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微孔气调包装对鲜切菠萝蜜保鲜效果的影响

2024-03-19赵文汇刘欣瑶梁金甜樊爱萍潘艳南唐莉曾丽萍

包装工程 2024年5期
关键词:菠萝蜜气调微孔

赵文汇,刘欣瑶,梁金甜,樊爱萍,2,潘艳南,唐莉,曾丽萍,2*

微孔气调包装对鲜切菠萝蜜保鲜效果的影响

赵文汇1,刘欣瑶1,梁金甜1,樊爱萍1,2,潘艳南1,唐莉1,曾丽萍1,2*

(1.红河学院 化学与资源工程学院,云南 蒙自 661199; 2.云南省绿色食品中越双边国际联合实验室,云南 蒙自 661199)

为探究微孔气调包装(MMAP)对鲜切菠萝蜜的保鲜效果,明确O2体积分数、CO2体积分数和打孔数的最佳处理条件。本研究以菠萝蜜为原料,通过单因素和正交-模糊综合评价法,研究冷藏期间MMAP对鲜切菠萝蜜品质(菌落总数、质量损失率、可溶性固形物(TSS)、色差、可滴定酸(TA)、硬度、VC含量和丙二醛(MDA)质量摩尔浓度)的影响。与对照相比,MMAP抑制了微生物生长,维持了较高TSS、TA和VC含量,减少了MDA的积累,提高了鲜切菠萝蜜的整体品质,延长货架期至少6 d。筛选出MMAP最佳处理条件:O2体积分数为5%,CO2体积分数为6%,216 cm2的打孔数为15个。MMAP是一种安全、低廉、简单的保鲜技术,可有效抑制鲜切菠萝蜜在贮藏过程中组织软化、营养损失、风味变化等品质裂变问题,具有很大的工业应用潜力。

鲜切菠萝蜜;微孔气调包装;优化;保鲜

菠萝蜜(Lam.)是一种典型的热带水果,广泛种植于我国海南、云南、广西等热带和亚热带地区[1]。因其香味浓郁,爽脆清甜,深受消费者的喜爱。此外,菠萝蜜不仅含有丰富糖类、维生素、矿物质等营养物质,还富含多酚、黄酮和甾醇等活性成分,具有抗氧化功能和药用价值[2-3]。近年来,屏边县在政府和企业的推动下,大力发展菠萝蜜种植产业,已建成云南省最大的专业菠萝蜜种植生产基地。然而,菠萝蜜是一种大型水果且外皮坚硬难剥离,给销售、运输和食用带来极大不便,制约了该产业的发展。鲜切是解决菠萝蜜销售的有效途径。尽管鲜切果蔬的便利性深受消费者欢迎,然而机械伤会加速鲜切果蔬的一系列的生理生化反应,出现组织软化、呼吸失调、营养损失、酶促褐变、微生物生长和对环境敏感高等问题[4-6]。国内外研究学者采用物理保鲜技术(如低温[7]、气调保鲜[8]、冷杀菌[9]等)、化学保鲜技术(如涂膜[10]、1-甲基环丙烯(1-MCP)[11]、外源褪黑素[12]等)和生物保鲜技术(溶菌酶[13]、拮抗微生物[14]、天然提取物[15]等)以及复合保鲜技术[16-17]对各类鲜切果蔬进行保鲜处理,提高鲜切果蔬贮藏期间的货架期和品质。

气调包装是一种价格低廉、安全性高、应用广泛的保鲜技术,微孔气调包装(Microporous Modified Atmosphere Packaging,MMAP)属于气调包装的一种,微孔气调包装的微孔膜可以在气调的基础上结合果蔬生理特点自行设计微孔膜的孔径大小和数量,从而改善薄膜的透气性,以达到低成本保鲜的效果[18]。果蔬品种、产地、成熟度、贮藏条件等多种因素均会影响气调保鲜的效果,针对不同果蔬的生理特性需要调整气调包装中O2和CO2的比例才能达到抑制果蔬生理代谢和延缓品质衰老的效果[19]。本文以屏边菠萝蜜为原料,通过单因素试验、正交设计-模糊综合评价法分析O2体积分数、CO2体积分数和打孔数对鲜切菠萝蜜品质的影响,拟解决鲜切菠萝蜜在贮藏、运输和销售过程中出现品质劣变和安全性问题,以期满足市场的多元化需求,从而推动屏边菠萝蜜产业链的发展。

