固载二氧化氯对最小加工竹笋品质和生理的影响

罗自生,王 雪,王延圣

(浙江大学食品科学与营养系,浙江 杭州 310058)

摘 要:采用固体二氧化氯处理最小加工竹笋,于4 ℃贮藏12 d。以呼吸强度、颜色、硬度、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性、超氧阴离子自由基生成速率、总抗氧化能力和菌落总数等为指标,研究0.50 mg/L二氧化氯对最小加工竹笋品质和生理的影响。结果表明:用0.50 mg/L的二氧化氯处理,可降低最小加工竹笋呼吸强度,抑制竹笋贮藏期 间硬度的上升;延缓PAL、PPO活性的增加;提高CAT、APX和GR的活性,降低超氧阴离子自由基的生成速率,提高总抗氧化能力。

关键词:最小加工竹笋;固载二氧化氯;褐变;抗氧化酶

随着生活节奏的加快,生活水平的不断提高,人们对果蔬的消费形式发生了很大的变化。最小加工果蔬在消费者购买前已经过简单的分级、整理、清洗,食用和烹饪起来较为方便,越来越受到消费者的青睐,市场前景广阔 [1]。但由于最小化加工对果蔬易造成机械损伤,更易引起果蔬表面微生物的滋生和繁殖,导致其更易发生褐变、老化等品质变化,安全性下降。

二氧化氯(chlorine dioxide,ClO 2)是目前公认的性能优良的杀菌剂,被联合国卫生组织列为A1级安全消毒剂。二氧化氯主要存在固、液两种形式。其中稳定性二氧化氯溶液是将二氧化氯气体吸收在含有特殊稳定剂的水溶液中 [2],使用过程中需经活化剂活化,通常为一种酸或几种酸,但是活化过程可能造成二次污染与资源浪费 [2-3]。固态稳定性二氧化氯产品以固态形式存在,便于携带且活化性高,在常温条件下即可使用,无需专门设备和场地,因而应用前景更大 [4]。二氧化氯的分子特点是氯原子以2 个配位键与2 个氧原子结合,外层还存在一个未成对的电子,具有很强的氧化作用。这种分子结构使得二氧化氯可以阻止蛋氨酸生成乙烯,破坏已生成的乙烯,延缓果蔬老化与腐烂 [5],研究 [6]表明二氧化氯处理可抑制香蕉内源乙烯的产生,推迟呼吸跃变高峰,降低呼吸强度。除此之外,二氧化氯可将多酚氧化酶的底物儿茶酚、绿原酸等酚类物质氧化,与酶蛋白中的氨基酸反应,使得多酚氧化酶失活或活性受到抑制 [5],抑制酶促褐变,控制酚类物质的累积 [7],从而减轻鲜切果蔬的褐变程度。实验表明二氧化氯处理的鲜切藕片在4 ℃条件下一周时间内仍可保持最佳的感官品质 [8],有效控制了藕片的褐变 [9]。二氧化氯可显著减少采后水果的病原菌 [10],有效抑制微生物的生长 [11],显著延长保质期 [12-13]

竹笋富含丰富的氨基酸和矿物质,口感清脆。但竹笋采后容易老化,常温条件下2~3 d即失去食用价值 [14]。最小加工竹笋不仅可以满足消费者快节奏生活的需要,而且还可以将笋壳和老蔸等厨余垃圾集中处理,减少城市垃圾污染。但在最小化加工中,去皮、切割等易引起竹笋机械损伤,导致褐变、老化等品质劣变,因此研究最小化加工竹笋的保鲜技术有重要意义。虽然二氧化氯在食品保鲜中的应用已经非常广泛,但是在最小加工竹笋保鲜上的应用不多。本研拟究探讨自制缓释型固载二氧化氯对最小化加工竹笋的保鲜效果,以期为最小加工竹笋保鲜提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

雷笋(Pyllostachys praecox f. preverynalis)采自浙江省临安市,采收后当天运至实验室。选择长度25~30 cm、直径6~10 cm、无病虫害和机械损伤的竹笋。

自制缓释固载二氧化氯保鲜剂:由主剂亚氯酸钠、固体酸化剂、吸湿剂和钝化剂组成,其中固体酸化剂为一水对甲苯磺酸,吸湿剂为无水硫酸钠,钝化剂为硅藻土。其中亚氯酸钠的质量分数为12.5%,固体酸化剂的质量分数为12.5%,吸湿剂的质量分数为37.5%,钝化剂的质量分数为37.5%。应用上述方法制成的成品为一元固体粉末状二氧化氯保鲜剂,本保鲜剂特点为无需2次混合,仅借助贮藏环境中的水分即可释放二氧化氯气体。

