复合保鲜液对鲜切山药的护色保鲜作用

唐金蕾，陈媛媛，程代，王春玲

(天津科技大学 食品科学与工程学院，天津，300457)

山药(DioscoreaoppositaThunb)，在西非、中美洲、加勒比海、太平洋岛屿和东南亚地区，是继木薯和甘薯之后的第三大热带根茎作物[1]。因其含有较多的淀粉、蛋白质、氨基酸、糖类、维生素、尿囊素等营养成分以及生物活性物质[2-3]，具有增强免疫[4]、调理肠胃[5]、降血糖、降血脂[6]、抗氧化[7]、抗衰老[8]等功能，是一种药食同源的蔬菜。其中尿囊素正作为外用制剂广泛用于皮肤科临床[9]。鲜切山药作为一种新型山药加工产品，以其便捷的特点被广大消费者所喜爱。但是切开后的山药在贮藏和加工过程中极易发生褐变腐烂，直接影响了外观品质和内在风味[10-11]。因此，防止鲜切山药的褐变反应就显得尤为必要。常用的控制褐变方法主要从清除底物、隔绝氧气和抑制酶活3个方面进行，清除底物存在一定的困难，可操作性较差，普遍使用的方法有：钝化酶的活性(热处理或加抑制剂)、改变酶的作用条件(如最适pH值)、隔绝氧气、加吸氧剂、添加抗氧化剂及金属离子螯合剂等[12]，筛选出一种简单有效的保鲜方法成为热点研究。

柠檬酸(citric acid，CA)是目前食品行业中被广泛认可的酸味剂，可通过降低pH抑制相关氧化酶活性，从而抑制鲜切果蔬褐变，维持品质与风味。GB—2760《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中规定各生产企业可根据产品的需求量添加使用柠檬酸，并未对残留量进行明确规定。抗坏血酸(ascorbic acid，AA)是一种还原剂，能够将醌还原成酚类物质，进而作为一种有效的褐变抑制剂，GAO等[13]将抗坏血酸与25%(体积分数)乙醇联用，在4 ℃下MAP气调包装贮藏，能保持鲜切山药的良好品质达14 d。L-半胱氨酸(L-cysteine，L-cys)作为一种具有生物活性的天然氨基酸，因其具有高效的褐变抑制作用，很多学者将其应用在鲜切果蔬的保鲜中[14]。NaCl是一种低价安全的食品添加剂，但少有研究报道其在鲜切农产品的褐变抑制作用。

本试验以山药为试验材料，用柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸和NaCl对鲜切山药进行10 min处理，通过L9(34)正交试验筛选出最佳复合保鲜液配比。以蒸馏水处理的鲜切山药为对照组，探究复合保鲜液对鲜切山药的保鲜效果，为改善鲜切山药的品质提供参考与借鉴，以期改善山药的保存与运输，扩大山药的消费市场，促进山药产业的经济发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

淮山药，购于天津市滨海新区金元宝农贸市场，批次一致，形状大小一致，表面无伤痕损伤，无虫害侵蚀，品质较好；柠檬酸、L-半胱氨酸，食品级，天津市新欣化工厂；抗坏血酸，食品级，天津市化学试剂一厂；NaCl，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

CPA型分析天平，德国Sartorius公司；NR110型色差仪，上海鳌珍仪器制造有限公司；GY-4型硬度计，上海亚荣生化仪器厂；FJ300-SH型匀浆机，天津和清玻璃仪器厂；1-14型台式离心机，德国Sigma公司；MULTISKAN GO型酶标仪，美国Thermo公司；KDN—O8B型凯氏定氮仪，北京森信实验仪器有限公司；LC20A型高效液相色谱仪，岛津(中国)有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品处理

选取大小均一、新鲜无腐烂、无虫害侵蚀、无机械伤痕的淮山药，用清水冲洗去除表面淤泥，于质量分数2%的次氯酸钠溶液中浸泡2 min，取出沥干、去皮，切成5 cm的山药段备用。

1.2.2 单因素试验

选取质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的柠檬酸，质量分数0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的抗坏血酸，质量分数0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1% 的L-半胱氨酸，质量分数0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的NaCl进行单因素试验。将切好的5 cm山药段置于不同浓度的单一保鲜液(对照组置于清水中)浸泡10 min，取出沥干，真空包装后置于4 ℃的冰箱内贮藏。每隔1 d进行褐变度测定，测量10 d。

