护色保脆复配物对鲜切牛蒡品质及
酶促褐变的影响

张 婷,杨润强,陈 旭,顾振新*

(南京农业大学食品科技学院,江苏 南京 210095)

 

摘 要:采用响应面法优化鲜切牛蒡护色保脆复配物L-半胱氨酸、抗坏血酸钙和乳酸钙质量浓度,研究该复配物对牛蒡贮藏期间品质和酶促褐变的影响。结果表明:护色保脆复配物中L-半胱氨酸、抗坏血酸钙和乳酸钙质量浓度分别为0.29、1.2g/100mL和0.2g/100mL时,鲜切牛蒡护色保脆效果最好,鲜切牛蒡经此复配物浸泡30min后,多酚氧化酶和过氧化物酶活力下降,同时苯丙氨酸解氨酶在贮藏前期被激活,第10天的活力为对照的1.5倍。复配物处理后,丙二醛含量低于对照,而总酚含量高于对照。贮藏前期的5d内,复配物处理能较好地保持鲜切牛蒡的颜色和脆性。

关键词:牛蒡;护色;保脆;贮藏

 

Combined Effects of L-Cys, Calcium Ascorbate and Calcium Lactate on Quality and Enzymatic Browning of
Fresh-Cut Arctium lappa L.

 

ZHANG Ting, YANG Run-qiang, CHEN Xu, GU Zhen-xin*

(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

 

Abstract: Response surface methodology was used to optimize the concentrations of L-cysteine, calcium ascorbate and calcium lactate for use as combined inhibitors of browning and softening. L* and fracturability were investigated. The effects of combined inhibitors on fresh-cut Arctium lappa L. during storage were studied. The color, fracturability, malondialdehyde (MDA), total phenol content and the activities of enzymes related to phenol metabolism were evaluated. The results indicated that the optimal combined inhibitor contained 0.29 g/100 mL L-Cys, 1.2 g/100 mL calcium ascorbate and 0.2 g/100 mL calcium lactate. After being dipped in the combined inhibitor for 30 min, the activities of polyphenol oxidase and peroxidase of Arctium lappa L. were reduced. Meanwhile, phenylalnine ammonialyase (PAL) was activated during the initial storage stage. On 10th day, the PAL activity was 1.5 times higher than that of controls. After this treatment, MDA content was decreased whereas the content of total phenols were increased. The combined inhibitor can effectively control browning and maintain fracturability of Arctium lappa L. for 5 days.

Key words: Arctium lappa L.; browning inhibition; maintain fracturability; storage

中图分类号:TS255.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)04-0236-07

doi:10.7506/spkx1002-6630-201404048

牛蒡(Arctium lappa L.)为菊科多年生草本植物,食用部位为肉质直根。牛蒡富含VA、VB、牛蒡苷、菊糖等成分,属保健型蔬菜。现代医学证明[1-2],牛蒡有健脾胃、清热解毒之功效,对高血压、糖尿病、类风湿性关节炎、癌症有疗效。

牛蒡等蔬菜受到机械损伤等危害时,菜体内酚类物质在多酚氧化酶、过氧化物酶等酶的作用下生成邻苯二醌,继而转化为褐色素,导致褐变。同时,牛蒡等蔬菜采收后,其质地不断变软,脆性降低。褐变和软化均会引起蔬菜感官品质下降,货架期缩短,商品价值降低,甚至褐变生成有毒物质,影响食用安全性。

目前,抑制根茎类蔬菜褐变主要是通过涂膜[3]、热水和微波烫漂[4]、乙醇熏蒸[5]、添加亚硫酸盐及其他化学试剂[6-8]等物理和化学方法加以控制。护色剂处理仍是生产上抑制褐变的主要措施,微波和热水烫漂等处理一般作为辅助手段,协同或在护色基础上使用[4]。现有关根茎类蔬菜研究主要关注钙盐的护色效果[9-10],但瓜果类保鲜实验已证实,浸钙处理有利于改变植物细胞间隙离子环境,调节细胞活力,同时抑制乙烯合成,延缓衰老及软化,维持细胞膜和细胞壁的完整性,从而保持其质地[11-12]。抑制牛蒡褐变的同时防止其软化的护色保脆复配物研究尚未见报道。本研究同时以牛蒡色泽和脆性为考量指标,通过单因素试验和响应面分析优化护色保脆复配物组成,对经复配物处理后牛蒡贮藏期间品质和生化指标的变化进行研究,以期开发适用于牛蒡的天然护色保脆复配物,抑制牛蒡酶促褐变并保持脆性,为牛蒡鲜切加工和产品开发提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛蒡:品种为‘柳川理想’,由江苏沛县顺福食品有限公司提供,成熟度一致、无机械伤和病虫害。

