薇菜天然复配保鲜剂配方的优化 及其对薇菜贮藏期生理指标的影响

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(东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

在东北地区人们常说的薇菜是指分株紫萁(OsmundacinnamomeaL. var.asiaticaFernald),别名有桂皮紫萁、牛毛广等,为紫萁科紫萁属。薇菜中含有多种营养物质,包括黄酮类、多糖、甾酮类等成分[1-2]。薇菜具有杀虫、抗菌、抗病毒、提高免疫力等功效,能润肺理气、清热解毒、利尿镇痛,具有很高的药用价值[3-4]。薇菜的生长季节性较强,一般成熟于4～6月,采后容易老化腐烂,不易贮藏。目前,对于薇菜的保鲜方式主要是脱水制成薇菜干后再进行其他处理,所加工成的食品如薇菜软罐头、软包装水煮薇菜、即食薇菜等均利用薇菜干制[5-7],这些方式容易影响薇菜的营养价值和口感,且不适宜短期贮藏销售,消费者不易买到新鲜的薇菜。

目前我国普遍使用的保鲜剂都是化学杀菌剂,随着消费者对食品安全要求的提高,越来越多的天然保鲜剂开始应用于果蔬保鲜。川陈皮素、茶多酚、壳聚糖均是效果较佳的天然保鲜剂。川陈皮素是一种黄酮类化合物,可以从天然植物中提取,也可采用化学合成[8]。川陈皮素对于癌细胞具有抑制作用,能清除自由基,具有抗氧化能力。已有试验[9-10]证明川陈皮素对于常见果蔬致病菌和霉菌具有抑制作用,将橙皮提取物喷雾到保鲜纸上包装番茄,可以对番茄进行保鲜贮藏。茶多酚为茶叶中含有的多酚类物质,主要成分为儿茶素,具有抗氧化、抑制肿瘤等作用。作为一种天然食品保鲜剂,茶多酚能清除自由基,延长果蔬的货架期[11],冯文婕等[12]将茶多酚与其他保鲜剂结合,能提升草莓品质,具有明显的保鲜效果。壳聚糖是一种天然高分子多糖,具有良好的抑菌性和成膜性,可以在果蔬表面形成半透膜,调节果蔬内部环境,达到延缓果蔬呼吸速率,减少重量损失延长保质期等目的[13]。陈娜等[14]利用中药复方-壳聚糖保鲜液对葡萄进行保鲜,能够较好的保留葡萄的营养成分。

本实验以东北地区的薇菜为原料,将川陈皮素、茶多酚和壳聚糖三种保鲜剂通过单因素及正交试验筛选适合薇菜的复合保鲜剂配方,在此基础上,以不加保鲜剂处理的薇菜为对照,探究复合保鲜剂对薇菜的保鲜效果,以解决薇菜在贮藏过程中易老化、腐烂等问题,为薇菜的贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

薇菜(长度为20～25 cm、成熟度适当、无病虫害、无机械损伤；喷洒一定浓度的保鲜剂，28 ℃温度下晾干30 min，用PE保鲜袋包装置于4 ℃冰箱保存) 黑龙江省伊春市新青林业局；砂糖橘 哈尔滨市哈达果蔬批发市场；茶多酚、壳聚糖 哈尔滨市德美实验仪器经销有限公司；蒽酮 国药集团化学试剂有限公司；2,6-二氯靛酚钠、愈创木酚 天津市光复精细化工研究所；浓硫酸 哈尔滨理工化学试剂有限公司；POD酶、PPO酶 安徽酷尔生物工程有限公司；邻苯二酚 上海易恩化学技术有限公司；纤维素酶、果胶酶 上海源叶生物科技有限公司；磷酸缓冲溶液 深圳市尚品科技有限公司；妙洁PE保鲜袋 哈尔滨市南岗区家乐福超市。