1.2 仪器与设备

TX-XT2i型质构仪 英国Stable Micro Systems公司;SP-6800型气相色谱仪 山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司;SP-722E型分光光度计 上海光谱仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 竹笋二氧化氯保鲜处理

将竹笋去壳,切除底部老蔸,随机分成2 组,每组15 支笋,装入体积为2 L的塑料袋并密封保存,每袋放5支竹笋,实验设3 个重复。在预备实验(0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mg/L)基础上,以在塑料袋封口处放置质量浓度为0.50 mg/L固体二氧化氯保鲜剂的竹笋为处理组,以未放置固体二氧化氯保鲜剂的竹笋为对照组。将2 组竹笋置于(4±1)℃条件下贮藏12 d,每隔3 d抽样测定各指标。

1.3.2 硬度的测定

硬度测定参照罗自生等 [14]方法,用TA-XT2i型质构仪测竹笋中部硬度,探头直径5 mm,测试深度3 mm,贯入速率1 mm/s,结果以kg/cm 2为单位,重复10 次取平均值。

1.3.3 呼吸强度的测定

呼吸测定参照罗自生等 [14]方法采用GXH-350型红外线CO 2分析仪测定,结果以mg CO 2/(mg·h)为单位。

1.3.4 颜色测定

颜色测定参照Wang Yansheng等 [15]的方法,采用CR-400型色差计测定果皮颜色,结果以L*、a*值表示。

1.3.5 苯丙氨酸解氨酶(phenylalamine ammonia lyase,PAL)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性的测定

PAL和PPO参照Wang Yansheng等 [15]的方法。取2.0 g竹笋果肉,置于研钵中,加入8.0 mL pH 8.8的50 mmol/L缓冲液冰浴研磨,于4 ℃、12 000 r/min离心20 min,收集上清液,用于PAL活性的测定。取一支试管加入0.2 mL酶液,2.0 mL pH 8.8的50 mmol/L硼酸缓冲液,1.0mL 0.02mol/L L-苯丙氨酸溶液,混合摇匀后立即于290 nm波长处测量体系吸光度,记为初始值,将上述液体于37 ℃保温1 h,再次于290 nm波长处测量吸光度,记为终止值,用每小时反应体系吸光度增加0.01为1个PAL活性单位(U),表示为U/mg pro。取2.0 g竹笋果肉,置于研钵中,加入8.0 mL的50 mmol/L磷酸缓冲液冰浴研磨,于4 ℃、12 000r/min离心20 min,收集上清液,用于PPO活性的测定。将2.0 mL pH 6.0的50 mmol/L磷酸缓冲液、1.0 mL 50 mmol/L邻苯二酚,加入到50 μL酶液中,于240 nm波长处测量体系吸光度,以用每分钟反应体系吸光度变化增加1时所需的酶量为1个活性单位(U),表示为U/mg pro。

1.3.6 抗氧化酶活性的测定

过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(asc orbate peroxidase,APX)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性测定参照Hu Lanying等 [16]的方法。

CAT活性测定:取2.0 g竹笋果肉,置于研钵中,加入8.0 mL pH 8.8的50 mmol/L缓冲液,在冰浴条件下研磨匀浆,于4 ℃、12 000 r/min离心10 min后,收集上清液。取100 μL上清液,加入1 700 μL pH 7.0的50 mmol/L缓冲液,200 μL 100 mmol/ L H 2O 2,摇匀后,于240 nm波长处测量体系吸光度,以每分钟吸光度变化值减少0.01所需的酶量为1 个过氧化氢活性单位(U),单位是U/mg pro。

APX活性测定:取2.0 g竹笋果肉,置于研钵中,加入8.0 mL pH 7.0的缓冲液,在冰浴条件下研磨匀浆,于4 ℃、12 000 r/min离心10 min,收集上清液,用于测量APX和GR活性。将200 μL上清液与1 500 μL pH 7.0的50 mmol/L缓冲液和200 μL 5 mmol/L的抗坏血酸钠溶液混合摇匀后,最后加入100 μL 20 mmol/L的H 2O 2启动酶促反应,于290 nm波长处测量体系吸光度,以每分钟反应体系吸光度减少1所需的酶量为1个酶活性单位(U),表示为U/mg pro。