1 实验

1.1 材料与试剂

实验材料:菠萝蜜采摘于云南红河州屏边县实验基地,品种为“马来西亚一号”,采摘当天运回实验室。选用无病虫害、无机械伤、果型端正、大小均一、7~8成熟度的菠萝蜜于10 ℃条件下预冷24 h。在相对洁净的空间(20 ℃)的条件下,用消毒的不锈钢刀沿着主轴切开菠萝蜜,去除果茎后取出完整的果苞,分装称量后用于后续微孔气调保鲜。

主要试剂:孟加拉红琼脂培养基、平板计数琼脂培养基,北京奥博生物技术有限责任公司;氢氧化钠、乙醇(体积分数为95%)、盐酸、三氯乙酸、硫代巴比妥酸等均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

实验仪器:T6新世纪紫外-可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;SW-CJ-1F洁净工作台,苏净集团苏州安泰空气技术有限公司;LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器,上海申安医疗器械厂;250HL恒温恒湿培养箱,江苏金怡仪器科技有限公司;H3-20KR台式高速冷冻离心机,湖南可成仪器设备有限公司;HWS26型电热恒温水浴锅,上海一恒科技仪器有限公司;TA.new plus型质构仪,上海瑞玢国际贸易有限公司;LB90A型糖度计,广州市明睿电子科技有限公司;WSC-S测色色差计,上海精密仪器仪表有限公司;BC/BD-200HEP型冰箱,青岛海尔特种电冰柜有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理

采用聚乙烯盒(长×宽×高为18 cm×12 cm×5.5 cm),每盒装入上述处理好的菠萝蜜后以聚丙烯膜(膜面积为216 cm2,厚度为70 μm)进行气调封装,根据实验方案设置相应的打孔数(孔径为30 μm)。每盒样品质量为(200±10)g,置于(10±1)℃条件下进行贮藏。

1.3.2 试验设计

1.3.2.1 单因素试验

通过文献查阅及预试验,固定O2体积分数、CO2体积分数、打孔数3个因子的水平分别为7%、9%和15个,采用单因素试验研究O2体积分数(3%、5%、7%、9%和11%)、CO2体积分数(3%、6%、9%、12%和15 %)、打孔数(后文均指在216 cm2中的打孔数,5、10、15、20和25个)3个因素对冷藏至第10天鲜切菠萝蜜的硬度、可溶性固形物(TSS)含量、可滴定酸(TA)含量的影响。

1.3.2.2 正交试验设计

在单因素试验基础上,以O2体积分数()、CO2体积分数()、打孔数()为自变量,测定贮藏10 d后鲜切菠萝蜜的各项指标,并进行正交设计。试验自变量因素及水平如表1所示。

表1 正交试验因素水平

Tab.1 Orthogonal test factor level

1.3.2.3 模糊综合评价法

采用模糊综合评价法,可用于实验中多个指标评价MMAP对鲜切菠萝蜜的保鲜效果,引入隶属度函数,正效应公式见式(1),负效应公式见式(2)。

(2)

式中:X为分析点数据值;max和min为各试验组的最大值和最小值。

综合评价系数()的计算见式(3)。

式中:M为隶属度;λ为加权权重。

需考虑的保鲜指标中硬度、TSS、TA、VC含量为正效应;质量损失率、色差(Δ)、丙二醛(MDA)为负效应,其综合评价的权重子集为{0.20, 0.20, 0.20, 0.10, 0.10, 0.10, 0.10}。后续通过正交-模糊综合评价法筛选出微孔气调包装的最佳参数(命名为MMAP),与不做的任何处理(命名为CK)的鲜切菠萝蜜进行保鲜效果的比较。

