臭氧结合气调包装对毛竹笋的保鲜作用

陈 磊，黄 杰，杨 瑞，周忠雨，毕秀芳,*，刘晓翠

（1.西华大学食品与生物工程学院，四川 成都 610039；2.西华大学宜宾研究院，四川 宜宾 644000）

竹笋，又称竹芽、鞭笋，即竹子膨大的芽或幼嫩的茎，滋味鲜美、肉质脆嫩、风味独特，属我国大宗林副产品，作为我国一种传统食用蔬菜已有超过2 500 年的历史，品种多达500多种，可食用的有200多种[1]，在我国浙江、台湾、江苏、广东、云南、广西、湖北等地均有种植，生长季节性强[2-4]。鲜竹笋含水量高，富含维生素、黄酮、酚、类固醇、氨基酸和矿物质等营养成分及膳食纤维，营养丰富，素有“蔬菜中第一品”之美称，有益人体健康[5]。食用竹笋可以有效地改善消化功能，养颜美容，还能预防高血压、高血糖、高血脂、心脑血管疾病和癌症的发生，增强抵抗力，具有十分明显的保健功能，是公认的“健康食品”[6-7]。因此，竹笋越来越受到大众的喜爱，然而由于竹笋的产地主要集中在山区，采收期又多集中在春夏高温高湿之际。采摘后的竹笋，由于含水量较高，呼吸作用旺盛，大量营养物质被自身代谢消耗，容易失水老化，同时易发生组织木质化和果肉褐变，一般常温下放置2～3 d即失去食用价值，导致竹笋贮运困难[7]。因此，关于竹笋保鲜方法研究具有重要意义。

目前竹笋保鲜方法有低温贮藏、气调贮藏、臭氧处理、化学药剂处理、微波处理、涂膜处理、热烫处理及硫处理等[6,8-9]。低温能抑制呼吸作用，但单独的冷藏易使果蔬失水，失去鲜活状态，口感变差，难以长时间保持其商品价值[10]。臭氧作为一种安全的强氧化杀菌剂，已在鱼类、贝壳[11]以及水果蔬菜的杀菌和保藏[12]等食品加工中被广泛应用，以延长食品的贮藏期[13-14]。刘维[15]采用臭氧结合低温的方式对竹笋进行保鲜，结果发现，在臭氧质量浓度为150 mg/L处理1 h的条件下，竹笋0 ℃贮藏32 d之后，腐烂率为6.19%，质量损失率为7.45%，其外观品质依然能保持较好。另外，气调包装（modified atmosphere packaging，MAP）作为一种保鲜技术，能保持食品的新鲜度、提高食品的安全性并延长食品的货架期，已成功应用于新鲜果蔬等的保鲜中[16]。王洪霞等[6]对竹笋采用不同气调处理进行保鲜，结果发现，竹笋经过O2（80%）+CO2（20%）的气调比例（体积比，后同）处理后，在4 ℃下贮藏15 d后，仍具有良好的商品品质。

有研究表明，预处理与MAP的结合能有效地延长新鲜果蔬等食品的货架期，达到一定的保鲜效果[17-18]，同时，臭氧结合MAP也是近年来国内外颇受重视的保鲜技术之一[16]。然而，目前将臭氧和气调相结合应用于竹笋保鲜的报道较少。因此，本实验主要研究臭氧预处理结合MAP方法对竹笋保鲜效果的影响，以期为竹笋的保鲜加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

毛竹笋（细长（每根长约20～25 cm）、呈圆锥形状（根部直径约2～3 cm），竹笋外壳有丝般细小的毛）采自四川宜宾，采后立即运回4 ℃冷库，并在12 h内进行不同方式的处理。

氢氧化钾、硫酸、二水磷酸二氢钠、1%（体积分数）愈创木酚、0.05 mol/L邻苯二酚、0.15%（体积分数）双氧水、交联聚乙烯吡咯烷酮（均为分析纯） 成都市科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

BPG-9240A恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；JA2003电子天平 上海舜宇恒平科学仪器公司；TA.ΧT Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司；UV-2008双光束紫外-可见分光光度计 上海SDPTOP公司；SΧ2-2.5-Ω箱式电阻炉 上海意丰电路有限公司；F800自动粗纤维测定仪 山东海能科学仪器有限公司；5810R台式冷冻离心机 德国Eppendorf公司；RDL380P立式气调包装机 四川成都罗迪波尔机械设备有限公司；YS-MJCB-S17Z智能臭氧二氧化氯灭菌对比保鲜柜 杭州屹石科技有限公司；FL-8A家用活氧解毒机 深圳市飞立电器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 臭氧处理和气调包装