GR活性测定:取100 μL上清液,加入1 700 μL pH 7.8的50 mmol/L的缓冲液,100 μL 10 mmol/L的氧化型谷胱甘肽,最后加入100 μL 2.4 mmol/L还原型辅酶Ⅱ启动酶促反应,摇匀后,于340 nm波长处测量体系吸光度,以每分钟反应体系吸光度减少0.01所需的酶量为1个酶活性单位(U),表示为U/mg pro。

1.3.7 超氧阴离子自由基(O 2 -·)的测定

O 2 -·的生成速率测定参照Hu Lanying等 [16]的方法。取2.0 g竹笋果肉,置于研钵中,加入8.0 mL pH 7.0的50 mmol/L的缓冲液,在冰浴条件下研磨匀浆,于4 ℃、12 000 r/min离心10 min,收集上清液进行测定。取1.0 mL上清液,加入1.0 mL 1.0 mmol/L盐酸羟胺、1.0 mL pH 7.0的50 mmol/L缓冲液,摇匀后于25 ℃保温1 h。取出后加入1.0 mL 17 mmol/L对氨基苯磺酸和1.0 mL 7 mmol/L α-萘胺,混匀后于25 ℃保温20 min进行显色反应,于530 nm波长处测吸体系光度,以每分钟每克果蔬鲜质量产生的O 2 -·物质的量作为O 2 -·的产生 速率,表示为nmol/(min·g)。

1.3.8 总抗氧化能力的测定

总抗氧化能力测定采用铁离子还原/抗氧化能力测定法(ferric reducing antioxidant potential,FRAP) [15]。取1.0 g竹笋果肉加入8.0 mL甲醇迅速冰浴研磨成匀浆后,黑暗条件下振荡提取15 h,于4 ℃、12 000 r/min离心20 min,取上清液用于总抗氧化能力的测定。取0.1 mL上清液,与4.9 mL FRAP试剂混匀,37 ℃水浴条件下反应10 min,在593 nm波长处测体系吸光度,结果以每克鲜质量中μmol trolox等价抗氧化效力表示。

1.3.9 微生物的测定

菌落总数的测定参照GB 4789.2—2010《食品微生物学检验:菌落总数测定》的方法 [17]

1.4 数据统计分析

采用DPS数据处理系统,在0.05水平进行最小显著差数法检测。用Origin 6.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 二氧化氯处理对竹笋硬度和颜色的影响

从图1A可知,在4 ℃贮藏的过程中,竹笋的硬度呈现上升趋势。最小加工竹笋通过去皮、切分等加工过程受到机械损伤,导致水分流失,木质素等物质合成,造成硬度增加,可食用部分减少 [14]。其中对照组第12天时硬度为第0天时的150.6%,而用二氧化氯处理竹笋可明显延缓硬度的增加,与对照组相比,在第12天时,固载二氧化氯处理组硬度为对照组的90.1%,两者间差异显著(P<0.05)。

图 1 二氧化氯处理对竹笋硬度(A)、L *值(B)和a *值(C)的影响
Fig.1 Effect of ClO 2on firmness (A), L* value (B) and a* value (C) of minimally processed bamboo shoots

竹笋采后去壳容易发生褐变等现象,与竹笋内部酚类物质积累和酶类活性增强有关。从图1B可知,最小加工竹笋的L*值随着贮藏时间的延长而呈下降趋势。其中,第12天时对照组L*值为第0天时的86.0%,两者间差异显著(P<0.05)。而用二氧化氯处理,减缓了最小加工竹笋L*值的下降幅度。第12天时,固载二氧化氯处理组L*值为对照组的108.3%,两者间差异显著(P<0.05)。从图1C可知,减缓a*值呈上升趋势,并且对照组的a*值始终大于处理组。Chen Zhao等 [18]用二氧化氯处理鲜切莴苣时,发现二氧化氯可以延缓L*值下降幅度,抑制a*值上升趋势,与本实验所得结果一致。

2.2 二氧化氯处理对呼吸强度的影响

图 2 二氧化氯处理对竹笋呼吸强度的影响
Fig.2 Effect of ClO 2on the respiration rate of minimally processed bamboo shoots

