電子束輻照在鮮切蘋果冷藏保鮮中的應(yīng)用研究

岳 玲,鄭 琦,王海宏,孔秋蓮,顏偉強,陳志軍,張艷艷,戚文元?

(1 上海市農(nóng)業(yè)科學院,上海 201106;2 上海束能輻照技術(shù)有限公司,上海 201401;3 上海商學院,上海 201400)

蘋果滋味脆甜,富含多種營養(yǎng)成分,深受大眾的喜愛,是世界上公認的健康水果之一[1]。 鮮切蘋果是新鮮蘋果經(jīng)過分級、整理、清洗、切分、去核、修整、保鮮、包裝后制成的方便食品,因其營養(yǎng)、方便,廣受消費者的青睞[2]。 但由于鮮切蘋果經(jīng)過去皮、切分等機械處理,蘋果組織受到破壞,從而引發(fā)一系列生物化學反應(yīng),如蒸騰作用加快、呼吸速率升高、蘋果褐變加速等[3]。 此外,微生物極易接觸到鮮切蘋果表面且大量繁殖,引發(fā)食品安全問題[4]。 近年來,國內(nèi)外學者們在保障鮮切蘋果的食用安全、延長貨架期方面做了大量研究,包括化學、物理和生物方法。 化學方法是指添加一些化學物質(zhì),如亞氯酸鈉、過氧乙酸、鈣鹽溶液、抗壞血酸等,達到維持質(zhì)地、控制褐變、抑制微生物生長的效果[1,5-8]。 物理方法包括紫外輻照、脈沖光殺菌技術(shù)、超高壓技術(shù)、氣調(diào)貯藏技術(shù)和低溫貯藏技術(shù)等[4,9-12]。 生物保鮮具有可食性、安全性可降解性等優(yōu)點,但實際生產(chǎn)中應(yīng)用較少[13]。 然而,單一的保鮮技術(shù)存在著一定的缺陷,不能滿足人們對新鮮果蔬品質(zhì)的要求,因此,學者們將多種單一保鮮方法相結(jié)合形成綜合保鮮技術(shù)[14]。 綜合保鮮技術(shù)可以結(jié)合各種保鮮技術(shù)的優(yōu)點,有效延長鮮切果蔬的貨架期[14]。

電子束輻照作為一種物理冷殺菌保鮮技術(shù),具有高效、安全環(huán)保、易操作等特點。 電子束輻照可以有效殺滅食品中的病原微生物,控制食品微生物的數(shù)量,且能抑制農(nóng)產(chǎn)品的生物酶活性,減緩新鮮果蔬的后熟,對保障食品安全、延長貨架期起著重要作用[15-17]。 目前,已有將電子束輻照應(yīng)用于番茄[18]、板栗[19]、甜櫻桃[20]、荔枝[21]、獼猴桃[22]、草莓[23]等果蔬的保鮮研究中,結(jié)果表明適當劑量的電子束輻照有利于延長果蔬的保鮮期。 但迄今為止,未見將電子束輻照技術(shù)應(yīng)用于鮮切蘋果保鮮的研究。 本研究以鮮切蘋果為試驗材料,以2.3 kGy 劑量進行電子束輻照,結(jié)合不同保鮮劑、不同貯藏溫度處理,研究鮮切蘋果在不同貯藏時間的微生物水平、維生素C 含量、可溶性固形物含量等品質(zhì)指標,以及硬度、脆性、咀嚼性、褐變程度等感官指標的變化,以期為鮮切蘋果的保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

煙臺紅富士蘋果購買于上海市奉賢區(qū)某水果批發(fā)市場,挑選標準為:果型大小基本一致,單果質(zhì)量約300 g,外觀整潔無病蟲害。 將蘋果表面洗凈,瀝干水分,縱切為4 塊后去除果心。 利用果蔬切片機(FS-989M,中國仙器公司)將蘋果切為厚度15 mm 的果塊,在室溫下用保鮮劑(1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣、2%γ-氨基丁酸)浸泡10 min,以去離子水為對照。 浸泡后的蘋果撈出瀝干,裝入聚乙烯自封袋中,每袋約120 g。 處理完成后的鮮切蘋果立即進行電子束輻照,保證整個流程控制在2 h 內(nèi)。