LGJ-1A-50真空冷冻干燥机 北京亚泰科隆仪器技术有限公司;722可见分光光度计 上海佑科仪器仪表有限公司;JA1003电子天平 上海舜宇恒平科器有限公司;RE-5230旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;SHZ-Ⅲ型循环水真空泵 上海亚荣生化仪器厂;G70D20CN1P-D2微波炉 格兰仕微波电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验

1.2.1.1 不同浓度的川陈皮素对薇菜生理指标的影响 川陈皮素的提取:参照本实验室前期研究成果[15],将橘皮置于烘干箱中在40 ℃温度下烘干24 h,用粉碎机粉碎(60目),在橘皮粉中加入5%复合酶(纤维素酶与果胶酶比例1∶1)50 ℃温度下酶解1.5 h。采用微波辅助浸提,乙醇浓度70%,固液比1∶20,微波功率240 W,微波时间75 s,微波3次,取出后在室温下自然冷却,置于-40 ℃的冰柜下保存12 h,利用冻干机冻干12 h,取出后研磨成粉。

将不同浓度的川陈皮素(0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L)喷洒于薇菜上,使用PE保鲜袋包装置于4 ℃的冰箱中,贮藏9 h后进行第一次指标测定,此后每3 d进行感官评价、测定各组薇菜的叶绿素含量和VC含量,共15 d。每个处理重复3次,结果取平均值,选取第6 d的实验数据作为单因素实验结果的依据。

1.2.1.2 不同浓度的茶多酚对薇菜生理指标的影响 将不同浓度的茶多酚(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L)喷洒于薇菜上,使用PE保鲜袋包装置于4 ℃的冰箱中,其余操作用1.2.1.1。

1.2.1.3 不同浓度的壳聚糖对薇菜生理指标的影响 将不同浓度的壳聚糖(0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L)喷洒于薇菜上,使用PE保鲜袋包装置于4 ℃的冰箱中,其余操作同1.2.1.1。

1.2.2 复合保鲜剂配方的确定 在单因素实验结果的基础上,对添加茶多酚浓度、川陈皮素浓度、壳聚糖浓度进行L9(34)三因素三水平的正交试验，正交表设如表1。以薇菜贮藏6 d后的感官评分、叶绿素及VC含量的综合分数(包含感官评分、叶绿素含量评分、VC含量评分,分别各占比重0.4、0.3、0.3)作为评价指标,筛选复合保鲜剂配方。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.3 复合保鲜剂保鲜效果的测定 川陈皮素的提取与1.2.1.1相同,通过正交试验的结果配制复合保鲜剂,将各试剂按比例混合,加入蒸馏水溶解置于喷瓶中,并喷洒于薇菜上,使用PE保鲜袋包装置于4 ℃的冰箱中保存16 d,每2 d进行感官评价,测定各组薇菜的叶绿素、VC及可溶性糖含量,检测POD及PPD活性,以不添加保鲜剂的薇菜做对照。每个处理重复3次,结果取平均值。

1.2.4 测定指标与方法

1.2.4.1 感官评价 由10名感官评价员对薇菜的色泽、质地、风味及腐烂程度进行感官评价,评价标准见表2。

表2 薇菜感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards for Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald

1.2.4.2 叶绿素含量的测定 采用曹建康等[16]的方法测定。在研钵中称取1 g薇菜样品,加入适量石英砂、碳酸钙,并加入5 mL 90%乙醇溶液充分研磨,静置5 min,过滤至50 mL棕色容量瓶中,用90%的乙醇定容至50 mL,利用紫外分光光度计分别在在663和645 nm波长下测量其吸光值,实验重复三次。

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

式中：V为提取液总体积(mL);M为薇菜鲜重(g)。

1.2.4.3 VC含量测定 称取薇菜10 g,加入少量2%草酸用研钵磨成浆,过滤后将滤液转入25 mL容量瓶后用2%草酸定容;吸取0.1 mg/mL标准VC溶液1.0 mL于100 mL锥形瓶中,加入1%草酸9.0 mL,用微量滴定管以0.1%的2,6-二氯酚靛酚滴定至淡红色,并保持15 s为滴定终点。平行测定3次,样品取10.0 mL与锥形瓶中,滴定方法同前。

