充气包装技术在鱼腥草保鲜中的研究
2015-11-04李白鸽谢晓林刘志刚马立志贵阳学院食品与制药工程学院贵州省果品加工工程技术研究中心贵州贵阳550003
李白鸽,谢晓林,王 瑞,刘志刚,马立志,刘 莹,吉 宁(贵阳学院食品与制药工程学院,贵州省果品加工工程技术研究中心,贵州贵阳550003)
充气包装技术在鱼腥草保鲜中的研究
李白鸽,谢晓林,王瑞,刘志刚,马立志,刘莹,吉宁
(贵阳学院食品与制药工程学院,贵州省果品加工工程技术研究中心,贵州贵阳550003)
目的:为寻求简单、高效的保鲜方法,研究了不同充气比例的包装对鱼腥草的保鲜效果。方法:首先在起始气体成分为8%O2和30%CO2的充气包装下,于不同温度贮藏30 d,筛选鱼腥草最佳的贮藏温度,进一步考察不同充气包装在贮藏期间(30 d)对各种生化指标的影响,从而得到最佳保鲜条件。结果:不同充气比例包装之间相比,CO2浓度占起始气体较低的充气包装能极显著(p<0.01)维持多酚氧化酶的活性和减少在溶液中的电导率,8%O2和30%CO2的充气包装极显著(p<0.01)抑制丙二醛含量上升、抑制过氧化氢酶和过氧化物酶的活力、维持多酚和黄酮含量的稳定。结论:在2℃、8%O2和30%CO2的充气包装下,鱼腥草保鲜效果最佳。
鱼腥草,充气包装,保鲜,品质
鱼腥草(Houttuynia cordata),又名折耳根。为三白草科多年生草本植物蕺菜的干燥水上部分,产于我国长江流域各省,目前在云南、贵州、四川等地栽培较多。研究表明,鱼腥草主要有抗菌、抗病毒、消炎、镇咳、抗过敏、利尿、增强机体免疫力等作用[1-2],因此被国家卫生部正式确定为既是药品又是食品的极具开发潜力的植物资源之一。孟江等[3]研究表明,鱼腥草鲜品中挥发油、槲皮素含量高于干品,且鲜品提取物的抑菌、抗炎和止咳等临床药理活性优于干品。正因为如此之多的药理功效,开发鱼腥草有效的保鲜技术越来越受到人们的关注。目前,已见国内外鱼腥草鲜品的保鲜研究主要集中在低温、涂膜、呼吸抑制(1-MCP)、化学处理方面[4-6],然而这些技术存在着食品安全和操作复杂的弊端。近年来,充气保鲜贮藏技术已成为果蔬保鲜行业的焦点。该技术无毒、无公害,且易于操作,成本低。其中,充气包装技术(modified atmosphere packaging,MAP)可通过改变贮藏环境中的气体成分(通常是增加CO2浓度和降低O2浓度)来实现其长期贮藏的一种方法,高CO2浓度和低O2浓度会抑制微生物生长、呼吸作用和其他的代谢作用,延缓果蔬的成熟和衰老[7-10]。该技术已在果蔬的保鲜方面得到广泛应用,尤其在抑制褐变方面表现出优势。Wang等[11-12]研究表明,MAP技术在Bartlett梨、菠萝保鲜中抑制过氧化物酶和多酚氧化酶活性的上升,有效延长保鲜时间和保证果实品质。
鱼腥草地下茎部分自古以来就是我国西南地区百姓喜爱的食物。近年来,随着物流业的发展,我国北方地区群众也正在接受这一特色食品。2011年,“贵阳折耳根”获得“中国地理标志”认证。鱼腥草一年四季都有出产,所以没有必要做长时间贮藏、保鲜。但该植物地下茎采后易发生褐变、失去原本脆度而降低商品价值。因此,鱼腥草的保鲜对于该产品的鲜食和作为中药资源开发极具意义。鱼腥草鲜品的特点在于独特的香气和脆度。本研究首先在MAP条件下考察鱼腥草鲜品对低温的耐受性,然后考察不同起始气体成分[CK(空气)、CA1(8%O2+10%CO2)、CA2(8%O2+20%CO2)、CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8%O2+40%CO2)]在贮藏期间(30 d)对鱼腥草鲜品生理指标和品质、过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、丙二醛、黄酮、多酚、电导率、呼吸强度、色差和感官的影响,从而得到最佳的保鲜条件。
1 材料与方法
1.1材料与仪器
鱼腥草贵阳市乌当区百宜乡;多层共挤防雾高阻隔膜诸城市恒易包装有限公司;芦丁标准品中国药品生物制品鉴定所;愈创木酚(分析纯) 上海圻明生物科技有限公司;硫代巴比妥酸(分析纯) 青岛海泰生物技术有限公司;邻苯二酚(分析纯) 宁波兴发化工有限公司;三氯乙酸(分析纯)、盐酸(分析纯)、30%过氧化氢(分析纯) 天津市进丰化工有限公司;柠檬酸(分析纯) 重庆齐星化工有限公司;磷酸氢二钠(分析纯)、磷酸二氢钠(分析纯) 郑州鸿详化工有限公司;聚乙烯吡咯烷酮(分析纯) 山东宝新化工有限公司;三羟甲基氨基甲烷(分析纯)、石英砂(分析纯) 南京远方化工有限公司。