1.2 試驗儀器與設(shè)備

IS1020 型電子直線加速器(10 MeV、20 kW):清華同方威視股份有限公司;Chroma Meter CR400 色差儀:日本Konica Minolta 公司;TA.XT Plus 物性測試儀:英國Stable Micro System 公司;FS-989M 果蔬切片機:中國仙器公司;TE6101-L 電子天平:德國Sartorius 公司;MASTER-M 手持糖度計:日本ATAGO 公司;JG-6300 手動榨汁機:聚鋼廚具設(shè)備制品有限公司。

1.3 方法

1.3.1 電子束輻照

包裝好的鮮切蘋果分別設(shè)定0 kGy 和2.3 kGy 2 個劑量,設(shè)3 次重復(fù)。 鮮切蘋果包裝單層擺放于不銹鋼托盤中,避免蘋果塊間相互疊壓,進行單面電子束輻照。 使用重鉻酸鉀(銀)液體化學劑量計[24]對實際輻照劑量進行監(jiān)測,劑量計校準按照GB∕T 16640—2008 進行[25]。 電子束輻照處理后分別放入2 ℃和8 ℃冰箱,定期取樣檢測相關(guān)指標。 具體樣品編號及方案如表1 所示。

表1 鮮切蘋果樣品編號及處理方案Table 1 The experimental number and treatment of fresh-cut apples

1.3.2 微生物檢測

鮮切蘋果的菌落總數(shù)、霉菌與酵母數(shù)量、大腸菌群數(shù)量分別參照GB∕T 4789—2016[26]中的系列標準《食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》《食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數(shù)》《食品微生物學檢驗大腸菌群計數(shù)》進行。

1.3.3 維生素C 含量的測定

參照GB 5009.86—2016[27]進行,利用2,6-二氯靛酚藍染料進行滴定測定。

1.3.4 可溶性固形物含量的測定

取約200 g 蘋果樣品,采用手動榨汁機榨汁,蘸取果汁,利用手持糖度計進行測定。

1.3.5 平均硬度、脆性、咀嚼性測定

利用質(zhì)構(gòu)儀P∕2 圓柱形檢測探頭對鮮切蘋果進行壓縮-穿刺試驗,模式設(shè)定為:測前速度1.00 mm∕s;測中速度1.00 mm∕s;測后速度5.00 mm∕s;位移8.00 mm;觸發(fā)力5.0 g;平均硬度單位g;脆性單位g·s;咀嚼性單位g·s。

1.3.6 褐變程度的測定

測定時每次取同一留樣樣品,在生物安全柜中測定L?、a?、b?值(L?值表示明亮度,a?值表示紅∕綠,b?值表示黃∕藍)。 測試前后將探頭消毒。 測試完成后,樣品放回冰箱冷藏,待下次測定。

褐變指數(shù)(Browning index,BI)根據(jù)公式(1)、(2)進行計算[28]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用GraphPad Prism 8 軟件作圖,運用SPSS 19.0 軟件進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子束輻照結(jié)合不同保鮮劑和貯存溫度處理對鮮切蘋果微生物的影響

2.1.1 菌落總數(shù)

去離子水、1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣、2%γ-氨基丁酸浸泡處理后,鮮切蘋果菌落總數(shù)初始值分別為6.9 ×102CFU∕g、5.2 ×102CFU∕g、1.7 ×102CFU∕g、3.6 ×102CFU∕g,由表2 可見,未輻照的鮮切蘋果菌落總數(shù)隨著貯存時間的延長而上升,且貯存8 d 后,8 ℃(5—8 號)儲藏的鮮切蘋果菌落總數(shù)顯著高于2 ℃(1—4 號)(105CFU∕g vs 103CFU∕g)。 2.3 kGy 電子束輻照(9—16 號)后的鮮切蘋果貯存至15 d 時,菌落總數(shù)仍<10 CFU∕g。 而不同保鮮劑處理的鮮切蘋果菌落總數(shù)在相同溫度下差異不大。

