姜黄素副产品在果脯蜜饯生产中的防腐抑菌效果

高慧，蒋晶，孙亚芳，沈立荣，郑晓冬，周文文

(浙江大学 生物系统工程与食品科学学院，馥莉食品研究院，浙江省农产品加工技术研究重点实验室，浙江 杭州，310058)



姜黄素副产品在果脯蜜饯生产中的防腐抑菌效果

高慧，蒋晶，孙亚芳，沈立荣，郑晓冬，周文文*

(浙江大学 生物系统工程与食品科学学院，馥莉食品研究院，浙江省农产品加工技术研究重点实验室，浙江 杭州，310058)

摘要以果脯蜜饯生产和贮藏过程中常见腐败菌灰葡萄孢菌和扩展青霉为试验菌，采用牛津杯法确定3种姜黄素副产品水溶性姜黄素、油溶性姜黄素、姜黄精油对其抑制效果，并确定最小抑菌浓度。通过浸泡处理法测定姜黄副产品对于果脯产品盐渍桃子和盐渍杨梅不同时间果脯发病率和失重率的影响。抑菌试验结果表明：对于灰葡萄孢菌和扩展青霉，姜黄精油效果最好，最小抑菌浓度分别为10-2和10-3，水溶性姜黄素效果次之。体内试验结果显示：姜黄精油和水溶性姜黄素对果脯原料切块桃子和杨梅的发病率和失重率均明显低于空白对照(P<0.05)，其中姜黄精油的防腐保鲜效果最好，优于阳性对照苯甲酸钠与山梨酸钾复配处理组，并且可以保护桃块和杨梅的色泽，在果脯蜜饯生产过程中糖渍前原料的短期保存上具有良好的应用前景。

关键词姜黄素副产品；果脯蜜饯；灰葡萄孢菌；扩展青霉；防腐抑菌

工业生产中姜黄副产品主要为姜黄油树脂，是原料姜黄提取大部分姜黄色素和纤维素后的副产品[1-2]，通过复配蒸馏等工艺将其做成水溶性姜黄素溶液、油溶性姜黄素溶液、姜黄精油等产品。姜黄油树脂可用作香料和色素，其主要成分包括残留的18%～20%姜黄素和大量姜黄素异构体，如脱甲氧基姜黄素、双脱甲氧基姜黄素、四氢姜黄素、脱甲氧基四氢姜黄素等,其热稳定性强(150 ℃)、安全无毒，可作为着色剂广泛用于糕点、糖果、饮料、冰淇淋等食品，被认为是最有开发价值的食用天然色素之一，同时也是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)所规定的使用安全性很高的天然色素之一。

在果脯蜜饯的生产过程中，由于原料水果采收时间集中、采收量大，在糖渍生产前需要盐渍进行保存[3]。原料在盐腌制1周后经常发生表面发霉、腐烂等不良现象。主要原因有：(1)原料本身的成熟度过高，经不起盐渍，导致腐烂；(2)原料与食盐的比例不当，用盐量不足；(3)腌制时，没有将原料和食盐充分拌匀；(4)未添加硬化剂或添加量不足；(5)盐水没有淹没原料，造成原料暴露在空气中。为解决上述问题，厂家需要利用大量的食盐和水，并要不断摸索其最佳配比，弊端之一是严重浪费水资源和食盐资源，污染土壤环境，需添加高成本低安全性防腐剂。此外，高盐浓度会造成水果营养物质大量流失而使其处于严重脱水状态，榶渍时会使果脯含有更高的糖分，违背了现在人们追求低糖健康食品的意愿。因此，在果脯蜜饯糖渍生产之前，寻找一种高效的果脯原料储藏防腐方法来替代盐渍是大势所趋。

本文将姜黄副产品与果脯蜜饯的生产加工相结合，研究姜黄副产品对果脯蜜饯加工生产过程中常见腐败菌灰葡萄孢菌(Botrytiscinerea)、扩展青霉(Penicilliumexpansum)的抑制效果以及其对于桃脯杨梅的保存和抗氧化褐变效果，以期降低盐渍用盐量或取代盐渍过程，减少后期糖渍用糖量，降低生产过程的食品安全隐患，减少环境污染。姜黄副产品的变废为宝再利用，符合我国可持续发展的理念。同时，姜黄副产品无毒且有益于人体健康，安全性优于其他常用防腐剂，因此，其在缓解果脯蜜饯生产过程中造成的营养物质损失、水资源浪费和储藏过程中的食品安全问题上具有广阔的应用前景。

