鮮切蓮藕防褐變劑配方優(yōu)化及保鮮效果研究

張鵬,顏碧,賈曉昱,李江闊*

1(天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工技術(shù)研究所,天津,300384) 2(國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津), 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點實驗室,天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津,300384)

蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)是一種具有豐富營養(yǎng)價值和藥用價值的水生植物[1-4]。主要生長地區(qū)是長江三角洲、洞庭湖和珠江三角洲[5-6]。隨人們生活水平提高,對蓮藕加工產(chǎn)品的要求越來越高[7],蓮藕加工產(chǎn)品有藕粉、糖藕片、藕脯、蓮藕飲料等。鮮切蓮藕貯藏過程中極易發(fā)生褐變,不僅嚴重影響蓮藕的感官色澤,而且造成營養(yǎng)成分的大量損失,最終導(dǎo)致鮮切蓮藕商品價值下降[8-9]。因此,延緩貯藏期間鮮切蓮藕褐變對提高蓮藕的經(jīng)濟價值至關(guān)重要。

目前果蔬褐變的研究主要集中于褐變底物與褐變相關(guān)酶方面。大量研究結(jié)果表明檸檬酸、抗壞血酸、天冬氨酸對果蔬褐變具有較好的抑制效果,因其保鮮效果較好且安全性較高而被廣泛應(yīng)用。酸味劑可通過抑制酶活性來降低褐變速率,其護色時間可能更長。王秋成等[10]研究表明,1.5%的檸檬酸處理具有較好的護色效果；張婷婷等[11]采用1.0%的抗壞血酸浸泡鮮切蘋果3 min,發(fā)現(xiàn)具有較好的抑制褐變效果；劉箕箕等[12]以鮮切馬鈴薯為實驗材料,采用1.0%的天冬氨酸進行處理,發(fā)現(xiàn)可維持鮮切蓮藕5 d不褐變。這3種保鮮劑在各種果蔬上的應(yīng)用較多,如鮮切馬鈴薯、鮮切冬瓜、新鮮蘿卜片等,但在鮮切蓮藕方面的應(yīng)用較少,本實驗通過前期單因素試驗篩選出抑制鮮切蓮藕褐變的防褐變劑為：0.6%、0.8%、1.0%無水檸檬酸,0.06%、0.08%、0.1%抗壞血酸鈣,0.1%、0.2%、0.3%L-天門冬氨酸,為本次實驗奠定基礎(chǔ)。本文在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上進行3因素3水平的響應(yīng)面實驗,對鮮切蓮藕復(fù)合防褐變劑進行優(yōu)化,進一步研究優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕品質(zhì)的影響,并且對延緩鮮切蓮藕褐變提出了新的技術(shù)要求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

河北省邯鄲市磁縣的“白蓮藕”購自天津市米蘭生鮮超市,選擇大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的蓮藕作為試驗試材。

冰箱,美的集團有限公司；Sigma3-30K高速離心機,德國SIGMA離心機公司；Check PiontⅡ便攜式殘氧儀,丹麥 Dansensor 公司；F-900便攜式乙烯分析儀,美國FELIX儀器公司；CM-700 d色差儀,日本柯尼卡美能達；DDS-307A電導(dǎo)率儀,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；Multiskcan FC酶標儀,Thermo Scientific。

甲醇、氫氧化鈉、草酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、偏磷酸醋酸、硫酸、鉬酸銨、三氯乙酸、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)、福林酚、碳酸鈉,天津市江天化工有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗前處理

從市場采購新鮮鮮切蓮藕,挑選品質(zhì)均一的鮮切蓮藕清洗田間泥土并去皮。然后沿著鮮切蓮藕的橫截面切成5 mm厚的切片,用蒸餾水浸泡,放置于4 ℃的冰箱中預(yù)冷15 min,取出后控干其表面水分。

1.2.2 響應(yīng)面實驗方法

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理,以無水檸檬酸、抗壞血酸鈣和L-天門冬氨酸為自變量,褐變度為響應(yīng)值,設(shè)計響應(yīng)面分析實驗,在前期單因素試驗基礎(chǔ)上設(shè)定實驗的因素和水平值(表1)。

分別用表1中3種防褐變劑組合的復(fù)合防褐變劑溶液浸泡3 min,取出鮮切蓮藕片瀝干水分,放置于實驗用碗中,所有處理均進行4次重復(fù),每個實驗組16片蓮藕,然后放置于4 ℃的冰箱中貯藏,貯藏96 h測定1次相關(guān)指標。

