微波處理對(duì)‘新大坪’馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響

劉瑞，陶樂(lè)仁，萬(wàn)康

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海，200093)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)采后仍是具有生理活動(dòng)的有機(jī)體，在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中容易發(fā)生發(fā)芽、腐爛、褐變和低溫糖化等問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)馬鈴薯儲(chǔ)運(yùn)損失達(dá)到15%～20%[1]。目前馬鈴薯貯藏保鮮可分為簡(jiǎn)易貯藏、物理和化學(xué)保鮮法。簡(jiǎn)易貯藏包括堆藏、溝藏和窖藏，然而簡(jiǎn)易貯藏馬鈴薯?yè)p失高達(dá)15%～30%[2]；物理方法主要包括控溫、紫外輻射、伽馬射線、熱燙、氣調(diào)包裝和高壓等，研究表明2～5 ℃為馬鈴薯最佳冷藏溫度[3]，也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)利用伽馬射線輻照馬鈴薯有較好的抑芽效果，使用0.05 kGy的伽馬射線輻照對(duì)馬鈴薯塊莖的保存效果最佳[4-5]；化學(xué)方法主要是采用不同的化學(xué)試劑噴涂或浸泡馬鈴薯，常用的保鮮劑有氯苯胺靈、外源乙烯、1-甲基環(huán)丙烯、殼聚糖、生姜提取物等[6]。

近年來(lái)，微波保鮮技術(shù)在食品工業(yè)迅速發(fā)展，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)可以對(duì)果蔬加熱殺菌，產(chǎn)生的非熱效應(yīng)可以破壞生物體細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境，如蛋白質(zhì)變性、破壞細(xì)胞膜和酶功能紊亂等[7-8]。微波技術(shù)用于貯藏保鮮的主要影響因素有微波功率、微波時(shí)間、樣品類型和樣品質(zhì)量等。此外，微波處理與傳統(tǒng)的漂燙相比，處理時(shí)間短、穿透性強(qiáng)、酶失活率高，并且可以最大限度減少食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失[9]。SEVERINI等[10]對(duì)比熱水、蒸氣和微波燙漂對(duì)西蘭花品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)微波處理組過(guò)氧化物酶失活率高，Vc損失少。WANG等[11]研究發(fā)現(xiàn)微波處理對(duì)紅甜椒的質(zhì)量損失低于熱水和熱風(fēng)燙漂組。為減少馬鈴薯貯藏過(guò)程中的品質(zhì)劣變問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)以“新大坪”馬鈴薯為實(shí)驗(yàn)材料，研究不同功率及時(shí)間的微波處理對(duì)馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響，以尋求更加方便、安全、有效的保鮮方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及處理

“新大坪”馬鈴薯，購(gòu)買于甘肅木禾電子商務(wù)有限公司，大小均一，質(zhì)量(150±20)g、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷。

愈創(chuàng)木酚(化學(xué)純)、硫代巴比妥酸(生化試劑)、H2O2(優(yōu)級(jí)純)、NaH2PO4、Na2HPO4、碘、KI、抗壞血酸、三氯乙酸、鄰苯二酚，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，未標(biāo)明的化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

C25 WX1型變頻冰箱，松下電氣開(kāi)發(fā)(蘇州)有限公司；WB-200IXA型全自動(dòng)色差儀，北京新恒能分析儀器有限公司；UV-1200型紫外分光光度計(jì)，上海美普達(dá)儀器有限公司；WZB45型數(shù)顯折光儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；VP20002型電子天平，上海光正醫(yī)療器械有限公司；G80F23CN3L-C2K(G2)型微波爐，廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司；11063型探針溫度計(jì)，美國(guó)DeltaTRAK公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 微波實(shí)際輸出功率的測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)所用微波爐額定輸出功率為800 W，額定微波頻率為2 450 MHz，可設(shè)置20%、40%、60%、80%和100%五個(gè)不同輸出功率，由于微波爐的額定功率和實(shí)際加熱功率存在差異，因此需要測(cè)量微波實(shí)際輸出功率。按照楊凌等[12]的方法測(cè)定，經(jīng)測(cè)定20%、40%、60%、80%和100%實(shí)際輸出功率分別為115、220、350、445和550 W。

