鲜切山药保鲜剂开发及应用效果研究

2020-09-11郑丽萍李玉玲

中州大学学报 2020年4期

郑丽萍，王皓，李玉玲

(郑州工程技术学院化工食品学院，河南郑州 450044)

山药在我国有着悠久的历史，虽不及红薯等作物的普及性，但因其独特的食用药用双重价值而作为我国重要的经济作物流传至今。山药中含有丰富的多糖、黄酮、过氧化氢酶、尿囊素、植酸、山药碱等成分因子[1-3]，还含有多种维持人体生命活动必要的无机元素、金属元素和微量元素，可以提高机体免疫能力。除此之外，山药还具备显著降低血糖浓度及血脂浓度的功效，可以调理肠胃功能，增强营养的摄入吸收，起到保健作用[4]。鲜切山药既保留了山药的营养成分，同时又具备鲜切果蔬方便快捷、可完全食用的特点，因而成为目前山药最合适的加工方式之一。如何增强鲜切山药的抗氧化性能，保证品质质量，延长其商品的货架期，是鲜切山药加工存放与交易流通的关键，这也使得鲜切山药的保鲜问题成为我国山药行业的重点研究方向[5-7]。

目前，国内鲜切山药等果蔬的保鲜方式主要有化学剂保鲜[8]、可食性涂抹处理[9-10]以及天然植物提取液保鲜[11-13]。其中化学保鲜剂用量少,效果显著，但对人体可能存在副作用；可食性涂抹处理主要以在山药表面镀膜，形成密闭气调环境来防止山药氧化，并且对人体无毒无危害；天然保鲜剂因效果显著，并对人体有益，近年来成为学者主要研究应用的方向。

近年来，天然保鲜剂被普遍应用于各种果蔬加工保鲜当中，茶多酚便是其中之一，因其是茶中的多酚类物质，具有良好的抗菌抑菌效果，且不会对人体造成毒副作用，广泛应用于草莓、桑葚、鲜切天麻等果蔬植物的保鲜研究中[14-15]。选用天然保鲜剂茶多酚，与不同浓度的柠檬酸和壳聚糖组成复合保鲜剂，通过单因素实验验证3种溶液的保鲜效果，进一步设计正交实验选出最优复合保鲜剂比例,验证最优比例复合保鲜剂在鲜切山药中的应用效果，考察其对鲜切山药生理特性和品质变化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

铁棍山药：市售；壳聚糖(脱乙酰度>95%)、柠檬酸、茶多酚、邻苯二酚、福林酚、没食子酸标准品：均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

BROOKFIELD CT3质构仪：美国BROOKFIELD公司；AE124分析天平：上海舜宇恒平科学仪器；UV-1800紫外分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；TG16台式离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；SLDS-1电导率仪：南京桑力电子设备厂。

1.3 实验方法

单因素实验：称取不同质量的茶多酚、壳聚糖和柠檬酸，分别配置浓度为0.1‰，0.2‰，0.3‰，0.4‰，0.5‰的茶多酚溶液；0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%的壳聚糖溶液以及0.6%，1.2%，1.8%，2.4%，3.0%的柠檬酸溶液。每组溶液中放置4块大小一致的山药块，浸泡15 min后取出自然沥干，于保鲜柜中贮藏5天。测定贮藏后失重率、感官评分、质构等数值，分析其对鲜切山药的保鲜效果。

正交实验：在单因素实验结果基础上设计正交实验，分析、筛选出最优比例的复合保鲜剂。

验证实验：采用最优复合保鲜剂处理鲜切山药，监测贮藏不同时间山药的失重率、感官评分、质构、多酚氧化酶活性(PPO)、总酚含量、相对电导率等性能或品质的变化，验证最优复合保鲜剂在鲜切山药中的应用效果。采用万分之一分析天平测定贮藏前后鲜重,得出失重率；设置感官评分表并由5名感官评价员进行感官评分；采用质构仪测定山药的表面硬度和表面弹力；采用邻苯二酚法测定多酚氧化酶(PPO)活性[16]；使用福林酚比色法测定总酚含量[17]；采用电导率仪测定相对电导率。

