等離子體活化水對(duì)鮮切生菜殺菌效能及貯藏品質(zhì)影響

袁 園,黃明明,魏巧云,章建浩,嚴(yán)文靜

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,國(guó)家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心,江蘇省肉類加工與質(zhì)量控制協(xié)同中心,江蘇南京 210095)

鮮切蔬菜(fresh-cut vegetables)是指以新鮮蔬菜為原料,經(jīng)分級(jí)、修整、清洗、去皮去核、切割、護(hù)色、稱量、包裝等處理而制成的方便制品[1]。因?yàn)榫哂惺秤梅奖?、可食率高等特點(diǎn),鮮切蔬菜越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)[2]。

生菜(LactucasativaL.)又稱為萵苣,富含多種維生素、鈣、鐵等微量元素和膳食纖維素,是我國(guó)主要消費(fèi)的綠葉蔬菜之一[3]。但是鮮切生菜的組織在加工過(guò)程中受到損傷,呼吸作用加強(qiáng),導(dǎo)致水分蒸發(fā)速度加快,褐變反應(yīng)迅速;并且在流通過(guò)程中又容易受到微生物污染,以及貨架期縮短等一系列不良問(wèn)題,對(duì)消費(fèi)者的健康構(gòu)成威脅[1]。有研究指出生菜表面的菌落總數(shù)約為4.28～7.69 lg(CFU/g),大腸菌群約為3.9～5.29 lg(MPN/100 g),乳酸菌、霉菌及酵母菌等未檢出[4-5],因此為了有效地抑制微生物生長(zhǎng),提高產(chǎn)品安全性,延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期,清洗殺菌是鮮切生菜加工過(guò)程中的重要步驟?，F(xiàn)在商業(yè)生產(chǎn)中最常用的清洗劑是低濃度的含氯溶液,但是許多消費(fèi)者擔(dān)憂含氯物質(zhì)的殘留問(wèn)題[6]。所以研發(fā)一種不僅能有效地抑制鮮切生菜微生物繁殖,而且對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害的清洗消毒方式十分迫切。近些年來(lái),一些冷殺菌技術(shù)如臭氧水[6]、強(qiáng)脈沖光[7]和納米薄膜包裝[8]等逐步被應(yīng)用到生菜儲(chǔ)藏加工中來(lái)延長(zhǎng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏期。

同樣作為一種新型的冷殺菌技術(shù),低溫等離子體(cold plasma,CP)已被證實(shí)能夠殺死不同種類的微生物,包括細(xì)菌、真菌、孢子和病毒[9-11]等。許多研究指出低溫等離子體裝置產(chǎn)生的多種活性物質(zhì)(reactive oxygen species,ROS)是主要的殺菌成分[12-13]。通過(guò)在水中或者水表面進(jìn)行等離子體放電,CP產(chǎn)生的大量活性物質(zhì)可以和水溶液結(jié)合,制得PAW[13-15]。PAW也具有廣譜殺菌特性,可以有效地抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等多種食源性致病菌[12-13,15-18]。相比其它消毒劑,PAW因?yàn)榫哂袩o(wú)化學(xué)試劑殘留、容易降解、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)[15],在果蔬保鮮中發(fā)揮著巨大的作用。Ma等[15]發(fā)現(xiàn)PAW處理后,草莓表面的金黃色葡萄球菌數(shù)量降低了1.6～2.3 lg(CFU/g),貯藏4 d后,仍然比對(duì)照低1.7～3.4 lg(CFU/g),并且PAW還可以有效降低枸杞表面菌落數(shù),最大降幅可達(dá)1.1 lg(CFU/g)[19]。此外,蘑菇經(jīng)過(guò)PAW浸泡處理,儲(chǔ)藏7 d后細(xì)菌菌落數(shù)降低1.5 lg(CFU/g),真菌菌落數(shù)降低0.5 lg(CFU/g)[20]。但是目前很少有文章研究PAW對(duì)鮮切生菜殺菌保鮮的影響。

