肉桂油及其β-环糊精包合物对鲜切西瓜的保鲜效果

李 萍，闫静坤，丛方地，张 欣，崔 晶

（1.天津农学院基础科学学院，天津 300384；2.天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384）

西瓜含有矿物质和维生素，有益健康，其中红壤西瓜富含番茄红素，具有较强的抗氧化和抗癌活性[1]。鲜切西瓜是经过清洗、消毒、切割、去皮、去籽、包装等操作后可直接食用的西瓜消费新形式，销量呈现增长趋势[2]。然而，鲜切处理会引起西瓜汁液外漏、组织损伤、酶活性增加、保质期缩短，并易遭受微生物侵染，引起食源性疾病。

尽管热处理可以有效抑制病原微生物，但其对西瓜风味成分和营养品质也会带来不利影响[3-4]。近几年，天然抗菌剂在果蔬保鲜上的应用引起了研究者广泛的兴趣[5-6]。肉桂油（cinnamon oil，CO）是一种植物源精油，对食源性致病菌和腐败性真菌具有显著的抗菌效果[7-8]，是GB 1886.207ü2016《食品安全国家标准 食品添加剂 中国肉桂油》允许使用的食品添加剂；但CO气味强烈、易挥发、水溶性差，限制了其广泛使用。此外，精油用于食品保鲜需要的实际有效剂量往往比单独的体外实验多很多，大剂量精油的使用对食品的感官可接受性会造成较大影响[9-10]。目前，解决上述问题的有效方法之一是对精油进行包埋处理，制备成包合物，这样可以将液体精油粉末化，提高稳定性并减弱刺激气味；多个研究证实了精油包合物在食品保鲜领域应用的可行性[11-13]。目前，精油包合物的实际应用主要以掺入可降解高分子溶液制备抗菌膜，对果蔬进行涂膜处理，或直接以包合物的乳液或水溶液形式进行浸果处理。然而，膜溶液的制备过程相对繁琐，且可能存在膜溶液对切割后亲水性水果表面黏附力差、精油不能充分扩散等问题[12,14]；包合物的乳液或水溶液形式抗菌效果较差[15-16]。将粉末化的精油装入茶叶包或无纺布袋中，这种精油使用方式对果蔬的保鲜效果报道较少，尤其是CO-β-环糊精（β-cyclodextrin，β-CD）包合物在鲜切西瓜保鲜上的应用更鲜见报道。

本研究将CO制备成β-CD包合物并装入茶叶包，直接用于鲜切西瓜保鲜，通过测定贮藏期间西瓜微生物及品质指标的变化，研究CO-β-CD包合物对鲜切西瓜的保鲜效果，并与CO液体的保鲜效果进行比较，为开发鲜切西瓜天然保鲜剂及其使用新方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本实验所用西瓜（麒麟）购于天津市南开区王顶堤农贸市场，挑选成熟度和大小均一、果皮颜色相近且无机械伤的西瓜作为研究对象。茶叶袋（80 mmh60 mm） 安徽亳州市光明加工厂；PE食品保鲜袋（25 cmh17 cm，厚度0.02 mm）购于天津市南开区王顶堤华润万家超市。

CO 江西吉安中大香料厂；β-CD（纯度≥99%）天津市光复精细化工研究所；无水乙醇（分析纯）天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Elmasonic P180H超声波清洗器 德国Elma公司；1800型紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；Thermo Scientif i c MSC-Advantage II级生物安全柜 德国Thermo Fisher Scientific公司；PAL-1型手持式数显折射仪日本ATAGO公司；CM-5型色差仪 日本Konica Minolta公司；PHS-3C型pH计 上海精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 CO-β-CD包合物的制备

按照本课题组之前的研究[17]，采用超声波法制备CO-β-CD包合物，并测定包合物含油率为7.22%。

1.3.2 原料处理

实验分为CO处理组、CO-β-CD包合物处理组和空白组（未进行保鲜的鲜切西瓜），每个处理设置3 次平行实验，实验所用滤纸片、线绳、胶带、茶叶包和PE食品保鲜袋经15 min紫外杀菌预处理。保鲜处理如下。

CO处理组：分别将0.020 4（CO-1）、0.040 8（CO-2）和0.061 2 g（CO-3）CO滴加到3 cmh3 cm滤纸片上，用线绳和胶带系粘在保鲜袋内壁，迅速封袋，让CO在保鲜袋内挥发。

包合物处理组：为保证包合物中CO含有量和CO处理组一致，按公式（1）计算包合物添加量，计算出CO-β-CD包合物对应的用量分别为0.28（CO-β-CD-1）、0.56（CO-β-CD-2）、0.84 g（CO-β-CD-3）；将包合物粉末装入茶叶包，用线绳和胶带系粘在保鲜袋内壁，封袋。

