壳聚糖对鲜切冬瓜的保鲜效果研究

2019-04-19计圆媛张乐乐刘艳红刘生杰王振杰

阜阳师范大学学报(自然科学版) 2019年1期

冉冉，计圆媛，张乐乐，刘艳红，刘生杰，王振杰

（阜阳师范学院信息工程学院，安徽阜阳 236041）

冬瓜（Benincasa hispida）又名白瓜、枕瓜等，主要生长在热带及温带地区[1]。冬瓜产量高，一般单果重5～10 kg，且冬瓜外皮较厚，能室温下长期贮藏。冬瓜含水量高，具有消暑清热利水的功效，为夏末秋初季节的主要蔬菜之一。冬瓜肉质鲜嫩且有独特清香气味，含有丰富的营养成分[2]，是一种几乎不含脂肪的瓜菜，同时富含丙二醛酸，能抑制体内的糖转化为脂肪，防止体内的脂肪的堆积，对控制体重和抑制发胖有较好的作用，可作为减肥食用[3]。冬瓜中抗坏血酸、核黄素、硫铵素较多，有消热、利尿、消肿的功效[4]。冬瓜具有很高的药用价值，瓜瓤洗脸洗身可除褐斑，令肤色柔软，冬瓜子碾碎与蜂蜜混合涂抹具有滋润皮肤和治雀斑病的效用[5]。

冬瓜因具有丰富的营养成分和药用价值，广受消费者喜爱。冬瓜产量高，通常单个体型在5～10 kg之间，多呈长圆形，所以主要采用切分称重的方式售卖，因切分贮藏期变短，极易受到微生物的污染，同时营养成分易损失，不利于其商品价值的保持。随着现代生活节奏的加快和休闲消费的快速发展，鲜切蔬菜加工保鲜技术也得到较广泛的研究[6]。作为国际蔬菜商品化的新形势，鲜切蔬菜具有新鲜卫生、食用方便、环境友好等优势特点。鲜切冬瓜的保鲜技术目前研究较少，主要利用柠檬酸、D-异抗坏血酸钠、乳酸钙和L-半胱氨酸等保鲜剂的复配对鲜切冬瓜的保鲜效果研究[7]，以及超高压技术处理对鲜切冬瓜保鲜效果的影响[8]。因此对鲜切冬瓜保鲜研究符合消费者的需要[9]，也有利于推动鲜切果蔬技术的发展。

本文采用不同浓度壳聚糖保鲜剂对鲜切冬瓜保鲜效果进行研究，冬瓜经涂膜后在保鲜膜4℃条件贮藏，探究不同浓度的壳聚糖对鲜切冬瓜硬度、可溶性固形物（total soluble solid,TSS）含量、维生素 C（VC）含量、多酚氧化酶（polyphenol oxidase,PPO）、菌落总数等贮藏品质特性的影响，以期达到延长鲜切冬瓜货架期目的，为鲜切冬瓜保鲜技术提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小冬瓜，产地山东，挑选新鲜、无病虫害的冬瓜；0.11 mm厚度的PE保鲜膜；分析纯：柠檬酸、磷酸氢二钠、邻苯二酚、抗坏血酸、偏磷酸、磷酸二氢钾、氯化钠、磷酸三钠、磷酸等试剂为分析纯，L-半胱氨酸为优级纯，十六烷基三甲基溴化铵、甲醇为色谱纯等。

仪器设备有SPD-16型高效液相色谱仪（日本岛津仪器苏州有限公司），DGT-G135型恒温培养箱，BCD-249CF型美菱冰箱，GY-4型数显水果硬度计（浙江省乐清市精诚仪器仪表有限公司），LHT90型手持糖度计折射仪（杭州陆恒有限公司），GI54TW型高压蒸汽灭菌锅、高速离心机等。

1.2 实验方法

1.2.1 壳聚糖保鲜液的制备

称取 5 g、10 g、15 g壳聚糖[10]分别放入三个1 000 mL容量瓶中蒸馏水溶解，再各加10 g柠檬酸溶解[11]，定容后置于磁力搅拌器上溶解，得到质量分数0.5%、1.0%、1.5%的壳聚糖溶液备用。

1.2.2 冬瓜预处理

清洗冬瓜，去皮，切成大小约为9 cm×10 cm×6 cm的小型圆柱体，每块质量为（150±2）g。共4组，每组12个样品。

1.2.3 涂膜处理

取切分好的3组冬瓜分别置于不同浓度保鲜剂中浸渍90 s，沥干，置于纸盘中用0.11 mm厚度的PE保鲜膜包裹，置于4℃冰箱中储藏，每隔1 d测定一次指标，每个指标测定3次，取平均值。对照组用蒸馏水进行同上处理。