1材料与方法

1.1材料与仪器

灰葡萄孢菌(Botrytiscinerea)、扩展青霉(Penicilliumexpansum)，实验室分离保存，使用马铃薯琼脂培养基(PDA)培养、体外筛选。

水溶性姜黄素，红褐色液体，与水任意比例互溶，溶液澄清无沉淀，水溶性姜黄素液体辅料质量比如下，姜黄油树脂：PEG400∶Tween 20∶Tween 80 = 1∶1.2∶0.5∶0.5；油溶性姜黄素，红褐色油状液体，澄清无沉淀或分层，可与油以任意比例互溶，不溶于水；姜黄精油，淡黄色液体，澄清无沉淀，不溶于水。上述副产品和姜黄原料粉由姜黄素生产商为宁波中药制药有限公司提供。

果脯原料(盐渍桃子、盐渍杨梅)，杭州超达食品有限公司提供。

灭菌锅，上海医用核子仪器厂；超净工作台，苏州佳宝净化设备有限公司；Sartrious电子天平，北京赛多利斯天平有限公司；血球计数板(25×16)，上海医用光学仪器厂；光学显微镜，江南仪器厂；LRH·250生化培养箱，上海一恒科技有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海跃进医疗机械厂；电子分析天平，梅特勒-拖利多仪器(上海)有限公司；冰箱，SIMENS。

1.2实验方法

1.2.1病原菌培养

将4 ℃斜面保存菌株灰葡萄孢菌(B.cinerea)和扩展青霉(P.expansum)，分别接入PDA试管斜面，28 ℃培养7 d，得到灰葡萄孢菌(B.cinerea)和扩展青霉(P.expansum)的活化菌种，待用。

霉菌浓度控制：用接种环挑取适量菌种到装有无菌水的离心管里，用漩涡振荡器充分振荡后，采用血球计数板法计数，调整到所需浓度107CFU/mL，待用。

1.2.2姜黄副产品的准备与配制

取5个50 mL离心管，1号管加入0.300 0 g姜黄原料粉，加入Tween 80乳化剂100 μL，用无菌水定容至30 mL，盖上盖子，充分混匀，待用；2号离心管里加入0.015 0 g苯甲酸钠和0.015 0 g山梨酸钾[4]，用无菌水定容至30 mL，盖上盖子，充分混匀，待用；3号离心管加入30 mL姜黄精油原液，待用；4号离心管加入30 mL水溶性姜黄素原液，待用；5号离心管加入30 mL油溶性姜黄素原液，待用。

1.2.3体外霉菌抑制效果的测定

灭菌牛津杯分散放置于培养皿内，将液体培养基倒入培养皿内，待培养基凝固后，使用镊子将牛津杯取出，得到6个小孔，移液枪移取200 μL灰葡萄孢菌(B.cinerea)菌液注入平皿内，用涂布棒平铺菌液，等菌液渗入培养基内后，用移液枪分别向不同孔内加入150 μL不同待测样，分别为：(1)姜黄原料溶液，(2)苯甲酸钠和山梨酸钾(质量比1∶1)的复配混合溶液(阳性对照)，(3)姜黄精油，(4)水溶性姜黄素溶液，(5)油溶性姜黄素溶液，(6)无菌水(阴性对照)，每个处理作3个平行，扩展青霉(P.expansum)方法同上。平板正置放置于培养箱中，28 ℃培养，定时观察。

1.2.4待测副产品最小抑菌(灰葡萄孢菌、扩展青霉)浓度的确定[5]