呼吸代谢是一个为植物生化过程提供能量的新陈代谢过程。包括有机物如糖类、有机酸、氨基酸、脂肪的分解,还包括能量、ATP等物质的生成 [19]。呼吸过程会消耗果蔬积累的有机养分,降低了果蔬的食用性和耐贮性。呼吸强度大,营养物质消耗快,会加速衰老,缩短贮藏寿命 [20]。最小加工果蔬组织和细胞完整性受到破坏,使果蔬组织呼吸速率显著加强,加快腐败变质的速度 [21]。从图2可知,竹笋的呼吸强度随着贮藏时间的延长而降低,二氧化氯处理可降低呼吸强度,第12天时,固载二氧化氯处理组竹笋的呼吸强度为对照组的52.0%,两者间差异显著(P<0.05)。Guo Qin等 [22]将二氧化氯应用于鲜切哈密瓜的保鲜上,发现经二氧化氯处理可降低哈密瓜的呼吸强度,与本实验结论一致。

2.3 二氧化氯处理对PAL和PPO活性的影响

图 3 二氧化氯处理对竹笋PAL(A)和PPO(B)活性的影响
Fig.3 Effect of ClO 2on the activities of PAL (A) and PPO (B) of minimally processed bamboo shoots

木质素是植物次生代谢产物,属于酚类化合物,PAL是植物木质素合成的关键酶,能催化苯丙氨酸转化成肉桂酸 [14]。有研究 [23]表明,切割等造成创伤的过程可以增加果蔬酚类代谢,PAL活性增强,使得酚类物质如绿原酸,香豆素等累积,PPO能氧化上述物质形成醌类化合物,醌类化合物进一步聚合形成褐色、棕色或黑色的聚合物,促进木质素合成,发生组织褐变现象 [19]。从图3A可知,在竹笋贮藏期间,PAL活性总体呈上升趋势,二氧化氯处理竹笋可抑制PAL活性。第12天时,固载二氧化氯处理组PAL活性为对照组的78.7%,两者间差异显著(P<0.05)。在采后贮藏过程中,果蔬出现的组织褐变与组织中的多酚氧化酶活性密切相关。从图3B可知,PPO活性总体呈上升趋势,二氧化氯处理组的PPO活性均小于对照组。第12天时,固载二氧化氯处理组PPO活性为对照组的76.3%,两者间差异显著(P<0.05)。

郑淑芳等 [24]研究结果表明二氧化氯处理可抑制鲜切马铃薯的PPO活性,延缓褐变过程,与本实验结果一致。由上述结果可见,在贮藏期间最小加工竹笋的PAL和PPO活性增强,而应用二氧化氯处理可以抑制PAL、PPO活性的增加,从而抑制木质素的合成,抑制竹笋硬度增加,延缓其衰老过程。

2.4 二氧化氯处理对抗氧化酶活性的影响

图 4 二氧化氯处理对竹笋CAT(A)、APX(B)和GR(C)活性的影响
Fig.4 Effect of ClO 2on the activities of CAT(A), APX(B) and GR (C) of minimally processed bamboo shoots

果蔬体内存在活性氧清除系统,CAT、APX等是酶促防御系统中的重要保护酶,还原性谷胱甘肽是重要的抗氧化剂,这些清除酶和清除剂的含量可以作为果蔬衰老程度的生理生活指标 [20]。CAT能催化植物体内累积的过氧化氢(H 2O 2)分解为水和分子氧,从而减少H 2O 2对果蔬组织造成的氧化伤害 [20]。从图4A可知,处理组的CAT活性高于对照组,第12天时,固载二氧化氯处理组CAT活性为对照组的128.9%,两者间差异显著(P<0.05)。APX能催化抗坏血酸与H 2O 2发生氧化-还原反应,是抗坏血酸被氧化形成单脱氢抗坏血酸,同时清除H 2O 2 [20]。从图4B可知,APX活性呈上升趋势,其中处理组的APX活性高于对照组。第12天时,固载二氧化氯处理组APX活性为处理组的133.4%,两者间差异显著(P<0.05)。还原型谷胱甘肽可使含巯基的蛋白质或酶处于还原状态或活性状态,对于维持蛋白质或酶的正常功能、维持细胞内较高的还原势能具有很大的意义。GR可以将氧化型谷胱甘肽还原成还原型谷胱甘肽 [20]。从图4C可知,处理组的GR活性高于对照组,第12天时,固载二氧化氯处理组GR活性为对照组的126.1%,两者间差异显著(P<0.05)。由此可见,二氧化氯可增强抗氧化酶的活性。