2 结果与分析

2.1 鲜切山药保鲜剂的配方设计

2.1.1 壳聚糖溶液对鲜切山药失重率、感官评分及质构的影响

壳聚糖形成的膜层具有阻水性，可以抑制山药内部的呼吸作用和水分散失，减少因自身生理活性而造成的消耗。图1a为使用壳聚糖溶液处理后贮藏4天鲜切山药的失重率随壳聚糖浓度的变化曲线(同一条件下测试4个样品，取平均值)。由图1a可知，随着壳聚糖溶液浓度的逐渐增加，鲜切山药的失重率逐渐降低，且降低效果与对照组相比较显著(对照组鲜切山药失重率为1.38%)；由图1b可知，各浓度的壳聚糖溶液均能对鲜切山药起到不同程度的保鲜护色功能，保持较高的感官评分(对照组为81.2分)。图1c为不同浓度壳聚糖溶液保鲜的山药硬度数值，对比可知，经各浓度壳聚糖溶液处理过的鲜切山药贮藏后，其表面硬度均明显优于对照组(604.3 g)。

图1 不同浓度壳聚糖对山药失重率(a)、感官评分(b)和硬度(c)的影响

2.1.2 柠檬酸溶液对鲜切山药失重率、感官评分及质构的影响

由图2a可知，柠檬酸处理过的鲜切山药在低温保藏4天后的失重率明显低于清水对照组(1.38%)。整体来说，鲜切山药的失重率数值与柠檬酸浓度的增长成反比，并且在柠檬酸浓度为1.8%时其失重率最低。图2b展示了柠檬酸溶液处理的鲜切山药低温保藏后感官评分的变化情况，表明柠檬酸溶液处理后山药感官评分均高于清水对照组(81.2分)。当柠檬酸浓度在0.6%～1.8%时，感官评分随着柠檬酸浓度的升高而变高，浓度为1.8%时得分最高。图2c为柠檬酸处理后，鲜切山药经贮藏其硬度变化情况，表明各浓度下山药的表面硬度数值均明显高于对照组。

图2 不同浓度柠檬酸对失重率(a)、感官评分(b)和山药硬度(c)的影响

2.1.3 茶多酚溶液对鲜切山药保鲜效果的影响

茶多酚为茶叶中主要的提取物质，表现出优秀的抗氧化能力和抑菌作用，常常作为食品及果蔬中的天然保鲜剂[13]。茶多酚作为草莓、桑葚、天麻等果蔬的主要保鲜剂，浓度为0.2%～2.0%时可取得良好的保鲜效果[18]，本实验的前期单因素实验中，发现采用0.5%～1.5%浓度的茶多酚溶液浸泡鲜切山药，沥干后被茶多酚溶液染色较为严重。根据国标中关于茶多酚在添加剂中含量的规定，重新设置浓度区间为0.1～0.8 g/kg。实验结果表明，0.1‰),0.2‰和0.3‰浓度的茶多酚溶液不仅对鲜切山药起到一定程度的保鲜作用，同时也不会使乳白色的鲜切山药被浸染发黄。表1为不同浓度茶多酚溶液对鲜切山药失重、感官评分、硬度的影响情况。由表1可知，茶多酚虽对鲜切山药起到保鲜作用，但效果不显著，主要原因是由于茶多酚浓度偏低，其次是因为茶多酚对于果蔬的保鲜，更多的是作为抑菌剂，防止细菌微生物侵染细胞，不同于壳聚糖、柠檬酸防止自身成分消耗的作用机理。

表1 贮藏后鲜切山药保鲜效果情况与茶多酚溶液浓度关系表

2.1.4 正交实验结果分析

通过单因素实验，选取3种因素保鲜效果最好的3个浓度区间设计正交实验(L9)。选取的茶多酚溶液、柠檬酸溶液、壳聚糖溶液浓度见表2。

表2 正交实验因素水平表

将不同样本浸泡后沥干，放入食品专用保鲜柜低温贮藏，以贮藏3天后山药感官评分和失重率为指标依据，进行数据计算，正交实验结果如表3所示。其中以感官评分为主要指标，失重率为验证保鲜效果指标。

