壳聚糖涂膜藕带褐变的隔氧控制

李 珊，朱 毅，傅达奇，朱本忠，郝 睿，罗云波*

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

摘 要：藕带在贮藏过程中极易发生酶促褐变，对氧气的敏感度很高。以藕带为实验材料，经过壳聚糖涂膜后的藕带，分别用充氮和真空包装隔氧，然后低温贮藏，观察测定藕带褐变情况。结果表明：经预处理的藕带，用2g/100mL壳聚糖涂膜，保鲜膜包裹后真空包装，置于0～5℃条件环境中冷藏，藕带品质保持良好，至少长达2个月；贮藏过程中藕带褐变是品质控制的关键因素；贮藏期间，藕带总酚含量下降，多酚氧化酶(PPO)活性下降但没有完全失活；藕带相对电导率上升，细胞膜透性增强，与褐变具有一定相关性。涂膜藕带真空包装比充氮贮藏具有更好的效果。

关键词：藕带；壳聚糖涂膜；褐变；隔氧

Effect of Chitosan Coating Combined with Oxygen-Free Packaging on Enzymatic Browning during

Cold Storage of Young Lotus Rhizomes

LI Shan，ZHU Yi，FU Da-qi，ZHU Ben-zhong，HAO Rui，LUO Yun-bo*

(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

Abstract：Young rhizomes of lotus are extremely vulnerable to enzymatic browning and highly sensitive to oxygen. Lotus rhizomes coated with chitosan were packaged in vacuum or nitrogen gas under oxygen-free conditions and then stored at low temperatures. The degree of browning in lotus rhizomes was observed during the storage. The quality of samples subjected to pretreatment, 2 g/100 mL chitosan coating, cling film wrapping and vacuum packaging remained good for at least 2 months at 0–5 ℃. Enzymatic browning was a critical determinant for quality control of lotus rhizomes during storage. Furthermore, the content of total phenolic compounds declined, PPO activity was inhibited but not completely inactivated, relative conductivity rose, and cell membrane permeability was enhanced. All these indicators were correlated with enzymatic browning. Vacuum packaging was more effective than nitrogen gas packaging.
Key words：lotus rhizomes；chitosan coating；browning；oxygen-free environment

中图分类号：S379.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)20-0291-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201320061

藕带(Lotus sprout)又名藕鞭、藕梁、藕苫、藕肠子，是荷的地下茎，横生于泥中，并不断的分支蔓延。这种地下茎在生长前期白嫩细长，即为藕带。新鲜的藕带有较好的脆性，风味佳，营养丰富，但在贮藏中极易褐变和变软[1]。

莲藕在贮藏期间发生的各种生理变化中，以组织褐变尤为严重[2]。研究证实，果蔬的褐变以酶促褐变为主[3]，涉及褐变底物、催化底物的酶类和氧等方面。关于果蔬褐变的大部分研究中，已证实酚类物质是酶促褐变的底物[4]。郁志芳等[5]认为儿茶酚是鲜切莲藕的主要褐变底物，王清彰等[6]认为莲藕中多酚氧化酶的最适底物为没食子酸；莲藕褐变的原因是组织中酚类物质在多酚氧化酶作用下变成黑色素[7]；大量研究表明，低O2或高CO2是伤害及其他因素所引起的生理失调代谢过程中产生的活性氧才是酶促氧化的需氧条件[8]。

目前藕带的贮藏方式主要为保鲜液浸泡[9-10]、冻结或冰温贮藏、直接充氮或真空包装贮藏[11]。保鲜液浸泡让藕带一直处于护色剂环境中，能够较好地保持藕带的色泽，但是藕带长时间浸泡在液体环境中，可能会造成营养成分大量溶出；冻结贮藏并不能有效抑制藕带的褐变；由于藕带的冰点为－0.8℃[11]，冰点调节剂的选用影响因素较多，涉及的问题复杂；直接充氮和真空包装，不能有效地抑制褐变。因此，借鉴保鲜液浸泡藕带保持色泽的贮藏思路，提出新的贮藏方法具有必要性。有研究[12-14]表明，壳聚糖具有成膜性、抗菌活性和诱导防御作用，广泛应用于果蔬。

本实验以藕带为研究对象，研究壳聚糖涂膜、保鲜膜包裹后，分别用充氮和真空包装隔氧，低温贮藏，对比充氮和真空包装不同隔氧方式对藕带酶促褐变的抑制效果，以及其机理性研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜藕带购自武汉白沙洲批发大市场；壳聚糖(乙酰度均为80.0%～95.0%)。