2.5 二氧化氯处理对O 2 -·生成速率和总抗氧化能力的影响

图 5 二氧化氯处理对竹笋 ·生成速率(A)和FRAP(BB)的影响
Fig.5 Effect of ClO 2on ・ production rate (A) and total antioxidant capacity (FRAP) (B) of minimally processed bamboo shoots

衰老可造成竹笋内 ·的累积,而 ·、H 2O 2等活性氧水平是衡量果蔬衰老程度的生理生化指标 [20]。如图5A显示,在4 ℃储存期间,竹笋内部 ·生成速率呈上升的趋势,二氧化氯处理组 ·的生成速率小于对照组。从图5A可知,第12天时,固载二氧化氯处理组 ·生成速率为对照组的39.9%,两者间差异达到显著水平(P<0.05)。总抗氧化能力变化如图5B所示,总体呈上升趋势。其中对照组FRAP始终低于处理组,第12天时,固载二氧化氯处理组FRAP值为对照组的145.7%,两者间差异达到显著水平(P<0.05)。由此可见二氧化氯处理竹笋可以减缓体内 ·的累积,并提高总抗氧化能力,这与前面得到的二氧化氯可增强抗氧化酶活性的结论一致。

2.6 二氧化氯处理对微生物的影响

微生物是影响食品贮藏时间和食品品质的重要因素,竹笋的菌落总数检测结果如图6所示,随着贮藏时间的延长而增加,竹笋中的菌落总数呈对数上升趋势。二氧化氯处理组菌落总数显著小于对照组,第12天时,固载二氧化氯处理组菌落数与对照组菌落数相差了1.5 个数量级,两者间差异显著(P<0.05)。这是因为二氧化氯具有较强的杀菌作用,这种杀菌作用与其结构有关。二氧化氯的结构使其可迅速氧化,与细菌蛋白质中的部分氨基酸发生氧化还原反应使蛋白质分解,抑制蛋白质合成,从而导致细菌死亡 [25]。Wu等 [26]研究表明,二氧化氯可减少土豆表面的微生物数量,与本实验研究结果一致。

图 6 二氧化氯处理对竹笋菌落总数的影响
Fig.6 Effect of ClO 2on aerobic bacterial count of minimally processed bamboo shoots

3 结 论

应用自制固载二氧化氯保鲜剂处理最小加工竹笋,可提高抗氧化酶的活性和总抗氧化能力,避免了活性氧自由基的过度积累,延缓了PAL、PPO活性的增加,减缓了最小加工竹笋的褐变,呼吸强度降低,色泽保持良好,细菌数减少,从而使最小加工竹笋保持了较好的生理品质。

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Effects of Solid Chlorine Dioxide Treatment on Quality and Physiology of Minimally Processed Bamboo Shoots

LUO Zisheng, WANG Xue, WANG Yansheng
(Department o f Food Science and Nutrition, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Abstract:Minimally processed bamboo shoots were treated with solid chlorine dioxide and stored at 4 ℃ for 12 day s. The infl uences of 0.50 mg/L chlorine dioxide on the quality and physiology of minimally processed bamboo shoots were evaluated by examining the changes in respiration rate, color, firmness, the activities of phenylalamine ammonia lyase (PAL), polyphenol oxidase (PPO), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR), the rate of superoxide anion (O 2 -·) generation, total antioxidant capacity and aerobic bacterial count of bamboo shoots. The results showed that compared with the control, 0.50 mg/L chlorine dioxide treatment decreased the respiration rate and inhibited the increase in fi rmness. The treatment also retarded the increases in the activities of PAL and PPO but increased the activit ies of CAT, APX and GR. In addition, this treatment reduced the rate of O 2 -· production but maintained higher total antioxidant capacity. The results may provide a theoretical basis for the application of solid chlorine dioxide in the preservation of minimally processed bamboo shoots.

Key words:minimally processed bamboo shoots; solid chlorine dioxide; browning; antioxidant enzymes

中图分类号:TS205.9

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2015)08-0274-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201508051

收稿日期:2014-09-01

基金项目:浙江省自然科学基金项目(LR13C200001);国家自然科学基金面上项目(31371856);杭州市农业科研攻关专项(20120232B33)

作者简介:罗自生(1972—),男,教授,博士,研究方向为食品物流与品质评价。E-mail:luozisheng@zju.edu.cn