微波对鲜切山药护色及品质的保持

蔡佳昂，匡世瑶，张敏

(西南大学 食品科学学院，食品科学与工程国家级实验教学示范中心(西南大学)，农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆,400715)

山药营养成分丰富，口感质地清脆，有补中益气，强筋健脾等滋补成效。鲜切果蔬是指对新鲜果蔬进行清洗、去皮、去核、切分、包装和冷藏等工序，使其仍保持新鲜品质且可供消费者直接食用的产品[1]。但鲜切山药运输储存困难，容易褐变，会引起视觉感官体验变差以及商业营养价值大幅下降。目前鲜切山药的保鲜分为物理、生物和化学保鲜法。物理方法有控制温度保鲜法、气调保鲜法、超高压保鲜法，0～4 ℃是鲜切山药的最优储藏温度[2]，也有学者将鲜切山药经600 MPa压力处理后，可延长保鲜期至9 d[3]。生物保鲜是近年来果蔬研究方向，其中木瓜蛋白酶可以控制鲜切淮山药褐变[4]。化学方法主要集中在保鲜剂的配方研究上，然而保鲜剂浸泡法存在较大问题，如常用的亚硫酸盐等保鲜剂存在一定的安全隐患[5]，且保鲜剂浸泡时间过长，容易造成鲜切山药营养物质流失等。微波漂烫是一种新型干法漂烫技术[6]，其热效应升高温度以及非热效应破坏蛋白空间结构的综合作用，可以使造成风味、颜色和质地品质劣变的酶系统失活，且具有加工速度快、节约能源、营养物质流失少和没有废水产生的优点。研究证明，相对于其他漂烫方式，微波能够具有更高的甜玉米抗坏血酸、总糖和含水量保持率[7]，NORAFIDA[8]发现微波漂烫可以提高冻青辣椒抗氧化性。微波能较好抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性，抑制栗仁、雷笋、藕片等果蔬的褐变程度，起到较好的护色效果[9-12]。本文主要研究不同微波条件对鲜切山药保鲜效果的影响，以寻求更优、更安全、更简洁的贮藏保鲜方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料及处理

新鲜山药购买于北碚天生农贸市场购买新鲜山药，无病虫斑、大小均一。PE保鲜袋购于石家庄诚胜塑业，长宽为16 cm×26 cm，厚度为60 μm。

聚乙二醇辛基苯基醚、愈创木酚、聚乙二醇6 000，分析纯，重庆北碚化学试剂厂；30% H2O2、邻苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮，分析纯，成都市科龙化工试剂厂。

1.2 主要仪器设备

UltraScan®PRO测色仪，美国HunterLab公司；HI650R 台式高速冷冻离心机，湖南湘仪；UV-2450PC紫外可见分光光度计，日本岛津公司；DDS-307A电导率仪，上海雷磁公司； RXZ-800B智能人工气候箱，宁波东南仪器有限公司；SP-756P紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 处理方法

将新鲜怀山药去皮，以1.5 cm厚度切块，清水浸泡后用纱布吸干表面水分。按表1处理方式分别进行微波处理，然后将鲜切山药以(100±5)g为贮藏单位放入PE保鲜袋，放置于温度为(4±1)℃、湿度为90%～95%的气候箱中，每个处理重复3次，指标间隔测定时间为3 d。

表1 实验处理组别Table 1 Experimental processing group

1.3.2 亮度测定[13]

用色差计测定鲜切山药表面亮度，选取产品中央部位进行测定，每个处理组随机选取 3片，测量正反面各3个点，求其平均值，结果以L*值表示。L*的值越大，表示鲜切怀山药表面白度亮度越大，褐变程度越小，反之亦然。

1.3.3 褐变度测定[14]

选用消光值法。随机取 2 g山药样品(包含鲜切山药内部与表面)于 4 ℃研磨匀浆，加入蒸馏水20 mL，在4 ℃条件下，以4 000 r/min离心 10 min，取上清液于 25 ℃保温5 min，在410 nm波长下测定吸光度，结果以A410×10 体现。

1.3.4 多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)活性测定

POD、PPO活性采用曹建康等[15]的方法。

1.3.5 电导率测定[15]