西瓜用自来水清洗，150 μL/L次氯酸钠浸泡消毒5 min，无菌水冲洗，室温晾干。所有使用的器具经过次氯酸钠浸泡消毒和紫外杀菌15 min处理。在无菌条件下，用不锈钢刀将西瓜纵向切开，手动去皮、去籽，果肉切割成3 cm3方块，混匀后随机分装于PE食品保鲜袋中，每袋100 g[18]；保鲜处理后，西瓜置于常温（20～22 ℃、相对湿度85%～90%）和4 ℃（相对湿度85%～90%）贮藏，分别在贮藏当天（0 d）和第1、2、3、4天进行指标测定，评价保鲜效果。

1.3.3 指标的测定

1.3.3.1 质量损失率的测定

采用称质量法测定，按公式（2）计算鲜切西瓜质量损失率。

1.3.3.2 颜色的测定

用色差仪测定CIE-Lab表色系中的L*值（亮度）和a*值（红绿度，正值代表红色，负值代表绿色）。每个处理组选取6 块西瓜，每块任选两个面测定，结果取平均值。

1.3.3.3 菌落总数的测定

采用涂布法测定菌落总数[19]。每个处理组准确称取西瓜10 g，加入90 mL 0.1 g/100 mL蛋白胨水，搅拌2 min，10 倍系列稀释。取适当稀释度溶液100 μL置于固化的培养基表面，涂布均匀。每个质量浓度重复3 次，37 ℃倒置培养24 h，计数，结果用lg（CFU/g）表示。

1.3.3.4 pH值、可滴定酸质量分数和可溶性固形物含量的测定

每个处理组选取10 块西瓜，压汁，经尼龙纱布过滤后用数显pH计（玻璃电极）测定西瓜汁pH值。

可滴定酸质量分数的测定：1 mL西瓜汁加9 mL蒸馏水，用0.01 mol/L NaOH标准溶液滴定，按柠檬酸进行折算，系数为0.064[20]。

可溶性固形物含量用数显折射仪测定。

1.3.4 感官评价

评价小组由天津农学院基础科学学院10 名受过培训的学生、教职员工和教师组成，其中男女各5 名。按照表1所示评分标准对西瓜块的色泽、风味和质感3 个项目独立打分，最后根据各项目权重因子求取总分。每个处理感官评分取10 人平均值，感官分数高于7.0 分时认为仍然具有商品价值[21]。

表1 鲜切西瓜感官评价标准Table1 Criteria for sensory evaluation of fresh-cut watermelon

1.4 数据处理与分析

采用Origin 8.5软件作图，IBM SPSS Statistics 20.0软件进行方差分析，Duncan’s多重比较进行均值间差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜质量损失率的影响

表2 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜室温贮藏过程中质量损失率的影响Table2 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on mass loss rate of fresh-cut watermelon at room temperature%

表3 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜冷藏过程中质量损失率的影响Table3 Effects of CO and its β-cyclodextrininclusion complex on mass loss rate of fresh-cut watermelon during cold storage%

由表2和表3可知，鲜切西瓜质量损失率在贮藏过程中均呈增加趋势，这主要是因为鲜切加工造成了西瓜块组织的损伤，加快了组织代谢活动，因此水分和营养物质流失加快[22]；其中冷藏组西瓜质量损失率小于常温组。由表2可知，常温贮藏4 d后，各处理组西瓜质量损失率均显著低于空白组（P＜0.05），说明空白组西瓜水分和营养物质损失比处理组多；其中CO-β-CD-2处理组的西瓜质量损失率最小，仅为空白组的40.1%，为相同含油量CO处理（CO-2）组的81.1%。由表3可知，冷藏4 d，各处理组西瓜质量损失率与空白组差异不显著（P＞0.05）；但是，CO-β-CD-2处理组的西瓜质量损失率最小，仅为空白组的41.2%，为相同含油量CO处理（CO-2）组的46.7%，这与室温结果一致。CO的抑菌活性使西瓜块中的微生物数量减少，微生物消耗的营养物质相应减少，因此西瓜块质量损失率降低[7]。综上，无论室温贮藏还是冷藏，贮藏4 d时CO-β-CD-2处理组的西瓜质量损失率均最小，此处理可以最有效地减少鲜切西瓜水分和营养物质流失。

2.2 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜颜色的影响

图1 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜L*值的影响Fig.1 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on L*value of fresh-cut watermelon

颜色是反映西瓜品质的重要标志，会影响消费者的购买欲望。由图1可知，整个贮藏期内，所有处理组的西瓜L*值均呈现下降趋势。冷藏处理的西瓜L*值下降较室温缓慢，说明冷藏处理有助于维持西瓜颜色。贮藏期间，无论室温还是冷藏，CO-β-CD包合物处理的西瓜L*值均比空白组高，说明CO-β-CD包合物处理可以较好地抑制西瓜褐变。室温贮藏的西瓜在第4 天时腐烂严重，因此颜色只测定了3 d。