抗坏血酸钙、乳酸钙、氯化钠均为食品级;L-半胱氨酸、植酸钠、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、过氧化氢均为分析纯;儿茶酚、愈创木酚均为化学纯 国药集团上海化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

CR-400型色差计(配有漫射照明/垂直测量接收探头及硅光敏元件) 日本美林达公司;TA.XT plus质构仪(配有P5探头及TPA系统) 英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

将牛蒡洗净、晾干、去皮、切段(长8cm左右),在各实验组(柠檬酸、抗坏血酸钙、乳酸钙、植酸钠、L-半胱氨酸和氯化钠,质量浓度梯度均为0.05、0.20、0.50、0.80、1.20、1.50 g/100 mL)的浸泡液中浸泡30 min,固液比12.5(g/mL),取出沥干后,装入聚乙烯保鲜袋(25 cm×17 cm,厚度0.008 mm)中,密封后置于4 ℃贮藏3d。以蒸馏水浸泡者为对照。

在单因素试验结果基础上,进行Box-Behnken设计试验。以L-半胱氨酸质量浓度(X1)、抗坏血酸钙质量浓度(X2)和乳酸钙质量浓度(X3)为自变量,以L*和脆性为响应值,因素水平及编码见表1。

表 1 护色、保脆复配物优化Box-Behnken试验因素水平及编码

Table 1 Coded values and corresponding actual values of the optimization factors used in the response surface analysis

因素

编码水平

-1

0

1

X1 L-半胱氨酸质量浓度/(g/100 mL)

0.05

0.20

0.35

X2 抗坏血酸钙质量浓度/(g/100 mL)

0.4

0.8

1.2

X3 乳酸钙质量浓度/(g/100 mL)

0.2

0.5

0.8

 

 

牛蒡经优化后的复配物浸泡30min,固液比12.5(g/mL),取出沥干后装入聚乙烯袋中,密封后于4 ℃贮藏,每隔5d取样测定。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 CIE Lab值

用CR-400型色差计测定,以标准白度(L=97.06,a=0.04,b=2.01)对色差计进行校准。L*表示亮度,a*表示红绿值,b*表示黄蓝值。取L*表示鲜切牛蒡颜色变化。

1.3.2.2 脆性

用TA.XT plus质构仪测定,测试条件:测前速率3.0 mm/s,测试速率1.0 mm/s,测后速率3.0 mm/s,测试距离10 mm,时间3.0s,作用力5g。

1.3.2.3 丙二醛含量、总酚含量、多酚氧化酶、过氧化物酶活力和苯丙氨酸解氨酶活力

丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量:采用硫代巴比妥酸法测定[13],结果以nmol/g表示,以鲜质量计;总酚(total phenols,TP)含量:采用福林酚法[14]测定,以没食子酸作标准曲线,结果以mg/g表示;多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活力:采用连续测定法[15]。以反应液每分钟在410nm波长处吸光度变化0.01为一个活力单位,结果以U/g表示,以鲜质量计;过氧化物酶(peroxidase,POD)活力:采用连续测定法[15]。以反应液每分钟在470nm波长处吸光度变化0.01为一个活力单位,结果以U/g表示,以鲜质量计;苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine
ammonialyase,PAL)活力:参照杜传来[16]的方法。定义1h内A290nm增加0.001为一个活力单位,结果以U/g表示,以鲜质量计。

1.4 数据处理与统计分析

各指标重复3次,结果以平均值±标准偏差表示。应用Excel 2003作图,用设计专家7.0软件分析响应面试验结果,用SPSS 16.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同添加物对鲜切牛蒡色泽和脆性的影响