1.2.3 正交试验

在单因素试验的基础上，选取表1的保鲜液进行L9(34)正交试验设计，试验处理方法同单因素试验，以贮藏至10 d的褐变度指标作为贮藏效果的评价指标，优选出最佳的复合保鲜液配方，进行后续指标测定。

表1 L9(34)保鲜液因素水平表 单位：%

1.2.4 指标测定

1.2.4.1 失重率测定

采用称重法[15]测定。

式中：m1,第1天鲜切山药的质量;m2,第N天鲜切山药的质量。

1.2.4.2 硬度测定

采用GY-4型果实硬度计测定，在山药段上均匀选取4个点进行硬度测定，记录硬度值，计算平均值。

1.2.4.3 色差值测定

采用NR110型精密色差仪测定，在山药段上均匀选取4个点进行色差测定，记录L*值计算平均值。

1.2.4.4 褐变度测定

采用消光值法，称取新鲜待测山药2 g，放入50 mL离心管内，按照1∶10(g∶mL)的比例加入蒸馏水，使用匀浆机打碎并混合均匀，然后放置到离心机内冷冻离心5 min(4 ℃，10 000 r/min)。取上清液于25 ℃水浴锅中保温5 min，使用分光光度计在410 nm下测定其吸光度，褐变度结果用10×A410 nm进行表示。

1.2.4.5 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量测定

采用硫代巴比妥酸法[16]。

1.2.4.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)酶活性测定

采用邻苯二酚法[17]。

1.2.4.7 过氧化物酶(peroxidase, POD)酶活性测定

采用愈创木酚法[17]。

1.2.4.8 苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase, PAL)酶活性测定

采用苯丙氨酸法[17]。

1.2.4.9 总酚含量测定

采用福林-酚比色法[18]。

1.2.4.10 水分含量测定

采用直接干燥法，参照食品安全国家标准GB 5009.3—2016。

1.2.4.11 蛋白质含量测定

采用凯氏定氮法[19]。

1.2.4.12 淀粉含量测定

采用蒽酮比色法[20]。

1.2.4.13 尿囊素含量测定

采用高效液相色谱法[21]。

1.3 数据处理

采用SPSS 18.0进行数据显著性差异分析(P<0.05)，Origin 9.0绘图软件进行数据图表制作。除特殊说明外，所有数据均为3次重复试验的平均值和标准误差。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

山药经切分后，组织结构发生损伤，细胞完整性遭到破坏，使酚类物质与PPO和POD接触反应，发生酶促褐变。褐变度是除感官指标之外，最能直接反应鲜切山药褐变的理化指标。如图1所示，随着贮藏时间延长，鲜切山药褐变程度加深，褐变度整体呈现升高趋势，但保鲜液处理后的褐变度增长速度始终低于对照组，说明各保鲜液均能延长鲜切山药的货架期。不同保鲜液对褐变度的抑制效果不同，各保鲜液的不同浓度处理对褐变度的抑制效果也不相同。

a-CA;b-AA;c-L-cys;d-NaCl图1 各保鲜液对鲜切山药褐变度的影响Fig.1 Effect of preservative solution on browning degree of fresh-cut yam

由图1-a可知，贮藏至第10天时，质量分数1.5%、2%、2.5%柠檬酸对褐变度抑制效果最好，分别降低了14%、15%和14%，且各浓度的加入量均符合国标。由图1-b可知，经抗坏血酸处理后的鲜切山药在前6 d增长速度缓慢，6 d之后增长速度加快，但始终低于对照组，其中抗坏血酸质量分数为0.6%、0.8%、1%时抑制效果最好。由图1-c可知，当添加L-半胱氨酸时，浓度过低或过高均不能起到很好的抑制效果，质量分数为0.05%、0.1%、0.5%时效果最好。由图1-d可知，空白组始终保持较高的增长速度，而添加NaCl后，褐变度在0～6 d缓慢增长，6 d之后增速加快，褐变程度始终低于对照组。在贮藏至第10天时，对照组褐变度值为2.48，而质量分数0.5%、1%、1.5% NaCl处理组分别为2.01，2.11，2.09，说明NaCl能够在一定程度上保持山药的新鲜度。

2.2 正交试验结果分析

如表2和表3所示,采用褐变度作为正交试验结果的指标，褐变度值越小，保鲜效果越好，反之，则保鲜效果越差。

表2 各保鲜液对鲜切山药褐变度影响的正交试验Table 2 Orthogonal test scheme and results analysis ofthe effects of various fresh-keeping liquids on the browningdegree of fresh-cut yam

