二氧化氯熏蒸处理对西兰花品质的影响

李宇晴

卢立新1,2

王 清3

(1. 江南大学机械工程学院,江苏 无锡 214122;2. 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,江苏 无锡 214122;3. 北京市农林科学院农产品加工与食品营养研究所,北京 100097)

西兰花属于十字花科类蔬菜,又称为西蓝花、绿色花椰菜等,其富含蛋白质、矿物质和维生素等[1]。西兰花在采摘后呈现强烈的呼吸代谢活性,属于呼吸跃变型蔬菜[2]。常温下,新鲜的西兰花在3 d内就会从绿色转变为黄色,失去水分并引起枯萎,同时也会流失大量的营养成分,并产生消费者难以接受的气味[3]。

对于消费者而言,西兰花花蕾的黄化变色是一个重要的质量特征[4],而颜色变化主要由花球的黄化和褐变引起[5]。其中褐变可分为酶促和非酶促两种类型[6],非酶促褐变多发生在制品加工和贮存过程中,而贮存和销售过程中的变色主要为酶促褐变。酶促褐变是由酚类化合物在酚酶的催化下形成醌类化合物,随后醌类物质积累、聚合和氧化,导致褐变[7]。采用物理预冷、辐照或化学抑制剂可抑制果蔬褐变。化学抑制剂中的二氧化硫和亚硫酸盐曾被广泛应用[8],但后续研究发现其对人体有害。因此寻找其他高效安全的褐变抑制剂替代亚硫酸盐,如1-甲基环丙烯[9]、二氧化氯[10]、含钙化合物、抗坏血酸及其衍生物[11]等成为研究热点。

二氧化氯(ClO2)被联合国卫生组织列为A1级安全消毒剂,无残留、无副作用,对多种果蔬的采后病害有抑制效果[12],同时该气体具有较好的扩散性、穿透性和均匀性,能进入蔬菜的隙缝和其他难以到达的区域[13]。万永红[14]研究发现,不同比例气调结合ClO2处理能够较好地维持西兰花的叶绿素含量并抑制发霉现象;高佳等[15]研究发现,ClO2水溶液清洗、浸渍西兰花后,能够维持花蕾外观品质并具有杀菌效果。目前,对ClO2的研究主要集中在其抗菌消毒性[16],如探究ClO2对葡萄的抑菌效果[17]、ClO2浸泡液对仔姜的杀菌护色作用[18],而针对绿色蔬菜护色效果的研究较少。

研究拟采用不同浓度的ClO2处理西兰花,通过测定贮藏期间花蕾品质指标数据,结合图像分析系统评测颜色变化,综合确定对延迟黄化褐变及衰老霉变有效的ClO2处理浓度,为保障西兰花的营养品质,进而为抑制西兰花黄化褐变及延长货架期提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西兰花:采摘后立即冷链车运回江南大学实验室,贮藏于5 ℃保温箱中备用,挑选花球大小一致、无明显病虫害、无机械损伤的西兰花,并对球茎部位进行切割处理,保持花球下仍有2～3片叶片,贮存过程中花球朝上放置,江苏省无锡市滨湖区周新市场;

石英砂、碳酸钙、95%乙醇、乙二胺四乙酸、氨水、硫酸、无水草酸、偏磷酸、冰乙酸、盐酸(分析纯)、甲醇、邻苯二酚、聚乙二醇6000(PEG 6000)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、曲拉通-100、30%过氧化氢:国药集团化学试剂有限公司;

钼酸铵:纯度98%,北京伊诺凯科技有限公司;

无水醋酸钠:纯度99%,上海百灵威化学技术有限公司;

愈创木酚:纯度99%,上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

电子分析天平:AB204-N型,梅特勒—托利多仪器有限公司;

紫外分光光度计:UV-1800型,日本岛津公司;

人工气候箱:RQH-350型,上海右一仪器有限公司;

pH计:ST5000型,美国奥豪斯公司;