1.2.4.5 POD活性的测定 采用愈创木酚法[16,18],称取1.0 g薇菜,加入5 mL 0.2 mol/L pH6.5磷酸缓冲液冰浴研磨匀浆,将匀浆在4 ℃,12000×g的条件下冷冻离心20 min,提取上清液。取50 mL 0.2 mol/L pH6.5 磷酸缓冲液、38 μL愈创木酚、19 μL 30%过氧化氢制成酶反应液,在反应池中加入1.5 mL的酶反应液和0.5 mL酶液后立即利用紫外分光光度计在470 nm处每隔1 min测量一次吸光度,一共测量3次。

过氧化物酶活性(U·g-1·min-1)=(ΔA470×VT)/(W×VS×0.01×t)

式中：ΔA470为3 min内吸光度的变化;W为薇菜重量(g);t为反应时间(min);VT为提取酶液总体积(mL);VS为测定时吸取酶液体积(mL)。

1.2.4.6 PPO活性的测定 采用曹建康等[16]的方法测定,取0.5 g薇菜,加入预冷的磷酸缓冲液(pH7.0)3 mL,研磨匀浆,转移到离心管中,在4 ℃下离心(8000 r/min)5 min,取上清液为PPO提取液并量取体积,将0.5 mL邻苯二酚加入2 mL磷酸缓冲液中,加入0.5 mL PPO酶提取液,立即于波长410 nm下测定吸光值,2 min后再记吸光值,以不加酶提取液的反应液做对照。

酶活力(0.01A·g-1·min-1)=[ΔA410×酶提取液总量(mL)]/[0.01×反应时间(min)×样品鲜重(g)×测量时酶液用量(mL)]

1.3 数据分析

采用Excel 2007对实验数据进行处理、绘图,SPSS 20.0统计分析软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同浓度保鲜剂处理对薇菜感官评价的影响 图1为用三种不同浓度的保鲜剂处理薇菜后感官评分比较,可以看出茶多酚处理后的感官评分明显优于其他两种保鲜剂。用不同浓度的茶多酚处理薇菜时,薇菜的感官评分差异较大(p<0.05),从图1中可以清楚地看出,当茶多酚的浓度为0.6及0.8 g/L时感官评分较好,分别为88.6及89.2分。用不同浓度的川陈皮素及壳聚糖处理薇菜后,感官评分呈现先上升后下降的趋势,在川陈皮素浓度达到1.5 g/L时达到峰值,感官评分为83.8分;在壳聚糖浓度为2.0 g/L时感官评分最高,为82.5分。所以后期浓度可选用茶多酚0.6～0.8 g/L、川陈皮素1.5 g/L、壳聚糖2.0 g/L。

图1 不同保鲜剂处理对薇菜感官评分的影响Fig.1 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treated with various preservation on sensory scores

2.1.2 不同浓度保鲜剂处理对薇菜叶绿素含量的影响 图2为不同浓度的保鲜剂处理薇菜后各组薇菜的叶绿素含量。用不同浓度的茶多酚处理薇菜,薇菜的叶绿素含量随茶多酚浓度的改变呈现先上升、后下降的趋势。在0.6、0.8和1.0 g/L时叶绿素含量较高。用不同浓度的川陈皮素处理薇菜后,薇菜的叶绿素含量随浓度的变化呈现整体上升但有波动,其中当川陈皮素的浓度为2.5 g/L时叶绿素含量较高,为17.84 mg/g。当用壳聚糖处理薇菜后,叶绿素含量随壳聚糖浓度的增大出现先上升后下降的趋势,其中当壳聚糖浓度为2.0 g/L时叶绿素含量较高,为16.88 mg/g。因此,可以选择适宜保鲜剂浓度为茶多酚0.6～1.0 g/L、川陈皮素2.5 g/L、壳聚糖2.0 g/L。