由图1A可知，室温贮藏3 d，CO及CO-β-CD处理的西瓜L*值显著高于空白组（P＜0.05）。与西瓜初始L*值相比，CO-β-CD-2处理组L*值下降最少（12.3%），相同含油量CO处理（CO-2）组下降15.9%，空白组下降19.2%。冷藏4 d，与西瓜初始L*值相比，CO-β-CD-2处理组L*值下降最少（4.4%），相同含油量CO处理（CO-2）组下降7.1%，空白组下降5.8%，但冷藏西瓜所有处理组的L*值与空白组差异不显著（P＞0.05）。由图1B可知，冷藏4 d，不同CO处理组西瓜L*值均比空白组低，说明冷藏条件下CO处理不利于保持西瓜色泽，而CO-β-CD处理组西瓜L*值均比空白组高，CO-β-CD处理有助于减弱西瓜褐变程度。有研究表明，造成西瓜颜色亮度下降可能与酶促氧化或非酶促褐变反应形成黄色、棕色或黑色物质有关[19]。综上，无论室温（3 d）贮藏还是冷藏（4 d），CO-β-CD-2处理组西瓜L*值均最高，西瓜颜色得到了较好的维持。

图2 CO及β-CD包合物处理对鲜切西瓜a*值的影响Fig.2 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on a*value of fresh-cut watermelon

麒麟瓜为红瓤西瓜，由图2可知，随着贮藏时间延长，鲜切西瓜a*值呈现下降趋势，这一结果与张超等[23]的报道一致。室温贮藏3 d，与西瓜初始a*值相比，CO-β-CD-2处理组a*值下降最少（43.1%），与空白组差异显著（P＜0.05），相同含油量CO处理（CO-2）组下降74.4%，空白组下降49.7%（图2A）。由图2B可见，冷藏西瓜a*值下降较室温缓慢，说明冷藏处理有助于维持西瓜颜色。冷藏4 d，CO-β-CD处理组西瓜a*值均与空白组差异显著（P＜0.05）。与西瓜初始a*值相比，CO-β-CD-2处理组a*值下降最少（27.6%），相同含油量CO处理（CO-2）组下降39.4%，空白组下降33.3%。因此，无论室温（3 d）贮藏还是冷藏（4 d），CO-β-CD-2处理组西瓜a*值下降最少，可以较好地维持西瓜颜色，这与西瓜L*值的测定结果一致。

2.3 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜菌落总数的影响

由图3可知，4 d贮藏期内，鲜切西瓜菌落总数随时间延长而逐渐增加，处理组西瓜菌落总数均低于空白组，说明CO可以抑制微生物生长，这与Huang Zhan[24]、Munhuweyi[25]等的研究结果一致。精油使得微生物活性减弱，主要是细胞不同组分中多种损伤积累、正常代谢途径被破坏导致[19]。室温贮藏1 d，西瓜微生物迅速生长，第3天所有处理组菌落总数都超过允许的限量值6.0（lg（CFU/g））[26-27]，西瓜呈现出发酵味道，不能再食用。室温贮藏4 d，CO-β-CD-2处理组西瓜菌落总数显著低于空白和其他处理组（P＜0.05）（图3A）。冷藏4 d（图3B），所有处理组菌落总数都在3.1（lg（CFU/g））以下；其中CO-β-CD-2处理组的西瓜在4 d贮藏期内，微生物菌落总数均处于最低水平，第4天时微生物菌落总数显著低于空白和其他处理组（P＜0.05），CO-β-CD-3处理组的西瓜菌落总数高于CO-β-CD-2处理组，这可能是高剂量CO导致西瓜产生药害所致；吴新[28]、李鹏霞[29]等在利用植物精油对草莓和番茄保鲜实验中也发现了相同的结果。综上，CO-β-CD-2处理组的西瓜，尤其是冷藏条件下，在整个4 d贮藏期内，菌落总数均在所有处理中最低，说明此组剂量的CO-β-CD包合物中CO释放速度较为理想，可以有效抑制微生物生长。

图3 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜菌落总数的影响Fig.3 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on the total number of microorganisms in fresh-cut watermelon

2.4 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜pH值的影响

图4 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜pH值的影响Fig.4 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on pH of fresh-cut watermelon