表2 電子束輻照對不同保鮮方法貯存鮮切蘋果菌落總數(shù)的影響Table 2 Effects of e-beam irradiation on the bacteria counts of fresh-cut apples treated by different preservative at different temperatures CFU·g -1

2.1.2 霉菌與酵母

鮮切蘋果霉菌與酵母初值分別為2.0 ×102CFU∕g、80 CFU∕g、1.3 ×102CFU∕g、70 CFU∕g,由表3 可知,未輻照鮮切蘋果2 ℃(1—4 號)貯存8 d 后,霉菌與酵母數(shù)量達103—104CFU∕g,8 ℃(5—8 號)貯存數(shù)量達106—107CFU∕g,明顯高于2 ℃貯存的鮮切蘋果。 2.3 kGy 輻照后的鮮切蘋果在2 ℃(9—12 號)下貯存至15 d時數(shù)量仍<10 CFU∕g,在8 ℃(13—16 號)下數(shù)量相對較高,其中1%抗壞血酸處理(14 號)鮮切蘋果的霉菌與酵母數(shù)量達2.5 ×103CFU∕g。 此外,在同一溫度下,各保鮮劑處理樣品的霉菌與酵母數(shù)量差異不大。

2.1.3 大腸菌群

第1 天除1%抗壞血酸(2 號)處理組為3.6 MPN∕g 外,其他3 個處理組大腸菌群數(shù)量均<3.0 MPN∕g。由表4 可見,2 ℃下的未輻照樣品在整個貯存期內(nèi)大腸菌群數(shù)量幾乎均<3.0 MPN∕g。 8 ℃下,鮮切蘋果樣品在貯存期內(nèi)有所上升,尤其是1%抗壞血酸(6 號)處理樣品,至15 d 時,大腸菌群數(shù)量為930 MPN∕g。2.3 kGy 電子束輻照后,不同保鮮劑處理鮮切蘋果貯存至15 d 時,大腸菌群數(shù)量依然<3.0 MPN∕g。

2.2 電子束輻照結(jié)合不同保鮮劑和貯存溫度處理對鮮切蘋果品質(zhì)的影響

2.2.1 維生素C 含量

去離子水、1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣、2%γ-氨基丁酸處理組每100 g 原始維生素C 含量分別為2.99 mg、3.65 mg、3.91 mg 和2.38 mg,在貯存期內(nèi),除抗壞血酸(維生素C)處理組外,其他處理組的維生素C 含量隨著時間的延長而下降,其中0.5%氯化鈣處理組維生素C含量高于去離子水和γ-氨基丁酸處理組(圖1)。 同一處理下,2 ℃貯存樣品維生素C 含量高于8 ℃。 此外,同一溫度下,經(jīng)2.3 kGy 電子束處理后,維生素C 含量較未輻照樣品低。 2 ℃貯存至15 d 時,去離子水、抗壞血酸、氯化鈣、γ-氨基丁酸處理組的維生素C 含量分別是初始值的2.3%、88.5%、14.1%、12.6%。

2.2.2 可溶性固形物含量

如表5 所示,去離子水、1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣、2%γ-氨基丁酸處理組原始可溶性固形物含量分別為11.5%、11.5%、11.6%、11.7%。 隨著貯存時間的延長,可溶性固形物含量呈現(xiàn)先下降再上升再下降的趨勢。 不同處理組間可溶性固形物含量差異不大,輻照和未輻照鮮切蘋果樣品也無明顯差異。 溫度對鮮切蘋果可溶性固形物含量有一定的影響,可溶性固形物含量8 ℃貯存時較2 ℃高。