本研究采用PAW對(duì)鮮切生菜進(jìn)行處理,分析生菜的微生物指標(biāo)(菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù))和生理生化指標(biāo)(失重率、顏色、維生素C含量、葉綠素含量和多酚氧化酶),研究PAW對(duì)鮮切生菜貯藏品質(zhì)的影響,為低溫等離子體技術(shù)在實(shí)際中的運(yùn)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生菜(LactucasativaL.) 購(gòu)買于南京蘇果超市紫金商業(yè)街店,立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)前在4 ℃下儲(chǔ)藏，挑選新鮮完整、大小一致,色澤均勻翠綠、無(wú)病蟲害、無(wú)機(jī)械損傷的生菜作為實(shí)驗(yàn)材料;紅菲啰啉 分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂、伊紅美藍(lán)瓊脂、乳糖膽鹽發(fā)酵培養(yǎng)基、乳糖發(fā)酵培養(yǎng)基 均為上海博微生物科技有限公司;丙酮、磷酸、三氯化鐵、三氯乙酸、抗壞血酸、鄰苯二酚 均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;水為去離子水。

介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體設(shè)備 美國(guó)Phenix Technologies公司;CTHI-250B恒溫恒濕箱 上海施都凱設(shè)備公司;托盤式包裝機(jī) 蘇州森瑞保鮮設(shè)備有限公司;UV2600紫外分光光度計(jì) 日本島津?qū)嶒?yàn)器材有限公司;HH-4A數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州潤(rùn)華電器有限公司;CR-400色彩色差計(jì) 柯尼卡美能達(dá)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 等離子體活化水的制備 采用介質(zhì)阻擋放電等離子體(Dielectric barrier discharge,DBD)裝置生產(chǎn)等離子體活化水。首先將去離子水先包裝在聚丙烯包裝盒中,用包裝機(jī)進(jìn)行聚丙烯薄膜密封。然后將包裝盒放于兩個(gè)電極板之間,在時(shí)間5 min,電壓35、55、75 kV條件下進(jìn)行處理。

1.2.2 生菜預(yù)處理 挑選新鮮,無(wú)機(jī)械損傷的生菜,用去離子水清洗干凈,快速瀝干。選取中間部分的葉片,用鋒利的不銹鋼刀切除中間的葉脈并將葉片切成3 cm左右的小段,用不同處理?xiàng)l件下的活性水清洗5 min并瀝干。將處理好的樣品放入聚乙烯保鮮袋中,每袋100 g。本次實(shí)驗(yàn)分為四組,每組20袋。對(duì)照組:清水處理;處理組1:處理電壓為35 kV的等離子體活化水;處理組2:處理電壓為55 kV等離子體活化水;處理組3:處理電壓為75 kV等離子體活化水。包裝好的葉片放于溫度4 ℃、濕度85%儲(chǔ)藏10 d。每隔兩天隨機(jī)每組抽取三袋進(jìn)行以下各種指標(biāo)測(cè)定。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.3.1 微生物評(píng)價(jià) 采用GB 4789.2-2016進(jìn)行菌落總數(shù)測(cè)定[21];采用GB/T 4789.3-2003 進(jìn)行大腸菌群測(cè)定[22]。

1.2.3.2 失重率 采用稱量法進(jìn)行測(cè)定[23]。

1.2.3.3 顏色的測(cè)定 采用色差計(jì)測(cè)量鮮切生菜葉片的L*值、a*值、b*值,每次在每一個(gè)樣品的同一位置測(cè)量。重復(fù)9次,計(jì)算平均值。按照Ramazzina等[24]方法計(jì)算鮮切生菜總色差值ΔE*:

1.2.3.4 維生素C含量 參考李園園等[25]的方法,采用鄰菲啰啉比色法測(cè)量。維生素C含量以mg/100 g FW表示。

1.2.3.5 葉綠素含量 采用分光光度計(jì)法[26]。重復(fù)三次,結(jié)果表示為mg/g。

1.2.3.6 多酚氧化酶活性 參考霞申等[26]的方法,稍作修改。酶提取液選擇濃度為0.2 mol/L的磷酸緩沖溶液(pH=6.4)。隨機(jī)稱取5 g樣品,加入20 mL緩沖溶液和0.1 g聚乙烯吡咯烷酮,冰浴研磨成勻漿,于4 ℃、12000×g離心30 min,收集上清液。取0.1 mL上清液加入3 mL 0.5 mol/L鄰苯二酚溶液迅速混合,記錄反應(yīng)體系在波長(zhǎng)398 nm下1 min內(nèi)的吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,使用Duncan法進(jìn)行ANOVA分析(P<0.05)。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,表達(dá)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 PAW對(duì)鮮切生菜的菌落總數(shù)及大腸菌群的影響

鮮切蔬菜因?yàn)榻M織損傷,微生物的繁殖速度加快,因此有效控制鮮切生菜菌落總數(shù)十分重要。圖1A顯示的是四組鮮切生菜在儲(chǔ)藏期內(nèi)菌落總數(shù)的變化。從生鮮蔬菜的菌落總數(shù)超過(guò)6 lg(CFU/g)就會(huì)失去商業(yè)價(jià)值[27]的觀點(diǎn)來(lái)分析:對(duì)照組儲(chǔ)藏2 d就失去商業(yè)價(jià)值,而55 kV處理組8 d才會(huì)超過(guò)6 lg(CFU/g),說(shuō)明PAW能有效延長(zhǎng)生菜貨架保鮮期。Martínez-Hernández等認(rèn)為生鮮產(chǎn)品的微生物數(shù)量超過(guò)7 lg(CFU/g)時(shí)會(huì)對(duì)消費(fèi)者健康產(chǎn)生潛在危害[28]。75 kV處理組的菌落總數(shù)第10 d才達(dá)到6.22 lg(CFU/g),而對(duì)照組菌落總數(shù)分別在第2和第4 d就超過(guò)6和7 lg(CFU/g)。第0 d 35、55和75 kV處理組的菌落總數(shù)分別下降了0.60、1.08和1.39 lg(CFU/g);儲(chǔ)藏前4 d,處理組與對(duì)照組的菌落總數(shù)差距不斷增大,第4 d差距分別達(dá)到1.23、2.50、2.84 lg(CFU/g)。由此可見(jiàn)PAW處理可以有效地抑制鮮切生菜的菌落總數(shù)生長(zhǎng),這與之前的一些研究相符[15-16,19-20]。大腸桿菌是一種具有致病性且低劑量就可感染的病原微生物[4]。如圖1B所示,簡(jiǎn)單的清水沖洗對(duì)大腸菌群的作用很有限,而PAW可以有效地抑制大腸菌群的生長(zhǎng)。75 kV處理組效果最好,第0 d僅有2.03 lg(MPN/100 g),比對(duì)照減少了1.92 lg(MPN/100 g)。處理電壓強(qiáng)度越大,殺菌效果越好。這可能是因?yàn)樗蠷OS濃度會(huì)隨著處理電壓強(qiáng)度的上升而提高,因?yàn)橹暗囊恍┭芯匡@示PAW的抑菌性能與水中ROS濃度密切相關(guān)[18,20,29]。

圖1 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜菌落總數(shù)及大腸菌群數(shù)的影響Fig.1 Effects of different PAW treatments on the totalcolony count and total coliform count of fresh-cut lettuce注:不同字母(a、b、c)表示同一貯藏時(shí)間不同處理組之間在P<0.05水平下有顯著差異,圖2～圖6同。

2.2 PAW對(duì)鮮切生菜的失重率的影響

采摘后的生菜依然具有生命,在儲(chǔ)藏過(guò)程中會(huì)進(jìn)行呼吸代謝等活動(dòng),消耗能量;同時(shí),鮮切生菜的葉片表面積較大,會(huì)進(jìn)行蒸騰作用散失水分,兩種因素都造成果實(shí)的質(zhì)量減少,品質(zhì)降低[30]。圖2可以看出儲(chǔ)藏前期,PAW處理對(duì)前期生菜的失重率沒(méi)有顯著影響,后期差異逐漸增大。從第6 d開(kāi)始,55 kV處理組失重率顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。第8 d,55 kV處理組的失重率為4.71%,低于5%,對(duì)照組、35和75 kV的失重率分別為5.68%、5.28%和5.05%。說(shuō)明PAW能很好地保持鮮切生菜儲(chǔ)藏期間的質(zhì)量,而且隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),效果越好。