采用打孔器取出直径10 mm山药，快速将其置于烧杯中，每组5 g，再加入40 mL去离子水,盖上保鲜膜置于 25 ℃下浸泡处理 1 h，测定浸提液电导(R1),将山药浸提液沸水浴加热 30 min,冷却到室温后摇匀,再次测定浸提液电导(R2)。用R1/R2×100%表示。

1.3.6 水分含量测定[15]

迅速随机取山药装入称量皿中，称取鲜质量mF。将产品放入烘箱中在100～105 ℃杀青10 min,然后将产品在70～80 ℃下烘至恒重。取出装有山药的称量皿，放入干燥器中冷却至室温，称重(mD)。重复3次,如公式(1)。

(1)

1.3.7 失重率测定[13]

测量每袋山药贮藏前质量和贮藏后质量。

1.3.8 感官评价

参考王梅[13]方法,由 3名专业人员根据产品的外观、质地、颜色情况等进行感官评价，每 3 d评定一次，感官评定标准见表2。

表2 感官指标级别标准Table 2 Indicators of sensory index of fresh-cut yam

1.4 数据分析

实验数据用Origin 8软件进行制图，采用SPSS 22软件对数据进行单因素方差分析及Duncan多重比较，显著性水平为0. 05。

2 结果与讨论

2.1 微波处理对山药亮度的影响

L*的大小取决于测定物体的表面反射率,反映样品表面的亮度,L*值越大则样品表面越白亮[16]。图1显示，在15 d之内，对照组(CK)山药的L*一直处于最低状态，且下降趋势显著，而其余3组微波组L*下降速率缓慢，其中300、500 W处理组相较于100 W处理组，能够更好保持山药的亮白色泽，贮藏第12天，100 W处理组就与其余两组之间差异显著(P<0.05)。图1显示，山药亮度值不断减小，其原因可能是在储藏前期受到机械损伤，在储藏后期则快速衰老，破坏了细胞完整性，致使酚类物质和酶加快接触，加速酶促褐变的发生[17]。贮藏第6天，L*有一个轻微上升趋势与整体下降态势存在差异，可能是因为山药失水，导致山药表面产生了泛白现象。郭超[11]用微波处理雷笋也得出能够维持L*值的结果，说明适宜功率微波能够维持鲜切山药的L*，保持亮白色泽。

图1 不同功率微波对鲜切怀山药L*的影响Fig.1 Effect of different power microwave treatment on L* of fresh-cut yam

2.2 微波处理对山药褐变度的影响

褐变是限制鲜切山药储藏期的主要因素，山药褐变会使其商品价值及营养价值均快速下降[18]。本实验测定的是整块鲜切山药的褐变程度，旨在通过褐变度指标衡量山药切块的整体品质。由图2可知，鲜切山药的褐变程度与日渐增，其中未处理组(CK)山药的褐变率上升极快速，3组处理组在前期褐变率上升缓慢，在贮藏12 d时，100 W处理组山药褐变率陡增，可能是微波功率过低导致相关褐变酶钝化不足，后期山药褐变快速，而其余2组微波组在15 d内一直与未处理组差异极显著(P<0.01)，表明适当微波对抑制鲜切怀山药褐变有较显著表现。

图2 不同功率微波对鲜切怀山药褐变度的影响Fig.2 Effect of different power microwave treatment on browning rate of fresh-cut yam

微波对鲜切山药褐变的抑制，可能是因为微波处理能够维持山药完整的膜系统，使褐变酶与酚底物分布在不同区域，减少接触，同时又通过微波高温、微波破坏蛋白高级结构、蒸发水分以降低水分活度等方式抑制了褐变相关酶活性，从而延缓其褐变，延长储藏期。

2.3 微波处理对山药多酚氧化酶的影响

被公认为引起酶促褐变的主要酶是PPO，它可在氧气的作用下将果蔬中酚类物质氧化为醌，再通过后续反应聚合为褐色素，导致褐变发生[19]。如图3所示，储藏期内鲜切山药的PPO活性变化趋势先为上升，在第6天达到酶活性最大值，此时未处理组酶活性达到最高值0.436 6 ΔOD420/(min×g)。在后续9 d中酶活性为下降趋势，且未处理组酶活性普遍高于处理组，在贮藏15 d，CK组与3组处理组差异极显著(P<0.01)。另外，在储藏期内，100 W处理组山药PPO酶活性高于其余2组处理组，第3天，300 W和500 W处理组酶活性骤减，而100 W处理组酶活性则小幅的上升，说明微波功率大小对抑制酶活性效果有较大影响，高功率微波更能抑制PPO活性。