1.2.3 優(yōu)化防褐變劑實驗方法

分別用優(yōu)化防褐變劑溶液浸泡 3 min,取出鮮切蓮藕片瀝干水分,放置于實驗用碗中,所有處理均進行4次重復(fù),然后放置于4 ℃的冰箱中貯藏,每2 d測定1次相關(guān)指標。

1.3 測定指標及方法

褐變度：參考李翠紅等[13]的方法,A410×6；維生素C：采用鉬藍比色法測定[14],mg/100 g；總酚：采用FoLin-Ciocalteu法測定[15-16],mg/100 g；相對電導(dǎo)率：采用DDS-307A型電導(dǎo)儀測定[17],%；丙二醛(malondialdehyde,MDA)：采用TBA法測定[18],nmol/g；呼吸強度：采用靜置法[19],mg/(kg·h)；乙烯生成速率：采用F-900便攜式乙烯測量儀測定[18],μL/(kg·h)；還原糖含量測定：3,5-二硝基水楊酸法[20],%；多酚氧化酶活性(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)活性測定：參考曹建康等[20]的方法,U/g FW。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與作圖；DPS軟件對所測平均值進行LSD法差異顯著性分析,檢驗其差異顯著性(P<0.05為差異顯著)；采用Design-Expert 8.0.6軟件對實驗進行3因素3水平的設(shè)計,并進行響應(yīng)面分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Box-Behnken實驗

響應(yīng)面實驗方案及結(jié)果見表2,將實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,得到以褐變度(Y)為目標函數(shù)的二次回歸方程模型為：Y=0.24-0.032A-0.010B-1.250C-3.500AB+2.000AC+6.500BC+0.011A2+0.022B2+0.020C2,對該數(shù)學(xué)模型進行方差分析,以檢驗方程的有效性和各因子的偏回歸系數(shù)。

表2 響應(yīng)面設(shè)計方案和實驗結(jié)果Table 2 Design scheme and experimental results of response surface

實驗方差分析結(jié)果顯示(表3),模型極顯著(P<0.000 1),其決定系數(shù)R2=0.989 6,說明用此模型可以預(yù)測褐變度(Y)對無水檸檬酸(A)、抗壞血酸鈣(B)和L-天門冬氨酸(C)3個因素的響應(yīng)值。所選擇的回歸模型的P值<0.000 1,表明整體模型對實驗結(jié)果具有顯著的影響,具有可信度；而失擬項的P值為0.263 2>0.05,失擬項檢驗不顯著,模型選擇適當；該模型的決定系數(shù)為0.989 6,表明模型可信度高。另外,該回歸方程的一次項A、B差異極顯著,交互項BC差異顯著,二次項A2、B2、C2差異極顯著,從各因素的水平來看,A、B、C對鮮切蓮藕褐變率的影響次序為：A>B>C,即無水檸檬酸>抗壞血酸鈣>L-天門冬氨酸。

表3 實驗結(jié)果方差分析表Table 3 Analysis of variance of experimental results

續(xù)表3

通過響應(yīng)面的坡度陡峭程度和等高線圖橢圓形狀可以直觀反映出2個因素交互作用的強弱程度,響應(yīng)面坡度相對平緩說明因素間的交互作用弱,即當實驗條件改變時其對響應(yīng)值影響不大；反之,表明因素間的交互作用強[21]。等高線圖呈橢圓表明因素的交互作用強,而圓形則相反,表明2個因素的交互作用對響應(yīng)值影響不大。由圖1可知,無水檸檬酸與L-天門冬氨酸的交互作用最強,其次是無水檸檬酸與抗壞血酸鈣,抗壞血酸鈣與L-天門冬氨酸的交互作用最弱,各因素對響應(yīng)值的顯著性表現(xiàn)為：無水檸檬酸>抗壞血酸鈣>L-天門冬氨酸。

圖1 褐變度的響應(yīng)面和等高線圖Fig.1 Response surface and contour map of browning degree

隨著無水檸檬酸、抗壞血酸鈣和L-天門冬氨酸濃度的增加,褐變度逐漸降低。由Design-Expert 8.0.6響應(yīng)面分析得到褐變度最佳配方為：無水檸檬酸0.962%、抗壞血酸鈣0.089%和L-天門冬氨酸0.203%。考慮操作的可行性,對上述工藝條件進行修正,最佳配方為：無水檸檬酸1.0%、抗壞血酸鈣0.1%和L-天門冬氨酸0.2%。對優(yōu)化結(jié)果進行3次重復(fù)驗證,結(jié)果顯示鮮切蓮藕貯藏96 h褐變度分別為0.226、0.218、0.215,基本符合預(yù)期值,即該模型與實際實驗擬合良好,實驗誤差小,表明響應(yīng)面優(yōu)化配方是合理、穩(wěn)定的。