RXZ-0328型低温人工气候箱宁波东南仪器有限公司;V-600C型多功能气调包装机苏州工业园区德森包装机械有限公司;UV-2550型紫外分光光度计、AUW120D型电子分析天平日本Shimazhu公司;TGL-16A型台式高速冷冻离心机长沙平凡仪器仪表有限公司;JJ-2型组织捣碎机金坛市易晨仪器制造有限公司;pHS-25型数显酸度计上海虹益仪器仪表有限公司;6600O2/CO2型顶空分析仪美国ILLINOIS仪器有限公司;CR-10型色差计日本KONICA MINOLTA公司。
1.2实验方法
1.2.1鱼腥草处理在贮藏温度筛选实验基础上开展系统充气包装实验。鱼腥草鲜品经挖掘,自来水洗去泥砂,风扇吹干,2 h内运回贵州省果品加工工程技术研究中心果蔬贮藏与保鲜研究室。挑选长短相对一致,无病虫害、无机械伤的鱼腥草,在16℃房间内用高阻隔膜分装(1 kg/袋),分装后的鱼腥草于2℃预冷24 h,将预冷后的鱼腥草(1 kg/袋)经气调包装机充入不同处理气体并封口。具体处理为:空白:空气,CA1:8%O2+ 10%CO2、CA2:8%O2+20%CO2、CA3:8%O2+30% CO2、CA4:8%O2+40%CO2,用N2平衡,每组处理设定3个重复,每隔10 d测定各处理的生理生化指标。
1.2.2鱼腥草品质的测定及方法在起始气体成分为8%O2和30%CO2的充气包装下,分别于-1、2和5℃下测定鱼腥草的电导率和色差变化(△E);采用O2和CO2分析仪测定充气包装内气体组分;乙烯释放量的测定参照马慧玲等方法[13];采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法测定MDA的含量;电导率测定参照朱克花等方法[14];过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活力测定参照Liu等方法[15];多酚氧化酶(PPO)活力测定参照zhao等方法[16];黄酮的测定参照李胜华等方法[17];采用福林-酚比色法测定多酚含量[18];参照Zhang等研究方法测定色差变化(△E)[19];由5人组成评分小组对鱼腥草的色泽、完整性和脆性进行评价,综合评分为5人评分结果的平均值±标准差,其评分标准为:10~7分表示鱼腥草呈淡黄色,完整性好,脆性好;7~4分表示鱼腥草偏黄,完整性较好,脆性较好;4~0表示鱼腥草呈褐色,完整性差,脆性差。
1.2.3数据处理各指标均重复测定3次,结果以平均值±标准偏差表示;数据使用SPSS 13.0和Origin 8.5软件对数据进行方差分析和作图,并进行Duncans差异做显著性分析(p<0.05表示差异显著,p<0.01表示差异极显著,p>0.05表示差异不显著)。
2 结果与分析
2.1贮藏温度对鱼腥草品质的影响
在果蔬贮藏保鲜过程中,冷害使其生理活动受到影响,严重时会使某些组织遭到破坏,而贮藏温度的高低和持续时间的长短是果蔬是否发生冷害与冷害耐受程度的决定因素。在起始气体成分为8%O2+30% CO2充气包装下,在-1、2和5℃条件下贮藏30 d鱼腥草的电导率分别为7.30±0.36、6.06±0.29和5.77±0.29,色差变化△E分别为4.61±2.98、2.49±0.64和3.91±1.73。从外观可见,-1、5℃条件下贮藏样品褐变程度明显高于2℃样品。因此,鱼腥草最佳贮藏温度为2℃。
表1 贮藏温度对鱼腥草电导率和色差变化的影响Table 1 Effect of storage temperature on conductivity and color of herba houttyniae
2.2MAP包装袋内气体成分的变化
鱼腥草在对照(空气)和不同充气比例包装下贮藏30 d内,体系中O2含量的变化如图1(a)所示,在贮藏前10 d时急剧下降,此后下降的幅度减小。对照中O2含量下降极显著(p<0.01)高于其他处理。由于空气中O2含量约占20%,而CO2的含量不到0.1%,此时呼吸强度的剧增导致O2含量急剧下降。在不同充气比例包装之间,随着CO2含量占初始气体比重越高,其O2含量下降的幅度越小,其中CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8%O2+ 40%CO2)组显著(p<0.05)低于其他组别,表明高浓度CO2处理能够有效地减缓O2的消耗量;CO2含量的变化如图1(b)所示,对照CO2含量上升的幅度最大,而不同充气比例包装之间在整个贮藏期间CO2含量都呈缓慢上升的趋势,随着CO2含量占初始气体比例越高,其CO2含量上升的幅度越小,其中CA4(8%O2+ 40%CO2)充气包装极显著(p<0.01)低于其他充气包装,表明低氧的充气包装处理能有效抑制呼吸作用。