由图1可知,鲜切牛蒡片亮度只随L-半胱氨酸质量浓度的增加而增加,且显著优于对照,0.2 g/100 mL的L-半胱氨酸即能有效控制鲜切牛蒡的褐变。随着柠檬酸和抗坏血酸钙质量浓度的增加,鲜切牛蒡亮度先下降后上升,但始终低于对照。乳酸钙和氯化钠对鲜切牛蒡亮度无影响。植酸钠的使用则降低了鲜切牛蒡的亮度。

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A.柠檬酸

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B.抗坏血酸钙

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C.乳酸钙

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D.植酸钠

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E. L-半胱氨酸

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F.氯化钠

不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。下同。

图 1 不同添加物对鲜切牛蒡L*的影响

Fig.1 L* of Arctium lappa L. with treated with different browning-inhibitory agents ranging from 0 to 1.5 g/100 mL

482375.jpg 

A.柠檬酸

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B.抗坏血酸钙

482417.jpg 

C.乳酸钙

482433.jpg 

D.植酸钠

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E. L-半胱氨酸

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F.氯化钠

图 2 不同添加物对鲜切牛蒡脆性的影响

Fig.2 Fracturability of Arctium lappa L. treated with different browning-inhibitory agents ranging from 0 to 1.5 g/100 mL

由图2可知,经植酸钠、L-半胱氨酸或氯化钠处理后,鲜切牛蒡脆性得以改善。低质量浓度时,鲜切牛蒡脆性随柠檬酸、抗坏血酸钙及乳酸钙质量浓度的增加而增加;质量浓度过高时,脆性下降。1.2 g/100 mL柠檬酸、0.8 g/100 mL抗坏血酸钙或0.5 g/100 mL乳酸钙均能达到很好的保脆效果。

可见,L-半胱氨酸能显著提高鲜切牛蒡的亮度并增加其脆性;质量浓度小于1.2 g/100 mL时乳酸钙对鲜切牛蒡亮度无影响,但0.5~0.8 g/100 mL乳酸钙具有良好的保脆效果;抗坏血酸钙及柠檬酸对亮度和脆性的影响趋势相同,1.2 g/100 mL柠檬酸和0.8 g/100 mL抗坏血酸钙可较好地维持脆性;植酸钠对亮度产生负效应,同时对脆性的改善规律不明显;氯化钠对亮度和脆性均不呈剂量效应。综合考虑6种添加物的护色与保脆效果,本着经济高效的原则,选取0.2 g/100 mL L-半胱氨酸、0.8 g/100 mL抗坏血酸钙和0.5 g/100 mL乳酸钙作为护色、保脆复配物响应面试验的中心点。

2.2 护色保脆复配物响应面优化

Box-Behnken试验设计方案及结果见表2。

表 2 响应面分析试验设计方案及结果

Table 2 Experimental design and corresponding results for
response surface analysis

试验号

X1

X2

X3

Y1 L*

Y2脆性/g

1

-1

-1

0

60.21

6344.15

2

1

-1

0

69.41

6879.68

3

-1

1

0

60.03

7301.39

4

1

1

0

69.07

7196.01

5

-1

0

-1

64.53

6815.91

6

1

0

-1

69.99

7250.91

7

-1

0

1

57.24

7029.89

8

1

0

1

67.79

7002.67

9

0

-1

-1

69.98

7065.51

10

0

1

-1

66.26

7811.74

11

0

-1

1

64.71

7259.53

12

0

1

1

60.94

8051.48

13

0

0

0

66.34

7029.33

14

0

0

0

63.77

7349.66

15

0

0

0

67.09

6940.26

16

0

0

0

63.51

6785.67

17

0

0

0

65.21

6785.16

 

 

表 3 L*回归方程模型方差分析及其系数的显著性检验

Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic model of L* value and significance test of its regression coefficients

变异来源

平方和

自由度

方差

F

P

显著性

回归模型

212.9916

9

23.66573

9.969319

0.0031

**

X1

146.6328

1

146.6328

61.76987

0.0001

**

X2

8.020013

1

8.020013

3.378474

0.1087

 