对姜黄精油进行不同浓度的稀释，以Tween 80和无菌水的混合液为溶剂，配比为100 mL无菌水里加入40 μL Tween 80，稀释浓度分别为100、10-1、10-2、10-3、10-45个浓度梯度。而对水溶性姜黄素溶液，用无菌水稀释为100、10-1、10-2、10-3、10-45个浓度梯度，同样采用上述牛津杯法，向不同的孔内加入上述浓度的溶液，以苯甲酸钠和山梨酸钾的混合液为阳性对照，以无菌水为阴性对照，每个处理作3个平行，平板正置放置于培养箱中，28 ℃培养。根据不同浓度抑菌圈的产生情况确定姜黄精油、水溶性姜黄素对灰葡萄孢菌(B.cinerea)以及扩展青霉(P.expansum)的最小抑菌浓度。

1.2.5果脯蜜饯体内试验

1.2.5.1溶液的配制

将体外效果明显的姜黄副产品，按照1.2.4的方法进行配制，得到姜黄精油原液(浓度100)、姜黄精油稀释液(浓度10-1、10-2)以及水溶性姜黄素原液(浓度100)，在烧杯内充分混匀，待用。并同时准备阳性对照苯甲酸钠和山梨酸钾(质量比1∶1)的复配混合液和无菌水阴性对照。

1.2.5.2果脯蜜饯脱盐

将腌渍过的杨梅和桃子用重蒸水浸泡脱盐，取出放在平板上自然晾干，待用。

1.2.5.3样品的准备

选择大小基本一致的脱盐桃脯。实验前用质量分数1%NaClO进行果实表面消毒，将桃脯切成大小相似的块，准备400块待用，同时准备400个杨梅待用。

按照1∶4(g:mL)料液比[6]用1.2.5.1中准备的不同的溶液分别浸泡桃脯块和杨梅15 min，取出放于超净台晾干，放置于灭过菌的平皿上，分装于框子里并用聚乙烯保鲜薄膜封口，做好标记，放置于温度25℃、相对湿度(RH)96%左右的培养室内，每个处理设3个重复，每个重复20个样品，试验重复2次。每天观察记录，对比桃子切面以及杨梅的染菌情况以及病果率[7-8]。

(1)

1.2.5.4果脯蜜饯失重变化

浸泡处理晾干后的桃块和杨梅分别用电子天平称量单个质量，并按顺序编号，同时肉眼观察不同处理后的每个果实外观。第6天，从不同处理组中随机选出相同编号的5个好果，根据其前后单果重来计算失重率(以平均值为准)[9]，并观察果实外观。

(2)

2结果与讨论

2.1姜黄原料及副产品对灰葡萄孢菌(B.cinerea)和扩展青霉(P.expansum)的体外抑制结果

培养28 h后，抑菌试验结果(如表1)显示水溶性姜黄素与姜黄精油对灰葡萄孢菌(B.cinerea)有很好的抑制作用，且效果明显高于常用防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾(质量比1∶1)的复配处理组(P<0.05)，姜黄精油效果最好，抑菌圈直径18.10 mm，姜黄原料粉及油溶性姜黄素溶液对灰葡萄孢菌(B.cinerea)没有抑制作用。对于扩展青霉(P.expansum)，姜黄原料粉、水溶性姜黄素和姜黄精油均具有抑制作用，姜黄精油效果最好，高于阳性对照(P>0.05)，而姜黄原料粉和水溶性姜黄素效果低于阳性对照。姜黄精油内姜黄色素含量较高，姜黄色素具有良好的防腐和保健功能[10-11]。精油还可以破坏霉菌细胞膜的膜结构，使霉菌细胞内物质流出，刺激细胞自溶[12-13]。

表1　牛津杯法体外抑菌结果

注：(1)阳性对照为苯甲酸钠与山梨酸钾(0.015 0 g：0.015 0 g)的混合液，阴性对照为无菌水，0表示无抑菌圈；(2)同行标注不同小写字母表示处理间具有显著性差异(P<0．05)，表2、表3同。

2.2姜黄精油和水溶性姜黄素最小抑菌浓度的确定

培养28 h后，由表2可知姜黄精油对灰葡萄孢菌(B.cinerea)的最小抑菌浓度为10-2，且根据抑菌圈的大小得出，姜黄精油的浓度越高，抑菌效果越好，姜黄精油原液(即100)的抑菌效果高于10-1和10-2浓度时的抑菌效果(P>0.05)。对于扩展青霉(P.expansum)，姜黄精油的最小抑菌浓度为10-3，并且姜黄精油的浓度越高，抑菌效果越好。姜黄精油原液(即100)的抑菌效果显著高于10-1、10-2和10-3浓度时的抑菌效果(P<0.05)。