图1 充气包装内O2和CO2的体积分数变化Fig.1 Changes of O2and CO2concentration in modified atmosphere packing
2.3MAP对鱼腥草乙烯释放量的影响
乙烯是一种植物激素,在植物各个生长发育阶段都起着重要的调节作用,特别是在促进果实成熟衰老过程中起着重要的作用。而在果蔬保鲜贮藏过程中需要延缓组织衰老,所以必须抑制乙烯的生成。如图2所示,鱼腥草在对照和不同充气比例条件下贮藏30 d后,乙烯释放量与最初的0 ppm相比均有所增加。与不同充气比例包装组相比,采用空气包装的鱼腥草乙烯含量上升的幅度最大,从0 ppm上升到199 ppm,差异极显著(p<0.01);在不同充气比例之间,随着CO2含量占初始贮藏混合气体比例越高,乙烯生成速率越低,其中CA1(8%O2+10%CO2)、CA2(8%O2+20%CO2)、CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8% O2+40%CO2)充气包装乙烯生成量在贮藏30 d时分别达到了120、92、70和58 ppm,由此表明高浓度CO2可有效抑制鱼腥草在贮藏期间乙烯的生成。
图2 充气包装对鱼腥草乙烯释放量的影响Fig.2 Effect of modified atmosphere packing on ethylene releasing rate
2.4MAP对鱼腥草丙二醛含量的影响
生物体在衰老的过程中,体内的自由基作用使脂质发生过氧化反应,氧化终产物为丙二醛(MDA),会引起细胞内蛋白质、核酸等生物分子的交联,对细胞造成一定的毒害作用[20]。如图3所示,在对照和不同充气比例包装下,鱼腥草MDA的含量均呈上升趋势,与对照相比,不同比例MAP均能有效地抑制MDA含量上升,其中CA3(8%O2+30%CO2)的鱼腥草MDA的含量低于其他水平且差异极显著(p<0.01)。
图3 充气包装对鱼腥草丙二醛含量的影响Fig.3 Effect of modified atmosphere packing on malondialdehyde(MDA)of herba houttyniae
2.5MAP对鱼腥草电导率的影响
植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要的作用,在正常情况下,细胞膜对物质具有选择透性能力。当植物受到逆境影响时,细胞膜遭到破坏,膜透性增大,从而使细胞内的电解质外渗,以致植物细胞浸提液的电导率增大。
膜透性增大的程度与逆境胁迫强度和植物抗逆性的强弱有关。如图4所示,鱼腥草在对照和不同充气比例包装下贮藏30 d后,电导率一直呈现递增的趋势,CA4(8%O2+40%CO2)充气包装的电导率随着贮藏时间的延长而增强的幅度极显著高于对照(p<0.01),推测原因为高浓度的CO2(O2的含量一定)导致的酸性环境增强了鱼腥草组织细胞膜的通透性;而CA1(8%O2+10%CO2)、CA2(8%O2+20%CO2)和CA3(8%O2+30%CO2)充气包装的电导率增强的幅度低于对照,其中CA3(8%O2+30%CO2)的差异极其显著(p<0.01),表明在此条件下,能够有效地防止细胞的老化和细胞膜的破坏。
图4 充气包装对鱼腥草电导率的影响Fig.4 Effect of modified atmosphere packing on electrical conductivity of herba houttyniae
2.6MAP对鱼腥草酶活力的影响
