王瑞琪1,2,时 月1,3,马 越1,2,王宇滨1,3,赵晓燕1,2,张 超

(1.北京市农林科学院蔬菜研究中心,北京 100097;2.果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,北京 100097;3.农业农村部蔬菜产后处理重点实验室,北京 100097;4.农业农村部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,北京 100097)

芹菜是伞形科植物,富含蛋白质、碳水化合物、胡萝卜素、B族维生素、钙、磷、铁、钠等成分,深受消费者喜爱[1]。鲜切芹菜叶是将新鲜芹菜叶经过拣选、切分、清洗、消毒和包装等处理得到的即食产品,省去了消费者分拣和清洗的时间。研究显示通过1-MCP保鲜、气调包装、组合清洗剂、臭氧水消毒、生物保鲜剂、多层微孔包装、γ-射线辐照等加工技术均有效延长鲜切芹菜叶的货架陈列期[2]。但是,鲜切芹菜叶在货架陈列期间受到冷藏柜内白色日光灯管照射,会出现失水萎蔫和黄化现象。因此,货架陈列期间的光照是影响其品质的重要因素。光照处理是在冷藏柜陈列期间采用特定波长的光源对产品进行照明,研究显示适当的光照处理对果蔬货架期品质保持具有积极作用,包括在降低鲜切木瓜中微生物数量[3]、提高鲜切西兰花的品质[4]、维持豇豆水分和可溶性固形物含量[5]、降低西瓜水渍化损伤[6]等方面效果显著。

本研究以鲜切芹菜叶为原料,在货架期陈列期间使用红色、绿色和蓝色光代替现有的白色光进行照明,评价样品在货架期失重率、颜色、风味以及感官品质等特征的变化,以建立适用于鲜切芹菜叶的冷藏柜陈列环境,为延长鲜切芹菜叶货架期提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芹菜 北京果香四溢水果超市(曙光花园店);聚乙烯袋(40 cm×30 cm,厚度为10 μm) 烟台祺林包装制品有限公司;磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、钼酸铵、草酸-EDTA、硫酸、偏磷酸-乙酸缓冲液、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、丙酮、次氯酸钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;荧光素钠、APPH、TROLOX 分析纯,Sigma-Aldrich有限公司。

MRF-40GWSR1商用陈列柜 北京二商福岛机电;T8分体型红、绿、蓝、白LED灯管,规格1.2 m,18 W 中山市蓝鲨照明有限公司;TA-XT plus质构分析仪 英国Stable Micro System公司;PEN3电子鼻 德国Airsense分析仪器有限公司;CM-3700台式分光测色仪 KONICAMINOLTA有限公司;Spectra Max I3荧光光谱仪 美国Molecular Devices LLC.;Sigma 3-18K冷冻离心机 德国Sigma公司;UV-1800紫外分光光度仪 日本Shimazu有限公司;EOS450D型数码相机 日本佳能公司;ME204分析天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司;HR1604飞利浦手持式搅拌机 飞利浦香港电子有限公司;HSTH3热封仪 济南兰光机电技术有限公司;TES-1339R Data Logger光通量仪 德生电器有限公司(中国台湾);D500美能达照度计 日本美能达科技有限公司。

1.2 鲜切芹菜叶的制备

将新鲜芹菜进行分拣,去除破损和萎蔫部分,从芹菜主茎上剪取芹菜叶片,每2～4个叶片为一份样品。使用流动自来水冲洗芹菜叶片表面的泥土,然后以质量比为1∶5的比例将芹菜叶片进行杀菌清洗,清洗液为100 mg/L,pH6.5的次氯酸钠溶液,清洗5 min,使用纯水漂洗,用离心脱水机在100 r/min离心5 min。使用热封仪进行常压包装,聚乙烯袋的装载量为50 g/袋。上述生产过程在环境温度为10 ℃的洁净空间进行。

