壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜贮藏品质及生理的影响

姚亚明 1,彭 菁 1,刘 檀 1,陈继昆 2,梅为云 3,潘磊庆 1,屠 康 1, *

(1.南京农业大学食品科技学院,江苏 南京 210095;2.云南省农产品质量安全中心,云南 昆明 650032;3.云南石林绿汀甜柿产品开发有限公司,云南 石林 652200)

摘 要:以“大乌嘴”黄花菜为试材,采用壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜进行保鲜,研究其对黄花菜贮藏期间品质和生理变化的影响。结果表明:壳聚糖处理、纳米包装及二者结合处理都能延缓黄花菜的衰老。壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜的保鲜效果最佳,能够降低质量损失率,有效地抑制VC、还原糖含量的降低,保持较高的超氧化物歧化酶及过氧化氢酶活性。二者结合处理过的黄花菜在(4±0.5)℃、相对湿度75%~80%的环境中贮藏18 d后,好花率仍然保持在90%以上。

关键词:黄花菜;壳聚糖;纳米包装;贮藏品质;生理

黄花菜(Hemerocallis citrina Baroni),又称金针菜、忘忧草、萱草,是百合科多年生草本植物,具有多种人体所需的营养物质,属于药食两用的食品。黄花菜与香菇、木耳、冬笋并称为四大珍品,其钙和组纤维的含量为4 种之最,综合营养价值仅次于香菇 [1-2]。作为江苏省宿迁市的一种特色蔬菜,“大乌嘴”黄花菜的种植历史悠久,品质和经济效益较高。但鲜黄花菜极不耐贮藏,常温条件下10 h内就会因萎蔫失水、黄化开花而失去商品价值 [3],这些制约了鲜黄花菜的长距离运输和销售。因此,采用合适的保鲜方法以延缓黄花菜的衰老,延长贮藏期,能在一定程度上促进黄花菜产业的发展。

壳聚糖是由甲壳素脱去糖基上的乙酰基所形成的多糖,也称为脱乙酰甲壳素,具有成膜性、杀菌保鲜能力并可被生物降解,能在果蔬表面形成半透性的膜,从而改变内部气体环境,减少蒸腾损失,保持果蔬的品质 [4-5]。纳米包装材料是指传统包装材料中加入尺寸为1~100 nm的分子或纳米颗粒制备而成的新型包装材料。纳米颗粒改变了原有包装的结构和特性,使其具有较好的透气性、物理性能和抑菌性,广泛应用于食品、医疗等领域 [6]。合适的包装材料能形成有利于果蔬贮藏的气调环境,延缓果蔬的成熟衰老 [7]。目前,国内外已有壳聚糖在番茄 [8]、黄秋葵 [9]、木瓜 [10]等果蔬保鲜中的应用,也有研究纳米包装材料对香菇 [11]、冬枣 [12]、金针菇 [13]等果蔬贮藏品质的影响,但是鲜见壳聚糖及纳米包装材料应用于黄花菜保鲜的相关报道。

本实验运用壳聚糖处理、纳米包装及二者结合处理黄花菜,研究贮藏期间黄花菜品质和生理指标的变化,探讨壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜保鲜的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

实验所用黄花菜的品种为“大乌嘴”,采摘于江苏省宿迁市。采后立即运回实验室,并进行预冷。挑选长短在8~12 cm范围内、颜色呈黄绿色、无机械伤的黄花菜。

纳米包装材料:参照尹晓婷等 [14]的制备方法,由聚乙烯中添加21%纳米母粒,混匀后经挤出成型吹制而成。纳米母粒包含纳米银、纳米TiO 2、凹凸棒土等。普通包装材料为聚乙烯。包装袋大小均为175 mm×200 mm,厚度为80 μm。

1.2 试剂与仪器

壳聚糖(脱乙酰度90.2%) 山东奥康生物科技有限公司。

UV-1800型紫外分光光度计 岛津(中国)有限公司;3K15型高速冷冻离心机 德国Sigma公司;塑料薄膜封口机 永康市特力包装机械公司;HH-4型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;JY5002型电子天平 上海良平仪器仪表有限公司;CR-10型便携式色差计 日本Minolta公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

预实验选取0.0、0.5、1.0 g/100 mL及1.5 g/100 mL的壳聚糖处理黄花菜(结果未显示),最终得到壳聚糖的最佳质量浓度为1.0 g/100 mL。具体为:称取相对量的壳聚糖于蒸馏水中,加少量乙酸搅拌溶解,并调pH值至6.0,即得质量浓度为1.0 g/100 mL的壳聚糖处理液。

将新鲜黄花菜随机分为4组,每组12袋,每袋200 g。实验分组如下,对照组:未经壳聚糖处理,直接装入聚乙烯包装袋;处理组1:1.0 g/100 mL的壳聚糖处理液浸泡30 s后置于自然通风处晾干,装入聚乙烯包装袋;处理组2:未经壳聚糖处理,直接装入纳米包装袋;处理组3:1.0 g/100 mL的壳聚糖处理液浸泡30 s后置于自然通风处晾干,装入纳米包装袋。上述所有处理封口后贮藏于(4±0.5) ℃、相对湿度为75%~80%的环境中。每隔6 d,每组各取3 袋作为3 个重复测定各项指标,共测定24 d。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 好花率和质量损失率的测定