2.6.1对过氧化氢酶活力的影响植物体在衰变过程或逆境环境下产生的过氧化氢对机体能够造成一系列的氧化性损伤,为了避免这种损害,过氧化氢必须被快速地转化为其他无害或毒性小的物质。而过氧化氢酶(CAT)就是常常被细胞用来催化过氧化氢分解的工具,CAT几乎存在于所有生物机体中,能够将过氧化氢分解成氧气和水,其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机制。如图5所示,鱼腥草贮藏30 d后,对照鱼腥草过氧化氢酶的活性均较高,在贮藏10 d时达到最大值;与对照组相比,不同充气比例包装均能有效地抑制过氧化氢酶的活性,且差异极其显著(p<0.01),相比CO2浓度占起始气体比例较低的充气包装(CA1),CO2浓度占起始气体比例较高的充气包装均能够有效地抑制过氧化氢酶的活性(p<0.05)。可能原因是在pH=7左右时,过氧化氢酶催化效率最高[21],空气中相对偏中性的环境有助于提高酶的活力,而相对高浓度的CO2导致的酸性环境将极大地抑制了酶的活性。
图5 充气包装对鱼腥草过氧化氢酶活力的影响Fig.5 Effect of modified atmosphere packing on activity of catalase
2.6.2对多酚氧化酶活力的影响多酚氧化酶(PPO)是自然界里分布较广的一种金属蛋白酶,它们的共同特征是能够将酚类物质氧化成对应的醌,而醌的多聚化以及与其他物质结合产生黑色和褐色的色素沉淀,从而使一些农产品失去原有的经济价值。如图6所示,对照(空气)的PPO活性在整个贮藏过程中一直保持升高的趋势,CO2浓度占起始气体较高的充气包装(CA4)PPO的活性先上升后降低,10 d时会引起PPO的活性急剧上升达到最大值,极显著高于对照和其他充气包装(p<0.01)。由于PPO以无活性形式存在于内囊体中,而其底物酚类存在于液泡中,高浓度的CO2破坏了细胞膜和液泡膜的透性,酶就会作用于底物发生生化反应,因此酶的活性最高,随着贮藏时间的延长,酶的活性又会降低,贮藏30 d时维持在6 U/g左右,表明随着时间的增长PPO不断地作用于底物而被消耗。相比对照,相对低浓度的CO2充气包装在整个贮藏过程中能够维持PPO的活性。
图6 充气包装对鱼腥草多酚氧化酶活力的影响Fig.6 Effect of modified atmosphere packing on activity of polyphenoloxidase
2.6.3对过氧化物酶活力的影响过氧化物酶(POD)是广泛存在于植物体中活性较高的一种酶,能使组织中所含的某些碳水化合物转化成木质素,所以过氧化物酶可作为组织老化的一种生理指标。如图7所示,对照(空气)的POD活性在整个贮藏过程中一直保持上升趋势,相比于其他不同充气比例包装差异显著(p<0.05),而不同充气比例包装的POD活性在整个贮藏过程中呈先下降后上升的趋势,10 d时达到最低,30 d时达到最高,不同充气比例包装在贮藏10 d内均能抑制POD的活性,随着时间延长鱼腥草遭受不同程度的衰变导致POD活性的上升。而不同充气比例包装之间相比,CA3(8%O2+30%CO2)充气包装在整个贮藏过程中POD的活性变化幅度不大(p<0.05),表明此条件下能够有效地抑制POD活性的变化。
图7 充气包装对鱼腥草过氧化物酶活力的影响Fig.7 Effect of modified atmosphere packing on activity of peroxidase
2.7MAP对鱼腥草黄酮和多酚含量的影响
黄酮(Flavonoids)是植物体内广泛存在的一类酚羟基化合物,大量研究表明,黄酮类化合物具有抗氧化、清除自由基、抗肿瘤、抗衰老等功效。如图8(a)所示,在整个贮藏期(30 d)内,对照、CA1(8%O2+ 10%CO2)和CA2(8%O2+20%CO2)充气包装鱼腥草黄酮含量均维持在比较低的水平,且相互之间差异不显著(p>0.05);而CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8% O2+40%CO2)充气包装在整个贮藏过程中黄酮含量的总体水平较高,极显著高于其他充气包装(p<0.01)。可能原因是在相对较低浓度的CO2充气包装下,鱼腥草细胞易发生褐变产生大量的自由基,自由基与黄酮发生氧化还原反应导致黄酮含量处于较低的水平[22],表明CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8%O2+40% CO2)充气包装均能够有效地维持鱼腥草在贮藏期间的黄酮含量。