1.3.2 處理量及擺放位置的確定

由于實(shí)驗(yàn)所用微波爐容量有限，故選取500、1 000、1 500 g馬鈴薯塊莖/次，以放射狀均勻分為中心、內(nèi)環(huán)和外環(huán)3層擺在微波加熱瓷板上，用220 W實(shí)際輸出功率處理1 min，處理完畢立即用電子溫度計(jì)檢測(cè)塊莖中心溫度，探討處理數(shù)量及擺放位置與塊莖中心溫度的相關(guān)性，確定最佳擺放位置及處理數(shù)量。

1.3.3 處理功率及時(shí)間的確定

以輸出功率(115、220、350、445、550 W)，處理時(shí)間(1、2、3 min)分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，處理完畢立即用電子溫度計(jì)檢測(cè)塊莖中心溫度，確定本實(shí)驗(yàn)最佳微波處理功率及時(shí)間。

1.3.4 馬鈴薯處理方法

根據(jù)確定好的微波處理?xiàng)l件，將選購(gòu)的馬鈴薯徹底清洗干凈并晾干后隨機(jī)分為6組(約1 500 g/組)，設(shè)置 115和220 W 輸出功率分別處理1、2、3 min，另設(shè)對(duì)照組，記為CK組。再將7組樣品放入4 ℃、85%～90%相對(duì)濕度的冰箱貯藏。

1.3.5 微波處理對(duì)過(guò)氧化物酶和多酚氧化酶的抑制率

由于多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)是引起馬鈴薯發(fā)生褐變衰老的關(guān)鍵酶，實(shí)驗(yàn)中測(cè)定微波處理前后馬鈴薯塊莖內(nèi)PPO和POD的活性，探討微波處理對(duì)馬鈴薯內(nèi)PPO和POD活性的抑制率。

1.3.6 相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

失重率采用稱重法[13]測(cè)定，結(jié)果以%表示；可溶性固形物(total soluble solids，TSS)含量使用數(shù)顯折光儀測(cè)定，結(jié)果以%表示；維生素C(vitamin C，Vc)含量采用分光光度法[14]測(cè)定，結(jié)果以mg/g表示；淀粉含量采用碘顯色法[15]測(cè)定，結(jié)果以%表示；褐變指數(shù)(browning index，BI)采用全自動(dòng)色差儀測(cè)定[16]；PPO活性采用消光值法[17]測(cè)定，結(jié)果以U/g表示；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[17]測(cè)定，結(jié)果以U/g表示。所有指標(biāo)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及整理，采用Origin 2019b軟件作圖，采用SPSS 19.0軟件中最小顯著性差異法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 處理數(shù)量及擺放位置對(duì)塊莖中心溫度的影響

由表1可知，采用220 W功率處理1 min，處理數(shù)量對(duì)馬鈴薯塊莖中心溫度的影響較大，而擺放位置對(duì)馬鈴薯塊莖中心溫度幾乎無(wú)影響，為減少微波熱效應(yīng)對(duì)馬鈴薯的損傷，以及考慮到微波處理的方便性，實(shí)驗(yàn)中微波處理量確定為1 500 g/組。

表1 處理量及擺放位置對(duì)塊莖中心溫度的影響

單位：℃

2.2 微波處理功率及時(shí)間對(duì)塊莖中心溫度的影響

塊莖內(nèi)部聚集過(guò)高的溫度對(duì)于馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及貯藏特性都不利，因此馬鈴薯塊莖中心溫度≤30 ℃為宜。由圖1可知，馬鈴薯內(nèi)部溫度與微波處理功率及處理時(shí)間成正比。微波處理前測(cè)得馬鈴薯塊莖中心溫度為20.1 ℃，220 W處理3 min時(shí)，馬鈴薯塊莖中心溫度≤30 ℃，而以550 W處理3 min，馬鈴薯塊莖內(nèi)部溫度高達(dá)47.9 ℃。此外，高功率微波處理會(huì)造成馬鈴薯塊莖不同部位溫差較大。因此為了減少熱損傷及受熱不均勻的影響，最終確定處理功率為115和220 W，處理時(shí)間為1、2和3 min。

圖1 微波處理功率及時(shí)間對(duì)塊莖中心溫度的影響Fig.1 Effect of microwave treatment power and time on tuber center temperature