高速冷冻离心机:LC-LX-HR165A型,上海一恒科学仪器有限公司;

电热恒温水浴锅:HWS12型,昆山一恒仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料预处理 挑选形状规整、重量近似的西兰花,称重。称取亚氯酸钠、柠檬酸于培养皿后加入10 mL水激发反应生成ClO2。将含有反应溶液的培养皿置于1.9 L密闭保鲜盒内,扣紧盒盖。根据Ray[19]的方法抽取气体测试容器内ClO2浓度。待亚氯酸钠反应完全后,将每颗西兰花单独置于各密闭保鲜盒内,并于23 ℃恒温恒湿箱内贮存。

设计ClO2质量浓度为0,0.2,0.5,1.0,1.5,2.0 mg/L,对照组未进行熏蒸处理。每2 d取样测定相关指标。

1.3.2 质量损失率测定 采用差量法,按式(1)计算失重率。

(1)

式中:

RM——失重率,%;

M0——贮藏前西兰花平均质量,g;

M——不同贮藏时间西兰花平均质量,g。

1.3.3 感官评价 由专业品评小组对西兰花的色泽、气味、组织状态、腐败情况和花蕾开放程度进行评判,采取9分制,得分取平均值。评分标准参照刘泽松等[20]的方法,感官评分低于5分则认为西兰花基本失去商品性,评判标准见表1。

表1 西兰花感官评分标准

1.3.4 色差测定 采用数码相机获取西兰花彩色图片,结合软件提取颜色信息进行综合分析。

搭建如图1所示的试验装置和采集系统。固定测试时间对西兰花花蕾进行图像采集,使用数码相机垂直获取花蕾数字彩色图像。拍摄时,西兰花置于铺设白色纸张的背景上,用2个矩形稳定提供光亮的灯管照明。所有测量进行3次重复。花蕾图像分析使用 Adobe Photoshop和Matlab软件。使用Adobe Photoshop软件对图片尺寸和像素进行处理,图片分辨率为150 dpi,裁切西兰花花蕾部分,图片统一调整至直径为34.5 cm的圆形(能够包含整个花球)。使用Matlab软件提取图片的RGB值。通过推导[15]将RGB值转化为线性XYZ颜色空间,最后转化为Lab值。

图1 试验装置和图像采集系统

使用Matlab软件提取转化Lab值过程中,L*值有一定的误差。因灰度化算法过程中会失去原始图像部分对比度信息[21]。同时RGB和Lab转换过程中涉及到系数矩阵的近似取值处理,造成部分原图像的L*颜色信息丢失。同时L*值代表亮度,易受照明条件影响,无法提供颜色饱和度和色相信息。因此,试验主要分析a*和b*值变化。

1.3.5 叶绿素含量、维生素C含量测定

(1) 叶绿素含量:参照曹建康等[22]的方法。

(2) 维生素C含量:采用钼酸铵比色法[23]。

1.3.6 PPO酶、POD酶活性测定 参照曹建康等[22]的方法并修改,西兰花花蕾组织样品取样调整为2.0 g。分别以测定条件下1 g样品1 min引起420,470 nm吸光值变化1为PPO酶、POD酶1个酶活力单位(U)。

1.3.7 总酚含量测定 参照曹建康等[22]的方法。

1.3.8 黄化级别评价 参照Olarte等[24-25]的方法并修改,颜色评级判断方法见表2。

表2 西兰花黄化级别评分标准

使用Matlab软件提取图片的Lab值。当a>-5且b>10时则认定该区域为黄化区域,并计算黄化面积和花蕾面积,按式(2)计算评定黄化级别。

(2)

式中:

RS——黄化率,%;

S1——黄化花蕾面积,cm2;

S——整颗花蕾面积,cm2。

1.4 数据处理

所有试验重复3次,采用Excel 2019软件进行统计分析,采用Origin 2018软件进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 对西兰花质量损失率的影响