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis table

注：*表示显著，(P<0.05)

综合保鲜液A(柠檬酸)、B(抗坏血酸)、C(L-半胱氨酸)、D(NaCl)4种因素，A因素中A1(A3)最小，B因素中B2最小，C因素中C2最小，D因素中D3最小。因此，柠檬酸质量分数为1.5%(其中1.5%和2%的影响效果一样，故选取低质量分数1.5%为柠檬酸处理浓度)，抗坏血酸质量分数为0.8%，L-半胱氨酸质量分数为0.1%，NaCl质量分数为1.5%是最佳因素组合水平。通过极差分析的R值可知，RA=0.42，RB=0.73，RC=0.34，RD=0.45，所以对于鲜切山药的褐变度这一指标影响的主次因素顺序是B>D>A>C，因此可以说明影响最大的是Vc(P<0.05)，其次是NaCl和柠檬酸(P<0.05)，最后是L-半胱氨酸(P<0.05)，鲜切山药的最佳复合保鲜液的配方组合是：B2D3A1C2。

进行正交试验验证，可以发现最佳复合保鲜液处理的鲜切山药的褐变度低于其他所有组别。由此可得，1.5%CA+0.8%AA+0.1%L-cys+1.5% NaCl为最佳因素组合水平。

2.3 最佳复合保鲜液对鲜切山药贮藏效果的影响

2.3.1 最佳复合保鲜液对鲜切山药理化指标的影响

采后果蔬由于组织的呼吸作用和蒸腾作用，会出现水分和质量的损失，从而影响品质，缩短货架期[22]。

由图2-a可知，山药经切分后受到了机械损伤，呼吸和蒸腾作用加速，在整个贮藏期间，失重率始终保持上升趋势，但复合保鲜液处理的鲜切山药的失重率始终显著低于对照组(P<0.05)，说明复合保鲜液能够抑制鲜切山药的呼吸作用，减少各种营养物质的消耗，从而降低鲜切山药水分的散失，有效维持鲜切山药的品质。

由图2-b可知，随着贮藏时间的延长，褐变度始终保持不断上升的趋势，但复合保鲜液处理组显著低于对照组(P<0.05)。对照组的褐变度在第10天为2.4，说明对照组在贮藏期末褐变程度较高。而复合保鲜液处理组在第10天的褐变度值仅为1.8，比对照组降低23%，这可能是由于复合保鲜液的联合作用，柠檬酸降低了pH而抑制多酚氧化酶的活性，同时抗坏血酸和L-半胱氨酸能够与醌反应，从而达到了抑制鲜切山药褐变的效果。

硬度是直接反映果蔬品质的重要指标，影响了消费者的接受程度[23]。从图2-c可知，在贮藏期间，山药的硬度均呈现下降趋势，对照组的下降速度最快，而复合保鲜液处理组的硬度前4 d下降幅度较为缓慢，在4 d之后略有增加，但下降幅度始终显著低于对照组(P<0.05)。在第10天时对照组的硬度值为8.0，复合保鲜液处理的值为9.4，说明复合保鲜液能延缓山药硬度的降低，延长货架期，这可能是由于复合保鲜液抑制了鲜切山药的呼吸作用，同时NaCl阻止了微生物的侵染[24]。

色泽是果蔬品质的直观体现，决定着食品的商业价值。L*值表示的是山药表面的光亮度，L*值越小，亮度越低，褐变程度越严重[25]。由图2-d可知，随着贮藏时间的增长，由于褐变程度逐渐加深，L*值均呈降低趋势，在前6 d下降速度较为平缓，6 d之后下降速度稍有增加，但复合保鲜液处理组的L*值降低幅度始终显著低于对照组(P<0.05)。贮藏至第10天时，对照组L*值分别为62.8，而处理组L*值能保持为70.3，证明复合保鲜液能有效抑制褐变反应，维持山药的感官品质。

a-失重率；b-褐变度；c-硬度；d-L*值图2 复合保鲜液对鲜切山药理化指标的影响Fig.2 Effect of compound fresh-keeping liquid on physical and chemical indicators of fresh-cut yam注：不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)