圖2 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜失重率的影響Fig.2 Effects of different PAW treatments on theweight loss rate of fresh-cut lettuce

2.3 PAW對(duì)鮮切生菜顏色的影響

顏色是消費(fèi)者購(gòu)買的主要依據(jù)之一,儲(chǔ)藏時(shí)間長(zhǎng)的生菜褐變嚴(yán)重,葉色發(fā)黃[31]。褐變也是鮮切生菜儲(chǔ)藏期間品質(zhì)下降的主要原因。L*值代表亮度,L*值越大代表樣品越亮,反之代表顏色越暗。鮮切生菜儲(chǔ)藏過(guò)程容易發(fā)生褐變?cè)斐蒐*值下降。圖3A顯示了不同清洗劑在儲(chǔ)藏期間對(duì)鮮切生菜亮度L*值的影響,可知儲(chǔ)藏期間四組生菜樣品的L*值不斷下降,顏色變暗,褐變情況不斷加重。其中55 kV處理組的L*值下降比較緩慢,從第4 d開(kāi)始,顯著高于對(duì)照組(P<0.05),這與之前的研究類似[24],低溫等離子體處理可以減緩鮮切獼猴桃的顏色變暗。這可能是低溫等離子體產(chǎn)生的多種活性物質(zhì)可以鈍化蔬菜的PPO酶[32-33],從而延緩了褐變產(chǎn)生,保持生菜新鮮的色澤。除了第10 d 55 kV處理組的樣品L*值比較高之外,不同電壓的處理組L*值區(qū)別不顯著(P>0.05),說(shuō)明不同電壓的PAW均能有效保持生菜的亮度值。圖3B表示的是儲(chǔ)藏期間實(shí)驗(yàn)組和處理組的總色差的變化。ΔE越大表示鮮切生菜表面顏色變化程度越大。從圖中可以看出,各組總色差值前期差異不大,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),差異越來(lái)越明顯,儲(chǔ)藏第8 d時(shí),各處理組均顯著小于對(duì)照組(P<0.05),說(shuō)明PAW對(duì)生菜的色澤有較好的保護(hù)作用,而且保護(hù)作用隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越好。

圖3 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜L*值(A)和總色差值(B)的影響Fig.3 Effects of different PAW treatmentson the L*(A)and ΔE(B)of freshcut lettuce

2.4 PAW對(duì)鮮切生菜維生素C含量的影響

蔬菜越新鮮,維生素C含量越多;反之,隨著儲(chǔ)藏期的延長(zhǎng),維生素C含量也不斷下降。鮮切生菜比完整植株在儲(chǔ)藏過(guò)程中更容易造成維生素C的損失,因?yàn)榫S生素C更容易被空氣中的氧氣氧化[3]。由圖4可以看出,儲(chǔ)藏前期75 kV處理組的維生素C含量下降較快,從第0 d的10.08 mg/FW 100 g到第4 d只有7.13 mg/FW 100 g，損失率達(dá)到29.30%,顯著小于對(duì)照和35 kV處理組(P<0.05)。Misra等[34]認(rèn)為CP處理產(chǎn)生的臭氧及其他活性物質(zhì)能與維生素C發(fā)生化學(xué)反應(yīng),造成維生素C過(guò)度消耗。35和55 kV處理組維生素C含量也低于對(duì)照組,但是差異不顯著(P>0.05)。

圖4 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜維生素C含量的影響Fig.4 Effects of different PAW treatments on theascorbic acid content of fresh-cut lettuce