由图2可知,随着贮藏时间的延长,西兰花的质量损失率逐渐增大。贮藏第8天,未处理组的质量损失率为3.83%。而使用ClO2处理后能够在一定程度上抑制失水失重。与对照组和其他处理组相比,0.2 mg/L ClO2处理组对失重率的控制无明显差异,而0.5,2.0 mg/L ClO2处理组的失重率显著降低,且第8天的失重率较对照降低了26%(P<0.05),说明该质量浓度ClO2处理对花蕾的失水失重有一定抑制作用。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

2.2 对西兰花感官评价的影响

由图3可知,贮藏第2～4天,未处理组的西兰花花蕾出现泛黄、开花现象,并产生轻微异味。2.0 mg/L ClO2处理组的西兰花出现褪色、泛白现象,主要是由于高浓度的ClO2会放出原子氧和产生次氯酸盐造成色素分解[26],导致果实表面“漂白”现象,与Sy等[27]的研究结论一致。贮藏第4～6天,0.2,0.5,1.0 mg/L ClO2处理组能够维持西兰花的感官品质。贮藏第8天,对西兰花感官品质维持最好的为0.5 mg/L ClO2处理组,其感官评分为7.5分,是未处理组的2.5倍(P<0.05)。综上,0.5 mg/L ClO2处理能减少乙烯生成并影响微生物的细胞代谢,达到保鲜效果。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

2.3 对西兰花颜色变化的影响

由图4可知,贮藏期间,各组a*值整体呈上升趋势,特别是未处理组和0.2 mg/L ClO2处理组(P<0.05),这与叶绿素的降解有关。0.5,1.0 mg/L ClO2处理组对a*值的维持效果较好,贮藏第8天,0.5 mg/L ClO2处理组的a*值为未处理组的1.58倍,延缓了花蕾色差变化。贮藏2 d后,未处理组的b*值一直保持最高,其中0.2,2.0 mg/L ClO2处理组的较高,表明ClO2质量浓度过低或过高对花蕾的护色效果均不佳。贮藏结束时,0.5 mg/L ClO2处理组的b*值较未处理组的低37%,1.0 mg/L ClO2处理组的b*值较未处理组的低26%。0.5 mg/L ClO2处理组的颜色变化最小,与感官评价结果一致,是由于适宜质量浓度ClO2处理能够延缓叶绿素的分解同时抑制褐变反应酶的活性[10]。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

由图5可知,贮存第8天,未处理组和0.2 mg/L ClO2处理组的花蕾出现发霉变质现象,进一步证实ClO2对减缓微生物生长和维持西兰花的新鲜度具有积极作用。

图5 不同处理组西兰花贮藏期间的图片

2.4 对西兰花叶绿素、维生素C含量的影响

由图6(a)可知,未处理组西兰花的叶绿素含量自贮藏开始总体呈下降趋势,贮藏2 d后,叶绿素快速降解,褪绿现象较为严重;而处理组在贮藏期间叶绿素含量显著高于未处理组(P<0.05)。贮藏结束时,处理组的叶绿素含量最高为未处理组的4.6倍。0.5 mg/L ClO2处理组可以延缓西兰花叶绿素含量的下降,维持花球鲜绿。这是由于ClO2具有抑菌和抗氧化功能,能抑制微生物的生长、减缓氧化应激对叶绿素的分解破坏[12]。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

由图6(b)可知,贮藏期间,西兰花的维生素C含量呈先升高后下降趋势。ClO2处理组的西兰花在贮藏0～4 d的维生素C含量变化较小。ClO2处理能够抑制呼吸作用和维生素C的氧化及分解,与Liu等[28]的结论一致。这可能是由于ClO2处理能够抑制抗坏血酸氧化酶活性,从而减缓了维生素C被催化氧化过程。因此,贮藏结束时,处理组的维生素C含量显著高于未处理组(P<0.05)。

