種由幾丁質(zhì)脫乙?；蟮玫降目墒承?、天然陽離子多糖。一定濃度的殼聚糖溶液在果蔬表面形成一層具有抑菌作用的半透膜，抑制氣體交換、水分散失和果實呼吸作用，提高果實抗氧化能力，延緩水果蔬菜采后衰老［3-5］。殼聚糖對鮮切水果和蔬菜也具有顯著的保鮮效果。研究表明殼聚糖能顯著抑制貯藏期間鮮切荸薺［6］、蘑菇［7］、南瓜［8］、生姜［9］、馬鈴薯［10］等多種鮮切果蔬的酶促褐變。殼聚糖能顯著抑制鮮切蓮藕褐變［11-13］，但是目前有關(guān)殼聚糖對鮮切蓮藕抑制酶促褐變相關(guān)因子的研究較少。

本試驗以鮮切蓮藕為試材，在4 ℃條件下貯藏，研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%殼聚糖處理對鮮切蓮藕品質(zhì)的影響，并研究貯藏期間蓮藕中與酶促褐變相關(guān)的自由基含量和酶活性的變化，探討殼聚糖對鮮切蓮藕片酶促褐變相關(guān)因子的影響，為鮮切蓮藕的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

蓮藕，購于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)集貿(mào)市場，選取肉質(zhì)白，組織結(jié)實、無損傷和無腐爛的蓮藕。水溶性殼聚糖由山東奧康生物科技有限公司生產(chǎn)。乙酸，沒食子酸，乙酸鈉，氫氧化鈉，乙醇，鉬酸鈉，鎢酸鈉，磷酸氫二鈉，磷酸氫二鈉，硫酸，硫酸鈦，磷鉬酸銨，聯(lián)苯胺，對氨基苯磺酸，α-萘胺均為分析純。

1.2 儀器及設(shè)備

紫外-可見分光光度計，上海元析儀器有限公司;生產(chǎn)TGL-20000cR 冷凍離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠生產(chǎn);HH-60 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司生產(chǎn);HWS-288 恒溫恒濕培養(yǎng)箱，寧波江南儀器廠生產(chǎn);SB-3200 超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理 殼聚糖溶液的配制:稱取一定量的殼聚糖，用0.5%(V/V)乙酸溶解，待溶解后加入1 mol/L NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH 至5.6，然后加入0.05%(W/V)吐溫-80，攪拌均勻。

將蓮藕洗凈，去皮，切成4 mm 薄片，用清水清洗，晾干后隨機分成3 組，每組1 500 g。其中一組為對照組(CK)，其余兩組分別用1%、2%殼聚糖溶液涂膜處理。將切片放入殼聚糖溶液中，待殼聚糖涂膜液在鮮切蓮藕表面完全浸潤后，取出，室溫晾干后裝入厚度為0.02 mm 聚乙烯袋中，每組分成3 份，每份500 g，置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，(4±0.5)℃條件，相對濕度為85%～90%條件下保藏，每2 d 隨機抽樣檢測指標(biāo)。

1.3.2 指標(biāo)測定方法(1)褐變度:采用消光值法，參照蘇新國等［13］方法測定。(2)維生素C 含量:用磷鉬藍(lán)法［14］測定維生素C 含量。(3)失重率:采用稱重法，公式為

式中m0:鮮切蓮藕最初質(zhì)量(g)，m1:貯藏期間的質(zhì)量(g)。(4)總多酚含量:取1 g 蓮藕，加入5 mL的70%乙醇勻漿，90 W 超聲提取30 min，10 000×g 離心10 min，取上清液備用。用Folin-ciocalteu 比色法［15］測定總多酚含量。(5)超氧陰離子自由基含量:用羥胺法［16］測定超氧陰離子自由基的含量。(6)過氧化氫含量:用硫酸鈦法［17］測定過氧化氫含量。(7)CAT 活性:取2 g 蓮藕，加5 mL 預(yù)冷磷酸緩沖液(pH 7.0)冰浴勻漿，4 ℃，10 000×g 離心20 min，上清液即為粗酶液。取上述粗酶液，參考Havir 和McHale［18］方法測定CAT 活性，以1 min OD240每減少0.01 作為一個酶活性單位(U)。蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法［19］。(8)PPO 活性:取上述粗酶液，活性檢測參照Zhu 等［15］，以1 min OD410每增加0.01作為一個酶活性單位(U)。(9)過氧化物酶(POD)活性:取上述粗酶液，參照聯(lián)苯胺法［20］測定POD 活性，以1 min OD580每增加0.01 作為一個酶活性單位(U)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin8.5 作圖，利用SPSS20.0 軟件進行試驗數(shù)據(jù)分析，使用Duncan’s 新復(fù)極差法進行多重比較，P＜0.05 時為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖對鮮切蓮藕外觀的影響

