基于电子鼻分析包装材料对即食水竹笋冷藏品质的影响

汤涤洛，聂沫宇，涂修亮，王少华，丁坤明，何建军，陈学玲*

（1.咸宁市农业科学院，湖北 咸宁 437100；2.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北 武汉 430064）

水竹（Phyllostachys heteroclada）是禾本科、竹亚科、刚竹属竹种，其笋呈黄白色或黄绿色，不仅脆嫩爽口，而且营养丰富[1-2]。水竹笋富含蛋白质和无机元素，蛋白质含量高达4.00%，无机元素含量为1.12%～1.21%，其中磷含量为920 mg/kg，高于大部分笋用竹和蔬菜[3]。湖北咸宁竹海的竹笋资源丰富，其中以水竹笋深受当地人喜爱。每年4 月底至5 月初为水竹笋收获初期，历时40 d 左右，鲜笋可贮藏3～4 d[4-5]。目前，水竹笋多以菜肴烹饪或腌制或晒干，加工方式简单，产品种类单一，产品附加值低，因此急需新型加工产品提高其附加值。

本实验室前期采用真空冷冻干燥技术将水竹笋加工成一种新型休闲食品，其特点是口感酥脆、开袋即食。但是在贮藏期间，发现常见的聚乙烯包装袋易引起其品质劣变。不同种类食品通常因其自身特点需要不同的包装条件，尤其是果蔬干制品受包装材料和方式的影响较大。王辉等[6]研究了7 种包装材料、2 种包装方式对脱水马铃薯片品质的影响，发现真空或充氮包装对水分含量、色度、硬度和脆度的保持效果最好。胡霞等[7]将冻干杨梅置于铝箔袋、聚对苯二甲酸类（polyethylene terephthalate，PET）塑料瓶和玻璃瓶中，避光贮存90 d 后，发现铝箔包装更适于包装冻干杨梅，水分含量最低、色泽最红，维生素C、总酚和花色苷保持最好。景娜娜[8]采用保鲜袋、真空袋及玻璃瓶包装干燥花椒，以真空包装花椒贮藏品质较好。王丹等[9]采用铝箔真空、铝箔非真空、塑料真空、塑料非真空包装脱水青椒，发现铝箔包装的脱水青椒外观品质、水分活度、复水性保持优于塑料包装。前述研究关注了包装材料、包装方式对干制果蔬水分、色泽、质构等品质的影响，而对干制果蔬风味的影响鲜见报道。

风味是食品品质的主要组成部分，其中挥发性物质对其品质的影响至关重要。电子鼻是一种针对挥发性物质的快速、无损检测技术[10]。利用电子鼻技术，可以将不同品种、成熟度的果蔬区分开[11-13]，还可以鉴定不同食品的特征风味、风味变化规律[14-15]。

本试验以冻干水竹笋为试材，研究真空包装袋、高温蒸煮袋、复合铝箔袋对其贮藏期间的水分含量、水分活度等指标的影响规律，结合电子鼻分析挥发性物质的变化，以期获得适宜的包装材料，为即食水竹笋新食品的产业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

水竹笋采于湖北省咸宁市咸安区白云山，采摘4 h之内运回实验室，4 ℃冷藏。挑选长约30 cm、直径约0.8 cm、无蛀虫、无腐烂的水竹笋备用。

复合铝箔袋（尼龙+聚丙烯）、高温蒸煮袋（尼龙+聚乙烯）、真空包装袋（聚对苯二甲酸乙二酯+铝箔+聚乙烯）（26 cm×38 cm）：厦门天益包装材料有限公司。

大豆油：中粮福临门食品营销有限公司；石油醚、三氯甲烷、冰醋酸、碘化钾、硫代硫酸钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Delta 1-24 真空冷冻干燥机：德国Christ 公司；BS-210 分析天平：德国赛多利斯公司；Labmaste-aw 水分活度测定仪：瑞士Novasina 公司；PEN-3 电子鼻：德国Airsense 公司。

1.3 方法

1.3.1 即食水竹笋的制备

工艺流程：水竹笋剥壳→清洗→切分→漂烫（100 ℃，30 s）→冷却→调味（糖渍、喷油）→预冻（-40 ℃，12 h）→真空冷冻干燥（20 h）→包装→贮藏。

包装：冻干后出仓的即食水竹笋，分别用复合铝箔袋、真空包装袋、高温蒸煮袋包装，封口。

贮藏：上述制备的样品于4 ℃贮藏，每5 d 测1 次指标，水分含量、水分活度、脂肪含量及过氧化值。

1.3.2 水分含量的测定

称取试样2～3 g，根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[16]中直接干燥法测定试样中的水分含量。

1.3.3 水分活度的测定

试样切成约3 mm×3 mm×3 mm 小块，迅速放入样品皿中，参照GB 5009.238—2016《食品安全国家标准食品水分活度的测定》[17]测定试样的水分活度。

1.3.4 脂肪含量的测定

根据GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》[18]中索氏提取法测定试样中的脂肪含量。

1.3.5 过氧化值的测定

根据GB 5009.227—2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》[19]中滴定法测定试样的过氧化值。

