臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙变温物流保鲜品质的影响
2017-06-19折弯弯程玉娇唐彬张敏
折弯弯,程玉娇,唐彬,张敏
(西南大学 食品科学学院,农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆),重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆, 400715)
臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙变温物流保鲜品质的影响
折弯弯,程玉娇,唐彬,张敏*
(西南大学 食品科学学院,农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆),重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆, 400715)
采用200 mg/L臭氧结合间歇热处理(56 ℃热水连续处理40 s、5 ℃回温、2 min总有效热处理时间)对‘塔罗科’血橙进行处理,研究复合保鲜技术在贮藏(2 ℃、RH 90%~95%条件下21 d)、模拟运输(10 ℃、RH 60%~70%条件下7 d)和货架(20 ℃、RH 60%~70%条件下7 d)3个物流变温阶段的保鲜效果。结果表明,复合处理可以调节果蔬体内酶活性[多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Cactalase,CAT)],延缓果蔬代谢进程,维持较高的营养品质(总酸含量、可溶性固形物含量、花色苷含量),降低血橙的腐烂率,保持其硬度,具有较好的保鲜效果。
间歇热处理;臭氧;塔罗科血橙;保鲜品质;物流
‘塔罗科’血橙,血橙中的优良品系,是目前仅有的果实含花青素的柑桔类品种[1]。汁多味浓,营养价值丰富,深受消费者的喜爱。然而,血橙果实自身代谢衰老和微生物浸染会导致其腐败变质[2-3],缩短货架期,严重影响经济效益。同时,受我国冷链物流条件的限制,很多产品无法实现全程在恒定最适温度下流通,由此产生的温度变化会加速果蔬的成熟衰老,降低其自身防御性,给物流保鲜带来巨大挑战[4];在这种不利但短期内很难根本改变的流通状况下,研究并应用适于此流通环境且安全有效的保鲜技术是一种可行的选择。果蔬采后间歇热处理[5]主要采取中断高温后回温再升温再回温的方式,在利用热效应进行杀菌的同时,还能中断果蔬体内热应力的不断积累,避免热损伤的发生;且果蔬体内因反复发生剧烈的温度变化,促进了果蔬热激效应多次产生,使果蔬取得更好的保鲜效果。臭氧是一种具有刺激性气味的气体,除具有杀菌[6-11]、抑制果蔬呼吸作用,降低果蔬体内糖和淀粉代谢[12]、提高抗氧化酶体系活性、减缓膜脂过氧化作用[13]外,还可以通过其强氧化性分解果蔬代谢过程中产生的乙烯、乙醇等有害气体[14],对果蔬的成熟衰老具有较好的抑制作用。周慧娟等[15]采用26.04 mg/m3的臭氧处理宫川柑橘,可以抑制其呼吸强度和营养品质(可溶性固形物、酸、糖等)的变化,减缓膜脂过氧化作用,从而延缓了柑橘的成熟衰老。臭氧保鲜已在番茄[16-17]、柑橘[15,18-19]、黄瓜[20]、木瓜[21-22]、草莓[23]、苹果[24-25]等果蔬方面有较好的研究。本文通过对‘塔罗科’血橙进行臭氧和间歇热处理复合处理,模拟果蔬贮藏(2 ℃)、运输(10 ℃)、货架(20 ℃)3个物流阶段,探讨复合保鲜技术对‘塔罗科’血橙变温物流保鲜效果的影响。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
‘塔罗科’血橙,产自四川省内江市资中县,果实七、八成熟时(根据GBT10547—1989柑橘贮藏标准,甜橙果面着色三分之二时),在不同树上进行随机采收,放入塑料周转筐,于36 h内运至重庆北碚。挑选表面无损伤,无病害,大小均匀,成熟度一致的果实,自来水清洗后晾干备用。
二硫苏糖醇、福林酚,成都科龙化工试剂厂;L-蛋氨酸、核黄素、氯化硝基氮蓝四唑,重庆川东化工试剂公司;EDTA、愈创木酚、TritonX-100、PEG 6000(分析纯),重庆北碚化学试剂厂。
1.2 仪器与设备
RXZ-8000智能人工气候箱,宁波东南仪器有限公司;H1650R台式高速冷冻离心机,湖南湘仪公司;UV-2450PC紫外-可见分光光度计,日本岛津公司。
1.3 方法
1.3.1 样品处理