鮮切蓮藕貯藏12 d 后的效果如圖1。對照組蓮藕褐變面積幾乎覆蓋整個蓮藕表面，出現(xiàn)水漬，微有異味。1%和2%殼聚糖處理組褐變面積均較小，有蓮藕清香。

2.2 殼聚糖對鮮切蓮藕品質(zhì)的影響

如圖2(A)所示，隨著貯藏時間延長，褐變指數(shù)逐漸增大。殼聚糖處理明顯抑制鮮切蓮藕褐變，到貯藏12 d，1%、2%殼聚糖涂膜處理鮮切蓮藕的褐變度分別為對照組的78.66%和61.83%。

鮮切蓮藕在貯藏期間組織汁液不斷滲漏，致使質(zhì)量減少，如圖2(B)。到貯藏12 d，1%、2%殼聚糖處理組失重率分別為對照組的70.00%和54.87%，表明2%殼聚糖阻水效果明顯高于1%殼聚糖。

鮮切蓮藕在貯藏期間維生素C 含量先增大后降低，如圖2(C)。貯藏前8 d 2%殼聚糖處理明顯抑制了維生素C 含量的增加，貯藏10 d 后1%、2%殼聚糖處理均明顯抑制了維生素C 含量的降低。

鮮切蓮藕在貯藏期間總酚含量第8 天達到峰值后降低，如圖2(D)。殼聚糖涂膜處理組總酚含量明顯高于對照組，到貯藏結(jié)束，1%、2%殼聚糖處理組總多酚含量分別比對照組高28.67%、30.47%。

圖1 殼聚糖對鮮切蓮藕抑制褐變效果Fig.1 Effects of chitosan on visual appearance of fresh-cut lotus root

圖2 殼聚糖對鮮切蓮藕品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of chitosan on quality of fresh-cut lotus root

2.3 殼聚糖對鮮切蓮藕自由基含量的影響

鮮切蓮藕貯藏期間超氧陰離子(O2·-)含量第6 天達到峰值然后降低，如圖3(A)。經(jīng)殼聚糖處理的鮮切蓮藕O2·-含量明顯低于對照組(P＜0.05)。

鮮切蓮藕貯藏期間過氧化氫(H2O2)含量先減小，貯藏4 d 后含量逐漸增大，第8 天含量達到峰值后降低，如圖3(B)。殼聚糖涂膜處理的鮮切蓮藕H2O2含量明顯低于對照組。

圖3 殼聚糖對鮮切蓮藕O2·-和H2O2含量的影響Fig.3 Effects of chitosan on O2·- and H2O2content of fresh-cut lotus root

2.4 殼聚糖對鮮切蓮藕酶活性的影響

鮮切蓮藕貯藏期間CAT 活性減小，第8 天略有上升后降低，如圖4(A)。殼聚糖處理明顯抑制鮮切蓮藕CAT 活性降低，第8 天1%、2%殼聚糖CAT 活性分別為照組1.49、1.88 倍。

對照組和殼聚糖處理組鮮切蓮藕貯藏期間PPO 活性變化趨勢大致相同，第10 天達到峰值后降低，如圖4(B)。殼聚糖處理明顯抑制了PPO 活性，第10 天1%、2%殼聚糖PPO 活性分別為對照組的61.10%、49.69%。