2.3.2 最佳复合保鲜液对鲜切山药氧化酶活性和多酚含量的影响

PPO是果蔬发生酶促褐变的关键酶，能够氧化内源性的多酚类物质成有色的醌[26]，醌类物质聚合成黑色素，其高活性能加速山药的褐变。由图3-a可知，在山药的贮藏过程中，切割导致组织结构损伤，再受到活性氧的攻击时，PPO酶活性均呈现一个上升的趋势。在0～4 d酶活性上升速度较慢，这可能是由于低温抑制了酶活性[27]。第4天之后对照组骤然增高，而复合保鲜液处理组的PPO酶活性保持低速增长且显著低于对照组(P<0.05)，在第10天时处理组PPO酶活性比对照组低30%，说明复合保鲜液抑制了酶促褐变反应。

山药在切割后，酚-酶的区域化分布遭到破坏，酚类物质与酶发生反应，POD酶活性增强，加速褐变[28]。由图3-b可知，在山药的贮藏过程中，POD酶活性均呈现一个上升的趋势，在0～6 d中酶活性上升速度平缓，在第6天之后急速升高，但复合保鲜液处理组始终保持平缓的升高趋势且酶活性显著低于对照组(P<0.05)，在第10天时，处理组POD酶活性比对照组低72%。赵喜亭等[29]研究证明了几种抑制剂对铁棍山药POD酶活性的抑制效果：L-半胱氨酸盐酸盐>抗坏血酸>柠檬酸>植酸>EDTA-2Na>NaCl。

PAL是合成酚类物质的关键酶[30]。如图3-c所示，随着贮藏时间的延长，PAL酶活性呈现上升趋势，说明切割诱发PAL处于活跃状态[31]。但复合保鲜液处理组的PAL酶活性始终显著低于对照组(P<0.05)，说明复合保鲜液减缓切割导致的损害，抑制酚类物质的合成，减少反应底物的含量从而抑制褐变。

酚类物质是酶促褐变过程中最主要的反应底物[32]，由于在贮藏过程中PPO活性呈现上升趋势，总酚的消耗会逐渐增加，故而贮藏过程总酚含量呈现下降趋势，这与谭谊谈[33]研究结果一致。如图3-d所示，处理组的总酚含量的下降量显著低于对照组(P<0.05)，说明复合保鲜液减少了反应底物的消耗，抑制了褐变反应。

a-PPO活性;b-POD活性;c-PAL活性;d-总酚含量图3 复合保鲜液对鲜切山药氧化酶活性和多酚含量的影响Fig.3 Effect of compound fresh-keeping liquid on oxidase activity and polyphenol content of fresh-cut yam

2.3.3 最佳复合保鲜液对鲜切山药营养指标的影响

植物在衰老或处于逆境时，常发生膜脂过氧化作用，MDA是其产物之一[34]。从图4-a可知，对照组和复合保鲜液处理组的MDA含量均呈现上升趋势，说明鲜切山药在贮藏过程中产生了膜脂过氧化作用，但保鲜液处理组的MDA含量在整个贮藏期内均显著低于对照组(P<0.05)。结果表明，复合保鲜液可以降低鲜切山药体内MDA含量的积累，降低其膜脂过氧化程度，抑制其衰老，延长货架期。

在贮藏过程中，随着贮藏时间的增长，山药呼吸强度逐渐增强，进而导致水分含量呈降低趋势。由图4-b可知，水分含量在整个贮藏期间不断降低，但处理组能有效维持水分含量在一个较高的水平(P<0.05)，这说明复合保鲜液能够有效地抑制山药水分的损失，维持山药的品质。

蛋白质是山药中主要的营养成分之一，是构成果蔬中酶的重要组成成分，其合成与衰老与鲜切果蔬的衰老密切相关[35]。由图4-c可知，随着鲜切山药的成熟与衰老，蛋白质逐渐消耗，但复合保鲜液处理组显著延缓了蛋白质的降解(P<0.05)，说明复合保鲜液有效抵御了切割带来的损伤，维持了山药的良好营养品质。

淀粉是山药块茎中的最主要的营养物质，为机体的代谢提供能量，它在山药块茎中所占到的比例大小是鉴定山药品质优劣的重要指标之一[36]。从图4-d可知，在山药的贮藏过程中，山药的淀粉含量处于不断减少的趋势。对照组在前2 d骤然下降，2～8 d下降速度减缓，8 d后下降速度加快。而复合保鲜液处理组在前8 d均保持缓慢降低，8 d后降速变快，且含量均显著高于对照组(P<0.05)。贮藏至10 d时，对照组淀粉含量为7.2%，而复合保鲜液处理组为9.8%，说明复合保鲜液可以保持鲜切山药的淀粉含量，降低山药机体的能量消耗，抑制褐变。