由圖2可知,貯藏2 d,對照和優(yōu)化防褐變劑處理組間差異較??；當貯藏4 d時,對照組的蓮藕發(fā)生中等褐變,而優(yōu)化防褐變劑處理組維持蓮藕較好的色澤；6 d時,對照的褐變程度進一步加深,優(yōu)化防褐變組出現(xiàn)微褐。綜上可得出,與對照相比,優(yōu)化防褐變劑處理組可較好地抑制蓮藕褐變。

圖2 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕感官的影響Fig.2 Effect of optimized anti browning agent on sensory properties of fresh cut lotus root

2.2 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖3-a可知,貯藏0 d時,鮮切蓮藕的維生素C含量為54.59 mg/100 g,隨著貯藏時間的延長,各組維生素C含量逐漸減少,6 d時含量最低,對照和優(yōu)化防褐變劑處理組分別為33.53、37.18 mg/100 g,處理間差異顯著(P<0.05),表明優(yōu)化防褐變劑可較好地維持鮮切蓮藕的維生素C含量。

a-維生素C；b-還原糖含量圖3 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕維生素C和還原糖含量的影響Fig.3 Effect of optimized anti browning agent on vitamin C and reducing sugar content of fresh cut lotus root

由圖3-b可以看出,隨著貯藏時間的延長,鮮切蓮藕還原糖的含量逐漸上升,可能是鮮切蓮藕生理活動較快,淀粉大量分解成糖以滿足自身活動需要。貯藏前期,對照組與處理組間差異較小,在貯藏時間為6 d時,優(yōu)化防褐變劑處理組還原糖含量顯著低于對照(P<0.05),說明優(yōu)化防褐變劑可抑制還原糖的生成。

2.3 優(yōu)化褐變劑對鮮切蓮藕生理指標的影響

呼吸強度是鮮切蓮藕的一個重要生理指標。如圖4-a所示,貯藏4 d,處理與對照之間蓮藕呼吸強度差異較小,隨著貯藏時間的延長,對照組蓮藕呼吸強度顯著高于優(yōu)化防褐變劑處理組,處理間差異顯著(P<0.05)。如圖4-b所示,蓮藕乙烯生成速率也隨著貯藏時間的延長逐漸上升,貯藏時間為6 d時達到乙烯峰值,對照和處理組分別為6.347、5.041 μL/(kg·h),在整個貯藏期間：對照>優(yōu)化防褐變劑處理組。綜上可得出：優(yōu)化防褐變劑可抑制鮮切蓮藕的生理代謝,進而抑制鮮切蓮藕的呼吸強度和乙烯生成速率。

MDA含量是評價果實衰老的重要指標之一,也是脂膜過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,其含量的增加,是脂膜過氧化加強,膜受傷而加劇衰老的表現(xiàn),其含量高低可以反映細胞膜脂過氧化的程度[22]。由圖4-c可知,隨著貯藏時間的延長,鮮切蓮藕的MDA含量呈現(xiàn)上升的趨勢,貯藏前期對照組的MDA含量與優(yōu)化防褐變劑組差異不顯著,貯藏后期差異顯著(P<0.05),說明優(yōu)化防褐變劑處理可以減輕蓮藕膜受傷程度。相對電導(dǎo)率是反映組織細胞膜透性的重要指標,細胞膜相對電導(dǎo)率越高,說明細胞膜透性越大,膜受傷的程度也越大[22]。由圖4-d可知,隨著貯藏時間的延長,鮮切蓮藕相對電導(dǎo)率逐漸升高,貯藏時間為6 d時,對照和處理組均達到最大值,分別為28.825%、26.257%,優(yōu)化防褐變劑組與對照差異顯著(P<0.05)。

2.4 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕褐變調(diào)控的影響

鮮切蓮藕的褐變屬于酶促褐變,褐變度能夠反映樣品經(jīng)過切割后的褐變程度,是果蔬中酚類物質(zhì)被氧化成褐色物質(zhì)的體現(xiàn)[23-24]。由圖5-a可知,在貯藏過程中,蓮藕的褐變程度逐漸加強,其中對照的褐變度最大,褐變最嚴重,優(yōu)化防褐變劑處理組褐變度最低,褐變程度最弱。說明優(yōu)化防褐變劑處理可較好地抑制鮮切蓮藕的褐變,維持蓮藕較好的感官色澤。

