超声波改性膨润土涂膜在芒果采后保鲜中的应用

(1.广西科技大学鹿山学院食品与化学工程系,广西柳州 545000; 2.广西科技大学职业技术教育学院,广西柳州 545000)

膨润土俗称“万能土王”,它是一种以蒙脱石为主要矿物成分的粘土岩[1-2]。蒙脱石的结构单元层是由两个Si-O四面体层夹一个Al-O-(OH)八面体层组成,其特殊的构造使得膨润土具有吸附性和吸水性、黏结性、化学性质稳定、无毒性等特点[3-5]。超声波以液体为介质进行传播时,会产生“空化”效应[6-7],空化效应能促进非均相界面间的扰动和相界面更新,从而加速界面间的传质和传热过程[8-10],膨润土通过物理超声而使其层间距增大,进而增强其吸水性和吸附性[11-13]。

芒果是热带、亚热带水果,因其形、色、香、味极佳而享有“热带果王”的美誉,是世界上最重要的水果之一[14]。但芒果采摘后极易因炭疽病、蒂腐病、细菌黑斑病而腐烂[15-16],存在保鲜难题,其保鲜方法较多,主要有物理法和化学法[17],物理法主要有热处理、通风库贮藏、气调贮藏、减压贮藏、紫外线辐照保鲜技术等,物理法无毒无害,食用安全,但保鲜成本高,操作不便;化学法主要利用苯来特、扑海因、施保功和特克多等杀菌剂进行保鲜,化学法虽然方便、成本低,但有的化学药剂效果不理想,对人体不利,对环境有污染。

广西既有丰富的膨润土资源,又是我国主要的芒果生产地。本研究利用膨润土的物理特性制作膨润土保鲜液,并利用超声波对膨润土保鲜液进行改性,涂膜芒果进行保鲜实验研究,通过测定芒果腐烂指数、转黄指数、失重率、呼吸强度、总酸含量、总糖含量等生理生化指标,确定保鲜效果。该研究不仅拓展了膨润土的应用领域,同时也开发了一种新型安全无毒、廉价易得、使用方便的水果保鲜剂。

1 材料及方法

1.1 材料与仪器

表1 感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria

钙基膨润土 广西瑞泉膨润土有限责任公司;桂七芒果 购自广西南宁五里亭农贸批发市场,挑选成熟度一致、大小均匀、无病害、无物理伤害的芒果;氢氧化钠 分析纯(AR),天津市红岩化学试剂厂;草酸 分析纯(AR),天津博迪化工股份有限公司;葡萄糖、氯化钡 均为分析纯(AR),天津市光复科技发展有限公司;可溶性淀粉 分析纯(AR),天津市福晨化学试剂厂;苯酚、95%乙醇、酚酞 均为分析纯(AR),成都市科龙化工试剂厂;浓硫酸 分析纯(AR),上海试一化学试剂有限公司;咔唑 分析纯(AR),万荣县百盛精细化工有限公司;盐酸 分析纯(AR),广东省廉江市爱廉化学试剂有限公司。

SXJQ-1型数显直流无极调速搅拌器 郑州长城科工贸有限公司;AB104-N型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器有限公司;YHG200-1远红外线恒温干燥箱 福建市福州干燥箱厂;WYT-4手持折光仪 泉州光学仪器厂;TDL-40B低速台式离心机 上海安亭仪器厂;722型分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;FW100型高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;MJ-25BM02A型榨汁机 广东美的精品电器制造有限公司;SY-360超声仪 上海宁商超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 保鲜液的制备 膨润土经提纯、烘干、研磨、筛分,备用[18]。将膨润土与蒸馏水以质量比为1∶15的比例混合,搅拌均匀,制得膨润土保鲜液;将制得的膨润土保鲜液置于超声仪中进行处理,本论文通过前期研究,利用正交实验,在应用于芒果保鲜效果上已获得了超声功率为600 W、超声时间为75 min的最佳超声条件。所以此次实验设定超声功率600 W,超声时间75 min,制得超声改性膨润土保鲜液。

1.2.2 样品处理方法 将芒果进行简单的冲洗,除去黏附在芒果表面的脏污,然后晾干。将实验芒果分成三组,每组30个芒果,对其进行保鲜液涂膜处理,采用刷涂的形式,每个芒果刷涂一遍,保证涂膜均匀,涂膜后不影响芒果表皮本色,维持芒果的美观度。将实验芒果置于室温下贮藏,每隔1 d上午取样测试。设定经超声改性膨润土保鲜液涂膜的芒果为a组,未经改性的膨润土保鲜液涂膜的芒果为b组,不做任何涂膜处理的芒果为空白对照组,记为ck组。

1.2.3 生理生化指标及方法

1.2.3.1 腐烂指数 腐烂级别判定[19]:0级(无腐烂);1级(腐烂面积在10%以下);2级(腐烂面积10%-30%);3级(腐烂面积30%～50%);4级(腐烂面积在50%以上)。