1.3 光照处理

光照处理共设置4个处理组,分别采用白光(对照CK组)、红光、蓝光和绿光进行处理。具体是将包装好的鲜切芹菜叶平铺放置于4 ℃的双开门冷藏柜中,冷藏柜共有4层,从上到下分别使用白色、红色、蓝色和绿色LED灯进行光照处理,层与层之间放置隔板避免光污染,冷藏柜外面维持30 Lux的基础照明。将样品放入冷藏柜后,每12 h将样品翻面一次,在贮藏的第5 d测定样品重量、颜色等品质。

1.4 光源特性的测定

光源光谱和颜色的测定参考时月等[6]的测定方法,将照度计探头置于聚乙烯袋内部,与样品的实际高度和温度保持一致。光源光谱的采集在360～780 nm范围内。光源颜色使用Yxy空间表示,Y表示亮度,x和y是从3刺激值XYZ中计算出来的色度值,见计算公式(1)。照度的纯度为白点和样品的距离除以白点和光谱点之间的距离。

式(1)

式中:X、Y和Z分别为样品在CIE-RGB系统的中光谱3刺激值和色度坐标R、G和B的绝对值。

光源强度使用光通量仪测定。将光通量仪置于聚乙烯袋内部,与样品的实际高度和温度保持一致测定光源强度。

1.5 失重率、外观和颜色的测定

失重率:为样品贮藏前后的质量差与贮藏前质量之比。

外观:在摄影室中,将样品随机放置于白色盘子中,固定相机曝光参数,由上向下俯视拍摄样品。

颜色:将样品使用飞利浦手持式搅拌机打浆后,使用冷冻离心机在4 ℃下8000 r/min离心10 min,上清液置于比色皿中,用分光测色仪(全反射模式)测定样品L*、a*和b*,并计算ΔE值。

1.6 叶绿素含量测定

取样品50 g,使用飞利浦手持式搅拌机打浆后,准确称取0.5 g,转移至25 mL具塞比色管中,准确加入25 mL丙酮溶液,在4 ℃环境,震荡6 h后,使用滤纸过滤到50 mL棕色容量瓶中,取滤液用分光光度计分别于645和663 nm波长测定其吸光度值,以丙酮作空白对照试验,叶绿素含量计算参考文献[7](公式2)。

式(2)

式中,ρT(mg/L)=20.19×A645+8.05×A663;V-容量瓶体积,mL;N-稀释倍数;W-样品质量;1000为1 L=1000 mL的换算系数。

1.7 相对电导率的测定

取样品50 g,使用飞利浦手持式搅拌机打浆后,准确称取0.6 g置于三角瓶中,加150 mL蒸馏水搅拌均匀,测定电导率P0,放置20 min后测电导率P1,然后煮沸10 min,冷却至室温,加水至原始刻度,静置10 min后,测其电导率P2,重复3次取平均值。相对电导率(P)的计算参考文献[8](公式3)。

式(3)

式中,P-相对电导率,%;P0-初始电导率,us/cm;P1-静置后电导率,us/cm;P2-煮沸后电导率,us/cm。

1.8 丙二醛含量的测定

取样品50 g,使用飞利浦手持式搅拌机打浆后,准确称取10 g与磷酸缓冲液20 mL均匀混合,在4 ℃环境下,13000×g离心20 min,取上清液。在1.5 mL上清液中加入2.5 mL 含有0.5%硫代巴比妥酸的5%三氯乙酸溶液,沸水水浴15 min,冷却,过滤。取上清液在波长为532和600 nm下测其吸光值。样品中丙二醛(MDA)含量计算参考文献[8](公式4)。

MDA(nmol/g)=(OD532-OD600)×172.04

式(4)