图2 不同保鲜剂处理对薇菜叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treated with various preservation on chlorophyll contents

2.1.3 不同浓度保鲜剂处理对薇菜VC含量的影响 用不同浓度的保鲜剂处理薇菜结果如图3所示,用不同浓度的茶多酚处理薇菜的VC含量先上升后平缓下降的趋势,其中以0.6、0.8、1.0 g/L浓度处理薇菜的VC含量较高。以不同浓度的川陈皮素处理薇菜,VC含量随浓度增大呈现先上升后趋于平缓的趋势。当川陈皮素浓度为2.0、2.5、3.0 g/L时,VC含量相对较高。以不同浓度的壳聚糖处理薇菜后,2 g/L浓度处理的薇菜VC含量要显著高于其他浓度处理(p<0.05),为37.9 mg/100 g。所以保鲜剂适宜浓度可以选用茶多酚0.6～1.0 g/L、川陈皮素2.0～3.0 g/L、壳聚糖2.0 g/L。

图3 不同保鲜剂处理对薇菜VC含量的影响Fig.3 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treated with various preservation on VC contents

2.1.4 复合保鲜剂浓度的确定 由以上可知,用不同浓度的茶多酚处理薇菜,0.6和0.8 g/L浓度处理的薇菜的感官评分、叶绿素及VC含量都较优于其他浓度,1.0 g/L浓度处理后叶绿素和VC含量较高。用不同浓度的川陈皮素处理薇菜后,1.5及2.0 g/L浓度处理的感官评分较高,2.5 g/L浓度处理的叶绿素含量较高,2.0及2.5 g/L处理后的VC含量较高。用不同浓度的壳聚糖处理薇菜后,2.0 g/L浓度处理感官评分最高,叶绿素和VC含量也均高于其他浓度处理。所以综合以上因素考虑,在正交试验中,茶多酚浓度选用0.6、0.8、1.0 g/L;川陈皮素浓度选用1.5、2.0、2.5 g/L;壳聚糖浓度选用1.5、2.0、2.5 g/L。

2.2 正交试验结果

正交试验结果如表3所示,从R值可以看出三种因素的影响为A>B>C,即茶多酚的影响大于其他两种保鲜剂,川陈皮素其次。表4为正交试验结果方差分析表,从表中可以看出,茶多酚对于薇菜的保鲜影响较大,具有显著性(p<0.05)。通过比较筛选出的浓度为A2B3C2,即茶多酚0.8 g/L、川陈皮素2.5 g/L、壳聚糖2.0 g/L。进行验证试验的综合得分为(86.47±1.50)分。

表3 薇菜复合保鲜正交试验结果Table 3 Results of orthogonal test for compound preservation of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald

表4 正交试验结果方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal test results

2.3 复合保鲜剂对薇菜贮藏期感官、生理指标及酶活性的影响

利用复合保鲜剂处理薇菜与未处理对照组薇菜进行比较,在4 ℃条件下用复合保鲜剂处理的薇菜能延长5～7 d的贮藏时间。

2.3.1 复合保鲜剂对薇菜贮藏期感官的影响 图4所示为贮藏期间复合保鲜剂处理薇菜与对照组薇菜的感官评分的比较,两组整体的感官评分呈现下降趋势,但整体处理组的感官评分明显优于对照组,说明在感官方面,包括薇菜的色泽、组织、质地、褐变情况等,复合保鲜剂均有提升薇菜保鲜品质的效果。

图4 不同保鲜剂处理对薇菜感官评价的影响Fig.4 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treat with compound preservative on sensory scores