2.5 对西兰花PPO酶、POD酶活性的影响

多酚氧化酶(PPO)是植物多样化呼吸电子传递链中重要的末端氧化酶,可以参与胁迫条件下呼吸代谢的调节[29]。西兰花贮运过程如有机械损伤、病原侵袭,PPO酶活性会显著增强。由图7(a)可知,各组PPO酶活性呈上升趋势,在贮藏第4天达到最大值,未处理组的PPO酶活性较高,贮藏结束时,处理组的酶活性比未处理组的降低了14.7%～58.1%。ClO2处理会影响PPO酶的活性位点结构,进而抑制PPO酶活性上升[30]。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

POD酶是一种导致果蔬酶促褐变的关键酶,在H2O2存在下会催化酚类物质氧化,导致色素的产生和果蔬花蕾褐变[31]。由图7(b)可知,ClO2处理组的POD酶活性在贮藏第2,6,8天均低于未处理组(P<0.05)。贮藏第8天,与未处理组相比,1.0,0.5 mg/L ClO2处理组的POD酶活性分别降低了66%,56.19%,表明使用该质量浓度的ClO2熏蒸对西兰花POD酶活性的上升有较好的抑制作用(P<0.05)。

2.6 对西兰花总酚含量的影响

多酚类物质含量反映了西兰花抗氧化能力的强弱[32]。西兰花在生长发育过程中会合成酚类物质,而后期酚类物质在酶的作用下被氧化成醌类物质(黄化褐变现象)或者微生物侵染导致花蕾组织腐败引起汁液外流,总酚含量也随之下降。由图8可知,未处理组总酚含量显著低于处理组(P<0.05)。2.0 mg/L ClO2处理组对总酚含量的维持较0.5 mg/L ClO2处理组的差,可能是ClO2质量浓度过高致使西兰花花蕾膜酯化衰老,加快了西兰花的成熟腐烂,与赵治兵等[10]的研究结果一致。贮藏结束时,0.5,1.0 mg/L ClO2处理组能够较好地抑制西兰花总酚含量的下降。ClO2熏蒸处理能抑制PPO、POD酶活力,减缓酚类物质氧化,从而延缓总酚含量下降[33]。ClO2可通过维持总酚含量以及非酶抗氧化物质含量,提升自由基清除能力,进一步达到减缓西兰花花蕾的褐变,维持西兰花品质。

小写字母不同表示同一时间点不同处理之间差异显著(P<0.05)

2.7 对西兰花黄化的影响

由表3可知,贮藏期间,未处理组较快出现黄化,黄化区域逐渐扩大,最后发生霉变、腐败现象,不符合销售要求。0.5,1.0 mg/L ClO2处理组在贮藏0～6 d保持在Ⅱ级,0.5 mg/L ClO2处理组在贮藏第8天时尚符合Ⅱ级标准,可满足销售要求。0.2 mg/L ClO2处理组因ClO2质量浓度低,抑菌和抗氧化效果较差,难以有效抑制叶绿素分解,仅在贮藏0～4 d维持花蕾绿色,后较快出现黄化霉变,黄化区域超过30%。而1.5,2.0 mg/L ClO2处理组因ClO2质量浓度过高破坏了植物细胞结构、造成局部花蕾色素分解,影响整体护色效果。

表3 贮存期间西兰花黄化级别变化

3 结论

研究对采后西兰花进行了二氧化氯气体熏蒸处理,并分析了不同质量浓度二氧化氯对西兰花花蕾护色保鲜的影响。结果表明,在23 ℃常温贮藏下,二氧化氯处理能抑制西兰花质量损失和黄化腐败现象,0.5,1.0 mg/L二氧化氯处理组对叶绿素、总酚含量的维持和PPO酶、POD酶活性的抑制效果优于0.2,2.0 mg/L二氧化氯处理组。其中0.5 mg/L二氧化氯处理对花蕾的护色效果更显著,有效延缓了花蕾黄化级别,可将货架期延长至8 d,且贮藏第8天可保持与未处理组贮藏第3天相似的感官品质。该研究仅讨论了二氧化氯熏蒸处理质量浓度,未涉及应用方式,后续可开展基于二氧化氯释放的活性包装研究。