植物组织中存在着大量的酚类物质,对能产生过氧化作用而导致结构和功能损伤的超氧阴离子和羟自由基等自由基有明显的清除作用。此外,多酚与植物的色泽发育、品质和风味形成、成熟衰老过程、组织褐变、抗逆性等作用密切相关。如图8(b)所示,鱼腥草在对照和不同充气比例包装下贮藏30 d后,多酚含量均呈下降的趋势,对照(空气)、CA1(8%O2+ 10%CO2)和CA2(8%O2+20%CO2)充气包装鱼腥草多酚含量下降幅度较大,而CA3(8%O2+30%CO2)和CA4(8%O2+40%CO2)充气包装鱼腥草多酚含量下降的幅度不大,与CA4(8%O2+40%CO2)相比,CA3(8%O2+30%CO2)充气包装能有效地维持鱼腥草中多酚的含量,差异显著(p<0.05)。
图8 充气包装对鱼腥草黄酮和多酚含量的影响Fig.8 Effectofmodifiedatmospherepackingonbiochemicalindex
2.8色差分析
色差是评价果蔬贮藏过程中衰变的一个重要的环节,鱼腥草随着贮藏时间的延长,褐变程度越大,进而影响其外观品质及商品价值,通过色差仪的测量,在一定程度上能定量地分析鱼腥草氧化和褐变程度,色差值越大表明褐变程度越大。如图9所示,对照(空气)的色差值△E在贮藏过程中一直保持上升的趋势,在30 d时达到最大值,与同期的其他充气包装相比差异显著(p<0.05),表明调节O2与CO2的比例均可以抑制鱼腥草的褐变。不同充气比例包装之间,CO2占起始气体比例较低的充气包装(CA1:8%O2+ 20%CO2)或CO2占起始气体比例较高的充气包装(CA4:8%O2+40%CO2)在防止鱼腥草褐变方面没有中间浓度的CO2(CA2:8%O2+20%CO2或CA3:8%O2+ 30%CO2)效果好,尤其是CA3(8%O2+30%CO2)充气包装在整个贮藏过程中色差△E上升的幅度较小,表明在此条件下贮藏能很好地保持鱼腥草外观光泽。
图9 充气包装对鱼腥草色差的影响Fig.9 Effect of different modified atmosphere packing on color difference of herba houttyniae
2.9感官评价
如表2所示:与对照比较,CA1(8%O2+10%CO2)充气包装在外观色泽、完整度、脆性得分方面差异不显著(p>0.05),CA2(8%O2+20%CO2)充气包装则差异显著(p<0.05),CA3(8%O2+30%CO2)充气包装在外观色泽和完整度方面得分差异显著(p<0.05),而在脆性方面得分则相当。与CA2(8%O2+20%CO2)和CA3(8%O2+30%CO2)充气包装相比,CA4(8%O2+40%CO2)充气包装在各个指标得分差异极显著(p<0.01),无论是对照还是CA4(8%O2+40%CO2)充气包装在感官评价中各项指标评分均相对较低,而8% O2+30%CO2充气包装无论从外观色泽、完整度、脆性以及香气都有较高的评分,与之前色差分析结果相吻合。
表2 充气包装对鱼腥草感官品质的影响Table 2 Effect of modified atmosphere packing on sensory quality of herba houttyniae
3 结论
本文研究了可通过改变贮藏环境中的气体成分(增加CO2浓度和降低O2)的充气包装用于具有多种药效功能的鱼腥草长期贮藏的新技术。首先考察了鱼腥草的贮藏温度,在低温条件下其组织因冷害影响容易受到破坏而不利于贮藏;在鱼腥草品质方面,起始气体成分为8%O2+30%CO2充气包装能有效提高过氧化氢酶(CAT)的活力,抑制多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)的活力,降低鱼腥草MDA含量,并且能维持鱼腥草体内黄酮和多酚含量;在生理方面,起始气体成分为8%O2+30%CO2或8%O2+40% CO2的充气包装均能有效抑制鱼腥草在贮藏期间有氧呼吸和乙烯的生成,此外在外观方面,8%O2+30% CO2充气包装在整个贮藏过程中能有效防止鱼腥草褐变,并且能保持较好的完整度、脆性以及外观色泽。综上,在2℃、起始气体成分为8%O2+30%CO2的充气包装,鱼腥草保鲜效果最佳。
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Study on technology of modified atmosphere packing in fresh-maintaining of herba houttuyniae