表5 電子束輻照對鮮切蘋果可溶性固形物含量的影響Table 5 Effects of e-beam irradiation on soluble solids content of fresh-cut apples %

2.3 電子束輻照結(jié)合不同保鮮劑和貯存溫度處理對鮮切蘋果感官的影響

2.3.1 硬度

去離子水、抗壞血酸、氯化鈣、γ-氨基丁酸處理后鮮切蘋果的平均硬度分別為(1 275.7 ± 85.6)g、(1 253.5 ± 62.3)g、(1 258.8 ± 63.8)g 和(1 175.3 ± 45.1)g。 隨著貯存時間的延長,未輻照鮮切蘋果的平均硬度變化較小,而輻照蘋果樣品的平均硬度逐漸下降。 輻照結(jié)合氯化鈣處理組的下降趨勢較其他3種處理緩慢,平均硬度顯著高于對照組(P<0.05)。 輻照樣品2 ℃貯存至15 d 時,去離子水、抗壞血酸和γ-氨基丁酸處理組平均硬度高于8 ℃貯存。 2 ℃貯存15 d 后,水、抗壞血酸、氯化鈣、γ-氨基丁酸處理組的平均硬度分別下降了30.2%、32.4%、13.7%、30.6%(圖2)。

2.3.2 脆性

脆性是評價鮮切蘋果感官的一個重要因素,去離子水、抗壞血酸、氯化鈣、γ-氨基丁酸處理后鮮切蘋果的脆性分別為(5 617.7 ± 67.0)g·s、(4 948.5 ±135.4)g·s、(5 378.3 ±106.4)g·s、(5 853.2 ± 62.7)g·s。如圖3 所示,未輻照各鮮切蘋果處理組在貯存期內(nèi)脆性變化較小,經(jīng)2.3 kGy 電子束輻照后,各處理組鮮切蘋果脆性顯著降低。 2 ℃貯存結(jié)合氯化鈣處理能較好保持輻照鮮切蘋果的脆性。 貯存至15 d 時,輻照后2 ℃貯存的各處理組鮮切蘋果脆性分別為初始值的38.9%(去離子水)、42.5%(1%抗壞血酸)、51.5%(0.5%氯化鈣)、39.8%(2%γ-氨基丁酸)。

圖2 貯存15 d 后不同處理鮮切蘋果的硬度Fig.2 The hardness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

圖3 貯存15 d 后不同處理鮮切蘋果的脆性Fig.3 The brittleness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

2.3.3 咀嚼性

鮮切蘋果咀嚼性變化趨勢與平均硬度和脆性一致,去離子水、抗壞血酸、氯化鈣、γ-氨基丁酸處理后鮮切蘋果的咀嚼性分別為(9 573.9 ±433.9)g·s、(9 317.3 ±236.0)g·s、(9 485.7 ± 507.3)g·s、(9 058.2 ±478.4)g·s。 未輻照蘋果樣品貯存期間變化不大,輻照樣品咀嚼性顯著下降(圖4)。 氯化鈣處理鮮切蘋果咀嚼性顯著高于其他處理組,2 ℃貯存至15 d 時咀嚼性分別為初始值的69.9%(去離子水)、67.8% (1% 抗 壞血酸)、85.1% (0.5% 氯 化鈣)、66.9%(2%γ-氨基丁酸),8 ℃貯存的鮮切蘋果脆性分別是初始值的61.4%(去離子水)、62.5%(1%抗壞血酸)、89.6%(0.5%氯化鈣)、61.4%(2%γ-氨基丁酸)。

圖4 貯存15 d 后不同處理鮮切蘋果的咀嚼性Fig.4 The chewiness of fresh-cut apples after 15 days’ storage