图3 不同功率微波处理对鲜切山药PPO活性的影响Fig.3 Effects of different power microwave treatments on PPO activity of fresh-cut yam

微波对PPO酶活性的抑制是通过非热效应和热效应的综合作用。非热效应作用是通过微波高频率能量破坏了维持酶蛋白高级结构的次级键，热效应作用则是微波引起产品内部极性分子摩擦生热，使酶蛋白高温变性，紊乱酶功能甚至使其失活[20]。本实验中PPO酶活性在贮藏期间先升后降的变化趋势同杜运鹏[21]研究相似，此外，有研究表明微波能够抑制蒲菜和牛蒡PPO活性[22-23]。本实验中高功率微波能更好抑制PPO活性的趋势同PALMA-OROZCO[9]研究结果相同。

2.4 微波处理对山药过氧化物酶的影响

切割会破坏果蔬酚酶区域化，使其更易发生褐变[24]。在H2O2存在条件下，POD能迅速氧化酚类物质，致使果蔬褐变[19]。图4显示在储藏期间POD活性不断攀升，储藏9 d后，各组酶活性陡增，且未处理组酶活性普遍高于处理组，在第6、12和15天，都与处理组形成了极显著性差异(P<0.01)。除此之外，微波功率越高，其抑制POD活性效果越好，延缓褐变效果越佳，若微波功率过低，灭酶效果不够，容易在后续贮藏期间发生酶促褐变。

图4 不同功率微波处理对鲜切山药POD活性的影响Fig.4 Effects of different power microwave treatments on POD activity of fresh-cut yam

许多学者也研究过微波对POD酶活性的影响，张慧君等[25]研究发现微波能够钝化马齿苋POD酶活性。MARíA在对猕猴桃果泥进行微波处理时发现POD酶活性被钝化[26]。有研究发现微波能够减小香蕉PPO和POD酶活性[27]。

2.5 微波处理对山药电导率的影响

果蔬的相对电导率可以反应其膜系统受伤害程度大小，果蔬组织细胞膜受到损伤时，容易导致电解质渗出，从而导致电导率升高[28]。电导率随着储藏时间的延长呈上升趋势，这表示鲜切山药的膜脂过氧化程度不断加剧。如图5所示，储藏第3天，300 W处理组和500 W处理组鲜切山药的电导率略高于未处理组，可能是微波功率过高对山药膜系统造成了一定的损坏，但后期相较于未处理组，3组处理组都保持了较低的电导率，在储藏第15天，未处理组与100 W和300 W处理组形成了显著性差异(P<0.05),说明微波处理能在一定程度上维持贮藏期间山药的膜完整性，这可能是通过降低鲜切山药生理作用,延缓衰老所造成的。而CK组在12 d以后电导率变化缓慢，可能是因为严重衰老的山药已经失去生理活性。

伍晓聪研究发现微波处理能够在一定程度上维持细胞膜完整性[29]。微波能够维持细胞膜完整性，可能是因为微波热效应能刺激产品产生抗性，能刺激细胞产生自由基清除剂多胺，强化具有清除活性氧功能的酶类，减少活性氧含量，从而减缓其膜脂过氧化进程[30]。

图5 不同功率微波处理对鲜切山药电导率的影响Fig.5 Effect of different power microwave treatment on the conductivity of fresh-cut yam

2.6 微波处理对山药水分含量的影响

图6显示，在储藏期间山药的水分含量不断减少。100 W和300 W处理组山药水分含量下降较为缓慢，对照组和500 W处理组山药在9 d以后极速下降，储藏第12天，500 W处理组与其余3组之间差异显著(P<0.05)。前期经100 W微波处理的山药水分含量低于CK组，这可能是微波处理造成一定的失水，但微波效率不足致使鲜切山药的生理作用没有得到强烈抑制，反而使得100 W失水多于对照组， 500 W微波组水分含量过低可能是因为微波功率过大，使得水分大量被蒸发，而300 W一直维持较高的水分含量，说明只有选择适当的微波功率，才能较好地维持鲜切山药的含水量，从而保持良好的口感和商用价值。