式中:MDA-丙二醛含量,nmol/g;OD532-532 nm波长下吸光值;OD600-600 nm波长下吸光值。

1.9 氧自由基吸收能力的测定

氧自由基吸收能力(Oxygen radical absorbance capacity,ORAC)是测试食品药品中抗氧化物含量的国际通用标准单位,ORAC值越高,抑制自由基的抗氧化能力就越强。该方法已经成为行业内评价产品抗氧化能力公认的方法[9]。将芹菜叶打浆离心,用磷酸缓冲液配置成0.05 mg/mL,作为样品溶液。然后吸取荧光素钠稀释液200 μL于96孔板中,随后加入0.05 mg/mL上述样品溶液20 μL振荡5 min,37 ℃温育10 min后迅速加入2-脒基丙烷液20 μL启动反应。使用荧光光谱仪以激发波长485 nm,发射波长535 nm进行测定并记录荧光值,反应过程中每隔30 min测定一次荧光值。样品的ORAC值的计算参考前人的方法[9],以Trolox当量表示。

1.10 电子鼻测定

取样品50 g,使用飞利浦手持式搅拌机打浆后,使用冷冻离心机在4 ℃下8000 r/min离心10 min,将上清液置于3个顶空进样瓶中,待室温25 ℃下平衡5 min后直接将进样针头插入样品瓶,采用顶空吸气法进行电子鼻分析实验。测定条件:传感器清洗时间100 s、传感器归零时间5 s、样品准备时间5 s、进样流量300 mL/min,检测时间200 s。完成1次检测后系统进行清零和标准化,然后再进行第2次顶空采样。统计分析10个不同选择性传感器的G/G0值。采用主成分分析表征样品之间的差别。

1.11 感官评价方法

感官评价小组由12名评价员组成,8名女性,4名男性,均为本团队具有感官评价经验的工作人员。在评价前向感官评价员介绍此次评价的目的和评分标准。感官评价采用9分制评价方法,包括样品颜色、萎蔫度和香气,最终的感官评分值由上述三个部分加权计算获得。由于颜色和香气与鲜切芹菜叶感官评分值关系更加密切,分别赋予颜色、香气和萎蔫度40%、40%和20%的权重,即感官评分值=颜色分值×40%+香气分值×40%+萎蔫度分值×20%。在评价过程中,将样品随机送给评价员,评价员按标准对样品进行打分,工作人员加权计算感官评价分值。

表1 鲜切芹菜叶感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria offresh-cut celery leaves

1.12 数据处理

试验重复3次,结果以平均值±标准偏差表示,使用统计分析软件DPS 7.05进行处理,Ducan’s新复极差法进行显著性分析。采用Origin 8.0软件绘制图像。

2 结果与分析

2.1 光源特性

图1显示光照处理中光源的特性。图1A显示红光、绿光和蓝光处理中光源80%的能量分别集中于620～650、510～530和450～470 nm,无重合部位,而白光80%的能量与红光、绿光和蓝光均有重合部位,证明4种光源的特征性明显,差别明显。图1B赫姆霍兹图显示出红光和蓝光光源均位于638和442 nm的主波长轨迹上,纯度接近100%,进一步验证了上述光谱能量分布无重合的结论,而绿光的补充波长位于520 nm,纯度为86.4%;与红光、绿光和蓝光不同,白光位于黑体轨迹上,显示出日光光谱特征。白光、红光、绿光和蓝光光源强度分别为(2939.7±155.6)、(1104.7±55.7)、(2977±181.5)和(155.1±15.3) Lux。因此,红光、绿光和蓝光处理的光谱特征差别显著。

图1 光源光谱分布图(A)和赫姆霍兹图(B)Fig.1 Spectral distribution(A)andHelmholtz plot(B)of the light sources