选择长度约20 cm无虫害和机械伤害的竹笋，随机分组：1 组仅进行MAP处理，MAP条件为2% O2+5% CO2+ 93% N2[19]；3 组进行质量浓度1.04 mg/L臭氧水（ozone water，OW）浸泡，处理时间为10、20 min和30 min；6 组进行浓度为5、9 μL/L臭氧气体（ozone gas，OG）熏蒸，处理时间为20、30 min和40 min；2 组进行浓度为13 μL/L OG熏蒸，处理时间为20、40min，臭氧预处理之后马上进行MAP处理，即OW+MAP处理和OG+MAP处。包装采用罗迪波尔聚丙烯材质（polypropylene，PP）气调包装盒（190 mm×140 mm×37 mm），封膜采用尼龙膜，每盒10 根竹笋。处理后的竹笋贮藏在4 ℃条件下，每隔7 d测定各项指标。以未进行任何处理、直接放入PP包装盒中的竹笋作为对照组。所有实验重复两次。臭氧水质量浓度的测定参照张丽华等[20]的方法，臭氧气体质量浓度通过设备进行直接设定。

1.3.2 硬度的测定

竹笋的硬度测定参照Yang Huqing等[21]的方法，并略作 修改。使用装有36 mm直径P/36R柱形探头的质构仪进行竹笋的硬度测定。将每个样品以1 mm/s的速率压缩3 mm，并且将整个测量过程中施加的最大力表示为硬度/N。

1.3.3 粗纤维质量分数的测定

粗纤维质量分数测定参照Wang Jiaxing等[22]的方法，并略作修改。将竹笋切成薄片状，放入55 ℃烘箱中烘干后研磨成粉，称取1.000～2.000 g（记录质量为m/g）于坩埚中，再称取2.000～3.000 g硅藻土于其中，放入自动粗纤维测定仪中进行处理：先用体积分数1.25%硫酸煮沸40 min，用蒸馏水清洗3 次，再用质量分数1.25%的氢氧化钾溶液煮沸40 min，用蒸馏水清洗3 次。处理完后放入130 ℃的烘箱中烘干至恒质量，称量质量（m1/g），最后在500 ℃马弗炉中煅烧完全，冷却后称量质量（m2/g），按照公式（1）计算粗纤维质量分数（X/%）。

1.3.4 腐烂率的测定

竹笋腐烂率是指竹笋腐烂数量占所取样品的百分比，参照文献[23]观察外观，以竹笋表面颜色变为黑褐色，有明显菌斑、菌丝出现即为腐烂发生，按公式（2）计算腐烂率[24]。

式中：B为竹笋腐烂数量/根；C为竹笋总数量/根。

1.3.5 酶活力的测定

酶活力的测定参照王琪[25]的方法，并略作修改。粗酶提取液制备：称取10 g竹笋样品，置于打浆机中，并立刻加入20 mL经冰浴的磷酸钠缓冲液（0.1 mol/L，含0.5 g交联聚乙烯吡咯烷酮），打磨成匀浆后，于4 ℃、4 000 r/min离心15 min，收集上清液，即为粗酶提取液，用于酶活力测定。

过氧化物酶（peroxidase，POD）活力测定：反应体系包括0.2 mL粗酶提取液、2 mL 1%愈创木酚和0.8 mL 0.15% H2O2，混合后立即计时，记录470 nm波长处2 min内吸光度变化情况。

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力测定：反应体系包括0.2 mL粗酶提取液、2 mL磷酸钠缓冲液和1 mL 0.05 mol/L邻苯二酚，混合后立即计时，记录在420 nm波长处2 min内吸光度变化情况。

PPO、POD均以每分钟吸光度变化为0.01为1 个酶活力单位（U），活力单位为U/g（以鲜质量计）。

1.4 数据统计分析

实验数据采用Origin 8.5软件进行统计并绘图，采用SPSS 25.0软件进行显著性分析，通过Duncan事后检验进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 臭氧结合气调处理对竹笋腐烂率的影响

