田甲春,田世龍,李守強(qiáng),葛 霞,李 梅,程建新,張輝元
(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所,甘肅 蘭州 730070)
馬鈴薯營養(yǎng)豐富,塊莖中含有大量淀粉、蛋白質(zhì)、多種維生素及礦物質(zhì),還含有人體必需的氨基酸,是一種用途廣泛的農(nóng)作物[1-2]。2015年初,我國政府提出了馬鈴薯“主糧化”的發(fā)展戰(zhàn)略,隨著“主糧化”戰(zhàn)略的推進(jìn),人們對馬鈴薯的消費(fèi)正從傳統(tǒng)的鮮食、飼用和淀粉加工向主食食品轉(zhuǎn)變[3-5]。因此,綠色安全的貯藏方式將成為推進(jìn)馬鈴薯主食化的重要保證。然而在貯藏過程中,馬鈴薯休眠后的發(fā)芽及由此而導(dǎo)致的品質(zhì)劣變是馬鈴薯貯藏中存在的最大問題[6-7]。為了保持馬鈴薯的良好品質(zhì)、延長貯藏期及貨架期,收獲的塊莖通常在4 ℃的低溫條件下貯藏,但低溫貯藏會使馬鈴薯塊莖中的糖代謝平衡被打破,過多的淀粉分解造成還原糖的積累,發(fā)生低溫糖化現(xiàn)象[8-10]。這種糖化現(xiàn)象給馬鈴薯加工業(yè)帶來了非常嚴(yán)重的問題,低溫貯藏后的馬鈴薯塊莖在高溫加工(油炸、烘焙、燒烤)過程中,塊莖中的還原糖與游離氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng),導(dǎo)致產(chǎn)品褐變,產(chǎn)生苦澀味,影響商品價值。除此之外,美拉德反應(yīng)可產(chǎn)生丙烯酰胺,其是一種潛在的神經(jīng)毒素和致癌物質(zhì),潛在影響消費(fèi)者的身體健康[11-14]。
研究者發(fā)現(xiàn)2.5 kPa的低氧環(huán)境貯藏可降低馬鈴薯塊的呼吸速率,減弱塊莖的糖化[15],說明低氧貯藏有利于保持馬鈴薯良好的加工特性。另有研究表明,提高貯藏環(huán)境中的CO2濃度可延長馬鈴薯的綠變時間,從而降低馬鈴薯塊莖中糖苷生物堿的含量[16]。而適當(dāng)增加貯藏環(huán)境中CO2含量對抑制塊莖中還原糖含量的上升也有積極的影響[17]。因此可將高CO2貯藏作為保證馬鈴薯食用安全的一種有效措施。
本研究采用低氧結(jié)合高二氧化碳環(huán)境貯藏馬鈴薯,為明確這種貯藏環(huán)境對馬鈴薯品質(zhì)的影響,設(shè)置貯藏環(huán)境中的O2體積分?jǐn)?shù)為5%,CO2體積分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%、8%、10%,貯藏溫度為4、10 ℃,研究貯藏過程中馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)、外觀品質(zhì)及生理品質(zhì)的變化規(guī)律。探討低氧高二氧化碳貯藏環(huán)境對馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響,為加工型馬鈴薯的安全貯藏提供理論依據(jù)。
供試馬鈴薯品種為‘隴薯7號’,由定西市農(nóng)科院試驗站提供。采收后挑選成熟度一致、大小均勻、無病蟲害的薯塊進(jìn)行實驗。
三元混合氣體(O2、CO2、N2) 蘭州裕隆氣體有限公司;碘、碘化鉀、乙醇、乙酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、鄰苯二酚、檸檬酸 天津市光復(fù)科技展有限公司;硫代巴比妥酸 上??曝S化學(xué)試劑有限公司;三氯乙酸天津市大茂化學(xué)試劑廠。
