,*

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013;2.生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;3.中国农业科学院农产品加工研究所,北京 100081;4.浙江农林大学农业与食品科学学院,浙江临安 311300)

茄梨又叫做西洋梨,个头较大、果肉白色、质细脆,经后熟,柔软易溶于口、汁多、味酸甜、微香,为辽宁省特色水果之一[1-2]。但因茄梨易软化,所以贮藏期较短,另外采摘和运输过程中的机械损伤会促进微生物的生长繁殖,使茄梨发生腐烂变质,造成大量的经济损失[3-5]。目前,茄梨的贮藏保鲜方法主要有低温、气调和保鲜剂保鲜等[6]。研究表明,涂膜保鲜可以显著延长梨和苹果的贮藏期,降低果实的腐败率[7-9],但涂膜在茄梨上的应用尚缺乏研究。

百里香酚(Thymol)又称麝香草酚,是一种天然的抑菌剂,对细菌和真菌有较强的抑制作用,存在于百里香属植物中,成本低,来源广[10-11]。百里香酚对多种食品腐败菌具有一定的抑制作用[12]。采用百里香酚熏蒸处理杏、李等果实,不仅可降低果实的腐败率,且无不良影响的产生[13]。研究表明,百里香酚抗菌包装能显著降低蓝莓的腐败率,改善蓝莓的代谢能力[14]。

海藻酸钠(Sodium Alginate)是一种天然多糖,安全性极高,具有良好的分散性、保湿性、抗菌性、成膜性和透气性等特点,被广泛应用于食品保鲜[15-16]。研究表明,单一海藻酸钠涂膜的抗菌性和保鲜效果不好[17]。因此,在海藻酸钠涂膜中加入天然抗菌物质,将有望增强其抑菌性和保鲜效果。

本实验通过对茄梨果实进行百里香酚/海藻酸钠(Thymol/Sodium Alginate,Thy/SA)涂膜,以延缓其后熟进程,保持其良好的品质和较高的营养价值,旨在为茄梨果实的采后品质保持以延长货架期提供一种经济、环保、安全有效方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茄梨 采自辽宁省锦州市廉政文化景区果园,为大小均匀、无病虫害及机械损伤的商业成熟期果实,用纸壳箱运回实验室,预冷后待处理;百里香酚 食品级,株洲森特生物科技有限公司;海藻酸钠、氯化钙 食品级,鑫星生物科技有限公司;氢氧化钠、醋酸钠 分析纯,天津市风船化学试剂科技有限公司;草酸 分析纯,天津市东丽区新中科技园区;聚乙二醇6000 分析纯,福晨(天津)化学试剂有限公司；甲醇、冰醋酸、TritionX-100、聚乙烯吡咯烷酮 均为分析纯,天津市光复精细化工研究所,三氯乙酸 分析纯,阿拉丁试剂(上海)有限公司;DTT、硫代巴比妥酸、邻苯二酚、抗坏血酸 均为分析纯,生工生物工程(上海)股份有限公司。

GY-1型果实硬度计 浙江托普仪器有限公司;PAL-1数显糖度计 上海图新电子科技有限公司;JYL-Y915破壁机 九阳股份有限公司;Legend Micro21R冷冻离心机 美国赛默飞世尔科技公司;HH-4A单列单控四孔水浴锅 常州国宇仪器制造有限公司;KQ-500DE型数控超超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;UV-2550紫外可见分光光度计 日本岛津公司;722N可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;BCD-102D型冰箱 广州万宝集团冰箱有限公司;JA5003电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 膜液的制备 海藻酸钠溶液(SA)的制备:称取一定量的海藻酸钠粉末,溶解,加入甘油(1%)作为增塑剂,加水溶解至浓度为2%(m/v),搅拌均匀,冷却后,用超声波清洗机超声脱气30 min,静置24 h,备用。

百里香酚/海藻酸钠溶液(Thy/SA)的制备:将上述的2%(m/v)SA溶液完全溶解后加入百里香酚(终浓度40 mg/L),搅拌均匀,经超声脱气30 min,静置后备用。