由图1可知，在整个贮藏期内（0～28 d）各组的腐烂率随贮藏时间的延长而明显增加，贮藏28 d时，对照组竹笋腐烂率高达60%。与对照组相比，MAP和OG+MAP、OW+MAP都能明显降低竹笋贮藏过程中的腐烂率；贮藏至28 d时，MAP和OW+MAP处理的竹笋腐烂率无明显差异；结果表明，采用MAP能够明显提高竹笋的贮藏性。采用不同浓度OG+MAP处理的竹笋腐烂率均明显低于MAP和OW+MAP处理组。其中OG+MAP的最佳处理条件为9 μL/L、40 min，该条件处理后，竹笋在4 ℃下贮藏28 d，腐烂率仅为15%。结果表明，采用OG+MAP可以更好地抑制竹笋在贮藏期的腐烂。这可能是由于臭氧具有较强的杀菌作用，并且气态臭氧比水相臭氧更加稳定，杀菌作用更强[26]。另外，臭氧气体浓度更高也可能是导致贮存期间腐烂率更低的原因之一。在其他研究中也观察到类似的结果，顾青等[27]发现臭氧结合MAP处理竹笋后，在4 ℃贮藏25 d时腐烂率仅为2%，而对照组腐烂率几乎达到100%，明显低于对照组；罗自生等[28]研究发现竹笋经200 μL/L的臭氧处理，1 ℃贮藏30 d后 其腐烂率仅为1.22%，比对照组低84%；刘维[15]研究发现竹笋在臭氧质量浓度为150 mg/L条件下处理1 h，0 ℃贮藏32 d后，腐烂率仅为6.19 %。采后竹笋受多种微生物的浸染是导致竹笋腐烂的主要原因之一，而臭氧对微生物有明显的抑制作用，可以极好地减轻竹笋采后因受多种微生物的感染而引起腐烂变质[27]，同时MAP、低温能有效降低竹笋呼吸强度，抑制POD和PPO活力，延缓了褐变的发生，从而延长竹笋保质期[29]。

图1 不同处理方法对竹笋腐烂率的影响Fig.1 Effects of different treatments on decay incidence of bamboo shoots

2.2 臭氧结合气调处理对竹笋粗纤维质量分数的影响

由图2可知，在整个贮藏期内（0～28 d）各组的粗纤维质量分数随着贮藏时间的延长而逐渐增加，贮藏28 d后，对照组粗纤维质量分数增加了116.87%。与对照组相比，MAP和OW+MAP、OG+MAP处理都能明显延缓竹笋在贮藏期间的粗纤维质量分数的增加，同时发现OG+ MAP处理后的竹笋在贮藏期间粗纤维质量分数增加更为缓慢。当OG+MAP的处理条件为9 μL/L、40 min时，经处理后的竹笋在4 ℃下贮藏28 d后，粗纤维质量分数仅增加了22.69%，明显低于MAP 和OW+MAP处理组。将OG浓度提高至13 μL/L时，粗纤维质量分数与9 μL/L处理组未表现出明显的差异。结果表明OG+MAP对竹笋粗纤维质量分数的增加有更好的抑制效果，这可能是因为OG+ MAP处理降低了竹笋总糖的消耗，从而减缓纤维化作用， 达到抑制粗纤维质量分数增加的效果，同时可能因为气态臭氧比液态臭氧更加稳定，从而使OG预处理效果更好[26-27]。罗自生等[28]研究发现竹笋经200 μL/L臭氧处理30 min，1 ℃冷藏30 d后竹笋粗纤维质量分数比对照组低14%，表明臭氧处理能有效抑制竹笋粗纤维质量分数的增加。在顾青等[27]的研究中也发现经过臭氧处理后的竹笋，其粗纤维质量分数的增加得到了较好的抑制。

图2 不同处理方法对竹笋粗纤维质量分数的影响Fig.2 Effects of different treatments on cellulose content of bamboo shoots

2.3 臭氧结合气调处理对竹笋硬度的影响

如图3所示，贮藏期间内各组竹笋硬度随着贮藏时间延长明显增加。贮藏至28 d时，对照组竹笋硬度增加了118.82%。处理组的竹笋硬度始终低于对照组，但各处理组间未表现出明显差异。结果表明，MAP处理可能是导致竹笋硬度降低的主要原因，而臭氧对其影响较小。通过延缓竹笋硬度的增加，可以较好地保持竹笋的品质。黄河等[30]采用臭氧质量浓度为20～30 mg/m3、处理时间为20 min/d的条件处理竹笋，较好地抑制了竹笋水分的散失，延缓了竹笋硬度的增加。罗自生等[28]研究发现竹笋经300 μL/L 臭氧处理30 min，1 ℃冷藏至30 d时硬度比对照组低12%，臭氧处理明显延缓了竹笋硬度的增加。先前的研究表明臭氧对竹笋硬度有一定的抑制作用，而本研究中臭氧对竹笋硬度未表现出明显的抑制效果可能和臭氧质量浓度、处理时间以及其他环境因素等有关。另外，有文献表明，竹笋组织硬度与木质素和纤维素含量之间存在 极显著的正相关关系，而采摘后的竹笋木质素含量和纤维素含量仍在不断增加，因此采后竹笋质地不断变硬，导致竹笋硬度增加，可食用率下降[6,28]。因此，本研究中OW、OG、MAP处理可能抑制了竹笋木质素和纤维素含量的增加，从而延缓了硬度的增加。