将晾干后的‘塔罗科’血橙随机分为4组:(1)CK组;(2)间歇热处理组(I组):56 ℃/40 s+5 ℃/12 min+56 ℃/40 s+5 ℃/12 min+56 ℃/40 s+5 ℃/12 min;(3)臭氧处理组(O3组):将备用平板放入体积为58 L的密封塑料箱内,用臭氧发生器(发生量为3 000 mg/h)通入气体13.9 s,使得密闭塑料箱内的臭氧浓度为200 mg/m3,随后处理血橙40 min;(4)复合处理组(I+ O3组):血橙进行间歇热处理后再进行臭氧处理;其中,间歇热处理的参数在前期试验中得出,同时在每次热处理或回温浸泡后,血橙均在室温下晾置5 min。处理结束后将各个处理组置于室温下晾干,再预冷24 h,随后采用OPP柑橘自粘袋进行单果包装,于2℃ RH 90%~95%人工气候箱中贮藏21 d,之后于10 ℃ RH 60%~70%人工气候箱中贮藏7 d来模拟物流运输,最后置于20 ℃ RH 60%~70%人工气候箱中7 d来模拟货架期。每隔7 d随机取样1次,每组取10个血橙,进行各项指标测定,指标测定重复3次,结果取其平均值。
1.3.2 腐烂率的测定
在货架期后统计各个处理组的烂果数,血橙腐烂率采用式(1)进行计算:
(1)
1.3.3 失重率的计算
(2)
1.3.4 硬度的测定
果实硬度由GY-1硬度计进行测定,探头直径为35 mm。在柑橘果实赤道部位均匀取4点,削去果皮及内部白皮层,保留完整囊衣,不损伤内果皮进行测定,取平均值。
1.3.5 可溶性固形物含量(soluble solids content,SSC)和总酸(total acid,TA)含量的测定
SSC测定采用手持糖度计法[26],TA含量测定采用酸碱滴定法[26]。
1.3.6 花色苷含量的测定
采用pH差示法[27]。
1.3.7 酶活性的测定
1.3.7.1 PPO和POD活性测定
称取0.5 g血橙果皮样品,置于研钵中,加入5 mL提取缓冲液[1 mmol 聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、4% 交联聚乙烯吡咯烷酮(crosslinking polyvingypyrrolidon,PVPP)和1% Triton X-100],在冰浴条件下研磨成匀浆,于4 ℃、12 000 r/min 离心30 min,收集上清液,即为PPO和POD提取液,4 ℃低温保存备用。
PPO活性测定:参考ZHOU等[28]方法,向试管中加入4.0 mL 0.1 mol/L、pH 5.5乙酸钠缓冲液和1.0 mL 50 mmol/L邻苯二酚溶液和100 μL酶提取液,在420 nm波长处测吸光度。以每克样品在420 nm波长处每分钟吸光度变化值增加0.01为1个PPO活性单位。
POD活性测定:参考CHANCE等[29]方法,向试管中加入3 mL 25 mmol/L愈创木酚溶液、0.2 mL酶提取液、200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液后开始计时,在470 nm波长处测吸光度。以每克样品在470 nm波长处每分钟吸光度变化值增加0.01为1 个POD活性单位。
1.3.7.2 SOD和CAT活性测定
称取0.5 g血橙果皮样品,置于研钵中,加入5 mL提取缓冲液[5 mmol/L二硫苏糖醇(dl-dithiothreitol,DTT),5%聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP),pH 7.5磷酸钠缓冲液],在冰浴条件下研磨成匀浆,于4 ℃、12 000 r/min离心30 min,收集上清液,即为SOD和CAT提取液,4 ℃低温保存备用。
SOD活性测定:参考ZHANG 等[30]方法,取一指形玻璃管,分别加入1.7 mL 50 mmol/L pH 7.8磷酸缓冲液、0.3 mL 130 mmol/LL-蛋氨酸、0.3 mL 750 μmol/L氮蓝四唑溶液、0.3 mL 100 μmol/L EDTA-Na2溶液,最后加入0.3 mL 20 μmol/L核黄素溶液和0.1 mL酶提取液。2支对照管中加入50 mmol/L pH 7.8磷酸缓冲液,一支置于暗处,另一支和其他管置于30 W日光灯下反应30 min后立即取出,放于暗处终止反应。以不照光管为参比调零,于560 nm波长处测吸光度。每克样品在560 nm波长处每分钟的反应体系对氮蓝四唑光化还原的抑制为50%为1 个SOD活性单位。
CAT活性测定:参考BASSAL等[31]方法,向试管中加入0.2 mL酶液、2.9 mL H2O2,在240 nm波长处测吸光度。以每克样品在240 nm波长处每分钟吸光度变化值减少0.01为1 个CAT活性单位。
1.4 数据处理与分析
采用Origin 8.0软件绘图和SPSS 13.0软件进行单因素方差分析及Duncan多重比较,显著性水平为0.05。
2 结果与分析
2.1 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙腐烂率的影响