2.3.4 褐變程度

隨著貯存時間的延長,各處理組鮮切蘋果褐變程度均呈上升趨勢,蘋果顏色逐漸加深(圖5)。 貯存至3 d 時,去離子水處理組褐變指數(shù)顯著高于其他3 種處理組(圖5B),且在整個貯存期內(nèi),1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣和2%γ-氨基丁酸處理組褐變指數(shù)均低于去離子水處理組。 去離子水處理組在8 ℃貯存下褐變指數(shù)顯著高于2 ℃。 經(jīng)2.3 kGy 電子束輻照后,各處理組鮮切蘋果褐變指數(shù)有所增加,在整個貯存期內(nèi)蘋果樣品褐變指數(shù)變化趨勢與未輻照樣品一致。 貯存至15 d 時1%抗壞血酸、0.5%氯化鈣和2%γ-氨基丁酸處理組褐變指數(shù)顯著低于去離子水處理組(圖5C)。

圖5 電子束輻照對鮮切蘋果褐變指數(shù)的影響Fig.5 Effect of e-beam irradiation on browning index of fresh-cut apples

3 討論與結(jié)論

電子束輻照可通過直接破壞生物體的DNA、酶等分子結(jié)構(gòu),或是通過間接作用在果實內(nèi)部產(chǎn)生一系列化學、生物學和生理學效應(yīng),達到抑制果實生理代謝、減少營養(yǎng)損失,延長貨架期的效果[23]。 但若較高劑量的電子束輻照,可能會對新鮮蔬果的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響,且不同的果蔬對電子束輻照的耐受程度有所差異[16,29]。 康芬芬等[30]研究發(fā)現(xiàn),1 155 Gy 及以上劑量的電子束輻照可導(dǎo)致蘋果硬度顯著下降。 周慧娟等[22]研究發(fā)現(xiàn),500—1 000 Gy 電子束輻照劑量能有效地控制獼猴桃采后的軟化衰老進程,減少貯藏期間的腐爛變質(zhì),保持了果實鮮艷的外觀色彩和果肉色澤,但1.5 kGy的輻照劑量在一定程度上對果實造成了傷害。 黃敏等[31]研究表明,2.0—3.0 kGy 電子束輻照是草莓有效的貯存保鮮方法。 但是由于單一的輻照處理對果蔬的保鮮效果有限,若采取適宜的輻照劑量結(jié)合其他保鮮技術(shù),能更好地保持果蔬的品質(zhì)[32]。 何江等[33]研究表明,魔芋葡甘聚糖結(jié)合電子束輻照能夠顯著減少車厘子的失重率,減緩總抗壞血酸、SOD 活性、阿魏酸和果皮顏色亮度的下降,保持果實營養(yǎng)品質(zhì)。 因此,本研究對鮮切蘋果進行2.3 kGy電子束輻照,同時結(jié)合化學保鮮方法,以延長鮮切蘋果貨架期。

鮮切蘋果由于呼吸作用的影響以及微生物的侵染,可能造成組織破壞、營養(yǎng)成分降低,蘋果褐變等,使其變味、變質(zhì)、變色[34-36]。 電子束作為一種環(huán)保、殺菌能力強、范圍廣、效果顯著、無毒物殘留的保鮮技術(shù),可用于鮮切蘋果的保鮮。 本研究表明,2.3 kGy 電子束輻照結(jié)合0.5%氯化鈣處理,2 ℃貯存至15 d時,菌落總數(shù)、霉菌與酵母數(shù)量<10 CFU∕g,大腸菌群未檢出,維生素C 含量高于其他3 種處理,平均硬度下降13.7%,脆性為初始值的51.5%,咀嚼性為初始值的85.1%,可溶性固形物含量無明顯變化,且能抑制鮮切蘋果褐變。 綜合考慮微生物水平、蘋果品質(zhì)、維生素C 含量、褐變程度等指標的變化趨勢,建議2.3 kGy 電子束輻照結(jié)合0.5%氯化鈣處理鮮切蘋果在2 ℃貯存下的貨架期為15 d。