1.2.3.2 转黄指数 果皮颜色级别判定:0级(全绿);1级(果蒂处微黄);2级(果蒂处及以外局部变黄);3级(果面约2/3变黄);4级(果面全黄)[19]。

转黄指数(%)=∑(果皮颜色级别×该级别果数)/(最高果皮颜色级别×检查总果数)×100

1.2.3.3 失重率 本实验采用称重法测定芒果失重率,计算公式如下[19]:

式中：m0为第0 d芒果质量,mn为第n天芒果的质量。

1.2.3.4 呼吸强度 将芒果置于密闭干燥皿中静置测定呼吸强度,计算单位时间内每千克芒果经过呼吸作用后释放的CO2的量[20]。

1.2.3.5 可溶性糖 可溶性糖的含量采用苯酚-硫酸法测定[20]。

1.2.3.6 可滴定酸 通过酸碱中和滴定测定可滴定酸。用氢氧化钠标准溶液滴定芒果提取液,根据氢氧化钠的消耗量计算芒果中总酸的含量[20]。

1.2.3.7 维生素C 维生素C分子中的烯二醇基具有还原性,利用I2将其氧化为二酮基,然后根据碘遇淀粉变蓝的原理,测定维生素C[20]。

1.2.3.8 感官评价 感官评价以果皮色、果肉色以及果肉风味为评价指标,选定三组评价员通过观察果实外观和品尝果肉进行芒果感官评价[20],具体评分标准见表1。

1.2.3.9 果肉重金属含量 提取各实验组芒果果肉,制成样品,通过电感耦合等离子发射光谱质谱仪(ICP-MS)对其进行重金属含量测定[21]。

1.3 数据处理

各项生理生化指标测试时取三个平行样,重复三次测试,然后计算平均值,用EXCEL数据处理软件，对所得数据进行统计分析、制图。

2 结果与讨论

2.1 腐烂指数

芒果腐烂主要由炭疽病、蒂腐病引起。由图1可知腐烂指数随着贮藏时间的延长而不断增大,ck组的芒果腐烂速度最快,b组次之,a组最小。第6 d,三组芒果开始腐烂;第12 d,a、b、ck三组芒果的腐烂指数分别为15.36%、22.22%、36.89%。结果表明,利用经过超声改性的膨润土保鲜芒果,增强了抑制芒果腐烂的能力,其原因可能是膨润土经改性后,吸附性能有所增强[11],有利于对芒果病菌的吸附,从而减少了芒果腐烂。

图1 腐烂指数随贮藏时间的变化趋势Fig.1 The trend of decay index with the storage time

2.2 转黄指数

芒果属于后熟型水果,采摘之初果皮呈绿色。当芒果逐渐成熟时,果皮变黄。由图2可看出在贮藏第2 d时,三组芒果果皮均开始转黄,a组和b组转黄指数同为1.09%,而ck组已达8.7%。随着贮藏时间的延长,三组芒果的转黄指数差别变大,在第12 d时,a组和b组转黄指数分别为48.9%和72.5%,ck组的转黄指数高达95.8%,几乎全部转黄。结果表明,经超声改性后的膨润土保鲜液更能抑制芒果果皮转黄。其原因可能是膨润土经超声波改性,吸水性提高[11],从而成膜性能增强,能更好地调节芒果生理作用,抑制果皮转黄,延缓后熟进程。

图2 转黄指数随贮藏时间的变化趋势Fig.2 The trend of turning yellow index with the storage time

2.3 失重率

由图3知,在芒果自身新陈代谢和外界蒸腾的作用下,芒果的质量损失随着贮藏时间的延长而不断增高,a组失重率始终低于b组和ck组。第12 d,ck组芒果的失重率高达30.6%,a组和b组失重率分别为22.7%和23.6%。结果表明,经超声改性的膨润土具有更强的减少芒果质量损失的能力,降低芒果表面皱褶程度。超声改性提高了膨润土的成膜性能,使得膜层致密,分布均匀,减缓了芒果的新陈代谢,有效降低芒果内部物质的分解和水分的消耗。

图3 失重率随贮藏时间的变化趋势Fig.3 The trend of weight loss with the storage time

2.4 呼吸强度

呼吸强度是评定保鲜效果最重要的指标之一。采后芒果呼吸作用的强弱程度暗示着其生理生化过程的快慢程度,这直接决定了芒果采后保鲜时间的长短。从图4可看出,三组芒果的呼吸强度变化总体上呈先上升后下降的趋势,ck组芒果的呼吸强度在贮藏第8 d时达到高峰,其值为52.33 mg CO2(kg·h),说明其果肉已趋于成熟,b组的呼吸高峰出现在第10 d,其值为49.78 mgCO2/(kg·h),a组的呼吸高峰延迟至第12 d以后。结果表明,经超声改性的膨润土具有更强的降低芒果呼吸强度的能力,延迟呼吸高峰,从而延缓后熟。超声改性后的膨润土涂膜于芒果表面之后,形成了致密的膜层,建立起低O2高CO2气调环境,降低了芒果的呼吸作用。