腐烂率是果蔬保鲜的重要指标,血橙的腐烂主要是由于致病菌的浸染和自身抵抗力的下降共同导致的。如表1所示,在货架末期,各处理组的腐烂率相对较低,CK组的腐烂率最高,达到(33.33±1.53)%,且与各处理组的腐烂率差异显著(P<0.05),即间歇热处理、臭氧处理、复合处理均能有效降低血橙的腐烂率。臭氧能够自行分解产生新生态氧使果蔬表面或环境中的致病微生物失活[16,32],从而控制果蔬病害的发生。NIKOS等[33]采用0.05 μmol/mol的臭氧气处理西红柿,可以明显抑制果蔬表面的灰霉菌的生长,延长了西红柿的保鲜。而间歇热处理是一种逆境胁迫,可以产生一些有积极效应的应激反应,调控果蔬的生理代谢,延缓果蔬衰老进程,提高果蔬的自身抗病性[34],从而降低果实腐烂率。I+O3组腐烂率最低,为(6±1)%,与O3组差异显著(P<0.05),但与I组无显著差异。
表1 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙腐烂率的影响
注:字母不同表示在P<0.05范围内有显著性差异。
2.2 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙失重率的影响
果蔬重量的减少主要与呼吸作用和蒸腾作用引起体内营养物质和水分的消耗有关。如图1所示,各个处理组的失重率变化幅度逐渐增大,可能与贮藏期、运输期、货架期3个阶段的温度变化有关。在贮藏7天时,CK组和O3组失重率分别为0.068 3%和0.065 6%,且差异不显著(P>0.05);在其他阶段,O3组的失重率均低于其他实验组,且与CK组之间差异显著(P<0.05),可能与臭氧处理够有效降低呼吸作用,同时可以使果蔬表面的气孔缩小,降低蒸腾作用引起的水分丢失有关[35]。I组和I+O3组在各个阶段,差异均不显著(P>0.05),可能与间歇热处理起主导作用有关,间歇热处理利用热效应来改变血橙果皮表面的蜡质层,使其重新分配,导致血橙表面气孔数的减少[36],降低了血橙果实水分的蒸发,降低失重率的变化。
图1 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙失重率的影响Fig.1 The effect of ozone and intermittent heat treatment on loss weight of‘Tarocco’orange
2.3 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙硬度的影响
软化是果实成熟衰老的象征,果实中果胶、纤维素、半纤维素的分解会导致果实硬度下降。如图2所示,在物流保鲜期间,各处理组的硬度值均呈现下降的趋势;其中前7 d,CK组硬度值下降最快,与其他处理组之间差异极显著(P<0.01),可能与果实体内水分的丢失导致细胞膨压减少使硬度值下降有关[37];对于I组和O3组,在贮藏期和模拟运输期间两组之间差异均不显著(P>0.05),而在货架期末期,I组的硬度值高于O3组,且差异显著(P<0.05)。I+O3组硬度值较高,且与CK组、O3组之间差异显著(P<0.05),与I组差异不显著(P>0.05),说明间歇热处理和复合处理可以较好地保持血橙硬度,这与间歇热处理能降低细胞壁分解酶的活性,从而抑制果胶和半纤维素的降解,维持果实细胞壁的完整性有关,同时果实体内水分的维持也保持了果实的硬度[38],而臭氧处理对血橙硬度的保持没有较明显的效果。
图2 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙硬度的影响Fig.2 The effect of ozone and intermittent heat treatment on firmness of‘Tarocco’orange
2.3 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙总酸含量、可溶性固形物的影响
果实的风味主要是由SSC、TA含量所决定的。如图3所示,在物流保鲜期间,TA含量主要呈现下降的趋势。其中,CK组下降速度较快,且与各处理组之间差异极显著(P<0.01);在货架期末期,I+ O3组的TA含量相对较高(0.75%),且与各处理组之间差异极显著(P<0.01)。TA含量的降低使得糖酸比提高,这可能与热处理提高了果实的呼吸强度,从而消耗了作为底物的有机酸有关[39]。
图3 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙TA、SSC含量和SSC/TA的影响Fig.3 The effect of ozone and intermittent heat treatment on the total acid, the soluble solids content (SSC) and SSC/TA of‘Tarocco’orange
SSC一般指可溶性单糖的含量,果蔬在贮藏过程中水分的散失会导致可溶性固形物含量上升。随着贮藏时间的延长,由于果蔬呼吸代谢与机体修复机制的需要,大量可溶性糖与糖类物质被消耗,导致可溶性固形物含量下降。在物流保鲜期间,SSC主要呈现先上升后下降的趋势。贮藏期前14 d,各组的SSC均呈上升趋势,与失重率同步(见图2),这可能与贮藏前期果实的失水有关。而I+O3处理组的SSC在21天达到最大值,为11%,且与各个处理组之间差异显著(P<0.05)。在货架末期, I+O3处理组的SSC相对较高,与CK、O3组之间差异显著(P<0.05),而与I处理组之间差异不显著(P>0.05),可见,间歇热处理能够比臭氧处理更好地保持果实中的可溶性固形物含量。