1.2 仪器与设备

CT3.10K.230质构仪 美国Brookfield公司；WSC-S型全自动色差仪、UV-2012PCS型紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；DDS-307型电导率仪 上海雷磁仪器公司；DZ400-ZD真空包装机 北京恺欣世纪科技发展有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料选择→洗净、切分→次氯酸钠溶液浸泡灭菌→漂洗、沥干→保鲜液处理→壳聚糖涂膜→沥干→保鲜膜包裹→充氮贮藏或真空包装→冷藏

1.3.2 操作要点

原料选择：新鲜、无损伤且粗细较均匀的藕带；切分：切成约8～10cm长的段状。

保鲜液处理：处理方式为真空渗透15～20min；保鲜液的成分为：0.2g/100mL VC＋0.6g/100mL植酸＋0.2g/100mL柠檬酸＋1g/100mL氯化钙；壳聚糖涂膜：壳聚糖的溶解，壳聚糖与柠檬酸质量比为1:1.2～1:1.5，壳聚糖涂膜液质量浓度分别为1、2g/100mL，涂膜液中溶解1g/100mL氯化钙。涂膜液浸泡要完全；沥干：涂膜后沥干至表面无滴落的液体，并且使藕带的气孔内无过多的液体；保鲜膜包裹：涂膜后的藕带段，每5～6根并排放置，用保鲜膜包裹，注意包裹要适度紧致，减少膜内残留的空气量；充氮贮藏或真空包装：充氮贮藏：选用密封箱，箱盖上有出气口和排气口，长管进短管出，连续通入氮气15min，以排净箱体内的空气，创造高氮气环境，间隔2d换气1次，以保证箱内氮气浓度，进行充氮贮藏；真空包装：参数分别是抽真空时间20s，加热时间5s，加热温度选高温档；充氮包装：参数分别为抽真空时间20s，加热时间5s，加热温度是高温档，充气时间8s。

分组：分为保鲜液处理和未保鲜液处理后涂膜两大组，设置完全未处理的空白对照和保鲜膜包裹对照，共8组，分别为1组：空白对照组、2组：保鲜膜对照组、3组：1g/100mL涂膜后保鲜膜包裹处理组、4组：2g/100mL涂膜后保鲜膜包裹处理组、5组：保鲜液对照组、6组：保鲜液处理后保鲜膜包裹对照组、7组：保鲜液处理后1g/100mL涂膜、保鲜膜包裹处理组、8组：保鲜液处理后2g/100mL涂膜、保鲜膜包裹处理组。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 质构测定

采用质构仪测定藕带的硬度、脆度变化，测试类型：压缩；测定目标距离：6.0mm；测试参数：触发点负载：7g；测试速率：2mm/s；返回测试速率；探头：P/6；循环次数：1次。

1.3.3.2 色度的测定

采用WSC-S型全自动测色色差计测定藕带的颜色，采用Hunter系统中的参数L*来表示，L*称为明度指数，L*=0表示黑色，L*=100表示白色，L*值越小，表示颜色的色度越低，褐变越严重；L*值大，表示藕带色泽好。

1.3.3.3 PPO活性的测定

参照文献[15]的方法并加以改进，藕带取5g，加入20mL的0.1mol/L、pH6.0磷酸缓冲液，冰浴匀浆；在4℃、10000r/min离心30min；上清液为粗酶提取液。

将1.5mL的pH6.0磷酸缓冲液、1.0mL的0.1mol/L邻苯二酚溶液、粗酶0.5mL混匀后，420nm波长处比色，测10min，ΔA 0.001为一个酶活力单位，单位为U/(min•mL)。

1.3.3.4 多酚含量的测定

参照文献[16]的方法并加以改进，藕带取50g，用100mL 40%酒精覆盖保鲜膜浸提4h，过滤，4000r/min离心10min，定容至100mL，取4mL定容至100mL。

取2mL提取液，加入3mL 0.2mol/L福林酚溶液，室温条件下反应7～8min后，加入3mL 10%碳酸钠溶液，反应1h。测765nm波长处吸光度。多酚含量的计算参照文献[16]。

1.3.3.5 相对电导率的测定

参照Kaya等[17]的方法采用电导率仪测定。精确称取5g样品将样品切成约3mm厚的薄片，先放在50mL双蒸水中浸泡1h，去除表面污垢，用吸水纸吸干表面水分，再浸入50mL双蒸水中，3h后测电导率(L1)。测完后，烧杯上覆盖保鲜膜，将浸有藕带的双蒸水煮沸15min，冷却，测其电导率(L2)。煮沸前的电导率(L1)和煮沸后的电导率(L2)的比值作为相对电导率，即：Le=L1/L2×100。

