基于艾叶-丁香精油复配的番茄保鲜包装效果研究

李林林 孙建明,2 刘 辉,2 曹前荣

1. 河南科技大学包装工程系 河南 洛阳 471000

2. 河南省智能与防护包装设计工程研究中心 河南 洛阳 471000

1 研究背景

番茄，茄科茄属植物，营养价值丰富，有“植物黄金”之美誉[1-2]。番茄属于典型的呼吸跃变型果实[3]，含水量高，但其果皮较薄，因此，采后极易腐败变质。现阶段，番茄保鲜技术主要包括物理[4]、化学[5]、生物[6]3 种方式。物理保鲜技术所需成本较高[7]，化学保鲜剂易造成化学试剂残留和环境污染等问题[8]。弓德强等[9]研究发现，在低温贮藏下，1-甲基环丙烯处理可有效保持樱桃番茄果实的采后品质，但1-甲基环丙烯被人体吸入之后会造成一定的肺部感染。生物保鲜技术因绿色安全等优点在番茄保鲜领域备受关注。番茄生物保鲜技术主要以涂膜[10]、单一植物精油涂覆[11]为主，如中草药复配保鲜剂[12]、超声辅助天然保鲜剂涂膜[13-14]等。

罗丹等[15]使用姜油熏蒸处理转色期番茄，发现姜油处理后番茄营养成分的流失有效减少，番茄的货架期延长。张阳阳等[16]研究了20 ℃条件下葫芦巴精油对樱桃番茄贮藏品质的影响，发现葫芦巴精油可以较好地维持樱桃番茄的各项营养指标，有效延长其贮藏时间。李姗姗等[17]分别研究了八角、金银花、香樟叶3 种植物精油对樱桃番茄的保鲜效果，结果发现，八角精油对樱桃番茄有显著的保鲜效果；金银花精油只对樱桃番茄的部分营养指标有效果；香樟叶精油对樱桃番茄几乎无保鲜作用。可见，目前的保鲜技术主要集中于使用单一植物精油[18]，以及将植物精油与天然多糖[19]、蛋白质[20]、脂质[21]复合涂膜于果蔬表面进行保鲜。然而，使用单一植物精油时保鲜效果欠佳，后续研究可以考虑将多种植物精油复配，提高对番茄的保鲜效果。

丁香精油萃取自植物丁香的茎或叶[22]，因其活性成分丁香酚、丁香烯等对食源性细菌抑制效果明显[23]，因此丁香精油被广泛应用于果蔬保鲜[24]。艾叶精油来源于草本植物艾草的叶子、茎等部位[25]。现有研究表明，艾叶精油具有良好的抑菌性[26]和抗氧化性[27]，作为植物源保鲜剂在果蔬保鲜方面有着广阔的应用前景[28]。由于番茄采后贮藏最主要的问题是果实软化速度快，而丁香精油因酚醛类物质含量高表现出强抑菌性，单一使用时保鲜效果欠佳。同时，艾叶精油刺激性气味较强，与丁香精油复配可以在一定程度上缓解艾叶精油的强刺激性气味。因此，本研究拟将艾叶和丁香两种精油进行复配，扩大抑菌范围，探索二者复配后对番茄的保鲜效果，以期为果蔬保鲜包装提供一种新思路。

2 实验

2.1 材料及试剂

水果番茄，购于河南洛阳孟津县某水果超市。

艾叶精油、丁香精油，单方精油，湖北省康纯香料有限公司；吐温-80、草酸、氢氧化钠，分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司；30%过氧化氢、硫代巴比妥酸、交联聚乙烯基吡咯烷酮（poly vinyl pyrrolidone pvp，PVPP）、聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）、愈创木酚，分析纯，上海市化学工业园区；三氯乙酸、聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）6000，分析纯，天津市科密欧化学试剂股份有限公司；冰醋酸，分析纯，江苏强盛功能化学股份有限公司；无水醋酸钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。

2.2 仪器与设备

HZK-JA32 电子天平，精度为0.001 g，福州华志科学仪器有限公司；GY-4 数显果实硬度计，浙江托普云农科技股份有限公司；LH-B55 数显折光仪，杭州陆恒生物科技有限公司；AR8011 TDS 计，希玛仪器仪表有限公司；UV759CRT紫外可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司；TGL-16 高速冷冻离心机，四川蜀科仪器有限公司；HD-100 恒温恒湿箱，东莞市海达仪器有限公司；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司。

