茶多酚川陈皮素羧甲基纤维素钠复合涂膜剂对刺嫩芽的保鲜效果

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(1.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030; 2.北京林业大学生物科学与技术学院,北京 100083)

刺嫩芽(Araliaelata(Miq.)Seem.)又名刺龙芽、刺老芽、辽东楤木、龙芽楤木、鹊不踏,多年生落叶小乔木,多生于林区地带,主要分布于我国东北地区[1-2]。刺嫩芽中含有大量的微量元素和多种维生素,含有全部的氨基酸,其中包含八种人体必需的氨基酸[3]。刺嫩芽味道鲜美,并且具有很高的营养价值,有“天下第一山珍”的美誉。但在贮藏期间,新鲜刺嫩芽容易出现变质、萎蔫、褐变等不良现象,影响其产品质量。随着消费者对食品安全要求的提高,有必要采用高效无害的刺嫩芽保鲜方式,来保证其品质,并延长其保鲜期。

蔬菜保鲜方式主要有化学保鲜[4]、气调保鲜[5]、低温贮藏保鲜[6]、真空包装[7]、可食用涂膜保鲜[8]等。与其他保鲜技术相比,可食用涂膜具有诸多优点,它可以形成隔绝氧气和水的屏障,抑制果蔬氧化发生,抑制微生物生长,保证其感官品质,还可以很好地降低失水率,延长果蔬的贮藏时间[9]。近年来,可食用涂膜得到了重视,已有研究表明可食用涂膜可以延长番石榴[10]、草莓[11]、猕猴桃、生菜等果蔬保鲜期[12]。但目前利用可食用涂膜对刺嫩芽保鲜的研究较少。

羧甲基纤维素钠(CMC-Na)是一种无味、无毒的水溶性高分子添加剂,具有优良的增稠性、凝胶化、稳定性等性质,被广泛应用在食品工业中[13]。因为CMC-Na具有良好的成膜性,所以本文将其作为刺嫩芽复合涂膜剂的基料。茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称,是一种天然的保鲜剂,具有抗氧化、抑菌的作用。许琦炀等将茶多酚加入到羧甲基纤维素钠复合衬垫中,使衬垫具有显著的自由基清除能力,并有效地延长了鲜肉的货架期[14]。川陈皮素是一种黄酮类化合物,也具有抑菌功能[15]。陈少华利用川陈皮素、壳聚糖等制备的复合涂膜,可推迟青椒转红时间达到18 d以上[16]。

本研究以羧甲基纤维素钠作为成膜基质,通过预实验确定茶多酚膜、川陈皮素膜和复合膜的最佳配比,将三组涂膜处理的刺嫩芽与未处理的刺嫩芽进行对比;通过研究感官评分、失重率和叶绿素含量等指标,从多方面分析茶多酚、川陈皮素、羧甲基纤维素钠对刺嫩芽保鲜的机理,为刺嫩芽贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

刺嫩芽 采自于黑龙江省宾县青阳林场基地;茶多酚 分析纯,上海源叶生物科技有限公司;川陈皮素 纯度≥98.75%,东北农业大学张秀玲实验室;CMC-Na 纯度≥99.5%,江门亚什兰化工有限公司;磷酸缓冲液 分析纯,深圳市尚品科技有限公司;邻苯二酚 分析纯,上海易恩化学技术有限公司;草酸(纯度≥99.5%)、2,6-二氯酚靛酚钠盐(纯度≥90%)、三氯乙酸(纯度≥99.0%)、硫代巴比妥酸(纯度≥98.5%) 天津光复化学试剂有限公司。