图3 不同处理方法对竹笋硬度的影响Fig.3 Effects of different treatments on firmness of bamboo shoots

2.4 臭氧结合气调处理对竹笋PPO和POD活力的影响

PPO是引起果蔬褐变的主要酶类，其活性越高，褐变速度越快，产生的暗褐色黑色素会影响果蔬品质[6]。 如图4A所示，竹笋PPO活力在贮藏期间呈先上升后下降的趋势，贮藏至第7天时，各组PPO活力达到峰值，并且在贮藏期内，对照组的PPO活力一直高于其他各处理组，其中经9 μL/L OG处理40 min的竹笋PPO活力在各组中最低，并明显低于对照组。这种PPO活力的变化趋势与王洪霞等[6]的研究结果相似。结果表明OW+MAP、OG+MAP和MAP处理没有改变PPO活力的变化趋势，但OW+MAP、OG+MAP和MAP处理能明显抑制PPO活力，从而抑制竹笋的酶促褐变，保持其外观品质，延长其货架期。牛锐敏等[31]每隔10 d用7 mg/m3的臭氧处理苹果，结果发现苹果的PPO活力呈先上升后下降的趋势，且贮藏至180 d后苹果仍具有较好的食用品质。李杰等[32]用质量浓度1 mg/L臭氧水处理荔枝果实，发现臭氧水在一定质量浓度范围内可以抑制PPO活力。

图4 不同处理方法对竹笋PPO（A）、POD（B）活力的影响Fig.4 Effects of different treatments on PPO (A) and POD (B) activity of bamboo shoots

如图4B所示，竹笋POD活力随贮藏时间的延长不断增加，对照组的POD活力一直高于其他各处理组，同时，各OG+MAP处理组POD活力明显低于OW+MAP处理组，其中经9 μL/L OG处理40 min的竹笋POD活力最低，贮藏21 d后，该条件下的POD活力仅为对照组的50.99%。结果表明，OW+MAP和OG+MAP处理能有效抑制竹笋POD活力，且OG+MAP处理对竹笋POD活力的抑制效果更好。POD参与酚类物质的氧化和聚合，其活性增加会导致果皮褐变[6]。同时，POD活性增大会促进竹笋木质素和纤维素等物质的合成，导致竹笋粗纤维含量快速增加，而臭氧可通过抑制POD活性来延缓粗纤维含量的增加，保持竹笋品质[28]。

3 讨 论

在本研究中，对照组的竹笋易发生腐烂、纤维化、褐变等现象，这可能因其含水量高、呼吸代谢强、PPO和POD活性高，且表面微生物生长活跃[33]。采用MAP处理时，竹笋腐烂率、粗纤维质量分数、硬度及PPO和POD活性均有所降低。这可能是由于MAP通过抑制PPO、POD活性从而延缓了竹笋的老化，同时，MAP处理一定程度上能防止水分散失，抑制呼吸作用和微生物的生长繁殖，起到了保鲜作用[34-35]。臭氧预处理结合MAP处理表现出了对竹笋更好的保鲜效果，这可能是由于臭氧对表面微生物有杀灭作用，同时能钝化PPO和POD活性，与MAP处理结合表现出协同保鲜效果。

本实验主要采用了3 种方式（MAP、OW+MAP和 OG+MAP）处理竹笋，进行竹笋的保鲜研究。结果发现，在贮藏期间对照组竹笋腐烂率、粗纤维质量分数、硬度明显增加，在贮藏至28 d时，腐烂率高达60%，粗纤维质量分数和硬度分别增加了116.87%和118.82%。与对照组相比，3 种处理方式均能明显抑制竹笋腐烂率、 粗纤维质量分数和硬度的增加以及PPO、POD活力，表明3 种处理方式均具有一定的保鲜效果。在4 ℃下贮藏至28 d时，OG（9 μL/L、40 min）+MAP处理后的竹笋腐烂率最低（15%）；粗纤维质量分数比贮藏初始仅增加了22.69%。因此，OG（9 μL/L、40 min）+MAP处理可以有效延长竹笋的贮藏期。