钙交联剂的制备:配置浓度为2%(m/v)的CaCl2作为交联剂溶液。

1.2.2 茄梨果实处理 海藻酸钠涂膜组(SA):将茄梨置于制备好的2%(m/v)SA溶液中,使溶液完全浸没茄梨;浸泡1 min后,将茄梨取出沥干表面水分;然后放置到交联剂(2%氯化钙溶液)中30 s,取出后置于室温下晾干,最后于20 ℃下贮藏。百里香酚/海藻酸钠(Thy/SA)涂膜组:将茄梨置于制备好的Thy/SA溶液中,具体涂膜方法参照SA涂膜组。空白对照组(CK)采用蒸馏水浸泡1 min,取出后置于室温下晾干表面水分,20 ℃条件下贮藏至丧失食用品质。果实的取样时间为每3 d取一次样。随机挑选6个茄梨果实,将削皮后的果实切成大小均一的块状,迅速于液氮中冷冻,混合均匀后置于-80 ℃冰箱冷冻保存,以待后续指标测定。

1.2.3 测定方法

1.2.3.1 硬度测定 随机选取3个果实,在围绕果实赤道部位,间隔等距离的三个位置,各削去一块果皮(厚约1 mm),用GY-1型果实硬度计测定各个位置的果实硬度,探头直径为3 mm,单位为kg/cm2。

1.2.3.2 可溶性固形物(TSS)含量测定 使用JYL-Y915破壁机将茄梨榨汁后,用PAL-1数显糖度计测定,读取数字即为TSS含量。

1.2.3.3 可滴定酸(TA)含量测定 采用酸碱滴定法,参照曹建康等[18]的方法进行测定。称取10 g果实于研钵中磨碎,转移至100 mL容量瓶中,定容摇匀,静置30 min后滤纸过滤进行测定。TA含量以质量分数(%)表示。

1.2.3.4 总酚含量测定 参照曹建康等[18]的方法进行测定,称取2 g果实于遇冷的研钵中,加入1%的盐酸甲醇溶液,冰浴研磨充分后,转移至20 mL的刻度试管中,于4 ℃避光提取20 min后,收集滤液备用。以每克果蔬组织在280 nm处的吸光值表示总酚的含量,单位OD280/g。

1.2.3.5 抗坏血酸含量测定 采用2,6二氯靛酚滴定法[18],单位mg/100 g。称取10 g果实,加入20 g/mL的草酸,于冰浴条件下研磨充分,用100 mL容量瓶定容后,提取10 min,收集滤液备用。1 mL染料相当于10.0 mg/mL抗坏血酸的质量。

1.2.3.6 丙二醛(MDA)含量测定 采用硫代巴比妥酸法测定[18],结果以nmoL/g表示。称取1 g果实,加入5 mL 100 g/mL TCA(三氯乙酸)溶液,于4 ℃、10000×g离心20 min,取上层清液,加入2.0 mL 0.67% TBA(硫代巴比妥酸),混匀后,沸水浴20 min,冷却后离心,取上层清液于450、532、600 nm波长下测定吸光光度值。

1.2.3.7 多酚氧化酶(PPO)活性测定 参照曹建康等[18]的方法进行测定,以每g果蔬样品(鲜重)每min吸光度变化值增加1为一个过氧化物酶活性单位,单位ΔOD470/min·g。称取5 g果实,加入5 mL提取缓冲液(0.1 mol/L 乙酸-乙酸钠缓冲溶液,pH=5.5,1 mmol/L PEG、4% PVP和TritionX-100),于冰浴条件研磨后,于4 ℃、12000×g离心30 min,收集上层清液为酶提取液,低温保存用于测定其活性。

1.2.3.8 过氧化氢酶(CAT)活性测定 参照曹建康等[18]的方法进行测定,以每克果蔬样品(鲜重)每分钟减吸光度变化值减少0.01为1个过氧化氢酶活性单位,单位0.01ΔOD240/min·g。酶提取液制备方法同1.2.3.7。

1.3 数据处理

采用Excel 2013对数据进行分析与作图。采用SPSS软件进行单因素方差分析(ANOVA),均值之间的显著性差异采用Duncan’s分析,P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 百里香酚/海藻酸钠(Thy/SA)涂膜处理对茄梨硬度的影响

硬度是评价果实贮藏品质的一种重要指标,与果实的货架期密切相关。由图1可知,所有茄梨的硬度均呈现下降趋势。未经涂膜处理(CK)茄梨硬度下降较快,至9 d时其硬度为2.5 kg/cm2,此后果实硬度无法测量,且出现腐败现象。贮藏3 d后CK组茄梨硬度均显著小于涂膜处理组(P<0.05),且9 d后CK组果实软化严重以致硬度无法测量。在6～9 d期间,百里香酚/海藻酸钠(Thy/SA)处理组茄梨的硬度显著大于SA处理组(P<0.05)。9～15 d期间,Thy/SA组果实的硬度仍高于SA组,但在15 d后,SA组茄梨果实的硬度无法测量。可见,Thy/SA处理组较好地维持了茄梨的硬度。