表3 鲜切山药保鲜效果正交实验结果

对正交实验中鲜切山药保鲜情况的感官评分数据分析可知，最优方案为A1B3C1，即0.1‰茶多酚溶液/1.8%柠檬酸溶液/1.0%壳聚糖溶液。3种因素对鲜切山药保鲜效果影响的显著程度为：壳聚糖溶液>柠檬酸溶液>茶多酚溶液。

2.2 鲜切山药保鲜剂的应用效果研究

2.2.1 保鲜剂对鲜切山药失重率和感官评分的影响

山药切块后暴露在自然环境中，或在切割过程中山药组织受到不可逆转的机械性损伤，均能加快营养物质的流失速率和水分的蒸发速率，使鲜切山药失重率增加。由图3a可知，在前4天内由A1B3C1比例复合保鲜剂处理过的鲜切山药贮藏后，其失重率均低于清水处理的山药，且随着天数增长，清水组失重率高于复合保鲜剂处理组的比例逐渐升高，证明该比例复合保鲜剂能明显阻止鲜切山药中水分的逸出和营养物质的消耗，达到保鲜并延长贮藏时间的作用。

图3 复合保鲜剂处理后山药失重率(a)和感官评分(b)的变化情况

感官评分是最直观判定鲜切山药保鲜情况与品质变化程度的指标。当鲜切山药发生氧化褐变或霉变时，表面颜色变深，感官评分降低，丧失可食用性并无法再保藏。经A1B3C1复合保鲜剂处理过的鲜切山药感官评分情况如图3b所示。由图3b可知，复合保鲜剂处理的鲜切山药保鲜情况(感官评分)明显优于对照组，且随着贮藏天数增加感官评分下降趋势较缓。相比之下，对照组在第3天时感官评分就下降至90分以下。

2.2.2 保鲜剂对鲜切山药质构的影响

使用质构仪测定鲜切山药的硬度与弹力系数。由于山药块略小且厚度相对较薄(1 cm左右)，使用TA39探头对山药进行表面刺穿1 mm，测试所得硬度和弹力随贮藏时间的变化情况如图4所示。由图4a可知，清水对照组的表面硬度随着贮藏时间增加而减少，这可能是由于表面水分散失严重，细胞组织结构逐渐松散进而导致硬度降低；处理组第1天硬度测定结果偏低，主要原因是经保鲜剂处理的山药表面水分被膜物质锁住，表面水分仍然充足，从而导致硬度系数偏低。由图4b可知，使用复合保鲜剂处理后山药的弹力明显高于对照组，并且变化缓慢，这是由于处理后的鲜切山药内部水分及营养成分保存良好，弹力较高，而对照组鲜切山药在自身呼吸作用与外部氧化褐变的影响下水分散失，营养物质流失，使内部质构逐渐失去弹性。

图4 鲜切山药的表面硬度(a)和表面弹力(b)随贮藏天数增加的变化

2.2.3 保鲜剂对鲜切山药中多酚氧化酶(PPO)活性的影响

用邻苯二酚消光值法测定山药中多酚氧化酶(PPO)活性。使用分光光度计在λ=410 nm处，以蒸馏水为对照组测定样本在该波长下吸光度变化值。测得其在第3天时PPO活性为34.2U·min-1·g-1，而对照组为41.2 U·min-1·g-1,明显低于对照组，证明该复合保鲜剂可以抑制山药内部多酚氧化酶活性。

2.2.4 保鲜剂对鲜切山药中酚类物质含量以及相对电导率的影响

处理组鲜切山药在第3天测得的酚类物质总含量为24.2×10-2mg·g-1，对照组总含量为19.1 mg·g-1；测得保鲜处理过的鲜切山药样本相对电导率为19.8%，清水对照组为26.3%。证明该复合保鲜剂能抑制山药内部褐变反应，保持抗氧化总酚含量，并保持山药细胞膜的透性和完整性。