图4 呼吸强度随贮藏时间的变化趋势Fig.4 The trend of respiration rate with the storage time

2.5 可滴定酸

芒果中的可滴定酸随着糖物质代谢、三羧酸循环和呼吸作用而被消耗[22]。从图5可看出,三组芒果的可滴定酸含量(以下简称酸含量)呈下降趋势,ck组的下降速度快于b组和a组;从第2 d开始,三组芒果酸含量的下降速度明显分化,ck组在第8 d已降至0.569%,a组和b组分别为1.83%和0.978%;a组可滴定酸含量的下降速度最缓慢,其第12 d的可滴定酸含量水平与ck组第8 d的相当。结果表明,经超声改性的膨润土涂膜对芒果可滴定酸的降解具有明显的抑制作用,降低了芒果的腐烂速度和腐烂程度。通过涂膜,抑制芒果的呼吸作用,减缓芒果的生理代谢速度,进而降低可滴定酸分解速度。

表2 桂七芒评价结果(分)Table 2 The evaluation results of Gui No. 7

图5 可滴定酸含量随贮藏时间的变化趋势Fig.5 The trend of titritable acidity contents with the storage time

2.6 可溶性糖

随着芒果贮藏时间的延长,因为其自身的生理作用,果肉中的淀粉、纤维素等大分子物质被水解[23],使得果肉中的可溶性糖含量(以下简称糖含量)会逐渐上升,直至达到高峰,果肉完全成熟,而后又需要消耗糖分,以维持呼吸作用,这使得糖含量又快速下降,果肉逐渐衰老腐烂。从图6可看出,b组和ck组分别在第10 d和第8 d出现了可溶性糖峰值,其值分别为12.99%、13.22%,a组的可溶性糖含量高峰出现在第12 d以后。结果表明:超声改性后的膨润土能更好的调节芒果的生理作用,降低果肉中总糖的积累量,进而降低芒果衰老腐烂速度。

图6 可溶性糖含量随贮藏时间的变化趋势Fig.6 The trend of soluble sugar contents with the storage time

2.7 维生素C

维生素C是衡量芒果品质的一个重要指标。采摘之前的芒果因维生素C的合成速度大于分解速度,其含量较高。采摘之后,果肉内维生素C的合成速度弱于分解速度,高温和充足的氧气均会使维生素C的分解速度加快。

由图7可知,三组芒果的维生素C含量呈下降趋势。第4 d,三组芒果维生素C的分解速度开始分化,ck组迅速下降,第10 d已降至41.25 mg·(100 g)-1。a组维生素C的分解速度较慢,第12 d为67.88 mg·(100 g)-1,与ck组第8 d的水平相当。结果表明,膨润土保鲜液能降低芒果维生素C的分解速度,经超声改性的膨润土效果更好,其原因可能为超声改性膨润土的吸附性、黏结性增强,在芒果表面形成了质地均匀、隔绝氧气的膜层,阻碍了芒果维生素C的氧化,改善了芒果的贮藏品质。

图7 维生素C含量随贮藏时间的变化趋势Fig.7 The trend of vitamin C contents with the storage time

2.8 感官评价

感官评价是评价保鲜效果最直接而有效的手段,保鲜的目的就是保证果肉具有良好的风味和果皮具有良好的外观。表2中的数据显示,ck组芒果评价分值上升速度较快,说明芒果成熟较快,到第8 d时,三个评定指标的分值已经达到4.9分,说明芒果已经完全成熟,第12 d的风味值为3.5分,风味明显下降,说明果肉水分流失严重,糖物质分解,芒果逐渐衰老;a组和b组芒果的评价分值上升速度较慢,第8 d时,a组芒果的评价分值还未超过3分,其果皮有一半以上呈绿色,果肉呈乳白色,第12 d天,a组芒果果皮、果肉及风味评价值分别为3.5、3.8和4.2,说明该组芒果果皮色还有相当一部分带绿,果肉呈淡黄色,未达到最佳食用状态,还有继续贮藏的空间。

表3 重金属含量分析结果(mg·kg-1)Table 3 Analysis results of metal content(mg·kg-1)

注：“/”国标中未规定此类元素含量的限定值。

所以感官评价结果表明,经超声改性的膨润土保鲜芒果能保持良好的品质。

2.9 重金属含量测定

分别取空白对照组和经超声改性的膨润土保鲜后的芒果果肉,测定其重金属含量,并结合食品安全国家标准中的食品污染物限量(GB 2762-2012),制得表3。

由表3中的数据可得出,经超声膨润土涂膜保鲜的芒果果肉中,重金属含量未出现异常,远远低于标准规定,说明利用膨润土保鲜芒果无毒无害,食用安全。

3 结论

通过对三组芒果采取不同处理方式进行对比保鲜实验,研究结果得出:经超声波改性后的膨润土保鲜液对芒果具有更好的保鲜效果,其在抑制果皮转黄、果肉腐烂及其质量损失上表现良好,同时能明显降低芒果的呼吸强度、可滴定酸和维生素C的降解速度以及可溶性糖的积累速度,保鲜后的果肉风味及颜色良好,重金属含量符合国家标准,不构成对芒果的安全危害。

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