图1 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨硬度的影响Fig.1 Effect of thymol/sodium alginate coating on hardness of Clapp Favonite pear fruit注:图中不同字母表示同一贮藏时间、不同处理之间数据差异显著(P<0.05)；图2～图8同。

2.2 Thy/SA涂膜处理对茄梨TSS含量的影响

TSS含量可直接反映果实的成熟程度和品质状况。从图2可以看出,在茄梨的贮藏过程中,TSS含量整体呈现上升趋势。在9 d时,CK组茄梨的TSS含量达到最高。尽管9 d时CK组果实硬度无法测定,但其TSS仍可测定,且与9 d时相比,12 d时TSS明显下降。在6～9 d贮藏期间中,CK组茄梨的TSS含量显著高于Thy/SA处理组(P<0.05),同时,6 d时CK组TSS含量亦显著高于与SA组(P<0.05)。SA组TSS含量高于Thy/SA组,但无显著性差异(P>0.05)。可见,Thy/SA涂膜有效延缓了采后茄梨果实TSS含量的上升趋势。

图2 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effect of thymol/sodium alginate coating on total soluble solid(TSS)content of Clapp Favonite pear fruit

2.3 Thy/SA涂膜处理对茄梨TA含量的影响

TA含量对茄梨风味品质和贮藏性有着很大的影响。由图3可知,茄梨的TA含量在贮藏过程中呈现下降后上升的趋势,但总体呈下降的趋势。经过海藻酸钠涂膜(SA)和百里香酚/海藻酸钠涂膜(Thy/SA)处理后茄梨的TA含量分别在9和12 d出现上升;而在12 d时,CK组TA含量仍呈下降趋势。在贮藏期间,Thy/SA组的TA含量高于其他两组处理,另外,除了第9 d,其余时间Thy/SA组茄梨的TA含量与SA组差异不显著(P>0.05);9～12 d时Thy/SA组茄梨的TA含量均显著大于CK组(P<0.05),有效延缓了茄梨果实后熟过程中TA含量的下降。

图3 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨可滴定酸含量的影响Fig.3 Effect of thymol/sodium alginate coating on titratable acid(TA)content of Clapp Favonite pear fruit

2.4 Thy/SA涂膜处理对茄梨总酚含量的影响

酚类物质与果实的色泽形成、品质和风味形成、成熟和衰老等密切相关,与水果贮藏品质密切相关。由图4可知,随着贮藏时间的延长,总酚的含量呈下降趋势。在0～9 d期间,CK组的总酚含量低于SA组;SA组的总酚含量略低于Thy/SA组。在9～12 d时,CK组的茄梨基本上失去可食用价值。在12～18 d期间,SA组的总酚含量急剧下降,Thy/SA的总酚含量则保持一个较为平稳的趋势,其总酚含量在15 d时显著大于SA组的总酚含量(P<0.05)。

图4 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨总酚的影响Fig.4 Effect of thymol/sodium alginate coating on total phenol content of Clapp Favonite pear fruit

2.5 Thy/SA涂膜处理对茄梨中抗坏血酸含量的影响

抗坏血酸是果实中一种重要的营养成分,具有抗氧化性和减缓衰老的作用,也是果实贮藏品质的指标之一。由图5可知,茄梨的抗坏血酸含量随着贮藏时间的延长呈现出下降的趋势。在整个贮藏期间,Thy/SA组茄梨的抗坏血酸含量高于CK和SA组。3～6 d期间,SA组的抗坏血酸含量大于CK组,但6 d时差异不显著(P>0.05);Thy/SA组抗坏血酸的含量显著大于CK组(P<0.05),可见,Thy/SA涂膜对采后茄梨果实营养品质具有较好地维持作用。

图5 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨抗坏血酸含量的影响Fig.5 Effect of thymol/sodium alginate coating on ascorbic acid content of Clapp Favonite pear fruit

2.6 百里香酚/海藻酸钠涂膜处理对茄梨中MDA含量的影响

MDA含量越高,说明果实的成熟程度越大,所以MDA是保鲜效果评定的一项重要指标。由图6可知,在整个贮藏过程中,茄梨的MDA含量呈上升趋势。在0～3 d时,茄梨的MDA含量都有所上升,但没有显著差异(P>0.05)。在3～6 d时,CK和SA组的MDA含量迅速上升;在6 d时,两组的MDA含量均高于Thy/SA(P<0.05)。在9～12 d期间,CK组的MDA含量显著大于SA组(P<0.05);同时,SA组的MDA含量显著大于Thy/SA组(P<0.05)。由此可知,Thy/SA涂膜有效抑制了茄梨果实后熟过程中膜脂氧化程度的增加。