X3

50.4008

1

50.4008

21.23161

0.0025

**

X1X2

0.0064

1

0.0064

0.002696

0.9600

 

X1X3

6.477025

1

6.477025

2.728482

0.1426

 

X2X3

0.000625

1

0.000625

0.000263

0.9875

 

X12

1.248338

1

1.248338

0.525869

0.4919

 

X22

0.006906

1

0.006906

0.002909

0.9585

 

X32

0.258964

1

0.258964

0.10909

0.7508

 

残差

16.617

7

2.373856

 

 

 

合计

229.6086

16

 

 

 

 

 

注:*.差异显著,P<0.05;**.差异极显著,P<0.01。下同。

 

应用Design Expert 7.0软件对表2中的数据进行分析,获得回归模型为:Y1=68.22+24.62X1-2.72X2-16.69X3-0.67X1X2+28.28X1X3-0.1X2X3-24.2X12+0.25X22+2.76X32;Y2=6771.66+9180.92X1-1009.5X2-3085.07X3-2670.46X1X2-2567.89X1X3+95.25X2X3-12655.83X12+1484.15X22+3688.90X32。

经显著性检验,回归模型显著(R12为0.9276,R22为0.8966),说明响应值L*的92.76%和脆性的89.66%是由于所选变量引起,响应值实际值与预测值之间具有较好的拟合相关性。可以利用该回归方程确定最佳护色剂保脆剂组合。

表 4 脆性回归方程模型方差分析及其系数的显著性检验

Table 4 Analysis of variance for the fitted quadratic model of fracturability and significance test of its regression coefficients

变异来源

平方和

自由度

方差

F

P

显著性

回归模型

2262457

9

251384.1

6.972421

0.0090

**

X1

87765.84

1

87765.84

2.434285

0.1627

 

X2

988242.3

1

988242.3

27.41002

0.0012

**

X3

19950.03

1

19950.03

0.553337

0.4812

 

X1X2

102691.4

1

102691.4

2.848262

0.1353

 

X1X3

53411.83

1

53411.83

1.481438

0.2630

 

X2X3

522.5796

1

522.5796

0.014494

0.9076

 

X12

341415.3

1

341415.3

9.469538

0.0179

*

X22

237427.5

1

237427.5

6.58532

0.0372

*

X32

464104.5

1

464104.5

12.87246

0.0089

**

残差

252378.4

7

36054.06

 

 

 

合计

2514835

16

 

 

 

 

 

 

对模型中的回归系数进行显著性检验可以看出(表3、4),一次项中L-半胱氨酸和乳酸钙对L*有极显著的影响(P<0.01),抗坏血酸钙对脆性有极显著的影响(P<0.01);交互作用均不明显;二次项中乳酸钙对脆性有极显著的影响(P<0.01)。

同时考量L*值和脆性,分别对方程各自变量求极值,得到极值点为X1=0.29,X2=1.2,X3=0.2,即0.29 g/100 mL L-半胱氨酸、1.2 g/100 mL抗坏血酸钙和0.2 g/100 mL乳酸钙复配时,L*和脆性均较优。在此最优条件下,预测L*值为68.58,脆性为7770.69g。

表 5 验证实验及结果

Table 5 Results of validatory experiments

处理

L-半胱氨

酸质量浓度/(g/100 mL)

抗坏血酸

钙质量浓度/(g/100 mL)

乳酸钙

质量浓度/(g/100 mL)

L*

 

脆性/g

预测值

实测值

 

预测值

实测值

最优组合

0.29

1.2

0.2

68.58

67.85±0.32a

 

7770.69

8439.11±256.83a

随机组合1

0.1

1.0

0.5

61.62

57.61±0.49c

 

7069.72

7274.22±708.11b

随机组合2

0.2

0.6

0.4

66.56

65.02±1.28b

 

6883.37

8441.06±521.19a

 

 

由表5可知,最优组合的L*和脆性在数值上高于随机组合。随机组合1的L*和脆性均最低,此复配物护色保脆效果差。随机组合2保脆效果好,与最优组合无显著性差异(P>0.05),但护色效果不佳。验证实验结果进一步证明结果是可靠的。