1.3 鲜切冬瓜贮藏期间理化指标及微生物指标的测定方法

1.3.1 果实硬度的测定

参考高滋艺等苹果果实质地变化的研究[12]，选取直径为7.9 mm的探头，均匀用力将探头压入果实内直至探头刻度线与果实表面平齐，读取显示屏数值N，根据公式P=N/S计算果实硬度。其中P：被测果实的硬度值，kg·cm-2；N：测力弹簧压在果实上的力，kg；S：果实的受力面积即探头底部表面积，cm2。

1.3.2 可溶性固形物的测定

取一定量冬瓜果肉部分放于研钵中磨碎，于4 000 r/min离心10 min取上清液备用。使用前进行仪器调零。用滴管吸取样品液滴加在检测棱镜上，检测样品液中可溶性固形物含量，以质量分数（%）表示。

1.3.3 维生素C含量的测定

参照GB 5009.86—2016第一法——高效液相色谱法检测维生素C含量。

1.3.4 微生物指标的测定

参照GB 4789.2—2010食品微生物学检验，测定菌落总数。

1.3.5 多酚氧化酶（PPO）活性测定

在pH=6.0的磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液的反应体系中，PPO催化邻苯二酚形成褐色的醌，利用紫外分光光度计在410 nm处测定体系OD值，通过OD值变化确定PPO酶活大小。根据公式PPO 活性[U/(g·min)]=(A410·VT)/(W·VS·T·0.01)计算PPO酶活大小。其中A：样品管在410 nm下的吸光度值，VT：提取酶液总体积，mL；W：样品鲜重g；VS：测定用酶液体积，mL；T：反应时间，min。

1.4 数据处理

使用IBM SPSS Statistics 23进行差异性显著分析，利用Origin 8.6软件进行数据处理及绘图。

2 实验结果与分析

2.1 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜硬度的影响

通过测定果实硬度了解其贮藏过程中品质变化特点。研究发现水分损失是导致采后果蔬质地软化的最主要原因，失水使细胞结构水发生迁移导致细胞膨压下降，这种膨压的改变直接影响果实硬度，造成果实软化。由图1可知，鲜切冬瓜经机械损伤后，果实硬度出现明显变化是从第4天开始的，在后续贮藏期内，对照组样品的硬度下降速率最快，各实验组均有不同程度下降，但处理组下降幅度均低于对照组，之间有显著性差异（P＜0.05），说明涂膜液对鲜切冬瓜硬度的保持有一定作用。在各实验组中，1%壳聚涂膜鲜切冬瓜的硬度保持最好，第4天硬度值为2.15 N·cm2，到贮藏终点，经1%壳聚糖涂膜处理冬瓜硬度值下降17.8%，硬度下降明显低于对照组（28.7%）和其他实验组（1.5%的下降率为20.8%、0.5%的下降率为23.04%），由此可知，1.0%的壳聚糖涂膜可有效减缓果实软化。

2.2 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜TSS的影响

蔬菜中可溶性固形物含量能有效反应映蔬菜的成熟程度和品质变化。从图2可知，初期鲜切冬瓜由于受到机械损伤，呼吸作用增强消耗糖类大分子物质使可溶性固形物含量下降，随后自身物质分解又使可溶性固形物含量升高，呈波动性变化，该阶段壳聚糖作用效果不明显。贮藏中期，由于壳聚糖阻碍呼吸作用，减少糖等物质的消耗，各组在第6～8天呈上升趋势，随后由于呼吸作用产物水蒸气的积累，可溶性固形物含量急剧下降，从图2中看出对照组样品的可溶性固形物含量由2.83%降到了1.5%，经涂膜的样品其含量也呈较为明显的下降趋势，但是1%壳聚糖涂膜的样品下降幅度最小，与对照组达到具有显著性差异（P＜0.05）。贮藏终期由于失水过多，产生浓缩效应而趋于平缓。结果表明1.0%壳聚糖有效的保持果蔬干物质的含量，减少可溶性糖类等物质的流失。

图1 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜的硬度变化

图2 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜的TSS变化

2.3 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜VC的影响

冬瓜VC含量丰富，具有保护细胞组织免受自由基损害和抗氧化的作用，从而达到延缓果实衰老速率[13]。鲜切果蔬鲜因受到机械切割，导致与氧气接触面增加、呼吸速率显著升高，同时产生大量自由基，使VC极易被氧化破坏。如图3所示，随着贮藏天数的增加，鲜切冬瓜的VC含量都呈逐渐降低的趋势。冬瓜初始Vc含量为4.096 mg/g，在贮藏终点时对照组VC含量为0.06 mg/g，损失率达到98.5%。从图中可知，1.0%壳聚糖涂膜处理效果要优于其他组，第10天和12天的含量分别为0.995 mg/g、0.554 mg/g。这是因为壳聚糖具有良好的成膜性和阻气性，阻断鲜切冬瓜与环境的直接联系，减少VC与空气直接接触，并能使其内部CO2浓度相对增加、O2浓度相对降低，降低了果蔬呼吸速率和避免Vc氧化，同时柠檬酸可降低果实pH，减少VC的损耗。