鮮切蓮藕在貯藏過程中極易發(fā)生褐變,嚴重降低了鮮切蓮藕的食用價值和商品性,從而降低其經(jīng)濟價值。酚類物質(zhì)作為褐變底物,含量的多少與褐變密切相關(guān)。由圖5-b可知,貯藏初期時蓮藕總酚含量最高,為3.478 mg/100 g,隨著貯藏時間推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,優(yōu)化防褐變劑處理組總酚含量始終維持較高水平,說明該處理可較好地維持蓮藕的酚類物質(zhì),減少其氧化為醌,進而抑制褐變。

a-呼吸強度；b-乙烯生成速率；c-MDA含量；d-相對電導(dǎo)率圖4 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕呼吸強度、乙烯生成速率、MDA含量、相對電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effects of optimized anti browning agent on respiration rate,ethylene production rate,malondialdehyde content and relative conductivity of fresh cut lotus root

a-褐變度；b-總酚含量；c-PPO活性；d-POD活性圖5 優(yōu)化防褐變劑對鮮切蓮藕褐變度、總酚含量、PPO活性和POD活性的影響Fig.5 Effects of optimized anti browning agents on browning degree,total phenol content,PPO and POD activity of fresh cut lotus root

不同處理組鮮切蓮藕的PPO活性變化趨勢都是逐漸上升,蓮藕鮮切后,PPO與酚類底物接觸,同時切分后藕片與氧氣的接觸面積增大,使PPO活性增強,隨著酚類物質(zhì)被氧化形成醌,醌的聚合使蓮藕表層組織愈合,氧氣濃度降低,PPO活性又逐漸降低[25-26]。由圖5-c可知,鮮切蓮藕的PPO活性逐漸增加,在整個貯藏期間,對照組的酶活性最強,褐變最嚴重,優(yōu)化防褐變劑處理組的活性最低,褐變較輕。貯藏初期PPO活性為0.667 U/g FW,6 d時,對照和優(yōu)化防褐變劑處理組分別為1.667、1.467 U/g FW。說明優(yōu)化防褐變劑可較好地抑制PPO酶活性,進而延緩褐變進程。

過氧化物酶是與衰老有關(guān)的酶,H2O2存在時,POD催化氧化類黃酮和酚類物質(zhì),并聚合形成褐色物質(zhì)[20]。POD還會導(dǎo)致谷胱甘肽和抗壞血酸的氧化,加速乙烯的生成,導(dǎo)致果實的成熟衰老[27]。由圖5-d可看出,對照和優(yōu)化防褐變劑處理組的鮮切蓮藕POD酶活性均逐漸上升,貯藏時間0 d時為0.385 U/g FW,貯藏末期時,對照和優(yōu)化防褐變劑處理組的酶活性增幅分別為41.755%、23.154%。說明優(yōu)化防褐變劑處理可較好地抑制鮮切蓮藕的POD酶活性。

3 結(jié)論

本文由Design-Expert 8.0.6響應(yīng)面分析得到鮮切蓮藕褐變度最佳配方為：無水檸檬酸0.962%、抗壞血酸鈣0.089%和L-天門冬氨酸0.203%,優(yōu)化配方為：無水檸檬酸1.0%、抗壞血酸鈣0.1%和L-天門冬氨酸0.2%。無水檸檬酸與L-天門冬氨酸的交互作用最強,其次是無水檸檬酸與抗壞血酸鈣,抗壞血酸鈣與L-天門冬氨酸的交互作用最弱,各因素對響應(yīng)值的顯著性表現(xiàn)為：無水檸檬酸>抗壞血酸鈣>L-天門冬氨酸。

在冷藏過程中,優(yōu)化防褐變劑可較好地維持鮮切蓮藕較好的色澤,貯藏4 d時鮮切蓮藕的色澤與0 d時相當,貯藏6 d時微褐,商品性略差,顯著優(yōu)于對照組。MDA含量和相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)上升趨勢,優(yōu)化防褐變劑組低于對照組。貯藏末期對照組蓮藕褐變度顯著高于處理組(P<0.05)。褐變底物以及褐變相關(guān)的酶是導(dǎo)致褐變發(fā)生的關(guān)鍵,蓮藕總酚含量呈現(xiàn)下降趨勢,可能是隨著褐變發(fā)生,酚類物質(zhì)作為褐變底物逐漸被消耗。而褐變相關(guān)的酶PPO和POD活性呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,其中對照組高于優(yōu)化防褐變劑處理組,說明優(yōu)化防褐變劑結(jié)合冷藏可抑制褐變相關(guān)酶活性,進一步延緩褐變的發(fā)生。

綜上所述,優(yōu)化防褐變劑可較好地抑制鮮切蓮藕褐變,減少鮮切蓮藕營養(yǎng)成分的損失,延長貯藏期達到4 d。