2.3.4 最佳复合保鲜液对鲜切山药尿囊素含量的影响

尿囊素是山药的活性成分之一，具有抗菌消炎、抗刺激、镇痛消炎的作用，可用作治疗皮肤病，常作为评价山药品质的指标[37]。对山药的尿囊素含量分别在贮藏第0天和第10天进行测量比较，由图5可知，整个贮藏期内尿囊素含量显著降低(P<0.05)，但相对于对照组，处理组延缓了尿囊素的损失(P<0.05)，说明复合保鲜液很好的保留了山药的营养成分，防止了其经济价值的下降。

a-MDA含量;b-水分含量;c-蛋白质含量;d-淀粉含量图4 复合保鲜液对鲜切山药氧化指标的影响Fig.4 Effect of compound fresh-keeping liquid on oxidation index of fresh-cut yam

图5 复合保鲜液对鲜切山药尿囊素含量的影响Fig.5 Effect of compound fresh-keeping liquid on thecontent of allantoin in fresh-cut yam

3 结论与讨论

鲜切山药经切割等一系列初加工后，组织细胞结构因机械损伤发生变化，加速呼吸代谢反应，丧失细胞膜完整性，致使溶质渗透至细胞外，表现为失水和组织软化[38]。同时酶从受伤的组织中释放出来，与底物直接接触发生酶促褐变，使鲜切山药失去原有外观及风味，缩短货架期，降低鲜切山药的商用价值[39]。人们对鲜切产品的保鲜方法多关注在安全的天然提取物上，研究发现，柠檬酸作为一种强酸性物质，通过降低pH并在酶活性位点螯合铜，而对PPO有双重抑制作用[40]；抗坏血酸能够将醌类物质还原为多酚化合物来防止酶促褐变[41]；L-半胱氨酸通过形成半胱氨酸加合物或将邻醌类化合物还原为多酚类化合物前体，从而达到抑制褐变的目的[42]。NaCl是维持组织细胞渗透压的主要物质，在维持细胞韧性、避免断裂方面起重要作用[43]。罗馨等[44]以柠檬酸、抗坏血酸和NaCl为抑制剂，通过测定3种褐变抑制剂对多酚氧化酶的酶活性抑制效果，得出褐变抑制效果为抗坏血酸>柠檬酸>NaCl的结果。

果蔬的褐变以酶促褐变为主，尤其是鲜切果蔬经切分后酚-酶区域遭到破坏后，加速了酚类物质与酶的接触反应，致使PPO和POD酶活性呈升高趋势，促进反应底物酚类物质的氧化。最佳复合保鲜液对鲜切山药的褐变抑制机制主要表现在钝化了酚酶PPO和POD的酶活性，延缓酚酶褐变反应进程，这与复发保鲜液处理后的高酚含量相吻合。复合保鲜液处理同时抑制了PAL活性的升高，推测高酚含量可能是减少了酚类物质的消耗引起的。张莉会等[45]用不同的抑制剂谷胱甘肽、半胱氨酸和亚硫酸钠分别对鲜切山药进行褐变控制，结果表明,不同抑制剂的抑制效果均表现为钝化PPO和POD的酶活性，减弱酚类物质的氧化反应速率。而LUO等[46]研究了nano-CaCO3-LDPE包装对鲜切山药品质的影响，发现该包装抑制了PPO、POD和PAL的酶活性，降低了反应底物酚物质的积累。植物在逆境信号的刺激下，加速膜脂过氧化作用，产生危害组织的代谢产物MDA。复合保鲜液处理减轻了膜脂的过氧化反应，且较好地减少了蛋白质、淀粉等营养物质的流失。

本试验通过单因素试验及正交试验，得到鲜切山药的最佳复合保鲜液配比为1.5% CA+0.8% AA+0.1%L-cys+1.5% NaCl(质量分数)。以最佳复合保鲜液对鲜切山药进行浸泡10 min处理，测得处理组在第10天的褐变度比对照组降低23%，有效地维持了亮度和硬度，抑制了PPO、POD和PAL酶活性，减少营养物质及活性分子尿囊素的损失，为鲜切山药提供了一种简单有效的保鲜方法。