氣調(diào)保鮮箱 北京恒青園科技有限公司;PBI-200616-I手持O2/CO2分析儀 丹麥Dansensor公司;Cary100紫外-可見分光光度計 美國瓦里安有限公司;CR-10PLUS色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司;BT224S電子天平 德國賽多利斯公司;TGL-16M型臺式高速冷凍離心機(jī) 湖南湘儀離心機(jī)有限公司;移液器 德國Eppendorf公司;DDS-307A電導(dǎo)率儀 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。
1.3.1 原料處理與分組
馬鈴薯采收后置于黑暗通風(fēng)條件下(10~12 ℃)愈傷15 d。愈傷結(jié)束后,將馬鈴薯裝入12 個氣調(diào)保鮮箱(尺寸50 cm×30 cm×30 cm)中,每箱馬鈴薯的質(zhì)量約為10 kg,分別貯藏于4 ℃和10 ℃,每個貯藏溫度設(shè)置5 個實驗組(CA1:5%(體積分?jǐn)?shù),下同)O2+2% CO2;CA2:5% O2+4% CO2;CA3:5% O2+6%CO2;CA4:5% O2+8% CO2;CA5:5% O2+10% CO2及1 個CK組(同溫度自然條件貯藏)),各組氣體組分除O2、CO2外其余組分用N2平衡,控制箱內(nèi)相對濕度為90%左右。用PBI-200616-I手持O2/CO2分析儀對箱內(nèi)氣體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行監(jiān)測,自貯藏之日起,每30 d取樣1 次進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。
1.3.2 營養(yǎng)品質(zhì)測定
馬鈴薯營養(yǎng)指標(biāo)的測定均用去皮薯肉進(jìn)行測定,其中粗淀粉、還原糖、VC及蛋白質(zhì)的含量均以鮮質(zhì)量計。粗淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測定》[18],還原糖含量測定參照GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中還原糖的測定》[19],VC含量測定參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》[20],干物質(zhì)含量測定采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》[21],蛋白質(zhì)含量測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》[22]。
1.3.3 外觀品質(zhì)測定
每個處理隨機(jī)選取30 個塊莖,分為3 組,進(jìn)行質(zhì)量損失率[23]、發(fā)芽率[24]、腐爛率[25]的測定,其分別按公式(1)~(3)計算。
四川省醫(yī)的做法是,首先,制作自助機(jī)分布圖,并按順時針方向統(tǒng)一編號;其次,制作自助機(jī)維護(hù)表格,引入第三方人員,每日定時、定人、定機(jī)維護(hù)并登記,確保自助機(jī)功能正常;再次,自助機(jī)實行梯度時間開放,如門診一樓自助機(jī)區(qū)域時間調(diào)整為6:30—19:00,與門診大門開關(guān)時間保持一致,而把第三住院大樓電梯旁通道自助機(jī)服務(wù)區(qū)時間調(diào)整為24小時開放;此外,不斷優(yōu)化與完善自助服務(wù)程序,如自助服務(wù)與窗口號源同步適時更新,自助機(jī)上完成加號程序的編寫與運(yùn)用,等等。