SSC/TA反映了果蔬的成熟度,数值越大,成熟度越高。在物流保鲜期间,血橙的SSC/TA呈现上升趋势,且在贮藏末期,CK组的SSC/TA较高,且各个处理组之间差异极显著(P<0.01);在货架期末期,I+O3处理组的SSC/TA为14.1,成熟度最低,且与各个处理组之间差异极显著(P<0.01),说明复合处理可以调节血橙果实的生理代谢,保持良好的营养品质。
2.5 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙花色苷含量的影响
血橙是柑橘中唯一含有花青素类的品种,同样花色苷是血橙重要的营养指标。花色苷是果实呼吸作用的基质,其含量的变化在一定程度上反映了细胞代谢速率,也会对果实的风味造成一定影响。如图4所示,在物流保鲜期间,血橙的花色苷含量主要呈现上升趋势。在第21天时,CK组的花色苷含量较高,与I+O3、O3组之间差异显著(P<0.05);在模拟运输期,各个处理组的花色苷含量上升幅度较大,可能与温度、湿度的变化导致血橙花色苷的快速合成有关[40];在货架末期,I+O3处理组花色苷含量最高,且与各个处理组之间差异显著(P<0.05)。而在模拟运输期,I+O3组与I组花色苷含量之间无显著差异(P<0.05),这与适宜的热处理能够使ACC合成酶和ACC氧化酶失活,抑制乙烯的产生,从而抑制果蔬在贮运期间的呼吸作用,减缓其生理代谢有关。
图4 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙花色苷的影响Fig.4 The effect of ozone and intermittent heat treatment on anthocyanins of‘Tarocco’orange
2.6 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙酶活性的影响
PPO是苯丙烷代谢路径中的关键酶,对木质素、酚类物质的合成具有重要的作用,同时也可以催化酚类物质形成醌类化合物,对果蔬的贮藏保鲜具有重要的作用[41]。在物流保鲜期间,血橙的PPO活性主要呈现升高趋势,而I+O3处理组的PPO活性在28天达到最大值随后降低,可能因为臭氧氧化了一部分酚类物质,即减少了酶反应体系中的底物,从而在一定程度上抑制了PPO活性。在贮藏末期,O3组的PPO活性较高,与CK组、I+O3处理组之间差异显著(P<0.05),与I组差异极显著(P<0.01)。在货架末期,CK组、I组、I+O3处理组的PPO活性分别为2.50、2.55、2.53 U/g FW(P>0.05),且与O3组差异显著(P<0.05)。整体而言,臭氧处理的作用有限,主要还是热处理抑制了多酚类物质的积累及PPO的活性,有效延长了果实的货架期。
在物流保鲜期间,血橙的POD活性呈现先升高后下降再升高的趋势,在贮藏前期,各个处理组的POD活性升高且差异不显著(P>0.05);在第21天时达到一个高峰,且CK组的POD活性最低,且与各个处理组差异显著(P<0.05);在模拟运输期,血橙的POD活性降低,可能与环境温度的变化有关;在模拟运输期和货架期,I+ O3、I处理组的血橙的POD保持较高的活性,且与各个处理组之间差异极显著(P<0.01)。
在贮藏保鲜期间,血橙的SOD活性主要是呈现上升趋势,且在贮藏末期,I+O3与I处理组的SOD 活性较高,且与CK组、O3组之间差异极显著(P<0.01)。而在模拟运输期间,血橙的SOD活性出现下降趋势,可能是温度变化形成的环境胁迫激发了细胞的抗氧化保护系统所导致,且CK组的SOD活性最低,且与各个处理组之间差异显著(P<0.05),在货架期间,各个处理组的SOD活性升高趋势,I+O3处理组的SOD活性为18.12 U/g FW,与各个处理组之间差异显著(P<0.05)。
在贮藏保鲜期间,血橙的CAT活性呈现上升趋势,且在第21天时,CK组的CAT活性最低,且与I、I+ O3组之间差异显著(P<0.05);在模拟运输期,I组的CAT活性下降幅度最小,与其他处理组之间差异极显著(P<0.01);在货架末期,I组和O3组的CAT活性分别为200 U/g FW、191 U/g FW,且相互之间差异不显著(P>0.05);I+ O3组的CAT活性较高(219.67 U/g FW),与各个处理组之间差异显著(P<0.05),表明此时的血橙仍具有较高清除自由基的能力。
POD、SOD、CAT是果实体内重要的抗氧化酶,可以清除果实体内的自由基,维持细胞膜的完整性和新陈代谢的正常进行[42]。在货架末期,各试验组均维持较高的抗氧化酶POD、SOD、CAT活性,抗氧化酶活性的提高,抑制了细胞膜透性的上升,减轻了果实的腐烂与失重,这与实验结果中腐烂率、失重率的变化相一致。其中,I+O3组效果最佳(见图5),即复合处理保持了果实体内的活性氧簇平衡,维持细胞膜完整性,延缓了果实的代谢,使果实保持良好的品质。