Tu-1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司;GY-3型果实硬度计 杭州托普仪器有限公司;MS-H280-Pro磁力搅拌器 大龙兴创实验仪器(北京)有限公司;JP-031S超声波清洗机 深圳市结盟清洗设备有限公司;BDC-251WBSV冰箱 青岛海尔股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 涂膜液的配制及涂膜处理 将2 g CMC-Na溶解在1 L蒸馏水中,在60 ℃下先磁力搅拌30 min,在60 ℃下超声10 min,冷却至室温备用,作为涂膜原液。将1.5 g茶多酚加入1 L涂膜原液中,在室温下搅拌30 min,记为茶多酚组;将1.8 g川陈皮素加入1 L涂膜原液中,在室温下搅拌30 min,记为川陈皮素组;将1.2 g茶多酚和1.5 g川陈皮素加入1 L涂膜原液中,在室温下搅拌30 min,记为复合涂膜组。上述各组最佳浓度以感官评价为依据通过预实验确定。预实验中各组分添加量设定为:茶多酚(0.9、1.2、1.5、1.8 g),川陈皮素(0.9、1.2、1.5、1.8 g)。茶多酚组与川陈皮素组通过单因素得出,复合涂膜组通过完全实验得出。

将刺嫩芽随机分为四组,将其中一组未作涂膜处理的刺嫩芽记为对照组,其余三组分别在上述不同的涂膜剂中浸泡10 min,取出后放置于聚乙烯网格上自然风干,再将各实验组的刺嫩芽分装到聚乙烯保鲜袋中,放置于4 ℃冰箱。

1.2.2 刺嫩芽保鲜效果评价指标的测定

1.2.2.1 感官评价感官评定 小组由10人组成(5男5女),通过评价小组的视觉、触觉和嗅觉等感觉对刺嫩芽进行组织形态、色泽和气味的评分;评分等级有五级,一级评分为100～90分,以此类推,三级及以下即为不可接受,具体评价标准见表1。

表1 刺嫩芽感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standards for Aralia elata(Miq.)Seem.

1.2.2.2 失重率测定 在室温下,将刺嫩芽放置在电子天平上进行称量,每3 d测量一次,并记录各组刺嫩芽初始重量和实验期内每次测量时的重量。

失重率(%)=(样品初始重量-样品测量时重量)×100/样品初始重量

1.2.2.3 硬度测定 使用GY-3型硬度计进行测定(探头直径为8 mm),将探头压入刺嫩芽菜体内,以顶端叶片部、中部和根部取3点为测量位置,各测定3次记录读数,取平均值,每3 d测定一次。

1.2.2.4 叶绿素含量的测定 称取1 g的刺嫩芽样品于研钵中,加入少量的石英砂和碳酸钙粉,再加入5 mL 95%的乙醇,研磨直至组织变白,将研磨后的匀浆静止8 min后,过滤到50 mL棕色容量瓶中,用95%乙醇冲洗研钵、研棒和残渣数次,一并倒入棕色容量瓶,然后用95%乙醇定容至50 mL。使用紫外分光光度计在663、645 nm波长处检测吸光值,根据公式进行计算叶绿素含量,每个样品平行测三次[17-18]。

叶绿素含量(mg/g)=[(20.29×A645+8.05×A663)×V]/(1000×M)

式中:V为提取液总体积(mL);M 为刺嫩芽鲜重(g)。

1.2.2.5 抗坏血酸(VC)含量测定 取10 g刺嫩芽于研钵,加入少量2%草酸溶液,研磨至浆状,过滤到100 mL容量瓶中,用2%草酸冲洗研钵后,同样倒入容量瓶中,再用2%草酸定容,再过滤即为提取样液;取0.1 mg/mL标准抗坏血酸10 mL于100 mL锥形瓶中,用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至微红色,15 s不褪色为止,记下染料用量[19];吸取10 mL样液于100 mL的锥形瓶,滴定方法如上面所述,每个样品平行测三次。

式中:V为提取液总体积(mL);V1为样品滴定消耗的染料体积(mL);V0为空白滴定消耗的染料体积(mL);ρ为1 mL染料溶液相当于VC的质量(mg/mL);VS为滴定时所取样品溶液体积(mL);m为刺嫩芽质量(g)。