2.3 护色、保脆复配物对鲜切牛蒡贮藏期间品质及酶促褐变的影响

2.3.1 复配物处理对鲜切牛蒡品质的影响

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图 3 鲜切牛蒡4 ℃贮藏期间L*(A)和脆性(B)的变化

Fig.3 Changes in L* (A) and fracturability (B) of Arctium lappa L. during storage at 4 ℃

由图3A可知,随着贮藏时间的延长,鲜切牛蒡L*值平缓下降,褐变逐渐严重。由于半胱氨酸与醌的反应以及Ca2+的抑酶作用,复配物在贮藏前期能够有效抑制褐变,使鲜切牛蒡保持一定的亮度。特别是刚浸泡完复配物后,该组亮度高达(75.73±0.72),显著高于对照
P<0.05)。贮藏5d以后,经复配物处理后的鲜切牛蒡与对照在亮度上无显著差异。

如图3B经复配物溶液浸泡,鲜切牛蒡的脆性明显提高,达到(8966±230)g,但后期逐渐丧失保持脆性的优势,与对照趋势一致,无明显差异。经过20d贮藏,鲜切牛蒡脆性的平均下降幅度达15%。

2.3.2 复配物处理对鲜切牛蒡MDA含量的影响

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图 4 鲜切牛蒡4 ℃贮藏期间MDA含量的变化

Fig.4 Changes in MDA content of Arctium lappa L. during storage at 4 ℃

由图4可知,对照的MDA在贮藏第10天出现峰值(1.42±0.11)nmol/g,是复配物处理组的1.7倍。由于贮藏后期抗氧化酶系活力的增强,且对照酶的活力高于复配物组,对照MDA含量降低,与复配物组无显著差异。复配物处理后,MDA含量在贮藏前10d维持在0.8nmol/g的较低水平,后期呈缓慢上升趋势。

2.3.3 复配物处理对鲜切牛蒡总酚含量和PAL活性的影响

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图 5 复配物对鲜切牛蒡4 ℃贮藏期间总酚含量(A)及
PAL活力(B)的影响

Fig.5 Effects of treatment with the optimal blend on total phenols content (A) and PAL activity (B) in Arctium lappa L. during storage at 4 ℃

由图5A可知,贮藏前10d,复配物处理后的鲜切牛蒡总酚含量维持在0.7mg/g,后期平稳下降。对照贮藏10d后总酚含量下降30%,后期呈稳定趋势,保持在0.5mg/g左右。总体而言,复配物组高于对照,贮藏5~20d期间均有显著差异(P<0.05)。

复配物组的PAL活力先迅速升高,在贮藏10d时达到峰值(5151±1643)U/g后下降(图5B)。对照亦是先上升后下降的趋势,峰值从10d开始出现,15d和20d的PAL活力维持在3000U/g左右。鲜切牛蒡浸泡复配物后,PAL被激活,5d和10d的PAL活力分别是对照的2.4和1.5倍。

2.3.4 复配物处理对鲜切牛蒡PPO及POD活力的影响

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图 6 复配物对鲜切牛蒡4 ℃贮藏期间PPO(A)及
POD活力(B)的影响

Fig.6 Effects of treatment with the optimal blend on the activities of PPO (A) and POD (B) in Arctium lappa L. during storage at 4 ℃

由图6A可知,在整个贮藏期间,两组鲜切牛蒡的PPO活力均显著上升,该研究结果与诸永志等[17]的报道一致。复配物组始终低于对照,在5、10d和20d有显著性差异,比对照降低4%~8%。

如图6B所示,POD活力的变化趋势与PPO一致,两者呈极显著正相关(r=0.963,P<0.01)。经复配物处理,POD活力始终低于对照,在5d和10d有显著性差异。在贮藏5d时,复配物对POD活力的抑制率最高,达到38%。贮藏后期,复配物抑制POD的幅度逐渐变小。