1.4 指标测定

1.4.1 菌落总数的测定

菌落总数参照GB 4789.2—2022的方法测定。

1.4.2 色差的测定

选取赤道附近的菠萝蜜置于色差仪上,测定鲜切菠萝蜜的*、*和*值,仪器用标准白板(0=94.31,0=0.04,0=0.42)矫正,通过比较Δ值反映鲜切菠萝蜜色泽的改变,其公式见式(4)。

式中:*、*和*分别为样品的色泽值

1.4.3 硬度的测定

参考文献[20]的方法并稍加修改。硬度的测定采用TA. new plus质构仪进行测试,使用TA/2探头,测前速度为2 mm/s,测试速度、测后速度为1 mm/s,测试距离为3 mm。每组随机抽取3 个菠萝蜜果苞,选取赤道附近且取样点间隔大于5 mm,平行6 次取平均值。

1.4.4 质量损失率的测定

质量损失率的测定参照Wang等[21]的方法,准确称取每个取样点的初始质量和取样终点质量,计算式见式(5)。

式中:1为质量损失率,%;1为样品初始质量,g;2为样品取样终点质量,g。

1.4.5 TSS含量的测定

将菠萝蜜果肉挤压后取其汁液,并用手持糖度计测定其TSS含量,平行3次取平均值,结果以%表示。

1.4.6 TA含量的测定

TA含量的测定采用酸碱滴定法进行测定,称取5.00 g菠萝蜜果肉研磨成匀浆,并移至100 mL容量瓶中定容,然后进行过滤,吸取20 mL滤液用0.01 mol/L的NaOH标准溶液滴定。根据NaOH消耗量计算鲜切菠萝蜜贮藏过程中的TA含量,结果以%表示。

1.4.7 VC含量的测定

VC含量采用分光光度法[22]进行测定。称取2.00 g样品,加入5 mL体积分数为1%的盐酸研磨匀浆并转移至10 mL棕色离心管中,离心20 min (4 ℃、10 000 r/min);取1 mL上清液,加入盛有0.2 mL体积分数为10%盐酸的10 mL容量瓶中,定容后以蒸馏水为空白,于243 nm处测定其吸光值,结果用mg/100 g表示。

1.4.8 MDA含量的测定

采用硫代巴比妥酸法[23]进行测定。称取1.00 g样品,加入5 mL质量浓度为100 g/L的三氯乙酸冰浴研磨后,离心20 min(4 ℃、10 000 r/min)。取2 mL粗提液与2 mL质量浓度为6.7 g/L的硫代巴比妥酸中混合,沸水浴20 min,然后冷却再次进行离心获得上清液。在450、532和600 nm处的测定其吸光度值,结果用nmol/g表示。

1.5 数据分析

使用SPSS22.0(IBM)软件进行实验数据的显著性分析(<0.05为显著性差异,标注“*”;<0.01为极显著性差异,标注“**”),采用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 O2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响

贮藏至第10天时,O2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响见表2。初始O2体积分数超过5%时,样品的硬度、TSS和TA含量逐渐下降。当初始O2体积分数为11%时,鲜切菠萝蜜的各项品质指标下降明显(<0.05)。有学者研究表明高的CO2体积分数或过低的O2体积分数均可诱发厌氧(发酵)代谢,引发生理损伤或腐烂,并可能诱发由厌氧(发酵)代谢引发的异味[24]。因此各项品质指标下降可能是由于O2浓度过高,呼吸作用强,营养物质消耗大,影响其风味和质地。综合来看,在固定CO2体积分数9%和打孔数15个的条件下,O2体积分数5%的鲜切菠萝蜜的硬度最大,TSS、TA含量最高。因此,选择O2体积分数3%~7%作为进一步试验分析的依据。