2.3 试验方法

2.3.1 番茄预处理及保鲜处理

1）预处理：将新采摘的番茄用体积分数为75%的无水乙醇擦拭干净后晾干，待保鲜处理。

2）保鲜处理：将番茄（每组3 个平行试样）在不同浓度的艾叶及丁香精油溶液中浸泡后晾干，然后将其放入约0.03 mm 厚的PE 保鲜袋中，在温度为(25±1)℃、相对湿度为(85±1)%的条件下，于恒温恒湿箱中贮藏10 d。

2.3.2 样品及精油溶液的配制

以无任何处理的番茄为空白对照组，记为CK1。准确称取2.00 g 吐温-80，将其溶于1 L 蒸馏水中，记为CK2。分别称取0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g 艾叶精油及2.00 g 的吐温-80 于1 L 烧杯中，分别制得质量浓度为0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g/L 的艾叶精油溶液。不同质量浓度的丁香精油溶液配制方法同上。

2.3.3 试验设计

1）单因素试验设计：浸泡时间为2 min，比较不同质量浓度艾叶精油（0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g/L）对番茄的失重率和硬度的影响；固定浸泡时间为2 min，比较不同质量浓度丁香精油浓度（0.25, 0.50,1.00, 2.00 g/L）对番茄失重率和硬度的影响；固定所得最佳的艾叶精油浓度和丁香精油浓度，比较不同的浸泡时间（1, 2, 3, 4 min）对番茄失重率和硬度的影响。

2）正交试验设计：根据单因素试验结果，采用三因素三水平进行正交试验设计，以失重率和硬度评价番茄保鲜效果。正交试验因素水平表如表1 所示，其中A代表艾叶精油的质量浓度；B代表丁香精油的质量浓度；C代表浸泡时间。

表1 正交试验因素水平表Table 1 The table of orthogonal experimental factor and level

3）复配试验设计：以正交试验所得的最佳复配工艺组合为实验组（记为T 组），以CK1 和CK2为两个对照组，分别于0, 2, 4, 6, 8, 10 d 测定番茄果实的失重率、硬度、可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量、抗坏血酸含量、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性、丙二醛（malondialdehyde content，MDA）含量。

2.3.4 指标测定方法

硬度使用GY-4 型果实硬度计测定果实的硬度，单位以N/cm2表示。TSS 含量使用数显折光仪测定。失重率采用称量法测定，按照式（1）进行计算。

抗坏血酸含量（mg/100 g）采用紫外分光光度计法测定，按照式（2）进行计算。

式中：m1为由标准曲线求得的抗坏血酸的质量，g；V为样品提取液的总体积，mL；Vs为测定时所用样品提取液体积，mL；W为样品质量，g。

POD 活性采用愈创木酚法测定[29]。取4.0 g 去皮的番茄果肉和4.0 mL 乙酸-乙酸钠缓冲液于研钵中充分研磨均匀，在4 ℃和12 000g的条件下离心15 min，提取上清液。POD 活性按照式（3）～（4）进行计算。

式中：m为样品质量，g；ΔOD470为每分钟反应混合液吸光度变化值；OD470F为反应混合液吸光度终止值；OD470I为反应混合液吸光度初始值；tF为反应终止时间，min；tI为反应初始时间，min。

MDA 含量采用硫代巴比妥酸法测定[30]。取4.0 g 去皮番茄果肉和4.0 mL 100 g/L 三氯乙酸溶液在研钵中研磨匀浆，于4 ℃、10 000g条件下离心15 min，取其上清液；取1.0 mL 上清液加入1.0 mL 质量分数为0.67%的硫代巴比妥酸溶液，并以1.0 mL 100 g/L 的三氯乙酸溶液为对照，充分混合后在沸水中静置15 min，然后取出迅速冷却，转移至比色皿中，分别在450, 532, 600 nm 波长下测定样品的吸光度值。每个样品重复测定3 次，取平均值。根据式（5）计算每克番茄（鲜重，记为FW）中的MDA 含量，以mmol/g FW 表示：

式 中：C为反应 混 合液 中MDA 浓 度，μmol/L；OD450、OD532、OD600分别为反应液在450, 532, 600 nm 波长下的吸光度值。

2.4 数据处理

每个样品的指标测定均重复3 次，取平均值。以Origin 2018 进行数据绘图；利用统计分析软件SPSS 19.0 进行方差分析及正交试验设计；利用Excel 2010进行数据整理，P<0.05 时表示不同组别数据之间差异显著。

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果与分析

3.1.1 不同浓度艾叶精油对番茄失重率和硬度的影响

失重率是指番茄贮藏期间因为细胞呼吸和蒸腾作用致使内部营养成分下降或者水分含量减少，从而导致番茄出现皱缩的现象。失重率是评价番茄果实保鲜效果最直观的指标[31]。硬度也是衡量果实衰老及果实品质变化的重要指标之一[32]。不同浓度艾叶精油及空白对照组对番茄失重率和硬度的影响如图1所示。