貯藏期間對照組和殼聚糖處理組鮮切蓮藕POD 活性均先增大后降低，如圖4(C)。殼聚糖處理明顯抑制鮮切蓮藕POD 活性增加，第10 天1%、2%殼聚糖處理組POD 活性分別為對照組的46.34%、34.43%。

圖4 殼聚糖濃度對鮮切蓮藕酶活性的影響Fig.4 Effects of chitosan on enzyme activity of fresh-cut lotus root

3 討論

蓮藕鮮切處理造成組織機械損傷，營養(yǎng)物質(zhì)外滲流失，商品和食用價值大大降低。本試驗結(jié)果表明，采用1%和2%殼聚糖處理可顯著抑制鮮切蓮藕褐變和失重，保持了貯藏后期較高維生素C 和多酚含量，顯著抑制了O2·-和H2O2的積累，維持了較高的CAT 活性，并顯著抑制了PPO 和POD 活性，從而起到抑制鮮切藕片褐變的作用，且2%殼聚糖涂膜效果更佳。這與王兆升等［9］對鮮切生姜的研究相似。殼聚糖在鮮切果蔬表面形成的膜具有阻濕性和氣體選擇透過性，防止水分蒸騰抑制蔫萎，調(diào)節(jié)內(nèi)部CO2和O2，形成高CO2環(huán)境，抑制呼吸，減少氧的供應(yīng)，抑制了維生素C 和酚類物質(zhì)的氧化，保持了果蔬的新鮮度和品質(zhì)［6］。

酶促褐變一般分為兩步，首先在PPO 催化下酚類化合物形成σ-醌，一旦形成σ-醌，不需要PPO的參與，很快就會發(fā)生氧化聚合作用，最終形成褐色色素［1，15］。本試驗中殼聚糖處理鮮切蓮藕總酚含量顯著高于對照組，表明殼聚糖影響了多酚氧化進程，這與孫曉飛等［12］試驗結(jié)果相似。蘇新國等［13］認(rèn)為PPO 是影響蓮藕褐變的關(guān)鍵因素。本試驗中殼聚糖處理蓮藕切片PPO 活性得到了顯著抑制，表明殼聚糖可能是通過降低PPO 酶活性抑制酚類物質(zhì)的氧化，從而抑制鮮切蓮藕酶促褐變，這與殼聚糖對龍眼作用效果一致［4］。植物組織中，酚類化合物主要存在于液泡中，酶促褐變關(guān)鍵酶PPO 主要存在于細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中，這種區(qū)域化劃分阻止了底物和酶接觸，抑制了組織褐變。切割加工使蔬菜機械損傷誘導(dǎo)果蔬應(yīng)激反應(yīng)，迅速產(chǎn)生大量自由基，自由基攻擊細(xì)胞膜，細(xì)胞中酚與PPO 的區(qū)域化分布遭到破壞，從而引起褐變［1，5-6］。本試驗中殼聚糖顯著抑制了CAT 活性降低，促進CAT 催化降解H2O2，O2·-和H2O2含量顯著減少，抑制了活性氧自由基對細(xì)胞膜不飽和脂肪酸過氧化的誘導(dǎo)，保護細(xì)胞膜，阻礙了液泡中多酚底物的釋放，降低了多酚底物與PPO 接觸幾率，從而抑制了酶促褐變。POD 在H2O2存在條件下，催化酚類和類黃酮物質(zhì)氧化和聚合，參與酚類物質(zhì)代謝導(dǎo)致組織褐變［1］。目前已有關(guān)于殼聚糖顯著抑制POD 活性的報道［21］，本試驗中殼聚糖處理鮮切蓮藕顯著抑制了POD 活性的增加，進而抑制了POD 作用途徑酶促褐變。

4 結(jié)論

殼聚糖涂膜能夠抑制鮮切蓮藕失水，維持較高的維生素C 和總酚含量，抑制活性氧自由基的積累，保持較高CAT 活性，抑制PPO 和POD 活性，從而抑制鮮切蓮藕酶促褐變。與對照組和1%殼聚糖涂膜處理相比，2%的殼聚糖涂膜處理效果更佳。

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