1.3.6 风味物质的测定

称取2 g 试样，加入顶空瓶内密封，25 ℃水浴10 min。利用直接顶空吸气法将测试针、补气针针头插入顶空瓶中，测试120 s，每个样品重复3 次平行。采用电子鼻系统对挥发性成分进行测定。PEN 3 型电子鼻各传感器的响应特性如表1 所示。

表1 PEN 3 型电子鼻各传感器的响应特性Table 1 Response characteristics of sensors in PEN 3 electronic nose

1.4 数据处理与分析

所测指标均重复3 次，采用平均值±标准差表示，采用Excel 2013 及SPSS 17.0 软件对数据进行处理及分析。利用PEN 3 型传感器配套的Winmuster 软件对数据进行主成分分析（principal component analysis，PCA）[20]。

2 结果与分析

2.1 即食水竹笋水分含量的变化

水分含量是影响食品品质的一个重要因素，较低水分含量有利于维持食品品质，延长货架期。贮藏期间即食水竹笋水分含量的变化见表2。

表2 贮藏期间即食水竹笋水分含量的变化Table 2 Changes of water content of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表2 可知，随着贮藏期的延长，3 种包装材料包装的样品水分含量均呈上升趋势，不同的包装材料对即食水竹笋水分含量的影响不一样，这与胡霞等[7]研究不同材料储存冻干杨梅中水分含量变化的结果一致；复合铝箔袋即食水竹笋的水分含量相较于其他2种包装材料的水分含量增加较少。贮藏30 d 时，真空包装袋、高温蒸煮袋、复合铝箔袋的水分含量分别上升34.8%、50.0%、33.3%，此时，复合铝箔袋水分含量（2.8 g/100 g）比其他2 种包装低，与真空包装袋、高温蒸煮袋包装的水竹笋水分含量之间差异显著（P＜0.05）。贮藏期间，3 种材料包装的即食水竹笋水分含量的上升情况有差异，这与材料本身的阻隔性有关[21]，复合铝箔袋很好地阻隔了水分的进入，而高温蒸煮袋防潮的效果较差。可见，复合铝箔袋能更好地减缓袋内即食水竹笋食品的水分含量上升，有助于提高产品贮藏期的稳定性。

2.2 即食水竹笋水分活度的变化

食品的水分活度描述的是食品中的自由水，自由水是参与化学反应和微生物生长的溶剂，是食品质量控制中的一个重要指标[22]。控制水分活度能提高食品品质和延长保藏期[23]。不同包装材料与贮藏温度对水竹笋休闲食品水分活度的影响如表3 所示。

表3 贮藏期间即食水竹笋水分活度的变化Table 3 Changes of water activity of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表3 可知，在贮藏期内，虽然3 种包装材料包装的样品水分活度整体上均呈缓慢上升趋势，但是不同包装材料对即食水竹笋的影响表现有差异，这与Henriquez 等[24]研究不同包装材料对苹果皮粉的品质影响中得出水分活度变化结论相一致。贮藏30 d 时，复合铝箔袋样品的水分活度明显低于高温蒸煮袋和真空包装袋，达到显著性差异（P＜0.05）。比较分析贮藏0 d和30 d，水分活度增量由小到大排序为复合铝箔袋（0.04）、真空包装袋（0.08）、高温蒸煮袋（0.09）。可见复合铝箔袋包装能更好地控制食品水分活度上升，保证即食水竹笋贮藏期的稳定性。

2.3 即食水竹笋脂肪含量的变化

油脂不仅能使食品变松脆，有助于产生食品香味，而且还利于开胃，调理很多食品的组织及口感，让食品风味更加丰富[25-27]。即食水竹笋在加工过程中喷洒了大豆油，赋予了产品酥性质感和独特风味。贮藏期间即食水竹笋脂肪含量的变化见表4。

表4 贮藏期间即食水竹笋脂肪含量的变化Table 4 Changes of fat content of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表4 可知，不同包装材料与脂肪的含量有一定的关系，这与包装材料的阻隔性有关。材料的透气性与透湿性容易使得空气中的气体进入包装袋中从而导致食品中的脂肪氧化，而使脂肪含量下降[28]。随着贮藏期的延长，3 种包装材料包装的即食水竹笋脂肪含量不断减少，同一包装材料0 d 与30 d 的样品脂肪含量都达到了显著性差异（P＜0.05）；贮藏30 d 时，真空包装袋、高温蒸煮袋、复合铝箔袋的脂肪含量分别下降16%、18%、10%，其中高温蒸煮袋脂肪损失最多为4.6%，复合铝箔袋脂肪损失最少为2.6%，说明复合铝箔袋能减缓即食水竹笋中脂肪的氧化，包装效果更好。

2.4 即食水竹笋过氧化值的变化

食品在贮存初始阶段，脂肪氧化生成氢过氧化物，氢过氧化物非常不稳定，易裂解成小分子的醛、酮、酸等物质，氢过氧化物的量可用过氧化值来衡量[29-32]。不同包装材料对水竹笋过氧化值的影响如表5 所示。