1.3.3.6 光镜切片制作及观察[18]

切片前在培养皿中盛适量清水，用刀片横切藕带，切片要薄、平而完整，用镊子轻轻将薄片移入盛清水的培养皿中，用镊子在培养皿中挑选薄而透明、完整的切片放在载玻片上，用滴管滴1～2滴1%番红溶液染色，取干净盖玻片盖上，做成临时装片，在光学显微镜下观察、拍照。

2 结果与分析

2.1 不同处理后充氮贮藏效果对比

图 1 不同处理组色度值对比

Fig.1 Chroma values of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in nitrogen gas environment

表 1 8组样品色度值描述性统计指标

Table 1 Descriptive statistical indicators for chroma values of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in nitrogen gas environment

注：均值的95%置信区间。下同。

表 2 8组样品色度值的方差分析表

Table 2 Variance analysis for chroma values of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in nitrogen gas environment

表 3 8组样品色度值的两两比较(SNK法，α=0.01)

Table 3 Pairwise comparison of chroma values of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in nitrogen gas environment

注：α=0.05的自己子集；将显示同类子集中的组均值。a.将使用调和均值样本大小= 4.211；b.组大小不相等，将使用组大小的调和均值，将不保证Ⅰ类错误级别。

由表1不同样品色度值描述性统计指标和表2方差分析统计结果可知，F=13.766，P=0.000＜0.01，8组样品的色度值存在极显著的差异，故需要进行多重比较。表3按α=0.05水准，将无显著差异的均数归为一类。

由图1可以看出，经过真空渗透保鲜液的处理组，贮藏1周后，色度值分别比未经过真空渗透保鲜液相对应的处理组低。由此可见，真空渗透保鲜液并不利于藕带的充氮贮藏，可能是因为真空渗透保鲜液虽然强化了护色效果，但是破坏了藕带组织表皮，促进褐变。但如图1所示，8组样品处理后充氮贮藏，贮藏效果不佳，可能是保鲜膜内残留的少量氧气导致褐变，或是充氮贮藏不能有效地解决藕带贮藏过程中的品质劣变问题。

2.2 不同处理后真空包装效果对比

图 2 不同处理组的脆度值

Fig.2 Brittleness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

图 3 不同处理组的硬度值

Fig.3 Hardness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

由表4不同处理组硬度和硬度值描述性统计指标及表5方差分析统计结果可知，脆度值测定F=3.119，P=0.008＜0.01，硬度值测定F=3.699，P=0.003＜0.01，8组样品的脆度、硬度值存在极显著的差异，故需要进行多重比较。表6按α=0.05水准，将无显著差异的均数归为一类。

由图2和表6可以看出，8组样品贮藏第5天脆度值相比较不明显。由图3和表7可以看出，8组样品贮藏第5天，经过真空渗透保鲜液的处理组硬度值未经过真空渗透保鲜液的处理组分别比经过真空渗透保鲜液相对应的处理组低。在真空包装贮藏过程中，真空渗透保鲜液相对不利于阻止藕带品质劣变，硬度值变化表现较明显。

表 4 不同处理组脆度、硬度值描述性统计指标

Table 4 Descriptive statistical indicators for brittleness and hardness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

表 5 8组样品脆度、硬度值的方差分析表

Table 5 Variance analysis for brittleness and hardness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

表 6 8组样品脆度值的两两比较(SNK法，α=0.01)

Table 6 Pairwise comparison of brittleness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

注：a.将使用调和均值样本大小= 7.302；b.组大小不相等。将使用组大小的调和均值，将不保证Ⅰ类错误级别。

表 7 8组样品硬度值的两两比较(SNK法，α=0.01)

Table 7 Pairwise comparison of hardness of lotus rhizomes from 8 different groups after storage in vacuum environment

注：a.将使用调和均值样本大小= 7.302。

由图4可以看出，壳聚糖涂膜保鲜协同真空包装在低温贮藏的条件下，能很好地保持藕带的色泽，有效地阻止褐变；其中，2g/100mL的壳聚糖涂膜效果更好。综上所述，经过真空渗透保鲜液，用2g/100mL壳聚糖涂膜、包裹保鲜膜、真空包装冷藏是藕带贮藏的最佳处理方式，贮藏期超过2个月，与未经过真空渗透保鲜液的处理方式对比，当贮藏期超过40d时，经过真空渗透保鲜液处理的藕带，具有更优良的色泽。

图 4 未加入保鲜液(a)和真空渗透保鲜液(b)处理的色度值对比

Fig.4 Chroma values of lotus rhizomes from 8 different groups as a function of storage time in vacuum environment