由图1a 可知，随着贮藏时间延长，番茄果实失重率整体呈现上升的趋势。贮藏第10 d，CK2 组失重率与CK1 组差异不显著，艾叶精油各处理组失重率均显著低于两个空白对照组（P<0.05）。番茄后熟阶段，艾叶精油处理不仅可以在番茄表面形成一层“屏障”，减弱其呼吸作用和蒸腾作用，有效降低番茄的失重率，同时可以在一定程度上有效阻挡外来病原菌的侵染，减缓番茄的腐败变质。其中，1.00 g/L 的艾叶精油处理组失重率最低，这可能是因为低浓度艾叶精油还无法达到较好的保鲜效果；高浓度艾叶精油有较强的刺激作用，会破坏番茄表皮细胞，使残余病菌进入番茄果实内部，同时加快孢子萌发，反而降低番茄果实的保鲜效果[33]。

由图1b 可知，番茄果实硬度随着贮藏时间呈现下降的趋势，CK1 和CK2 组硬度下降较快，分别从贮藏初期的30.267 N/cm2下降到14.067 N/cm2和14.000 N/cm2；经艾叶精油处理的番茄在贮藏期的硬度均高于两个对照组（P>0.05），贮藏第10 天时，1.00 g/L 艾叶精油处理的番茄硬度最高。艾叶精油处理后减缓了番茄果实硬度下降速率，这可能是因为艾叶精油处理抑制了番茄中水解果胶物质和纤维素相关酶的活性，使番茄果实的胶层溶解速率变慢，延缓了其软化。

综合不同浓度艾叶精油对番茄失重率和硬度的影响，艾叶精油的质量浓度选择1.00 g/L 为宜。

3.1.2 不同浓度丁香精油对番茄失重率和硬度的影响

不同浓度丁香精油及空白对照组对番茄失重率和硬度的影响如图2 所示。

图2 不同浓度丁香精油及空白组对番茄失重率和硬度的影响Fig. 2 Effect of different concentrations of clove essential oil and blank group on weight loss ratio and hardness of tomato

由图2a 可知，随着贮藏时间延长，番茄失重率整体呈现上升的趋势。贮藏第10 天，丁香精油各处理组失重率均显著低于CK1 组和CK2 组（P<0.05），其中，0.50 g/L 的丁香精油处理组失重率最低。由图2b 可知，在室温贮藏条件下，随着贮藏时间的延长，番茄果实硬度整体呈现下降的趋势，CK1 组硬度下降最快，CK2 组次之，分别从30.267 N/cm2下降到14.000 N/cm2和14.067 N/cm2；丁香精油处理后果实硬度下降较为缓慢，0.50 g/L 丁香精油处理的效果最好。当丁香精油的质量浓度高于0.50 g/L 时，过量的丁香精油会对番茄果实造成“药害”[34]，而丁香精油质量浓度低于0.50 g/L 时，又无法达到预期保鲜效果，因此，丁香精油的质量浓度选择0.50 g/L 为宜。

3.1.3 不同浸泡时间对番茄失重率和硬度的影响

不同浸泡时间对番茄失重率和硬度的影响如图3 所示。由图3a 可知，随着贮藏时间延长，番茄失重率整体呈现上升的趋势。贮藏第10 天，经浸泡处理的各组番茄失重率均显著低于CK1 组和CK2 组（P<0.05）；其中浸泡3 min 组失重率最低，3 min组与CK1、CK2 和1 min 组均有极显著差异（P<0.01），与2 min 组和4 min 组无显著差异（P>0.05）。这可能是由于浸泡时间越长，植物精油附着在番茄果实表面的浓度会变高，药害作用严重，反之则精油无法在番茄表面全部覆盖，保鲜效果欠佳[35]。

图3 不同浸泡时间对番茄失重率和硬度的影响Fig. 3 Effect of different soaking time treatment on tomato weight loss ratio and hardness

由图3b 可知，随着贮藏时间的延长，番茄果实硬度整体呈现下降的趋势；与对照组相比，经浸泡处理的番茄果实硬度下降较为缓慢，浸泡时间为3 min时可以较好地维持番茄果实的硬度。贮藏第10 天时，浸泡3 min 组番茄的果实硬度与CK1、CK2 有极显著差异（P<0.01），与浸泡1 min 和2 min 组有显著差异（P<0.05），与4 min 组无显著差异（P>0.05）。这可能是由于浸泡时间较短时，浸泡液无法与番茄果实充分接触，无法充分发挥浸泡液中精油的作用[36]，而浸泡时间过长，可能导致番茄果实吸水过多，破坏番茄果实细胞结构和内环境稳态[37]。因此，综合考虑时间成本、失重率和硬度的保鲜效果，确定浸泡时间为3 min 是最佳时间。