薯皮亮度測定:每個處理隨機(jī)選取5 個塊莖,清洗晾干后,取每個薯塊上光滑平整的部位用記號筆進(jìn)行標(biāo)記,用色差儀測定標(biāo)記部位的L*值[26]。
1.3.4 生理指標(biāo)測定
1.3.4.1 多酚氧化酶活力測定
多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活力的測定參照曹建康等[27]的方法,取5 g馬鈴薯薯肉置于研缽中,加入5 mL 0.1 mol/L pH 5.5的乙酸-乙酸鈉緩沖液(含聚乙二醇6000和聚乙烯吡咯烷酮)冰浴研磨,4 ℃、12 000 r/min離心30 min,取上清液進(jìn)行酶活力測定。
取4 mL 50 mmol/L pH 5.5的乙酸-乙酸鈉緩沖液,加入1.0 mL 50 mmol/L鄰苯二酚,最后加入100 μL酶提取液,反應(yīng)15 s后每1 min記錄420 nm波長處的吸光度,連續(xù)記錄5 min。以每克樣品每分鐘在420 nm波長處的吸光度增加1為1 個酶活力單位(U),PPO活力單位以U/g表示。
1.3.4.2 相對電導(dǎo)率測定
相對電導(dǎo)率測定參考白友強(qiáng)等[28]的方法,并稍加修改,采用直徑1 cm的打孔器打取馬鈴薯薯肉,用鋒利的刀片將所取薯肉切取30 片厚度約2 mm的薄片,置于100 mL燒杯中,加入50 mL去離子水(去離子水的電導(dǎo)率計為P0/(μS/cm)),將燒杯置于轉(zhuǎn)速150 r/min、溫度為25 ℃的恒溫?fù)u床振蕩1 h后測定電導(dǎo)率(P1/(μS/cm)),然后在沸水浴中煮沸10 min,冷卻至室溫后再次測定電導(dǎo)率(P2/(μS/cm)),相對電導(dǎo)率按公式(4)進(jìn)行計算。
1.3.4.3 丙二醛含量測定
取4 mL上清液,加入4 mL 6.7 mg/mL的硫代巴比妥酸溶液,搖勻后沸水浴中煮沸20 min,冷卻至室溫后再次離心,取上清液測定450、532 nm及600 nm波長處的吸光度。按公式(5)計算MDA含量,結(jié)果以鮮質(zhì)量計。
式中:m表示樣品質(zhì)量/g。
數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件計算,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,采用Duncan法進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著分析比較。采用Origin 9.0軟件作圖。
2.1.1 干物質(zhì)和粗淀粉含量
干物質(zhì)含量是衡量馬鈴薯塊莖營養(yǎng)成分的重要指標(biāo)。由圖1A1、A2可知,隨貯藏時間的延長,塊莖中的干物質(zhì)含量呈先上升后下降的趨勢,貯藏至120 d時的干物質(zhì)含量與初始相比總體更高。干物質(zhì)含量的變化主要是馬鈴薯在貯藏過程中仍然進(jìn)行著呼吸、蒸騰作用等一系列生化反應(yīng),導(dǎo)致薯塊水分含量降低,干物質(zhì)含量上升。相同處理組的馬鈴薯塊莖在10 ℃貯藏時的干物質(zhì)含量較4 ℃高,主要原因是馬鈴薯在較高溫度貯藏時水分消耗較快,所以導(dǎo)致薯塊質(zhì)量損失大。同溫度的不同處理組在貯藏至120 d時干物質(zhì)含量無明顯差異。
圖1 不同處理對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量(A)及粗淀粉含量(B)的影響Fig.1 Effect of different treatments on dry matter content (A) and crude starch content (B) of potato tubers