2.3 涂膜藕带的4种包装方式在贮藏过程中的品质劣变机理

对比未处理、2g/100mL涂膜＋普通包装、2g/100mL涂膜＋充氮包装、2g/100mL涂膜＋真空包装4组在贮藏期的品质变化情况。

图 5 不同处理组藕带的色度值变化情况

Fig.5 Comparative analysis of chroma values of lotus rhizomes with chitosan coating and cling film wrapping as a function of storage time in air, nitrogen gas and vacuum

从图5可以看出，真空包装处理组能较好地保持色泽，其他3组处理随着贮藏时间延长，藕带色泽不同程度地下降。充氮处理组的藕带色泽下降速度相对较慢，但是贮藏期不到1个月，藕带的色泽并不能满足要求。未处理对照组贮藏不到20d，藕带被微生物污染以致品质劣变，可以看出，壳聚糖涂膜具有一定的抑菌作用。壳聚糖涂膜有利于藕带色泽的保持，有利于藕带在贮藏期内品质的保持。

图 6 贮藏期间藕带总酚含量的变化

Fig.6 Comparative analysis of total phenolic content of lotus rhizomes with chitosan coating and cling film wrapping as a function of storage time in air, nitrogen gas and vacuum

从图6可以看出，在贮藏期间，藕带的总酚含量处于下降的趋势。多酚类物质不稳定，可能随着贮藏时间延长，组织破坏，导致多酚类物质溶出；多酚物质也是酶促褐变的底物，藕带在贮藏期发生一定程度的褐变，可能也是造成多酚类物质含量下降的原因之一。随着贮藏期延长，真空包装的处理组藕带多酚含量的下降速度相对较慢一些，说明真空处理组的相对优越性。

图 7 藕带贮藏期间PPO酶活性的变化

Fig.7 Comparative analysis of PPO activity of lotus rhizomes with chitosan coating and cling film wrapping as a function of storage time in air, nitrogen gas and vacuum

从图7可以看出，冷藏初期，藕带中PPO酶的活性迅速下降，未处理组的酶活性明显高于其他3种处理组，各种处理组之间酶活性下降的程度差异并不明显，但是酶活性并没有完全消失。随着贮藏时间的延长，酶活性具有一定的波动性。可能是溶解壳聚糖时加入的柠檬酸产生的酸性环境，初期抑制了酶活性，柠檬酸含量会随着时间延长而减少；另外，随着贮藏时间延长，组织完整性降低，可能有部分细胞组织内物质溶出，促使酶与活性物质接触，促使酶活性升高，整体呈现出波动的变化情况。

果实的衰老与细胞膜透性的增加有关，细胞内的膜结构破坏，则透性增加，组织的相对渗透率增大，相对渗透率用相对电导率表示。相对电导率能一定程度反映细胞膜的完整性。从图8可以看出，随着贮藏时间延长，藕带的相对电导率整体呈上升趋势。贮藏前期，3种处理组相对于对照组的藕带电导率上升较明显，可能涂膜处理一定程度造成了对藕带膜结构的破坏。真空包装处理组的电导率上升程度最高，可能是负压环境，更不利于膜结构的维持。

图 8 藕带贮藏期间相对电导率的变化

Fig.8 Comparative analysis of relative conductivity of lotus rhizomes with chitosan coating and cling film wrapping as a function of storage time in air, nitrogen gas and vacuum

A

B

C

D

A.未处理对照组(×40)；B.涂膜后普通包装组(×40)；

C.涂膜后充氮包装组(×40)；D.涂膜后真空包装组(×40)。

图 9 不同处理组贮藏期藕带细胞结构

Fig.9 Comparative observation of cell structure of lotus rhizomes from 8 different groups

从图9可以看出，贮藏半个月后，涂膜后普通包装组和充氮包装组细胞的结构完整性较高，未处理的对照组藕带组织有破损，真空包装处理组的藕带组织破损情况最明显，可能是真空包装造成的负压环境，不利于藕带细胞结构完整性的维持。

3 结 论

经过壳聚糖涂膜后的藕带，分别用充氮和真空包装隔氧，然后低温贮藏，对比得出藕带贮藏过程中的最佳隔氧抑制褐变的工艺为：经预处理的藕带，用2g/100mL壳聚糖涂膜，保鲜膜适度紧致的包裹后，真空包装，置于0～5℃环境中冷藏，2个月能保持良好的品质特性。壳聚糖涂膜藕带，真空包装比充氮贮藏具有更好的效果；贮藏过程中藕带褐变是品质控制的关键因素；贮藏期间，藕带总酚含量下降，PPO酶活性下降但没有完全失活；藕带相对电导率上升，细胞膜透性增强，与褐变具有一定相关性。壳聚糖是一种无毒、可生物降解的β-(1-4)-2-氨基-D-葡萄糖[19]。壳聚糖能够减缓果蔬的呼吸，延缓褐变，提高果蔬的品质[20]。壳聚糖涂膜保鲜既有利于藕带品质的保持，具有一定的抑菌作用[21-22]；涂膜后用保鲜膜包裹，既有利于保持藕带表层的壳聚糖，一定程度上缓和了真空负压环境对高含水量藕带组织的破坏性。