表5 贮藏期间即食水竹笋过氧化值的变化Table 5 Changes of peroxide value of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表5 可知，随着贮藏时间的延长，水竹笋的过氧化值逐渐升高，氧化程度逐渐加深，并随时间增加而不断累积，这与戢得蓉等[33]研究不同包装材料对怪味鸡丝品质的影响中过氧化值随着时间变化的结果一致。贮藏20、25、30 d 时，3 种包装的水竹笋过氧化值含量间均差异显著（P＜0.05）。贮藏期30 d 内，高温蒸煮袋包装的水竹笋的过氧化值增加最多（10.2 g/100 g），其次是真空包袋装（8.9 g/100 g），最少为复合铝箔袋包装（5.2 g/100 g）。可见，低温复合铝箔袋包装更适合休闲食品即食水竹笋的贮藏。

2.5 电子鼻检测即食水竹笋的挥发性物质

2.5.1 电子鼻RADAR 分析

电子鼻测定贮藏0、15 d 和30 d 的不同包装水竹笋挥发性物质的响应值如图1 所示。

图1 贮藏期间不同包装的水竹笋挥发性物质雷达图Fig.1 Radar map of volatile compounds in Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由图1 可知，贮藏0 d，3 组样品的W1C、W3C、W5C、W1W 和W2W 响应值高于其他传感器的响应值。贮藏15 d 时，3 组样品的传感器W5S、W1W 和W2W 响应值明显高于其他传感器的响应值，且高于贮藏0 d，其余7 个传感器响应值较低，且变化程度小。贮藏30 d 时，3 组样品的传感器W5S、W1W 和W2W 响应值明显高于其他传感器的响应值；与贮藏0 d 的响应值相比，高温蒸煮袋（组1）样品传感器W5S、W1W和W2W 的响应值分别提高了2.6 倍、3.8 倍和2.2 倍，高温蒸煮袋（组2）样品传感器W5S、W1W 和W2W 的响应值分别提高了2.8 倍、3.3 倍和1.8 倍，复合铝箔袋（组3）样品传感器W5S、W1W 和W2W 的响应值分别提高了1.9 倍、2.7 倍和1.6 倍。由此可见，在贮藏期间，氮氧化合物、萜烯类、含硫化物和芳香族化合物是即食水竹笋主要的挥发性成分，且随着贮藏时间延长，其释放量不断增加，W5S、W1W 和W2W 的响应值显著提高。

2.5.2 电子鼻PCA 分析

将贮藏0、15、30 d 的3 组样品的挥发性物质进行PCA 分析，结果见图2。

图2 贮藏期间不同包装的水竹笋挥发性物质PCA 分析Fig.2 PCA analysis of volatile compounds in Phyllostachys heteroclada bamboo shoots in different packages during storage

由图2 可知，第一主成分（PC1）贡献率是96.52%，第二主成分（PC2）贡献率2.48%，总贡献率大于95%，说明PC1 和PC2 包含了主要的信息。从PC1 来看，贮藏0 d，3 组样品间的挥发性物质区域交叉多，气味成分区域相近；贮藏15 d，3 组间的挥发性物质区域交叉较少，气味成分区域相差较大；贮藏30 d，3 组组间的挥发性物质区域的交叉更少，气味成分区域不相同。因此，包装材料对即食水竹笋的气味物质的影响较大，且不同的贮藏期的气味物质差异较大。王福成等[34]采用电子鼻分析不同包装对黄瓜风味的影响，发现在不同的贮藏时间，3 种包装的黄瓜基本分布在不同区域，表明样品之间的挥发性物质存在差异。

从图2 中可明显看出，在横坐标上，3 组组内样品的挥发性物质无任何交叉，说明电子鼻能够准确区分不同贮藏阶段样品的气味物质。不同贮藏时间的复合铝箔袋（组3）样品在横坐标上的距离相对最近，其次是真空包装袋（组1），高温蒸煮袋（组2）距离最远。样品间在横坐标上的间距越大则表明样品间的差异越大。在电子鼻分析鲟鱼气味物质的研究中，发现不同处理阶段鲟鱼样品在横坐标上的距离相对较大，说明3 个处理阶段样品的挥发性物质差异较大[35]。由此推论，在贮藏期间，复合铝箔袋（组3）样品的气味物质变化最小，说明复合铝箔袋更利于冻干水竹笋的风味保持。

3 结论

4 ℃条件下，采用真空包装袋、高温蒸煮袋、复合铝箔袋3 种不同包装材料包装即食水竹笋，随着贮藏时间的延长，3 种包装材料包装的即食水竹笋的水分含量、水分活度和过氧化值均逐渐上升，挥发性成分的释放量随着贮藏时间的延长逐渐提高，而脂肪含量随着贮藏时间的延长不断减少。4 ℃贮藏30 d 内，与真空包装袋、高温蒸煮袋相比，复合铝箔袋包装的水竹笋的水分含量、水分活度和过氧化值上升较小，脂肪损失最少，挥发性物质的变化量最小。综上所述，4 ℃条件下采用复合铝箔袋包装能够更好地保持即食水竹笋品质的稳定，能更好地解决即食水竹笋在贮藏期间的变质问题。