图3 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜的VC变化

2.4 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜菌落总数的影响

壳聚糖具有良好的抗菌活性，其抗菌机制主要作用于微生物细胞壁的发育和DNA向RNA转录受阻，从而对G+、G—霉菌等病菌产生直接抑制作用。由图4和表1可知，在第4天，对照组菌落总数为1.86×102CFU·g-1，高于处理组，处理组抑菌差异不明显。从第8天开始，各组菌落总数上升速率加快，且处理组明显优于对照组，其中经1.5%壳聚糖涂膜处理组最好，第10天菌落总数为1.36×103CFU·g-1，远低于对照组 2.23×103CFU·g-1。其次，0.5%、1.0%壳聚糖处理组第10天菌落总数分别为 2.064×103CFU·g-1和 1.668×103CFU·g-1，也优于对照组，但低于1.5%壳聚糖涂膜处理组。结果说明壳聚糖对微生物的生长繁殖有较好的抑制且随着浓度的升高抑菌效果增加。因无鲜切水果相关国标，参考非预包装即食食品微生物限量地方标准（DBS44/006-2016），处理组和对照组均符合微生物限量标准。因此，壳聚糖可有效抑制样品微生物繁殖、减缓样品腐败变质。

2.5 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜PPO活性的影响

PPO主要起到保护植物组织免受外部侵染，当果蔬组织受到机械损伤时，其活性增大[14-15]。同时PPO也是引起鲜切冬瓜褐变的原因，其活性越高酶促褐变程度越大，酶促氧化是指酚类物质在多酚氧化酶的催化下产生醌及其聚合物生成黑色素，影响鲜切冬瓜的外观[15-16]。由图5可知，随着贮藏天数的增加，鲜切冬瓜的多酚氧化酶活性呈上升趋势。其中，在第4天时，1.0%壳聚糖涂膜样品的抑制作用明显高于其他组，在第6天，涂膜组效果皆优于对照组。随着贮藏时间的延长，鲜切冬瓜酶促褐变速度加快，其中贮藏期为12 d时对照组多酚氧化酶活性显著高于其他组，与1%壳聚糖处理组达到显著性差异（P＜0.05），1.0%壳聚糖处理组上升幅度最小，抑制褐变效果明显。其中柠檬酸作为一种抗氧化增效剂在抑制褐变方面也发挥重要作用。1.0%壳聚糖和柠檬酸溶液在抑制酶促褐变发生的效果最好，在能有效抑制多酚氧化酶活性，减缓酶促褐变的发生。

表1 鲜切冬瓜4℃贮藏条件下菌落总数随时间变化规律

图4 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜的菌落总数变化

图5 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切冬瓜的PPO活性变化

3 结果与讨论

由于壳聚糖具有较好的成膜性和阻隔性，一定程度上能够调节果蔬的内外气体交换，抑制呼吸作用、减少基质的消耗和减少氧气的接触，从研究结果可以发现，不同浓度的壳聚糖都一定程度上抑制鲜切冬瓜硬度的下降、延缓TSS下降和减少Vc的损失，其中以1%壳聚糖效果最好，优于0.5%和1.5%；同时也说明了并不是壳聚糖质量分数大保鲜效果越好，其原因可能是浓度过高或过低对壳聚糖在果蔬表面形成涂膜的厚度过高或过低的原因，涂膜过厚，易完全阻碍鲜切冬瓜的有氧呼吸作用，造成加速腐烂变质，与范琳琳[17]和邓菡菲[18]等的研究结果一致。

壳聚糖具有广谱的抗菌性，对霉菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等几十种细菌真菌的生长都具有抑制作用[19-20]。实验结果可得出壳聚糖在鲜切冬瓜能够有效抑制微生物的繁殖，且随着浓度增大抑菌效果越好，其中1.5%＞1.0%＞0.5%。在抑制PPO活性方面，前6 d效果都不明显，且一定的波动变化，第8天开始出现较明显变化，其中1.0%壳聚糖处理组上升幅度最小，抑制褐变效果明显。由于冬瓜外皮较厚，靠近皮部的果肉和靠近瓤的果肉在硬度、水分含量及营养成分是上存在一定差异，此为在实验过程中需要注意取样的均匀性和差异性。综述所述，利用壳聚糖复合柠檬酸对鲜切冬瓜涂膜保鲜，总体保鲜效果较好，安全无毒，使用方便，具有很好的实际应用价值。