2.5 PAW對(duì)鮮切生菜葉綠素含量的影響

生菜采摘后葉綠素的合成停止,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),葉綠素含量不斷下降,造成葉片綠色消失,葉片黃化,影響商業(yè)和食用價(jià)值[26]。因此葉綠素含量是評(píng)價(jià)生菜品質(zhì)和新鮮程度的關(guān)鍵指標(biāo)之一。由圖5可以看出鮮切生菜的初始葉綠素含量為1.53 mg/g左右,隨著儲(chǔ)藏期的延長(zhǎng),各組葉綠素含量不斷下降。75 kV處理對(duì)生菜葉綠素含量有不利影響,儲(chǔ)藏2 d后迅速下降到1.12 mg/g,顯著小于其他各組(P<0.05);6 d后僅有初始值的37.25%。說(shuō)明過(guò)高的電壓對(duì)鮮切生菜的葉綠素含量產(chǎn)生了不利影響。儲(chǔ)藏前4 d對(duì)照組的葉綠素含量最高,但是從第6 d開(kāi)始,35 kV處理組的葉綠素含量最高,55 kV處理組葉綠素含量也高于對(duì)照組。這與之前Ramazzina等[24]的研究相符,第0 d處理后的鮮切獼猴桃葉綠素含量低于對(duì)照組,但是第4 d處理組高于對(duì)照組。PAW中含有臭氧[35],有研究顯示臭氧水能夠鈍化葉綠素水解酶、減緩葉綠素降解[36]。這可能是35、55 kV處理能夠在儲(chǔ)藏后期保持生菜葉綠素含量的原因。

圖5 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜葉綠素含量的影響Fig.5 Effects of different PAW treatments on thechlorophyll content of fresh-cut lettuce

2.6 PAW對(duì)鮮切生菜的多酚氧化酶的影響

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是導(dǎo)致鮮切生菜酶促褐變的主要原因,PPO酶可以與生菜中的多酚化合物及其衍生產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致褐變[37]。圖6顯示的是不同電壓的PAW處理對(duì)鮮切生菜PPO酶活性的影響。儲(chǔ)藏期間,55和75 kV處理組的PPO酶活性前期上升緩慢,在第4～6 d顯著低于對(duì)照組(P<0.05),在第8 d分別達(dá)到1.05和0.88 U/g的峰值。說(shuō)明這兩種處理方式對(duì)PPO酶活性有很強(qiáng)的抑制效果,然而35 kV處理對(duì)PPO酶活性抑制效果較弱。Pankaj等[38]的研究發(fā)現(xiàn)低溫等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)ROS可以鈍化PPO酶活性。對(duì)比其他兩種處理方式,35 kV處理組的效果較差可能是因?yàn)樵撾妷合庐a(chǎn)生的活性物質(zhì)比較少。因?yàn)镻AW處理對(duì)PPO酶有明顯抑制效果,從而抑制了處理組生菜褐變,保持了較高的L*和較小的總色差值。

圖6 不同條件的PAW對(duì)鮮切生菜PPO酶活性的影響Fig.6 Effect of different PAW treatment onPPO activity of fresh-cutlettuce

3 結(jié)論

綜上,三種PAW均能有效地抑制鮮切生菜的微生物生長(zhǎng),抑菌效果隨著處理電壓的升高而增強(qiáng)。儲(chǔ)藏結(jié)束時(shí),75 kV處理組的菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)分別比55 kV處理組低0.24 lg CFU/g和0.33 lg MPN/100 g,但是沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。同時(shí),過(guò)高的處理電壓對(duì)生菜品質(zhì)造成了不利影響,75 kV處理組葉綠素和維生素C含量從第2 d開(kāi)始顯著低于55 kV處理組(P<0.05)。綜合來(lái)看,55 kV處理組的品質(zhì)最好,不但可以抑制微生物快速增長(zhǎng),還能保持較好的品質(zhì)。但是不同處理?xiàng)l件,PAW的活性成分的種類和含量有差異,對(duì)鮮切生菜儲(chǔ)藏期間的各類理化指標(biāo)的影響效果不同,為使這種新型的鮮切蔬菜保鮮方法在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用,還需要進(jìn)一步研究PAW對(duì)鮮切蔬菜品質(zhì)的綜合影響,來(lái)確定PAW最合適的處理時(shí)間、料水比、處理溫度等工藝參數(shù)。