图6 不同功率微波处理对鲜切山药水分含量的影响Fig.6 Effect of different power microwave treatment on moisture content of fresh-cut yam

在微波作用下水的损失量一般高于固形物的损失，这是因为水分子吸收了大部分超高频电场能量[25]。有研究认为，微波功率适当时，能够使鲜切山药保持一定的水分含量，这可能是因为微波能减缓其生理作用，减少水分的蒸发与利用。而高功率微波作用下，果蔬组织结构受到破坏，其持水力不似从前，且水分子运动加剧，原本相对固定的吸附水和结合水被释放，加快水分蒸发，水分损失率自然也增加[31]。因此，在选择微波参数时要综合考虑抑制褐变效果和维持水分含量等多种因素。

2.7 微波处理对山药失重率的影响

收获后的果蔬仍具有生理特征，不断进行呼吸作用，消耗原本储存的营养物质是其唯一的供能方式，在这个过程中大量物质被氧化分解，果蔬质量下降，因此失重率是一个影响果蔬储藏期的重要因素。本实验中，山药的外形、营养成分、口感等指标会直接受到其失重率的影响。在贮藏过程中山药的失重率如图7所示呈上升趋势。100 W处理组山药的失重率最低，而其余2组山药在前期贮藏过程中失重率高于对照组，结合图6水分含量的变化趋势，可能是微波功率大，产生的热量多，加速鲜切山药的生理活动，促使了鲜切山药营养物质和水分的散失。储藏第15天时，500 W处理组与其余3组之间差异显著(P<0.05)，而300 W处理组与对照组失重率相近，因此，推测知500 W微波功率容易对鲜切山药造成营养流失，而100 W和300 W功率较为适宜，在一定程度上能够维持鲜切山药较低的失重率。

图7 不同功率微波处理对鲜切山药失重率的影响Fig.7 Effect of different power microwave treatment on weight loss rate of fresh-cut yam

杨艾青等[32]研究番茄保鲜时，发现微波对抑制果蔬失重有不同的影响，要选择恰当的微波时间，微波时间过长容易起反作用。这与本实验中不同功率微波会对鲜切怀山药失重产生不同影响的这一现象有着相似的结果。

2.8 微波处理对山药感官评价的影响

对鲜切怀山药最直观的评价就是对其进行感官评价(图8)，从山药颜色、质地和腐烂程度进行综合评分，感官评价是限制山药货架期的主要因素。在15 d的贮藏期内，山药的感官评价数值不断减小，且储藏后期的感官质量下降速率更大。在整个贮藏期内，对照组与3组处理组存在极显著差异(P<0.01)，储藏第9天时，对照组的山药感官评价值为78.63，已经失去了食用价值。3组处理组在前9 d保鲜效果相似，在储藏第12天及以后，300 W微波组与其余2组微波组存在极显著差异(P<0.01)，由此可见，微波功率300 W、处理时间80 s是最优的微波处理参数，能够抑制鲜切山药的褐变，使山药在15 d时仍然保持较好的感官品质，如图9所示，B组山药在15 d时维持最亮白的色泽。

A-100 W;B-300 W;C-500 W图8 不同功率微波处理对鲜切山药感官评价的影响Fig.8 Effect of different power microwave treatment on sensory evaluation of fresh-cut yam

图9 第15天4组山药色泽对照图Fig.9 The different color results of 4 groups on 15th day

3 结论

褐变是限制鲜切怀山药贮藏期的主要问题。本研究表明，100、300、500 W三种微波功率分别处理鲜切山药80 s都能够抑制褐变相关酶PPO和POD的活性，维持鲜切山药的表面亮度及山药本身的乳白色泽，降低整体褐变率，维持良好的商品及营养价值。此外，微波能较好维持山药膜系统的完整性，降低细胞液的渗透，然而微波功率不足会导致护色效果不显著，功率过高又容易引起产品营养和水分的损失，所以在达到抑制褐变效果的同时，要控制微波功率和时间在适当的范围。本研究中100 W处理组由于褐变酶活性抑制效果不彻底，导致后期褐变加速；而500 W处理则使山药的失重率大幅上升、水分含量降低，因此，本实验结果显示微波功率300 W，微波时间80 s效果最优，能够延长山药保鲜时间至15 d。