2.2 光照处理对鲜切芹菜叶失重率的影响

图2显示光照处理对鲜切芹菜叶失重率的影响。在陈列期间,CK和蓝光处理组失重率最大,分别是6.45%、6.67%,红光和绿光处理组的失重率分别为4.59%和4.68%,分别比CK组降低了29.8%和28.4%。 CK组所在白光光谱范围较宽,能量较高,贮藏过程中叶片表面积大,接受代谢的能量较高,加快了水分蒸腾的速度;蓝光光源强度虽然最低,但在420～480 nm波段与白光重合,且辐照强度是白光同波段的4倍以上,对芹菜叶片表面失水率影响较大;红光和绿光的光源强度虽然比蓝光大,但其波长在480 nm以后,且对芹菜叶片表面失水率影响较小,可推断影响贮藏期果蔬水分蒸腾与光源的辐照波段有关,且在420～480 nm范围内影响最显著。因此,红光和绿光处理可以更有利于降低鲜切芹菜叶的失重率。

图2 光照处理对芹菜叶失重率的影响Fig.2 Effect of light exposure treatments on weightloss rate of fresh-cut celery leaves注:图中不同的小写字母表示数据间具有显著性差异(P<0.05),图4～图7同。

2.3 光照处理对鲜切芹菜叶中叶绿素含量的影响

图3显示光照处理对鲜切芹菜叶中叶绿素含量的影响。在冷藏柜陈列5 d后,红光处理和CK组叶绿素含量最高,分别为1.153和1.133 mg/g,绿光和蓝光处理组的叶绿素含量分别为0.957和0.857 mg/g,红光处理组叶绿素含量最高,绿光和蓝光处理分别比CK组降低了16.8%和25.5%,这与光照对鲜切生菜品质影响结果一致[10],原因可能在于绿光和蓝光处理影响了叶绿素酶活性,从而引起叶绿素含量改变。

图3 光照对芹菜叶中叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of light exposure treatmentson chlorophyll content of fresh-cut celery leaves

2.4 光照处理对鲜切芹菜叶外观和颜色的影响

图4显示光照处理对鲜切芹菜叶外观的影响。从照片中可以看到在冷藏柜陈列5 d后,各处理组的样品均出现黄化现象,其中蓝光处理组部分叶片出现黄化现象、萎蔫程度最严重,其次是CK组,绿光和红光处理组的黄化和萎蔫程度最低。叶菜的新鲜度主要与水分含量有关,对比失重率的结果发现,蓝光处理和CK组失重率较大,且黄化、萎蔫程度严重;红光和绿光处理失重率相对较低,且黄化和萎蔫程度较低。

图4 光照处理对芹菜叶外观的影响Fig.4 Effect of light exposure treatmentson appearance of fresh-cut celery leaves

表2进一步显示光照处理对鲜切芹菜叶外观颜色的影响。ΔE值反映的是综合反映产品颜色差异的指标,从结果可以看出,红光和绿光处理组ΔE值均显著低于CK处理组,说明贮藏5 d后样品外观颜色变化不明显;蓝光处理组ΔE值显著高于CK处理组,说明贮藏5 d样品外观颜色变化较明显。因此,红光和绿光处理有利于维持鲜切芹菜叶原有的颜色,而蓝光处理则易引起鲜切芹菜叶的黄化。

2.5 光照处理对鲜切芹菜叶相对电导率和丙二醛含量的影响

相对电导率反映了样品细胞内部电解质渗透情况,从而反映植物细胞壁破裂情况。丙二醛是膜脂过氧化作用的主要产物之一,从而反映样品细胞膜衰老和破裂的程度[10],因此,相对电导率和丙二醛含量的提高均表示样品的细胞壁破裂程度提高,表示细胞的衰老过程。图5显示光照处理对鲜切芹菜叶相对电导率和丙二醛含量的影响。蓝光和绿光处理组的相对电导率显著性高于CK处理组,而红光处理组的相对电导率与CK组差异不显著,该结论与Gómez等的结论一致[11];与相对电导率的变化规律相似,蓝光和绿光处理组的丙二醛含量显著性高于CK处理组,而红光处理组的丙二醛含量与CK组差异不显著。由此可以推断蓝光处理可显著引起鲜切芹菜叶细胞衰老,而红光有助于延缓细胞的衰老过程,维持鲜切芹菜叶的原有品质。