1.2.2.6 多酚氧化酶(PPO)活性的测定 取0.5 g刺嫩芽放入研钵,加入预冷的3 mL磷酸缓冲液(pH7.0),研磨成浆后倒入离心管中,再用7 mL磷酸缓冲液冲洗研钵亦倒入离心管,离心(4 ℃、8000 r/min)5 min,取上清液为多酚氧化酶提取液,并量取粗酶液体积;将0.5 mL邻苯二酚加入2 mL磷酸缓冲液(pH7.0)中,再加入0.5 mL酶提取液,2 min后于波长410 nm下测定吸光值[20],以不加酶提取液的反应液做对照;以每分钟吸光度变化0.01为1个多酚氧化酶活性单位记为U。

式中:ΔA420为反应时间内OD变化值;W为刺嫩芽重量(g);t为反应时间(min);VT为提取酶液总体积(mL);VS为测定时取用酶液体积(mL)。

1.2.2.7 丙二醛(MDA)含量的测定 取1 g刺嫩芽样品,加入5 mL 100 g/L的三氯乙酸(TCA)溶液,研磨匀浆后,于4 ℃、8000 r/min离心20 min后,取2 mL上清液(对照管为2 mL 100 g/L的TCA溶液)加入2 mL 0.67%硫代巴比妥酸(TBA)溶液,混合后置于沸水浴中20 min,冷却后再离心(4 ℃、8000 r/min、20 min)一次,取上清液测定450、532和600 nm波长处的吸光值。重复三次。

丙二醛含量(μmol/g)=[6.45×(A532-A600)-0.56×A450]×V/VS×m×1000

式中:V为提取液总体积(mL);VS为测定时样品提取液体积(mL);m为样品质量(g)。

1.3 数据处理

实验数据经过Excel 2010软件进行整理,用SPSS 20.0进行显著性分析,并运用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同涂膜剂对刺嫩芽感官评价的影响

感官评价是刺嫩芽最直观的评价指标,可以判断其新鲜程度。如图1所示,随着贮藏时间的延长,各组刺嫩芽的感官评分都呈现下降的趋势,对照组降低的趋势最明显,第6 d刺嫩芽出现异味,刺嫩芽的感官评分为82.2分,极显著低于茶多酚组(94.5分)和川陈皮素组(90.5分)(P<0.01),可能是茶多酚和川陈皮素对微生物具有抑制作用,从而维持了刺嫩芽的感官品质;涂膜处理后刺嫩芽菜体上形成了一层保护膜,有利于隔绝氧气和微生物,保持刺嫩芽致密的组织形态,同时也减少了气味的损失。在贮藏第12 d时,复合组的刺嫩芽评分为87.2分,高于其他组评分,并处于第二等级,依然保持着较新鲜的状态,可见,复合涂膜组可以良好地保证贮藏12 d内刺嫩芽的感官品质,较对照组的刺嫩芽,延长了6 d的贮藏时间。从感官评价可知,以第6 d的对照组刺嫩芽的各指标为不可接受指标,对后续保鲜指标所判断的有效贮藏期进行分析。

图1 贮藏期间刺嫩芽感官评分的变化Fig.1 Changes in sensory scores ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.2 不同涂膜剂对刺嫩芽失重率的影响

果蔬的失重率是判断保鲜效果的重要指标之一。如图2所示,随着贮藏时间的增加,各组的刺嫩芽失重率均升高。水从水果向环境的迁移是水果在储存期间质量减轻的主要原因[21]。刺嫩芽在涂膜剂浸泡后,会在其表面形成薄膜,阻止刺嫩芽水分的蒸发,降低了刺嫩芽的失重。而复合组刺嫩芽的失重率最小的原因可能是川陈皮素和茶多酚具有抑菌性,减少微生物对刺嫩芽表面的破坏,从而降低水分的流失[22]。贮藏12 d后,复合组刺嫩芽的失重率为19.86%,极显著低于茶多酚组(23.96%)、川陈皮素组(27.49%)和对照组(29.07%)的刺嫩芽失重率(P<0.01)。复合组刺嫩芽第9 d的失重率为16.68%,显著低于对照组第6 d的失重率(18.26%)(P<0.05),以失重率为主要指标，综合其它因素得出复合涂膜能延长3 d的贮藏时间。

图2 贮藏期间刺嫩芽失重率的变化Fig.2 Changes in weight loss rate ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.3 不同涂膜剂对刺嫩芽硬度的影响