LI Bai-ge,XIE Xiao-lin,WANG Rui,LIU Zhi-gang,MA Li-zhi,LIU Ying,JI Ning
(Food and Pharmaceutical Engineering Institute,College of Guiyang,Guizhou Engineering Research Center for Fruit Processing,Guiyang 550003,China)
Abject:In order to explore a convenient and efficient preservation method,the effects of different modified atmosphere packings on fresh-maintaining of herba houttyniae was investigated.Methods:Under the modified atmosphere packing with initial compositions containing 8%O2and 30%CO2,herba houttyniaes were storaged at different temperatures for 30 days so that the optimal storage temperature was selected.In addition,effect of different modified atmosphere packing on all kinds of biochemical indexes were further investigated during the storage of 30 days so that the best preservation condition could be known.Results:Compared between the different modified atmosphere packings,the modified atmosphere packing with relatively low carbon dioxide concentration in initial compositions significantly(p<0.01)sustained the activity of polyphenoloxidase(PPO)and decreased the electrical conductivity in solution.The modified atmosphere packing with initial compositions containing 8%O2and 30%CO2significantly(p<0.01)decreased the contents of malondialdehyde increasing,inhibited the activity of catalase(CAT)and peroxidase(POD),sustained the stable contents of total phenolic and flavones.Conclusion:The best fresh-maintaining condition and optimal storage temperature of herba houttyniae was 8%O2+30%CO2and 2℃respectively.
herba houttyniae;modified atmosphere packing;storage;quality
TS255.3
A
1002-0306(2015)18-0326-06
10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.057
2014-10-27
李白鸽(1984-),女,硕士,研究方向:食品保鲜技术,E-mail:whitedove_li@126.com。
贵阳学院科研立项资助项目(201201);贵州省果品加工与贮藏研究科技创新人才团队(黔科合人才团队(2013)4028);贵州省“食品科学与工程”重点学科(黔学位合字ZDXK[2014]13号)。