图6 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨MDA含量的影响Fig.6 Effect of thymol/sodium alginate coating on malondialdehyde(MDA)content of Clapp Favonite pear fruit(n=3)

2.7 Thy/SA涂膜处理对茄梨多酚氧化酶活性的影响

多酚氧化酶与果实的褐变度有关,是衡量果实衰老的指标之一。由图7可知,在第3 d时,CK组茄梨多酚氧化酶活性达到最高;在第9 d时,SA组茄梨的多酚氧化酶活性达到最高,之后急剧下降至Thy/SA组以下。在整个贮藏期间,Thy/SA组茄梨多酚氧化酶活性变化趋势较为平稳,进而可有效抑制采后果实贮藏过程中因酚类氧化而造成的褐变程度。

图7 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨多酚氧化酶的影响Fig.7 Effect of thymol/sodium alginate coating on polyphenol oxidase(PPO)activity of Clapp Favonite pear fruit

2.8 Thy/SA涂膜处理涂膜处理对茄梨过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶作为酶促防御系统的抗氧化酶,是果蔬贮藏品质的一项重要指标。由图8可知,在整个贮藏过程中,过氧化氢酶的活性总体呈先下降后上升降趋势;在第6 d时,CK组茄梨的过氧化氢酶活性有所增加,略大于SA组和Thy/SA组。在6～9 d贮藏期间,SA组的茄梨过氧化氢酶活性略高于Thy/SA组,但差异不显著(P>0.05),表明Thy/SA涂膜在保护酶促防御系统方面效果不显著。

图8 百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨过氧化氢酶活性的影响Fig.8 Effect of thymol/sodium alginate coating on catalase(CAT)activity of Clapp Favonite pear fruit

3 讨论与结论

在本实验中,20 ℃条件下,未经处理的茄梨果实的贮藏期仅为9 d;在贮藏过程中,未经处理的茄梨果实的硬度和TA含量快速下降,以及TSS则不断升高。结果表明,海藻酸钠涂膜处理延缓了茄梨果实的成熟软化进程,使得其贮藏期延长至15 d,而百里香酚/海藻酸钠(Thy/SA)处理更是将茄梨果实的贮藏期延长至18 d。由此可见,百里香酚增强了海藻酸钠涂膜对茄梨的贮藏保鲜效果,可能是有两个方面的原因,一是百里香酚具有较强的抑菌效应,能够抑制腐败微生物的生长。Thy/SA可能较好地阻止了茄梨保鲜的过程中细菌、酵母、霉菌的胁迫,降低纤维素酶和果胶酶对果实细胞壁的作用效果,进而延缓果实软化进程[19];另一方面,百里香酚抑制了MDA含量的增加,说明百里香酚能够抑制细胞膜脂质的过氧化作用,进而延缓果实成熟衰老进程[20-21]。

总酚和抗坏血酸是果实非酶促防御系统中的抗氧化物质,过氧化氢酶作为酶促防御系统的抗氧化酶[22-23]。在贮藏过程中,茄梨果实的总酚和抗坏血酸呈现下降趋势,百里香酚/海藻酸钠处理延缓茄梨的总酚和抗坏血酸含量下降,且使氧化氢酶活性维持在相对较低水平,这说明百里香酚有效提高了海藻酸钠对果实非酶促抗氧化系统保护作用。此外,多酚氧化酶是与果实衰老正相关的酶类[24-25]。在茄梨的贮藏过程中,多酚氧化酶活性呈现出先升高后降低的趋势,单一海藻酸钠涂膜仅仅推迟了多酚氧化酶活性的升高,但Thy/SA涂膜使得多酚氧化酶活性始终维持在较低水平,仅在贮藏后期有略微升高,Thy有效抑制了多酚氧化酶活性,延缓了茄梨果实的衰老进程。

综上,百里香酚/海藻酸钠涂膜可有效延长茄梨的贮藏期,延缓了茄梨果实的软化、TSS和MDA含量的增加、以及TA、抗坏血酸和总酚含量的减少,同时,抑制了过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的升高,可见,百里香酚/海藻酸钠涂膜在茄梨贮藏保鲜中具有良好的应用前景。