图5 臭氧结合间歇热处理对‘塔罗科’血橙PPO、POD、SOD、CAT活性的影响Fig.5 The effect of ozone and intermittent heat treatment on the PPO,POD,SOD,CAT activity of‘Tarocco’orange
3 结论
综合以上各指标变化情况,与对照组相比,间歇热处理、臭氧处理、复合处理均能明显地控制‘塔罗科’血橙在贮运过程中的腐烂率,有效地保持果实硬度,维持较高的PPO、POD、SOD、CAT活性,保留果实中花色苷等营养物质的含量。其中,间歇热处理在保持果实硬度、保留果实中可溶性固形物含量和维持PPO活性方面效果较好,与复合组之间差异不显著(P>0.05)。臭氧处理则在控制果实腐烂率、降低失重率、维持果实POD活性方面效果显著。而臭氧结合间歇热处理发挥2种单一处理方式的优点,能够明显减缓物流过程温度变化对‘塔罗科’血橙的不利影响,有效降低血橙在变温物流保鲜期间的腐烂率,并保持较好的硬度和营养品质,调节血橙果皮内PPO、POD、SOD、CAT活性,延缓果蔬代谢进程,具有更好的保鲜效果。因此,臭氧结合间歇热处理有望成为血橙采后物流保鲜新的有效方法。
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Effect of combined ozone and intermitted heat treatment on quality of ‘Tarocco’ oranges in logistic environment under different temperatures
SHE Wan-wan, CHENG Yu-jiao, TANG Bin, ZHANG Min*
(Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Argo-products on Storage and Preservation (Chongqing), Mimnistry of Agriculture, Chongqing Special Food Programme and Technology Research Center, College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)
In this study, the effect of combined ozone (200 mg/L) and intermitted heat treatment (hot water 56 ℃ for 40s’, then return to 5 ℃ , 2minutes for total treatment) on keeping the quality of ‘tarocco’ oranges was studied. The ‘tarocco’ orange was evaluated in composite film packaging (at 10 ℃ RH 60%-70% for 7 days) and its shelf life (at 20 ℃ RH 60%-70% for 7 days). The results showed that the combined treatment regulated the enzyme activity (such as PPO, POD, SOD, CAT), delayed metabolize, it had positive effects on the quality attributes (total acid, soluble solids content and anthocyanins content).In addition, the combined treatment decreased the decay rate, maintained its hardness, and had good effect on keeping quality of ‘tarocco’ oranges.
intermittent heat treatment; ozone; ‘Tarocco’ orange; sensory quality; logistics
10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704043
硕士研究生(张敏副教授为通讯作者,E-mail:zmqx123@163.com)。
重庆市科委社会事业与民生保障科技创新专项(cstc2015shms-ztzx80010、cstc2015shmszx80036)
2016-07-07,改回日期:2016-09-21