3 讨论与结论

目前,根茎类蔬菜保鲜剂主要通过螯合PPO辅基Cu2+[18]、改变酶作用的酸碱环境[19]而降低酶活力,或促使酚类物质结构发生改变、与酚类物质结合[15]以减少褐变底物从而抑制褐变。本研究选择常用的果蔬保鲜剂应用于鲜切牛蒡保鲜,研究显示,植酸钠和氯化钠对于山药[9]、马铃薯[20]及苹果[21]等果蔬保鲜效果较好,而抑制牛蒡褐变效果不佳,可能由于果蔬品种及组织结构存在差异所致。慕鸿雁等[22]发现1.0%柠檬酸能抑制牛蒡丝褐变,而本研究中柠檬酸对于鲜切牛蒡片褐变无抑制效果,这可能与牛蒡加工形态有关,在料液比相同的情况下,牛蒡丝与溶液的接触面积比牛蒡片及牛蒡段大,离子进入细胞的效率更高,护色效果更好。本研究中L-半胱氨酸能显著抑制牛蒡褐变,这与马铃薯[23]和铁棍山药[9]保鲜结果一致,同时,L-半胱氨酸作为天然营养成分,其作为保鲜剂成分安全性高。

果蔬在成熟老化过程中,一些能水解果胶物质和纤维素的果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶活力增加[11],其水解作用使中胶层溶解,纤维分解,细胞壁发生明显变化,结构松散并失去黏结性,果胶结构的变化导致果蔬质地变软,脆性降低。而钙盐能在一定程度上抑制果胶甲酯酶等水解酶的活力[24-25],同时与果胶甲酯酶水解产生的果胶酸羟基基团结合,维持细胞壁结构[26],这可能是贮藏前期复配物处理组的MDA含量低于对照的原因之一。因此,尽管本研究的单因素试验中抗坏血酸钙和乳酸钙对鲜切牛蒡褐变无显著抑制效果,但考虑到其能显著增加鲜切牛蒡脆性并降低鲜切牛蒡膜脂过氧化有利于鲜切牛蒡保鲜,选择L-半胱氨酸、抗坏血酸钙和乳酸钙作为鲜切牛蒡护色保脆复配物成分。

色泽和脆性作为感官指标,是果蔬内部生理生化变化和外部环境共同作用下的表征。鲜切牛蒡段经浸泡后自然晾干,一部分化合物进入其细胞内部,影响牛蒡生理生化变化,另一部分化合物则覆在鲜切牛蒡表面。L-半胱氨酸易氧化,后期螯合鲜切牛蒡表面醌的能力下降。覆在鲜切牛蒡表面的氨基酸和无机盐更易遭受微生物污染,发生其他变化。复配物处理后,鲜切牛蒡感官品质指标与生理生化指标相关性不大,说明酶促褐变不是鲜切牛蒡表面褐变的唯一原因[27]。

目前,已有研究将护色、保鲜剂与涂膜基质复合处理番荔枝[28]和莲藕[29],效果优于单一处理。将不同的物理化学方法组合使用有利于规避各自缺陷,进一步巩固护色保脆保鲜效果。可食性涂膜剂处理可在果实表层形成一层透明薄膜,具有一定的气调作用,阻止鲜切果蔬表面与空气接触[3]。本研究的护色保脆剂中添加可食性涂膜剂,是否有利于延长护色保脆效果,这有待于进一步的实验研究加以证实。

本研究优化得到鲜切牛蒡护色与保脆复配物由0.29 g/100 mL L-半胱氨酸、1.2 g/100 mL抗坏血酸钙和0.2 g/100 mL乳酸钙组成。复配物有降低鲜切牛蒡PPOPOD活力的作用,在贮藏前期的10d内能维持低水平的MDA,有利于延缓褐变,但同时也激活了PAL,导致总酚含量高于对照。经复配物处理的鲜切牛蒡在贮藏前期5d内能较好地保持其色泽与脆性。

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收稿日期:2013-04-13

基金项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD);江苏省苏北科技发展计划项目(BN2012037)

作者简介:张婷(1989—),女,硕士研究生,研究方向为农产品贮藏加工。E-mail:zt09070314@sina.com

*通信作者:顾振新(1956—),男,教授,博士,研究方向为农产品贮藏加工及原料品质。E-mail:guzx@njau.edu.cn