表2 O2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响

Tab.2 Effect of O2 volume fraction on quality of fresh-cut jackfruit

2.2 CO2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响

贮藏至第10天时,CO2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响见表3。CO2体积分数为6%~12%时,鲜切菠萝蜜硬度、TSS和TA含量维持较高水平且差异不显著(>0.05)。当CO2体积分数达到15%时,鲜切菠萝蜜的各项品质指标下降明显(<0.05)。有学者研究表明高浓度的CO2可抑制微生物的生长和延缓呼吸作用,还可调节可溶性糖的转化,维持细胞的完整性,从而保持果实糖酸比和果实硬度,达到延长贮藏期目的,然而过高的CO2浓度反而会加速果实的生理损伤[25]。因此各项品质指标下降可能是由于呼吸代谢促使包装体系中O2浓度下降,CO2不断积累,诱导果实无氧呼吸,影响其果实硬度、TSS和TA含量。综合来看,选择CO2体积分数6%~12%作为进一步试验分析的依据。

表3 CO2体积分数对鲜切菠萝蜜品质的影响

Tab.3 Effect of CO2 volume fraction on quality of fresh-cut jackfruit

2.3 打孔数对鲜切菠萝蜜品质的影响

气调包装的打孔数会影响包装的渗透性,薄膜上打微孔可调节包装内的O2与CO2的比例,防止O2过低导致无氧呼吸的发生[26]。贮藏至第10天时,打孔数对鲜切菠萝蜜品质的影响见表4。打孔数为5个时,鲜切菠萝蜜的硬度最低,这可能是薄膜渗透性低,导致包装体系中O2过低,而CO2过高,发生无氧呼吸损伤细胞结构,从而导致硬度下降明显。当打孔数为25个时,鲜切菠萝蜜的品质指标最差(<0.05),这可能归因于打孔数增多,薄膜的渗透性增强,包装内的CO2逸出,袋内O2含量逐渐升高,导致鲜切菠萝蜜呼吸速率升高,营养物质不断消耗。与其他处理组相比,打孔数为15个时,TA含量最高,打孔数为10个时,硬度最大和TSS含量最高。因此,选择打孔数5~15个作为进一步试验分析的依据。

表4 打孔数对鲜切菠萝蜜品质的影响

Tab.4 Effect of hole number on quality of fresh-cut jackfruit

2.4 正交试验优化结果分析

根据单因素,采用L9(34)正交试验进行微孔气调包装参数优化,结果如表5所示。通过模糊综合评价法,对微孔气调包装的保鲜效果进行评价,9组数据中,综合评价系数的范围为0.32~0.82。结果表明,3个变量因素对鲜切菠萝蜜保鲜效果影响程度从大到小依次为O2体积分数()、打孔数()、CO2体积分数()。得到微孔气调包装对鲜切菠萝蜜保鲜效果的影响的最佳工艺条件为213,即O2体积分数为5%、CO2体积分数为6 %、打孔数为15个。

2.5 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜保鲜效果的影响

2.5.1 菌落总数

菌落总数是用来评价鲜切果蔬安全性及货架期的重要指标。如图1所示,所有样品的菌落总数均呈增长趋势,且整个贮藏期内MMAP的菌落总数显著低于CK的(<0.05)。贮藏至第6天时,CK表面出现肉眼可见的菌落,组织软化并伴有少量黏液,感官性状表明已无法食用,后续则不再测定其菌落总数。而MMAP的菌落总数在整个贮藏期内未出现明显的霉变,且贮藏至第10天时,菌落总数为5.19 lg(CFU/g)。相比于CK,MMAP处理可有效抑制菌落总数的增加,这可能归因于微孔气调包装中适宜的气体比例和微孔薄膜的透气性,从而抑制了表面微生物的生长及改善水蒸气凝结现象,起到了良好的保鲜效果。

表5 正交试验测定结果

Tab.5 Results determined by orthogonal test

图1 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜菌落总数的影响

2.5.2 色差

颜色是能直接反映果蔬品质的指标之一。*值代表明亮度、*值代表红绿、*值代表黄蓝。通过测定*值、*值和*值分析贮藏过程中果皮的颜色变化。如图2所示,随着贮藏时间的延长,*值和∆逐渐下降,*值和*值不断上升。整个贮藏期内,MMAP对鲜切菠萝蜜颜色的影响均优于CK,这说明MMAP可以保持鲜切菠萝蜜贮藏期间的光泽度。同时延缓菠萝蜜向红黄颜色方向发展的趋势,延缓果实的成熟与衰老。