2.3 微波處理對(duì)馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響

2.3.1 微波處理對(duì)馬鈴薯失重率的影響

收獲后的馬鈴薯仍是一個(gè)具有生理活動(dòng)的有機(jī)體，貯藏期間依舊會(huì)有呼吸作用，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)消耗自身的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此馬鈴薯貯藏期間的失重率可視為其品質(zhì)下降的重要因素。由圖2可知，馬鈴薯塊莖在貯藏期間失重率不斷變大，其中220 W/3 min組的馬鈴薯失重率高于對(duì)照組，可能是這組微波產(chǎn)生的熱效應(yīng)最大，加速了馬鈴薯的生理活動(dòng)，使馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分流失[18]。另外，貯藏中后期其他微波處理組的失重率均小于對(duì)照組，這可能與微波抑制了馬鈴薯呼吸作用有關(guān)[19]。本實(shí)驗(yàn)中115 W/2 min組的馬鈴薯失重率最低，由此可看出適宜的微波處理可以降低馬鈴薯的失重率。

圖2 微波處理對(duì)馬鈴薯失重率的影響Fig.2 Effect of microwave treatment on potato weight loss rate

2.3.2 微波處理對(duì)馬鈴薯Vc含量的影響

Vc含量可以作為馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和貯藏效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。由圖3可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖內(nèi)Vc含量呈下降趨勢(shì)，且貯藏前期下降速度高于貯藏后期。貯藏30 d以后，各組Vc損失量均高于30%，220 W/3 min組的馬鈴薯Vc含量略低于對(duì)照組，這可能是220 W/3 min組微波處理功率及時(shí)間均最大，受到的微波熱效應(yīng)最大，從而對(duì)馬鈴薯造成熱損傷，加快了馬鈴薯Vc的損失。而貯藏中后期220 W/1 min組Vc含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，這說(shuō)明適當(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚砟茉谝欢ǔ潭壬涎泳忨R鈴薯塊莖內(nèi)Vc含量的下降，這可能是微波非熱作用抑制了某些酶的活性，降低了生理代謝速率[20]。

圖3 微波處理對(duì)馬鈴薯Vc含量的影響Fig.3 Effect of microwave treatment on Vc content of potato

2.3.3 微波處理對(duì)馬鈴薯可溶性固形物含量的影響

TSS含量可以作為馬鈴薯塊莖內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。由圖4可知，在貯藏期間各組TSS含量總體上表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，對(duì)照組最先達(dá)到峰值，其峰值高于各處理組，貯藏前期對(duì)照組TSS含量高于處理組，但是在第40天時(shí)，處理組TSS含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，此時(shí)對(duì)照組馬鈴薯TSS含量為5.97%，而各處理組TSS含量均在6.3%以上，這可能是因?yàn)樵? ℃下貯藏淀粉轉(zhuǎn)換為還原糖所致[21]，而微波處理抑制了相關(guān)酶的活性，使得TSS含量增加較少，冷藏后期由于馬鈴薯的呼吸作用和水分蒸騰作用使得TSS含量不斷下降。因此，微波處理可減緩馬鈴薯TSS含量的變化，本實(shí)驗(yàn)中，115 W/1 min組由于微波處理不足，在貯藏前期TSS含量增加較多，而220 W/2 min組TSS含量變化不大，處理效果較好。

圖4 微波處理對(duì)馬鈴薯可溶性固形物含量的影響Fig.4 Effects of microwave treatment on total soluble solids content of potato

2.3.4 微波處理對(duì)馬鈴薯淀粉含量的影響

淀粉是馬鈴薯的主要能量來(lái)源，馬鈴薯的淀粉含量可用來(lái)評(píng)價(jià)其食用品質(zhì)。由圖5可知，整個(gè)貯藏期間，淀粉含量呈下降趨勢(shì)，在貯藏前期，對(duì)照組淀粉含量快速下降，而處理組下降緩慢，處理組淀粉含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，這可能是因?yàn)樵? ℃下淀粉轉(zhuǎn)化為還原糖，而微波處理抑制了相關(guān)酶的活性，由圖5可知，貯藏期間220 W/2 min組和220 W/3 min組的馬鈴薯淀粉含量高于其他組。但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各組之間淀粉含量差異變小，這可能是馬鈴薯塊莖內(nèi)未被完全滅活的相關(guān)淀粉轉(zhuǎn)化酶的活性增加，以及呼吸作用對(duì)淀粉的消耗[22]所致。

圖5 微波處理對(duì)馬鈴薯淀粉含量的影響Fig.5 Effect of microwave treatment on starch content of potato