3.2 正交试验结果与分析

番茄复配正交试验结果如表2 所示。由表2 可知，艾叶精油浓度、丁香精油浓度、浸泡时间对番茄在贮藏期间失重率的影响由大到小依次为：丁香精油浓度、艾叶精油浓度、浸泡时间。若只考虑失重率这一指标，最佳配方组合为A2B2C2。艾叶精油浓度、丁香精油浓度、浸泡时间对番茄硬度的影响规律与失重率的一致。因此，可确定正交试验复配的最佳配方工艺组合为A2B2C2，即艾叶精油质量浓度为1.00 g/L、丁香精油质量浓度为0.50 g/L，浸泡时间为3 min。

表2 番茄复配正交试验结果Table 2 Results of tomato compound orthogonal experiment-weight loss ratio and hardness

采用正交试验得到的最佳复配工艺组合进行验证试验，平行实验3 次。在第10 天测得番茄果实的失重率和硬度分别为(0.585±0.018)% 和(23.667±0.153) N/cm2，与正交试验最佳工艺所得结果基本一致，同时也表明所优选的工艺稳定、可行。

3.3 最佳复配工艺对番茄保鲜效果的影响

最佳复配工艺对番茄的失重率、硬度、TSS 含量、抗坏血酸含量、POD 活性、MDA 含量的影响如图4所示。

图4 最佳复配工艺组合对番茄保鲜效果的影响Fig. 4 Effect of optimal combination of compound technology on fresh-keeping effect of tomatoes

由图4 可知，随着贮藏时间的延长，番茄果实的失重率和MDA 含量整体呈现上升的趋势，硬度、TSS 含量、抗坏血酸含量、POD 活性整体呈现下降趋势；T 组的保鲜效果明显优于CK1、CK2 组。贮藏第10 天，T 组番茄果实的失重率和硬度分别为0.991%和21.2 N/cm2，较单因素试验中 1.00 g/L 艾叶精油组和0.50 g/L 丁香精油组，失重率分别降低约30.26%、26.88%，硬度提高约26.42%、20.75%。T组的失重率均显著低于CK1 组和CK2 组（P<0.05），硬度、TSS含量均显著高于CK1组和CK2组（P<0.05）。这可能是因为精油复配处理可以有效减弱番茄可溶性糖等营养物质的消耗，且精油可以抑制致病菌利用番茄的营养物质而生长繁殖[38]。T 组的抗坏血酸含量的下降速率明显变缓，这是因为两种精油复配处理可以明显提高番茄果实的抗坏血酸酶等抗氧化酶的活性，可以很好地提高番茄果实的抗氧化能力及抗逆能力[39]。在贮藏期间，POD 活性显著高于CK1、CK2 组（P<0.05），MDA 含量显著低于CK1、CK2 组（P<0.05）。这是因为番茄细胞中产生的自由基可由复配精油中的酚醛类等活性物质吸收，形成一种稳定结构[40]。综上，最佳复配工艺组合对于减小番茄果实的膜脂过氧化，延长贮藏时间有着较好的效果[32]。

4 结语

本研究将艾叶和丁香两种精油进行复配，探索二者复配后对番茄的保鲜效果。发现艾叶和丁香精油复配对番茄保鲜有明显的作用，吐温-80 处理组与无处理组的各指标差异不大。单因素和正交试验结果表明，1.00 g/L 的艾叶精油、0.50 g/L 的丁香精油及3 min 的浸泡时间处理对番茄保鲜效果最佳；在此条件下，两种精油复配后可以较好地维持番茄果实的硬度、TSS 含量和抗坏血酸含量，延缓失重率的上升，减小MDA 含量，较好地保持POD 活性。艾叶精油和丁香精油作为生物保鲜剂的前景广阔，成本低廉、高效快速，但艾叶精油和丁香精油复配对番茄果实的抑菌机理有待进一步的研究。同时，本研究主要采用浸泡的方式对番茄的保鲜效果进行了研究，下一步可将植物精油与生物基成膜材料复合，通过涂覆、熔融、共混等方式制备新型保鲜包装，更好地保持食品新鲜度、延长食品保质期，以期推进植物精油在食品工业领域的应用进程。