淀粉是馬鈴薯塊莖中的主要能量來源,貯藏期間淀粉含量的變化情況反映馬鈴薯食用品質(zhì)的變化。由圖1B1、B2可知,馬鈴薯塊莖中的粗淀粉含量在兩個溫度貯藏過程中呈先降再升后降的變化趨勢,主要原因是在貯藏前期,淀粉作為馬鈴薯的主要營養(yǎng)物質(zhì)在貯藏過程中會因呼吸、蒸騰作用消耗,隨著貯藏的進(jìn)行,塊莖中的還原糖部分轉(zhuǎn)化為淀粉導(dǎo)致其含量上升,貯藏后期隨著休眠的解除淀粉含量消耗加快。貯藏期間相同氣體處理組的馬鈴薯塊莖在10 ℃貯藏時較4 ℃貯藏的粗淀粉含量高,主要原因是馬鈴薯在低溫貯藏時塊莖內(nèi)的淀粉-糖代謝途徑會受影響,導(dǎo)致淀粉降解[30]。同溫度貯藏的不同氣體處理組塊莖內(nèi)的粗淀粉含量雖有差異,但差異不明顯。
2.1.2 VC、還原糖、蛋白質(zhì)含量
圖2 不同處理對馬鈴薯塊莖VC(A)、還原糖(B)及蛋白質(zhì)(C)含量的影響Fig.2 Effect of different treatments on vitamin C (A), reducing sugar (B)and protein (C) contents in potato tubers
馬鈴薯塊莖中含有豐富的維生素類物質(zhì),其中VC含量最高,VC是很好的抗氧化劑,能有效清除自由基,對人體的健康十分有益,因此VC含量也作為衡量馬鈴薯品質(zhì)一項重要的指標(biāo)。由圖2A1、A2可知,馬鈴薯塊莖中的VC含量隨貯藏時間的延長呈下降趨勢。不同氣體環(huán)境貯藏對馬鈴薯塊莖中VC含量并無明顯影響,不同處理組之間無明顯差異。
低溫環(huán)境可抑制馬鈴薯塊莖水分的蒸發(fā)、衰敗、發(fā)芽以及致病微生物的侵染,但同時還會造成塊莖中還原糖含量的增加,從而影響其加工品質(zhì),因此適宜的貯藏環(huán)境是保證馬鈴薯良好加工品質(zhì)的基礎(chǔ)。由圖2B1、B2可知,隨貯藏時間的延長,馬鈴薯塊莖還原糖含量呈上升趨勢,不同溫度和不同處理的塊莖還原糖含量上升幅度有差異,相同氣體處理的塊莖在10 ℃貯藏時還原糖含量的上升較4 ℃貯藏慢,貯藏至120 d時,10 ℃貯藏的CA1和CA2實驗組的塊莖還原糖含量明顯低于CA5和CK組,4 ℃貯藏時CA1~CA4處理均能夠延緩貯藏過程中塊莖還原糖含量的上升。由以上結(jié)果可得出,改變貯藏環(huán)境中的氣體組分可改變貯藏過程中塊莖中的還原糖含量。但貯藏環(huán)境中過高的CO2體積分?jǐn)?shù)反而會引起塊莖中還原糖含量的快速積累,如CA5實驗組塊莖中的還原糖含量在貯藏后期明顯高于對照組。有研究表明,馬鈴薯在7 ℃貯藏時將環(huán)境中的CO2含量提高20%,貯藏90 d后,塊莖中的還原糖含量比對照高出3~4 倍。結(jié)合已有研究結(jié)果得出,適宜的低氧高CO2貯藏環(huán)境能夠延緩馬鈴薯在低溫貯藏過程中還原糖含量的快速積累,延緩馬鈴薯在低溫貯藏過程中的“低溫糖化”現(xiàn)象的出現(xiàn)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是這種貯藏環(huán)境選擇性地調(diào)節(jié)了塊莖中的轉(zhuǎn)化酶及其他酶的活性[15]。
馬鈴薯塊莖中的蛋白質(zhì)屬于優(yōu)質(zhì)蛋白,可被人體很好地消化吸收,其賴氨酸含量高于谷物,可與谷物互補(bǔ),作為彌補(bǔ)“賴氨酸”缺乏癥患者的優(yōu)質(zhì)食物[31]。由圖2C1、C2可知,貯藏期間馬鈴薯塊莖中的蛋白質(zhì)含量雖有變化,但變化幅度不大且沒有明顯的規(guī)律,由此可見溫度和貯藏環(huán)境中的氣體比例對馬鈴薯塊莖中蛋白質(zhì)含量并無太大影響。