表2　姜黄精油对灰葡萄孢菌和扩展青霉最小抑菌浓度的测定结果

注：阴性对照为稀释姜黄精油的溶剂Tween 80与无菌水的混合液(100 mL无菌水：40 μL Tween 80)。

表3　水溶性姜黄素对灰葡萄孢菌和扩展青霉最小抑菌浓度的测定结果

培养28 h后，由表3可知水溶性姜黄素对灰葡萄孢菌(B.cinerea)和扩展青霉(P.expansum)最小抑菌浓度即为原液浓度(即100)，根据抑菌圈直径大小可知，其对灰葡萄孢菌(B.cinerea)的抑制效果好于对扩展青霉(P.expansum)的抑制效果，抑菌圈直径15 mm以上。

2.3果脯蜜饯体内试验结果

病果率直接反映桃块的耐贮能力。由图1可知，无菌水对照处理桃块在贮藏期里的病果率呈不断上升的变化趋势，且上升幅度最大。水溶性姜黄素处理组和姜黄精油浓度10-2处理组桃子2 d之后开始出现病果，病果率顺序为：阴性对照组>水溶性姜黄素处理组>姜黄精油浓度10-2处理组>阳性对照组。姜黄精油浓度10-1处理组和姜黄精油处理组桃子4 d后出现病果，病果率顺序为：阳性对照>姜黄精油浓度10-1处理组>姜黄精油处理组。在贮藏至第8天时，阴性对照组(无菌水)和阳性对照组(苯甲酸钠和山梨酸钾复配剂)桃块的病果率为100%和60%，姜黄精油浓度10-1处理组和姜黄精油处理组病果率分别为50%和35%，与阴性对照组差异达到极显著水平(P< 0.01)。由此可见，姜黄副产品处理桃块后，均可以降低其发病率，姜黄精油效果最好。

图1　不同处理对脱盐桃块发病率的影响Fig.1　Effect of different treatments on disease rate of desalination peach fruit blocks 注：姜黄精油10-1和10-2分别代表姜黄精油浓度稀释了10倍和100倍，图2～图4同。

由图2可知，各处理杨梅在贮藏期里的病果率均呈不断上升的变化趋势，尤其以无菌水对照组和姜黄精油浓度10-2处理组的上升幅度最大。在贮藏至第10天时，杨梅发病率顺序为无菌水对照组>姜黄精油浓度10-2处理组>姜黄精油浓度10-1处理组>水溶性姜黄素处理组>阳性对照苯甲酸钠和山梨酸钾组>姜黄精油处理组。姜黄精油处理组病果率为45%，略低于阳性对照组(P>0.05)，与阴性对照组(病果率100%)差异达到极显著水平(P<0.01)。综上可知，姜黄副产品均可以降低杨梅的发病率，姜黄精油效果最明显。

图2　不同处理对脱盐杨梅发病率的影响Fig.2　Effect of different treatments on disease rate of desalination waxberry

由图3可以看出，桃块的失重率随着贮藏时间的延长呈上升趋势，其中无菌水对照组桃块的失重率上升速度较快，贮藏6 d时失重率达17.31%，而姜黄类副产品处理组的失重率上升速度较慢，均低于苯甲酸钠和山梨酸钾阳性对照组，姜黄精油处理组贮藏6 d后的桃块失重率最低为2.42%，与无菌水空白对照组差异达到显著水平(P<0.05)。另一方面，观察桃块处理后的外观变化发现，姜黄精油不同浓度处理组的桃块6 d内表面均未发生氧化褐变现象，水溶性姜黄素处理过的桃块被染上亮黄色，看不出其他颜色变化，而无菌水空白对照组与阳性对照组的桃块均发生了严重的皱缩与氧化褐变现象。

图3　不同处理对脱盐桃块失重率的影响Fig.3　Effect of different treatments on weight loss of desalination peach fruit blocks