2.3.2 复合保鲜剂对薇菜贮藏期生理指标的影响 图5、图6、图7分别为利用复合保鲜剂处理后薇菜的叶绿素、VC、可溶性糖含量的变化,均以未处理作对照。

2.3.2.1 复合保鲜剂对薇菜贮藏期叶绿素含量的影响 在贮藏2 d时,处理组与对照组的叶绿素含量相差较小,但第4 d时二者开始具有明显差距,处理组的叶绿素含量要高于对照组。4 d后二者的叶绿素含量均呈现下降的趋势,但是处理组明显高于对照组,说明复合保鲜剂能够减少叶绿素的损失,提高薇菜的贮藏品质。

2.3.2.2 复合保鲜剂对薇菜贮藏期VC含量的影响 从图6可以看出对照组和处理组的VC含量均趋于下降,但差别较小。不过整体上处理组的VC含量要稍高于对照组,说明复合保鲜剂能在一定程度上减少VC的损失。

图6 不同保鲜剂处理对薇菜VC含量的影响Fig.6 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treat with compound preservative on VC contents

2.3.2.3 复合保鲜剂对薇菜贮藏期可溶性糖含量的影响 图7为复合保鲜剂对薇菜可溶性糖含量的影响,在贮藏前期二者含量差别较小。但从第6 d开始,对照组可溶性糖含量明显下降。处理组的可溶性糖含量虽有下降,但幅度较小,二者差距增大(p<0.05)。这说明复合保鲜剂也能够在一定程度上维持薇菜中可溶性糖的含量。

图7 不同保鲜剂处理对薇菜可溶性糖含量的影响Fig.7 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treat with compound preservative on soluble sugar contents

2.3.3 复合保鲜剂对薇菜贮藏期酶活性的影响

2.3.3.1 复合保鲜剂对薇菜POD活性的影响 图8为薇菜贮藏期间复合保鲜剂对POD活性的影响,从图中可以看出在贮藏前期处理组与对照组POD的活性均下降,这可能是环境温度及包装方式的改变所导致的。随着贮藏时间的延长对照组的POD酶活性开始上升,说明对照组薇菜的过氧化物酶活性增强。处理组薇菜POD活性虽也呈现上升趋势,但明显低于对照组(p<0.05)。说明复合保鲜剂对薇菜的过氧化物酶具有抑制作用。

图8 不同保鲜剂处理对薇菜POD活性的影响Fig.8 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treat with compound preservative on POD activities

2.3.3.2 复合保鲜剂对薇菜PPO活性的影响 图9为薇菜贮藏期间复合保鲜剂对PPO活性的影响。在贮藏前期处理组与对照组的PPO活性均呈现下降趋势,而对照组在第6 d时PPO活性上升,随后开始下降,这可能是因为对照组薇菜体内褐变反应加剧导致的。处理组的PPO活性在后期依然呈下降趋势,所以复合保鲜剂在一定程度上能够抑制薇菜多酚氧化酶的活性。

图9 不同保鲜剂处理对薇菜PPO活性的影响Fig.9 Effects of Osmunda cinnamomea L. var. asiatica Fernald treat with compound preservative on PPO activities

3 结论

薇菜贮藏的复合保鲜剂配方为茶多酚0.8 g/L、川陈皮素2.5 g/L、壳聚糖2.0 g/L,用此保鲜剂对薇菜进行贮藏,并进行感官评价,检测其叶绿素、VC、可溶性糖含量,以及检测PPO和POD的活性,与未处理组对照。结果显示,处理后的薇菜在感官上包括颜色、组织、褐变情况等优于对照组,并且叶绿素、VC、可溶性糖含量均高于对照组,说明复合保鲜剂能够减少薇菜的营养损失,对于两种酶的活性也具有抑制效果。所以,优选的复合保鲜剂能够较好的保持薇菜的品质、减少营养成分的流失、延缓衰老,在4 ℃条件下较未用保鲜剂处理的薇菜能延长5～7 d的贮藏时间。