由图4可知，西瓜汁起始pH值为5.72f0.01，贮藏过程中各组西瓜汁的pH值均呈现下降趋势；其中室温组西瓜汁pH值变化更快，冷藏处理相比而言下降缓慢。研究发现，pH值变化主要与微生物繁殖有关，微生物繁殖越快，pH值下降越多。贮藏4 d，室温和冷藏条件下，空白组西瓜汁pH值分别下降到4.20f0.01、5.23f0.02。Mosqueda-Melgar等[6]指出，CO可以有效抑制微生物生长，减少由微生物酸败引起的西瓜汁pH值下降。无论室温还是冷藏，贮藏4 d，CO-β-CD处理组的鲜切西瓜pH值均高于空白组和CO处理组，其中，CO-β-CD-2处理组的西瓜汁pH值在各处理组中最高，室温和冷藏条件下分别下降到4.50f0.03、5.48f0.01，说明此处理最能够有效抑制西瓜汁pH值降低，这与菌落总数测定结果一致。

2.5 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜可滴定酸质量分数的影响

图5 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜可滴定酸质量分数的影响Fig.5 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on titratable acidity content of fresh-cut watermelon

由图5可知，鲜切西瓜在贮藏期内可滴定酸质量分数呈现增加趋势。室温和冷藏条件下，贮藏4 d，空白组可滴定酸质量分数分别为起始值的7.0 倍和1.5 倍，这是微生物繁殖所造成的结果。冷藏4 d，CO-β-CD-2处理组西瓜可滴定酸质量分数最低（0.026%），比相同含油量CO处理（CO-2）组低0.001%，比空白组低0.003%，冷藏西瓜可滴定酸质量分数增加缓慢。

2.6 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜可溶性固形物含量的影响

由图6可知，鲜切西瓜可溶性固形物含量随着贮藏时间的延长先增加后降低。贮藏前期，可溶性固形物含量增加，可能与西瓜后熟有关，后期含量下降，主要是西瓜果实呼吸速率显著增加导致，这与焦艳等[30]的研究结果一致。贮藏4 d，CO-β-CD-2处理组的西瓜可溶性固形物含量显著高于空白组（P＜0.05），且在所有处理的西瓜中下降幅度最小。与西瓜初始可溶性固形物含量相比，室温贮藏4 d，CO-β-CD-2处理组的西瓜可溶性固形物含量下降20.0%，冷藏保持不变，而空白组西瓜分别下降31.8%（常温）和7.3%（冷藏），说明CO-β-CD-2处理可以较好地维持西瓜可溶性固形物含量，保持西瓜的甜度。

图6 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜可溶性固形物含量的影响Fig.6 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on soluble solid content of fresh-cut watermelon

2.7 CO及CO-β-CD包合物对鲜切西瓜感官评分的影响

图7 CO及CO-β-CD包合物处理对鲜切西瓜感官评分的影响Fig.7 Effects of CO and its β-cyclodextrin inclusion complex on sensory score of fresh-cut watermelon

由图7可知，无论室温贮藏还是冷藏，CO处理的鲜切西瓜感官评分都比空白低，表明CO虽然具有抗菌活性，但如果直接使用，其强烈气味会影响鲜切西瓜香气，使评价人员无法接受。由图7A可知，室温贮藏3 d，所有样品感官评分低于7.0，不再具有商品价值，这与菌落总数测定结果一致，贮藏4 d，西瓜严重腐烂，出现脱水和发酵气味。由图7B可知，冷藏4 d，CO-β-CD处理组的西瓜感官评分都在7.2以上，显著高于空白和CO处理组（P＜0.05），仍然具有商品价值，说明CO被β-CD包埋后不但可以掩盖气味，还可以缓慢释放，延长鲜切西瓜保质期，其中CO-β-CD-2处理组西瓜感官评分最高（7.4），可以更好地维持西瓜品质。

3 结 论

通过测定微生物和品质指标的变化，研究CO及其β-CD包合物对鲜切西瓜的保鲜效果。结果表明，贮藏期间，西瓜质量损失率、菌落总数、可滴定酸质量分数呈现增加趋势，L*值、a*值呈现下降趋势，可溶性固形物含量先增加后下降，上述指标冷藏条件下比常温贮藏变化缓慢。其中，CO-β-CD-2处理结合4 ℃冷藏对鲜切西瓜保鲜效果最好，贮藏4 d时，西瓜质量损失率为0.07%，L*值下降4.4%，菌落总数最少，西瓜汁pH值最高（5.48f0.01），可滴定酸质量分数最低（0.026%），可溶性固形物含量保持不变。CO-β-CD-2处理组的西瓜感官评分显著高于空白和CO处理组（P＜0.05），仍然具有商品性，说明CO被β-CD包埋后可以掩盖其气味，缓慢释放，延长鲜切西瓜保质期。综上所述，CO-β-CD-2（含CO 0.040 8 g/100 g西瓜）包合物结合4 ℃冷藏处理是鲜切西瓜最佳保鲜方式，效果好于未经包埋的CO液体。