由图4可以看出，杨梅失重率与桃块的失重率的变化趋势基本一致，随着贮藏时间的延长呈上升趋势，姜黄副产品处理组的桃子失重率在第2天后均低于无菌水阴性对照组和阳性对照组。无菌水空白对照组的杨梅贮藏第6天失重率达24.72%，姜黄精油处理组的杨梅贮藏第6天失重率最低为6.02%，与无菌水空白对照组差异极显著(P<0.01)。观察杨梅处理后的外观变化发现，无菌水空白对照组与阳性对照组的杨梅表面发生了严重的皱缩干燥现象，可见姜黄类副产品均可以降低杨梅的失重率，减少短期内自身营养物质的消耗。

图4　不同处理对脱盐杨梅失重率的影响Fig.4　Effect of different treatments on weight loss of desalination waxberry

实验显示，姜黄副产品中姜黄精油在果脯原料加工储藏中的防腐效果最好，其具有一定的保鲜抗氧化作用。推测因其为脂溶性液体，能在水果表面形成一层较为致密和均匀的保护膜，降低了透氧和透水性，水分不易散失，自身有机物消耗量相对减少，从而有效降低了果实的失重率同时阻止了氧化褐变现象。

3结论

体外试验发现，姜黄精油和水溶性姜黄素对于水果常见腐败真菌灰葡萄孢菌(B.cinerea)和扩展青霉(P.expansum)具有良好的抑制作用，姜黄精油效果最好，最小抑菌浓度分别为10-2和10-3，优于常用防腐剂产品苯甲酸钠和山梨酸钾。体内试验发现，姜黄精油处理果脯材料脱盐桃块，第6天的失重率可控制在2.42%，第8天的病果率可控制在35%，显著减缓桃块的腐败发生和氧化褐变；姜黄精油处理蜜饯脱盐杨梅后，其腐败抑制效果优于常用食品防腐剂阳性对照组，并可将第6天失重率控制到6.02%。体内体外实验结果均表明，在生产果脯蜜饯的过程中，姜黄副产品中姜黄精油对于延长果脯蜜饯原料糖渍前的贮藏时间效果最佳，具备逐渐替代盐渍处理的潜力，同时可减缓果脯原料的失水和褐变。本研究对于开发健康的低盐低糖果脯蜜饯食品和提高姜黄副产品的附加值均具有重要意义。

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Inhibitory effects of curcumin by-product on preserving of dry fruits

GAO Hui, JIANG Jing, SUN Ya-fang, SHEN Li-rong,ZHENG Xiao-dong, ZHOU Wen-wen*

(College ofBiosystems Engineering and Food Science, Fuli Institute of Food Science,Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing, Hangzhou 310058, China)

ABSTRACTThree curcumin by- products (water-soluble turmeric, oil-soluble turmeric, and turmeric essential oil) were used to test the inhibitory effect on two fungal strains Botrytis cinerea and Penicillium expansum, which causes preserved fruit products contamination. Oxford cup method was used to find the minimum inhibitory concentration of the three by products. Then, peach slices and bayberries were soaked in salt water and the weight loss and contamination at different times were studied. Oxford cup results showed turmeric essential oil had the best inhibitory effect on Botrytis cinerea and Penicillium expansum, with the minimum inhibitory concentration of 10-2(v/v) and 10-3(v/v) respectively; followed by water-soluble curcumin. The results of in vivo test showed that turmeric essential oil and water-soluble turmeric significantly lower the disease rate and weight loss than the control. Turmeric essential oil had better effect than the positive control, the sodium benzoate and potassium sorbate complex group, it can also protect the fruit color. Therefore, turmeric essential oil had a good prospect on short-term preservation of raw material before preserved fruit processing.

Key wordscurcumin by-products; preserved fruit; Botrytis cinerea; Penicillium expansum; control fungi and decay

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606020

基金项目：浙江省自然科学基金(NO.LY12B06006)

收稿日期：2015-08-22，改回日期：2015-11-19

第一作者：硕士研究生(周文文副教授为通讯作者，E-mail: vivianzhou11@zju.edu.cn)。