2.2.1 質(zhì)量損失率、發(fā)芽率和腐爛率
圖3 不同處理對馬鈴薯塊莖質(zhì)量損失率(A)、發(fā)芽率(B)及腐爛率(C)的影響Fig.3 Effect of different treatments on mass loss rate (A), germination rate (B) and rot rate (C) of potato tubers
水分含量是影響果蔬新鮮度的重要指標(biāo),過度失水會造成果蔬正常生理代謝紊亂,加速果蔬腐敗,造成營養(yǎng)品質(zhì)及外觀品質(zhì)的下降[32]。由圖3A1、A2可知,馬鈴薯塊莖質(zhì)量損失率隨貯藏時間的延長呈上升趨勢。貯藏至120 d時,10 ℃貯藏的對照組塊莖的質(zhì)量損失率為6.51%,而CA1實驗組塊莖的質(zhì)量損失率僅為4.15%。4 ℃貯藏時CK組塊莖的質(zhì)量損失率為4.43%,明顯高于各實驗組,各實驗組之間無明顯差異。說明低氧高二氧化碳的貯藏環(huán)境可以降低馬鈴薯因為呼吸作用引起的營養(yǎng)物質(zhì)的消耗及蒸發(fā)作用引起的失水,這與張敏歡等[23]的研究結(jié)果一致。
發(fā)芽率和腐爛率也是評價馬鈴薯貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo),由圖3B1、B2可知,發(fā)芽率隨貯藏時間的延長呈先基本不變后上升的趨勢,相同處理組貯藏于10 ℃的發(fā)芽率明顯高于4 ℃貯藏時的發(fā)芽率。貯藏至120 d時兩個溫度貯藏的CK組發(fā)芽率明顯高于同溫度的實驗組。與其他各實驗組相比,CA5實驗組的發(fā)芽率最低。說明高CO2體積分?jǐn)?shù)可抑制馬鈴薯塊莖的發(fā)芽,Khanbari等[33]的研究也呈現(xiàn)相似的結(jié)果。馬鈴薯在貯藏過程中,適當(dāng)降低貯藏環(huán)境中的O2體積分?jǐn)?shù)并提高CO2體積分?jǐn)?shù)可有效抑制塊莖的呼吸作用,延長馬鈴薯的休眠期,利于馬鈴薯的貯藏。但過高的CO2和過低的O2會使馬鈴薯產(chǎn)生內(nèi)部變色、生理病害等腐爛現(xiàn)象[23,34],這與本研究的結(jié)果一致。
如圖3C1、C2所示,貯藏至120 d時,兩個溫度貯藏的CA5實驗組塊莖的腐爛率均明顯高于同溫度的CK組及CA1實驗組。所以,高體積分?jǐn)?shù)CO2實驗組在抑制發(fā)芽的同時會導(dǎo)致塊莖腐爛率的升高,長時間高CO2處理可能會對馬鈴薯品質(zhì)造成傷害[35]。
2.2.2 薯皮亮度
圖4 不同處理對馬鈴薯薯皮亮度的影響Fig.4 Effect of different treatments on L* value of potato tubers
在馬鈴薯的采后貯藏過程中,馬鈴薯的薯皮色澤也會因貯藏環(huán)境的差異發(fā)生不同程度的變化。通常以L*值代表薯皮的亮暗,L*值越大說明薯皮越亮,反之則越暗。由圖4可知,隨貯藏時間的延長,薯皮的L*值呈下降趨勢,L*值下降說明薯皮色澤會隨著貯藏時間的延長變暗。10 ℃貯藏至120 d時,實驗組中除CA5組的L*值低于CK組,其他實驗組的L*值均高于CK組,CA5實驗組塊莖薯皮的L*值明顯低于CA1實驗組,4 ℃貯藏至120 d時也呈現(xiàn)出相同的現(xiàn)象。由此可見,適宜的低氧高二氧化碳貯藏環(huán)境有利于保持塊莖良好的薯皮色度,但過高CO2體積分?jǐn)?shù)反而會導(dǎo)致薯皮褐變。
圖5 不同處理對馬鈴薯MDA含量(A)、相對電導(dǎo)率(B)及PPO活力(C)的影響Fig.5 Effect of different treatments on malondialdehyde content (A),relative conductivity (B) and PPO activity (C) of potato tubers