2.3.5 微波處理對(duì)馬鈴薯褐變指數(shù)的影響

馬鈴薯在貯藏期間會(huì)發(fā)生酶促褐變而影響其品質(zhì)，BI可直接反映馬鈴薯的褐變程度[23]，由圖6可知，馬鈴薯塊莖的BI不斷變大，對(duì)照組的BI從最初的17.04增加到貯藏末期的34.62，并顯著高于處理組(P<0.05)。第50天時(shí)，115 W/1 min組的馬鈴薯BI出現(xiàn)較大提升，可能是微波處理不足導(dǎo)致相關(guān)褐變酶抑制不足，實(shí)驗(yàn)第60天時(shí)，220 W/2 min組和220 W/3 min組的BI分別為28.37和29.16，比對(duì)照組低18.05%和15.77%，這可能是微波處理抑制了PPO和POD等褐變相關(guān)酶的活性，且微波處理功率越大、處理時(shí)間越長(zhǎng)，酶活性抑制率越高，因此褐變程度越低。

圖6 微波處理對(duì)馬鈴薯褐變指數(shù)的影響Fig.6 Effect of microwave treatment on browning index of potato

2.5 微波處理對(duì)馬鈴薯PPO和POD活性的影響

PPO是使馬鈴薯褐變的主要酶類，PPO活性越高，馬鈴薯褐變速率越快，由圖7可知，貯藏期間PPO活性呈先減少后上升的趨勢(shì)，對(duì)照組PPO活性顯著高于處理組(P<0.05)，并且微波處理功率越大、處理時(shí)間越長(zhǎng)，PPO活性越低，這與馬鈴薯BI變化正相關(guān)。貯藏60 d時(shí)，對(duì)照組PPO活性幾乎增加2倍，而220 W/2 min和220 W/3 min組的PPO活性與貯藏前相比沒(méi)有明顯提升，這與已有研究顯示的酶活力隨微波功率和微波時(shí)間的增加而減少一致[24]。

圖7 微波處理對(duì)馬鈴薯多酚氧化酶活性的影響Fig.7 Effect of microwave treatment on potato polyphenol oxidase activity

POD是果蔬成熟和衰老的生理標(biāo)志，參與果蔬酶促褐變，可以催化酚類物質(zhì)[25]。由圖8可知，POD活性變化與PPO活性變化類似，處理組POD活性始終低于對(duì)照組，但115 W/1 min組由于微波處理不足，POD活性高于其他處理組，這說(shuō)明微波處理不足對(duì)POD活性的抑制不明顯，而充足的微波處理可以顯著抑制POD活性。

圖8 微波處理對(duì)馬鈴薯過(guò)氧化物酶活性的影響Fig.8 Effect of microwave treatment on potato peroxidase activity

2.6 微波處理對(duì)馬鈴薯PPO和POD活性的抑制率

由圖9和圖10可知，隨著微波處理功率和處理時(shí)間的增加，其對(duì)馬鈴薯塊莖內(nèi)PPO和POD活性的抑制率不斷增加，115 W/1 min組PPO抑制率只有22.58%，POD抑制率為15.43%；而220 W/3 min組的PPO抑制率為82.71%，POD抑制率為76.64%。

圖9 微波處理對(duì)馬鈴薯多酚氧化酶活性的抑制率Fig.9 Inhibition rate of potato polyphenol oxidase activity treated by microwave

圖10 微波處理對(duì)馬鈴薯過(guò)氧化物酶活性的抑制率Fig.10 Inhibition rate of potato peroxidase activity treated by microwave

這進(jìn)一步解釋了貯藏期間不同組別PPO和POD活性的變化，也說(shuō)明微波的非熱效應(yīng)可以抑制酶的活性。

3 結(jié)論

通過(guò)比較不同功率和時(shí)間微波處理對(duì)馬鈴薯貯藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)適宜的微波處理(220 W/2 min)可以有效地抑制馬鈴薯中PPO和POD的活性，從而降低馬鈴薯的褐變程度，同時(shí)該處理能夠有效保持塊莖的TSS和淀粉含量，不會(huì)加重塊莖質(zhì)量以及Vc的損失。另外，微波處理不足(115 W/1 min)對(duì)酶抑制率低，處理過(guò)量(220 W/3 min)又容易引起水分及Vc的損失，所以在控制褐變效果的同時(shí)，要在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)控制微波的功率和時(shí)間。然而由于微波的非熱效應(yīng)一直存在爭(zhēng)議，并且對(duì)馬鈴薯塊莖貯藏期間的生理影響是多方面的、復(fù)雜的，所以非熱效應(yīng)的作用機(jī)理還需進(jìn)一步驗(yàn)證，為微波提升馬鈴薯貯藏品質(zhì)的研究提供更可靠的依據(jù)。