表2 光照处理对鲜切芹菜叶颜色的影响Table 2 Effect of light exposure treatments on color of fresh-cut celery leaves

注:表中同列不同小写字母表示数据间具有显著性差异(P<0.05)。

图5 光照处理对鲜切芹菜叶相对电导率(A)和MDA含量(B)的影响Fig.5 Effect of light exposure treatmentson relatively conductive rate(A)and MDAcontent(B)of fresh-cut celery leaves

2.6 光照处理对鲜切芹菜叶抗氧化能力的影响

图6显示光照处理对鲜切芹菜叶抗氧化能力的影响。红光和绿光处理组ORAC值分别为498和485 μmol/g,显著高于CK组的ORAC值,分别比CK组提高了14.5%和11.5%。与本结论相似,使用2000 Lux的光照处理提高鲜切芹菜抗氧化能力80%左右[12]。该现象可能源于芹菜叶在受到光照后产生的抗逆反应激活了氧化还原通路,不同的光信号因子激活能力不同。研究者采用脉冲光对鲜切蘑菇进行处理,在陈列期第9 d,产品的抗氧化性能均有所提高[13],进一步印证了本文光照处理提高产品抗氧化性能的结果。因此,红光和绿光处理提高鲜切芹菜叶抗氧化能力。

图6 光照处理对鲜切芹菜叶ORAC的影响Fig.6 Effect of light exposure treatmentson ORAC value of fresh-cut celery leaves

2.7 光照处理对鲜切芹菜叶风味和感官特性的影响

电子鼻常用来辨别样品风味之间的区别,研究者已经使用该设备对柑橘、草莓和菠菜等的新鲜度进行区分,取得了较好的区分度[14-16]。图7A显示光照处理对鲜切芹菜叶的风味的影响。主成分1和主成分2的方差分别为91.32%和7.59%,因此,主成分1和2对鲜切芹菜叶风味的贡献率达到98.91%,可以表征其香气特征。在主成分1的投影上,红光处理组与CK处理组具有显著性差异,而蓝光和绿光处理组均有重叠部分;在主成分2的投影上,个处理组均与CK处理组重叠,均无显著性差异。因此,蓝光和绿光处理有利于维持芹菜原有的香气。

图7 光照处理对鲜切芹菜叶风味(A)和感官评价分(B)的影响Fig.7 Effect of light exposure treatments on flavor(A)and sensory evaluation value(B)of fresh-cut celery leaves

图7B显示在冷藏柜陈列5 d后,绿光处理组的感官评价值与CK处理组差异不显著,而红光和蓝光处理组均显著性低于CK处理组。红光处理组的香气评分较低,产生一些异味,与电子鼻的结果相一致;而蓝光处理组主要是颜色和萎蔫度两个方面评分较低,出现叶片黄化比例和萎蔫度较高的现象,也与前文的结论相一致。因此,绿光更加有效维持鲜切芹菜叶的感官品质。

3 结论

本研究在4 ℃货架陈列期间,分别使用白光、红光、绿光和蓝光对鲜切芹菜叶进行光照处理5 d,以白光处理组作为CK组。结果发现绿光处理组鲜切芹菜叶的失重率比CK处理组降低了28.4%,并降低叶片黄化和萎蔫程度;绿光处理使鲜切芹菜叶的ORAC值达到485 μmol/g,比CK处理组提高了11.5%。因此,绿光处理更有利于保持鲜切芹菜叶原有的颜色、香气和感官品质。另一方面,红光处理组对鲜切芹菜叶的细胞损伤最小,并有效避免维持样品中叶绿素含量降低,从而减缓样品的黄化和萎蔫现象,但是显著性影响样品的风味。因此,下一步可以尝试红光和绿光组合光照处理对鲜切芹菜叶品质的影响,以期维持鲜切芹菜叶的货架期品质。