MDA是膜脂過氧化物作用的主要產(chǎn)物,其含量能反映細(xì)胞膜的過氧化程度,可用來衡量果蔬衰老與膜傷害的程度[29]。由圖5A1、A2可知,MDA含量在整個貯藏過程中整體呈上升趨勢,MDA含量的上升說明馬鈴薯膜脂過氧化程度增強(qiáng),細(xì)胞膜透性增大。貯藏至120 d時,10 ℃貯藏的CA1實驗組的MDA含量最低,且明顯低于CK組;4 ℃貯藏的CA1實驗組的MDA含量明顯低于CA5和CK組,實驗組中除CA5外,其他實驗組之間無明顯差異。由此可以得出,馬鈴薯塊莖貯藏于CA1(5% O2+2% CO2)環(huán)境時能夠抑制膜脂過氧化作用,保護(hù)膜系統(tǒng)的相對完整性。
電導(dǎo)率可反映電解質(zhì)的滲透量,進(jìn)而反映細(xì)胞膜的透性,電導(dǎo)率越大表明電解質(zhì)的滲透量越大,細(xì)胞膜受損害的程度越嚴(yán)重[28]。如圖5B1、B2所示,各實驗組和CK組馬鈴薯塊莖的相對電導(dǎo)率隨貯藏時間的延長呈上升趨勢,貯藏至120 d時,兩個溫度貯藏的CA5實驗組的相對電導(dǎo)率明顯高于CK組和其他實驗組,各實驗組之間相比,CA1和CA2實驗組塊莖的相對電導(dǎo)率處于較低水平,說明馬鈴薯貯藏于5% O2+2% CO2和5% O2+4% CO2環(huán)境時可降低細(xì)胞膜受破壞的程度,而環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)過高時反而不利于馬鈴薯的貯藏。
PPO是馬鈴薯塊莖休眠期間分生組織呼吸作用的末端氧化酶,也是引發(fā)果蔬褐變的關(guān)鍵酶之一,能催化酚類物質(zhì)分解,其活力在一定程度上能反映馬鈴薯塊莖的衰老程度。如圖5C1、C2所示,不同溫度和不同處理的馬鈴薯PPO活力在貯藏過程中均有不同程度的上升,貯藏至120 d時,兩個溫度貯藏的CA5實驗組馬鈴薯塊莖的PPO活力均明顯高于CA1組,而CA1實驗組的PPO活力與CK和各處理組相比,均處于最低水平。因此,可認(rèn)為馬鈴薯塊莖貯藏于5% O2+2% CO2環(huán)境可延緩PPO活力的升高,從而延緩馬鈴薯塊莖的衰老,本結(jié)果與陳磊等[36]的結(jié)果一致。
本實驗對馬鈴薯在4 ℃和10 ℃低氧高二氧化碳環(huán)境貯藏120 d過程中的主要營養(yǎng)、外觀及生理品質(zhì)進(jìn)行綜合分析,研究低氧高二氧化碳貯藏環(huán)境對馬鈴薯品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,馬鈴薯在4 ℃貯藏時所有實驗組貯藏的塊莖質(zhì)量損失率明顯低于CK組,當(dāng)貯藏環(huán)境的O2體積分?jǐn)?shù)為5%,CO2體積分?jǐn)?shù)低于10%(CA1~CA4處理)時均能夠延緩貯藏過程中塊莖還原糖含量的上升,并且保持薯皮良好的色澤及塊莖良好的生理品質(zhì)。貯藏環(huán)境中O2的體積分?jǐn)?shù)為5%、CO2的體積分?jǐn)?shù)為10%(CA5)時反而加速了塊莖在貯藏過程中還原糖含量的上升,及塊莖腐爛率的升高和生理品質(zhì)劣變,但明顯降低了發(fā)芽率。比較幾個實驗組發(fā)現(xiàn),貯藏環(huán)境中的氣體體積分?jǐn)?shù)為5% O2+2% CO2(CA1)能夠?qū)σ种岂R鈴薯塊莖中還原糖含量的上升、保持薯皮色澤、抑制膜脂過氧化、保護(hù)膜系統(tǒng)的相對完整性、延緩PPO活力升高的效果最好,從而延緩馬鈴薯塊莖的衰老。