藕带在壳聚糖涂膜前，可以用真空渗透的方式加入保鲜液。贮藏期超过40d，经过渗透保鲜液的藕带，具有更好的色泽。壳聚糖涂膜后的藕带、保鲜膜包裹、真空包装，能够有效抑制褐变，保持藕带在贮藏期间的品质，是一种有效解决藕带贮藏问题的方法。

参考文献：

[1] 刘玉蝶, 张长峰, 高梦祥, 等. 藕鞭褐变与软化的控制及其机理的研究[J]. 食品科技, 2007(5): 95-98.

[2] 王璋. 食品酶学[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 1990: 236-251.

[3] 鞠志国, 朱广廉. 水果贮藏期间的组织褐变问题[J]. 植物生理学通讯, 1988(4): 48-50.

[4] 林河通, 席玙芳, 陈绍军. 果实贮藏期间的酶促褐变[J]. 福州大学学报: 自然科学版, 2002(30): 696-703.

[5] 郁志芳, 赵友兴, 李宁, 等. 鲜切莲藕酶促褐变底物的分析确定[J]. 食品科学, 2002, 23(4): 41-44.

[6] 王清彰, 彭光华, 金悠, 等. 莲藕中酚类物质的提取分析及酶促褐变底物的研究[J]. 分析科学学报, 2004(1): 38-40.

[7] 仇立亚. 莲藕褐变生理及加工关键技术的研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2008.

[8] 邱栋梁. 果实褐变研究进展[J]. 福建果树, 1997(2): 35-38.

[9] 关键, 陈学玲, 薛淑静, 等. 保鲜剂包鲜藕带的研究[J]. 湖北农业科学, 2011(15): 3142-3147.

[10] 关健, 何建军, 张世敢, 等. 一种藕带保鲜剂及用其保鲜藕带的方法: 中国, CN101889608A[P]. 2010-11-24.

[11] 李余霞. 藕带的低温贮藏保险研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2011.

[12] Kanatt S R, Chander R, Sharma A. Chitosan and mint mixture: a new preservative for meat and meat products[J]. Food Chemistry, 2008, 107(2): 845-852.

[13] Fisk C L, Silver A M, Strik B C, et al. Postharvest quality of hardy kiwifruit (Actinidia arguta ‘Ananasnaya’) associated with packaging and storage conditions[J]. Postharvest Biology and Technology, 2008, 47(3): 338-345.

[14] Badawv M E I, Rabea E I. Potential of the biopolymer chitosan with different molecular weights to control postharvest gray mold of tomato fruit[J]. Postharvest Biology and Technology, 2009, 51(1): 110-117.

[15] 荣保华. 藕带多酚氧化酶性质及藕带保鲜初步研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2010.

[16] 严守雷. 莲藕多酚提取分离鉴定及生物活性研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2003.

[17] Kaya C, Kirnak H, Higgs D, et al. Supplementary calcium enhances plant growth and fruit yield in strawberry cultivars grown at high (NaCl) salinity[J]. Scientia Horticulturae, 2002, 93(1): 65-74.

[18] 李余霞, 王清彰, 李洁, 等. 速冻藕带烫漂工艺研究[J]. 北方园艺, 2011(14): 158-161.

[19] Devlieghere F, Vermeulen A, Debevere J. Chitosan: antimicrobial activity, interactions with food components and applicability as a coating on fruit and vegetables[J]. Food Microbiology, 2004, 21(6): 703-714.

[20] Rojas-Graü M A, Tapia M S, Martín-Bellosoa O. Using polysaccharide-based edible coatings to maintain quality of fresh-cut Fuji apples[J]. LWT-Food Science and Technology, 2008, 41(1): 139-147.

[21] 冯小强, 李小芳, 杨声, 等. 壳聚糖对细菌细胞膜的影响[J]. 食品科学, 2009, 30(7): 63-67.

[22] Jumaa M, Furkert F H, Muller B W. A new lipid emulsion formulation with high antimicrobial efficacy using chitosan[J]. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2002, 53(1): 115-123.