硬度能够直接反映果蔬的成熟度和腐烂程度,是直观地判断果蔬品质的依据之一[23]。图3显示随着贮藏时间的延长,各组刺嫩芽的硬度均呈下降趋势。贮藏12 d后,复合组(10.5 kg/cm2)、茶多酚组(9.88 kg/cm2)和川陈皮素组刺嫩芽的硬度(9.63 kg/cm2)均显著高于对照组(8.97 kg/cm2)(P<0.05)。降低菜体水分蒸发和营养物质氧化速率有益于硬度的保持[24]。涂膜后的刺嫩芽,可减少菜体与氧气的接触,处于低氧环境的刺嫩芽降低了呼吸速率,降低了营养物质的氧化速率[25],复合膜的存在也降低了菜体水分的蒸发,从而保持了菜体硬度。证明茶多酚和川陈皮素复合膜对刺嫩芽硬度的维持能力优于单一保鲜剂。贮藏12 d后,复合组刺嫩芽的硬度依然高于刺嫩芽的不可接受值(9.89 kg/cm2),证明与对照组相比,复合涂膜至少可以延长刺嫩芽6 d的贮藏时间。

图3 贮藏期间刺嫩芽硬度的变化Fig.3 Changes in the hardness ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.4 不同涂膜剂对刺嫩芽叶绿素含量的影响

叶绿素是一切果蔬绿色的来源,随着果蔬的成熟衰老,其合成逐渐停止,含量不断下降。这种颜色变化常作为衡量果蔬成熟度和新鲜变化的指标[26]。如图4显示,随着贮藏时间的延长,各组刺嫩芽叶绿素含量均下降。第9 d的叶绿素含量：茶多酚组(1.772 mg/g)和川陈皮素组(1.493 mg/g)依然显著高于第6 d的对照组(1.028 mg/g)(P<0.05)。茶多酚的儿茶素苯环上的酚羟基的供氢体提供了抗氧化性,作用于自由基及与自由基有关的酶[27],使酶的活性降低,从而减缓叶绿素的氧化降解。川陈皮素具有强大的抗氧化性[28],能抑制叶绿素的氧化分解,从而提高刺嫩芽中叶绿素含量。贮藏第12 d的复合组刺嫩芽叶绿素含量为2.090 mg/g,极显著高于第6 d的对照组(P<0.01)。说明复合涂膜处理能延缓刺嫩芽叶绿素的降解,具有护绿的效果,以叶绿素含量为主要指标，综合其它因素得出复合涂膜至少能提高刺嫩芽6 d的贮藏时间。

图4 贮藏期间刺嫩芽叶绿素的变化Fig.4 Changes in chlorophyll ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.5 不同涂膜剂对刺嫩芽VC含量的影响

抗坏血酸是果蔬中重要的营养物质之一。如图5所示,随着贮藏时间的增加,各组刺嫩芽的VC含量均降低。在贮藏12 d时,茶多酚组VC含量(4.92 mg/100 g)和川陈皮素组的刺嫩芽VC含量(4.84 mg/100 g)均显著高于对照组刺嫩芽的VC含量(2.41 mg/100 g)(P<0.05)。涂膜处理后形成的膜具有较低的氧渗透性,使抗坏血酸氧化酶活性降低,从而抑制了VC的氧化[29]。为了防止果蔬在成熟过程中的氧化,VC会与果蔬体内的自由基反应[30],而茶多酚和川陈皮素具有抗氧化性,能将一部分本应与VC反应的自由基清除,从而延缓了VC的降解。在贮藏12 d时,复合组刺嫩芽的VC含量最高,为5.98 mg/100 g,极显著高于对照组刺嫩芽的VC含量(2.41 mg/100 g)(P<0.01),以VC含量为主要指标，综合其它因素，证明复合涂膜抑制刺嫩芽VC流失的效果最好。而贮藏第9 d的复合组刺嫩芽VC含量(9.15 mg/100 g)显著高于第6 d的对照组(8.47 mg/100 g)(P<0.05),证明复合涂膜至少可延长3 d的贮藏时间。