2.5.3 硬度和质量损失率

硬度是果蔬成熟、贮藏和销售过程中由于代谢和水分损失而发生的一种可见变化[27]。如图3a所示,在整个贮藏期间,所有样品的硬度逐渐降低。贮藏至第2天时,2种处理的硬度明显下降但差异不显著(>0.05),随着贮藏时间延长,MMAP的硬度显著高于CK的(<0.05)。贮藏至第6天时,CK的硬度下降速率快,这可能是微生物作用加速了果胶及其他细胞壁成分的降解,以及呼吸代谢和水分的蒸发,使得果肉加速软化。

质量损失主要包括水分损失和干物质的损耗。如图3b所示,随着贮藏时间的延长,质量损失逐渐增加,MMAP在延缓质量损失率上升的效果优于CK的。这可能是MMAP加强了内外的气体交换,抑制了菠萝蜜呼吸作用的同时避免了无氧呼吸,从而减缓其新陈代谢,减少营养物质的消耗和质量损失。

图2 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜色差的影响

图3 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜硬度(a)和质量损失率(b)的影响

2.5.4 TSS和TA含量

TSS和TA可反映果蔬的风味、可接受度及贮藏品质。从图4a可以看出,TSS含量随着时间的变化,呈现上升的趋势,随着果实的不断后熟,淀粉逐渐转化为小分子的糖,导致果实甜度和TSS含量增加。贮藏0~6 d时,CK的TSS含量高于MMAP的,而贮藏8~10 d时,MMAP的TSS含量高于CK的。前期CK的生理代谢旺盛加速了淀粉的转化速率,使得CK高于MMAP;后期由于呼吸作用不断消耗糖等营养物质,而微孔气调包装抑制呼吸等生理生化活动,从而使得CK低于MMAP。TA含量的变化见图4b,随着贮藏时间的延长,TA含量先上升后下降,CK的TA含量在第2天达到峰值,而MMAP则在第4天。鲜切菠萝蜜在后熟期间不断积累有机酸,而MMAP可以延缓鲜菠萝蜜的后熟。贮藏6 d以后MMAP的TA含量显著高于CK的(>0.05),由此可看出,MMAP延缓了TA下降的速度。

图4 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜TSS(a)和TA(b)含量的影响

2.5.5 VC含量

VC是菠萝蜜的营养成分之一,同时也是重要的非酶抗氧化物质,贮藏过程中当含量过低会造成活性氧损伤,因此可以根据其含量变化评价菠萝蜜的保鲜效果。如图5所示,在整个贮藏期间,所有样品的VC含量均呈现逐渐的下降趋势,且MMAP处理显著高于CK(<0.05)。贮藏至第10天时,MMAP和CK的VC含量分别为18.76 mg/100 g和16.24 mg/100 g,MMAP比CK高出了16.19%,这说明MMAP可以维持较高的VC含量。其原因可能是气调微孔包装内气体通过微孔交换快速达到平衡,抑制了鲜切菠萝蜜的生理代谢速率,较好地保持鲜切菠萝蜜的抗氧化性,有效地延缓了果实衰老。大量的研究也证实了气调包装延缓了灵武长枣[28]、拉萨刺梨[29]和鲜切梨[30]果实中VC含量的下降。

图5 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜 VC含量的影响

2.5.6 MDA质量摩尔浓度

MDA质量摩尔浓度的变化与细胞组织的衰老和膜系统脂质氧化密切相关,可用于反映果实老化损伤后组织或细胞膜的脂质过氧化的程度。如图6所示,随着贮藏时间的延长,MDA质量摩尔浓度总体呈上升趋势,CK的MDA质量摩尔浓度始终高于MMAP的(<0.05)。贮藏前期丙二醛的初始质量摩尔浓度为0.46 nmol/g,贮藏至第10天时,CK和MMAP的MDA质量摩尔浓度分别为8.70 nmol/g和6.41 nmol/g,CK的MDA质量摩尔浓度上升明显(<0.05)。以上数据表明,MMAP可以显著抑制鲜切菠萝蜜中MDA的上升。这可能是微孔气调包装通过调节包装内气体的体积分数变化来降低果蔬呼吸强度,更好地维持了细胞膜的透性。同时能维持较高的抗氧化成分,延缓自由基积累对细胞的损伤,更好地保护细胞的完整性,从而降低了MDA的积累[31-32]。

图6 微孔气调包装对鲜切菠萝蜜 MDA质量摩尔浓度的影响

3 结语

通过单因素和正交试验优化确定微孔气调包装鲜切菠萝蜜的最佳条件:O2体积分数为5%、CO2体积分数为6%、打孔数为15个。与CK进行比较,MMAP抑制了鲜切菠萝蜜表面微生物的生长,延缓了质量损失率的上升和硬度的下降,保持较高的TSS、TA和VC含量,同时降低了MDA的积累,达到延缓果实的衰老并保持采后品质的保鲜效果。微孔气调包装主要是通过改变微孔参数调节包装体系中的O2和CO2的比例来降低果实的呼吸作用,抑制菠萝蜜的生理代谢,延缓其生理变化;降低表面微生物的生长,延缓由微生物引起的腐烂变质;同时维持较高营养物质及抗氧化成分以降低细胞损伤和脂质过氧化的程度。通过上述微生物及理化指标分析可知,低温条件下(10 ℃),鲜切菠萝蜜的保质期仅有4 d,经过微孔气调包装可将鲜切菠萝蜜的保质期延长至10 d。此外,气调微孔膜包装膜具有安全性高、成本低、易实现产业化等优点。文中的研究为鲜切菠萝蜜的产业化发展提供了一种潜在的方法。

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Effects of Microporous Modified Atmosphere Packaging on Preservation of Fresh-cut Jackfruit

ZHAO Wenhui1, LIU Xinyao1, LIANG Jintian1, FAN Aiping1,2, PAN Yannan1, TANG Li1, ZENG Liping1,2*

(1. College of Chemistry and Resources Engineering, Honghe University, Yunnan Mengzi 661199, China; 2. Yunnan Province Green Food China-Vietnam Bilateral International Joint Laboratory, Yunnan Mengzi 661199, China)

The work aims to explore the preservation performance of microporous modified atmosphere packaging (MMAP) on fresh-cut jackfruit, and define the optimal treatment conditions for O2volume fraction, CO2volume fraction and number of punched holes. With fresh-cut jackfruit as the test material, through single factor and orthogonal-fuzzy comprehensive evaluation method, the effects of MMAP on the qualities (total bacterial count, color difference, firmness, weight loss, total soluble solids (TSS), titratable acidity (TA), vitamin C (VC), and malondialdehyde (MDA) content of fresh-cut jackfruit during cold storage were investigated. Compared with the control, MMAP inhibited the growth of microorganisms, maintained higher contents of TSS, TA, and VC, reduced the accumulation of MDA, improved the overall quality of fresh-cut jackfruit, and extended the shelf life for at least 6 days. The optimal treatment conditions for MMAP were screened as 5% O2volume fraction, 6% CO2volume fraction and 15 holes/216 cm2. MMAP is a safe, cheap, and simple preservation technology and can effectively inhibit tissue softening, nutrient loss and flavor change of fresh-cut jackfruit during storage, which has great potential for industrial application.

fresh-cut jackfruit; microporous modified atmosphere packaging; optimization; preservation

TB489;TS205.7

A

1001-3563(2024)05-0065-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.05.008

2023-08-28

云南省教育厅科学研究基金项目(2023J1113);云南省大学生创新创业项目(CX2022134);云南省地方本科高校基础研究联合专项面上项目(202301BA070001-074)

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