图5 贮藏期间刺嫩芽VC含量的变化Fig.5 Changes in VC content ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.6 不同涂膜剂对刺嫩芽多酚氧化酶活性的影响

多酚氧化酶是能够催化酚类生成醌类的一种氧化酶,当果蔬组织受到病菌侵染或逆境胁迫时,PPO会快速上升来保护果蔬组织[31],但被氧化的酚类物质会转化为棕色的醌类物质,从而引起果蔬表面发生褐变[32],导致色泽上的不良变化。如图6所示,膜处理组和对照组的刺嫩芽的PPO活性均出现先下降后升高的变化趋势。对照组刺嫩芽的PPO活性在第6 d时最小,膜处理组的刺嫩芽PPO活性在第9 d时最小,可知涂膜处理在延缓PPO活性升高、抑制刺嫩芽的褐变方面具有效果;以这两者最小值出现的时间考虑,复合涂膜可以提高3 d的贮藏时间。贮藏12 d后,复合组的刺嫩芽的PPO活性最低,为12.22 U/g·FW·min,极显著低于茶多酚组(13.67 U/g·FW·min)、川陈皮素组(14.85 U/g·FW·min)和对照组刺嫩芽的PPO活性(17.67 U/g·FW·min)(P<0.01)。证明复合膜可以更有效地减缓PPO活性的升高,提高了刺嫩芽的保鲜效果。

图6 贮藏期间刺嫩芽PPO活性的变化Fig.6 Changes in PPO activity ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

2.7 不同涂膜剂对刺嫩芽丙二醛含量的影响

作为膜过氧化的中间产物,丙二醛已被用作判断果实发育过程中膜损伤的直接指标之一[33]。如图7所示,随着贮藏时间的增长,各组刺嫩芽的丙二醛含量不断升高,其中未处理的对照组刺嫩芽丙二酮含量上升最快,川陈皮素组次之,茶多酚组的丙二酮含量上升缓慢,复合组的丙二酮含量上升最慢。贮藏12 d时,川陈皮素组(6.97 μmol/g)和茶多酚组刺嫩芽的丙二醛含量(6.21 μmol/g)均显著低于对照组刺嫩芽的丙二醛含量(9.56 μmol/g)(P<0.05)。茶多酚和川陈皮素具有抗氧化性,从而抑制了菜体细胞氧化,羧甲基纤维素膜有效地保持了刺嫩芽的机械性能。贮藏12 d后,复合组刺嫩芽的丙二醛含量为5.63 μmol/g,极显著低于川陈皮素组和茶多酚组的刺嫩芽丙二醛含量(P<0.01),证明了复合涂膜可延缓刺嫩芽丙二醛的升高。第9 d的复合组刺嫩芽的丙二醛含量(4.46 μmol/g)极显著低于第6 d的对照组刺嫩芽(5.28 μmol/g)(P<0.01),综合其它因素可知复合涂膜至少能延长3 d的贮藏时间。

图7 贮藏期间刺嫩芽MDA含量的变化Fig.7 Changes in MDA content ofAralia elata(Miq.)Seem.during storage

3 结论

在4 ℃的条件下,贮藏刺嫩芽12 d后,复合涂膜、茶多酚涂膜和川陈皮素涂膜处理的刺嫩芽的组织形态、色泽和气味方面都优于对照组;其硬度、叶绿素和VC含量、均明显高于对照组;而涂膜处理刺嫩芽的失重率、PPO活性、丙二醛含量均明显低于未处理的刺嫩芽。而复合涂膜处理的刺嫩芽比茶多酚涂膜和川陈皮素涂膜处理的保鲜效果更好,复合涂膜处理可以有效地防止菜体氧化和机体损失,并且还具有护绿的效果;综合各项保鲜指标,与未处理的刺嫩芽相比,复合涂膜处理的刺嫩芽大致延长了4～5 d的贮藏时间,提高货架期近一倍。可见,茶多酚-川陈皮素-羧甲基纤维素钠复合涂膜剂对刺嫩芽的保鲜有良好的应用前景。