好花率:好花率是指花蕾色泽正常、未开放、无腐烂的花朵数占总花数的百分比 [15];质量损失率:采用称重法进行测定,计算见下式 [9]

1.3.2.2 L*值、a*值和b*值的测定

采用便携式色差仪测定黄花菜的L*值、a*值和b*值,选取每瓣的中间部位进行测定,共测定3次。每组重复测定5 次,计算平均值。L*值表示亮度,其值变化范围100~0,亮度从纯白到纯黑;a*值表示红绿,正值代表红色,负值代表绿色;b*值代表黄蓝,正值为黄色,负值为蓝色。

1.3.2.3 VC和还原糖含量的测定

VC含量:采用分光光度法 [16]测定;还原糖含量:采用3,5-二硝基水杨酸法进行 [17]测定。

1.3.2.4 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性的测定

参照曹建康等 [16]的方法,并进行改进。称取0.5 g样品,置于研钵中,加入5.0 mL pH 7.8的磷酸钠缓冲液,在冰浴条件下研磨成匀浆,于4 ℃、12 000 r/min离心30 min,上清液即为酶提取液,低温保存备用。SOD活性单位(U)以每分钟每克样品的反应体系对氮蓝四唑光化还原抑制50%表示;CAT活性单位(U)以每克样品每分钟吸光度变化值减少0.01表示。

1.4 数据处理

所有数据用SAS 8.2分析软件进行统计处理,利用邓肯氏多重比较法在P值为0.05的水平下进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜好花率和质量损失率的影响

图1 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜好花率(A)和质量损失率(B)的影响
Fig.1 Effects of chitosan treatment combined with nano-packing on marketable flower rate (A) and weight loss rate (B) of daylily

好花率是黄花菜感官品质的综合体现,其在贮藏过程中呈下降趋势,如图1A所示。对照组的好花率在整个过程中都显著低于各处理组(P<0.01),贮藏至24 d,好花率仅为30.77%,此时对照组的大部分黄花菜已经腐烂变质。壳聚糖处理、纳米包装及二者结合处理都能抑制黄花菜的开花,延缓好花率的降低。纳米包装组及二者结合处理组的好花率显著高于壳聚糖处理组(P<0.05),贮藏至18 d,好花率仍达90%以上。但贮藏至24 d,纳米包装组的黄花菜褐变较严重,好花率降为67.63%,显著低于二者结合处理组(P<0.05)。因此,壳聚糖处理结合纳米包装能保持较高的好花率,延长黄花菜的保鲜期。

贮藏前,采用GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》测得黄花菜的含水量高达84.44%。在贮藏过程中极易因蒸腾作用和呼吸作用造成营养物质的消耗和水分的散失,引起质量损失。如图1B所示,黄花菜的质量损失率随着贮藏时间的延长而逐渐增加,这与高建晓等 [18]的研究结果吻合。对照组的质量损失率在整个贮藏过程中均高于处理组,贮藏至24 d,质量损失率为3.72%。此时,壳聚糖处理组和纳米包装组的质量损失率分别为3.03%、3.22%,各组之间差异显著(P<0.05)。说明壳聚糖处理及纳米包装对黄花菜质量损失率的增加具有抑制作用,壳聚糖处理的效果优于纳米包装,这可能是由于壳聚糖在黄花菜表面形成的无色透明薄膜阻碍了呼吸作用和蒸腾作用,减少水分和营养成分的消耗 [19]。而二者结合处理组在贮藏24 d时的质量损失率最低,为2.83%,显著低于另外3 组(P<0.05),这说明壳聚糖处理结合纳米包装在抑制质量损失率增加方面的效果最佳,能使质量损失率达到最低水平。

2.2 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜色泽的影响

图2 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜a*值的影响
Fig.2 Effects of chitson treatment combined with nano-packing on a *value of daylily

色泽是评价果蔬成熟衰老及是否具有商品价值的重要指标。a*值代表红绿,测定值小于0则表示测定对象显绿色。鲜黄花菜因含有大量叶绿素而使得其色泽偏绿,在贮藏过程中,叶绿素的降解会引起a*值不断上升。随着贮藏时间的延长,黄花菜的绿色程度逐渐减弱,a*值变大,如图2所示。与L*值和b*值相比,a*值的变化较明显,更能反映出黄花菜色泽变化的情况。

贮藏前6 d,各处理组a*值的上升速率均小于对照组。贮藏至24 d,对照组及壳聚糖处理组的a*值由-8.1分别上升为-3.4、-4.7,两组之间差异显著(P<0.05);此时纳米包装组及二者结合处理组的a*值均为-5.3,明显低于另外2 组(P<0.05)。整个过程中,纳米包装组及二者结合处理组a*值的上升幅度最小。这表明3 种处理都能减缓黄花菜a*值的上升,纳米包装及二者结合处理都能最大程度地降低绿色减少的程度,起到护绿的作用。

2.3 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜VC和还原糖含量的影响

图3 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜VC(A)和还原糖(B)含量的影响
Fig.3 Effects of chitson treatment combined with nano-packing on vitamin C content (A) and reducing sugar content (B) of daylily

VC和还原糖是黄花菜体内重要的营养成分,其变化情况反映了贮藏效果的优劣及黄花菜衰老的程度。如图3A所示,黄花菜的VC含量在贮藏过程中呈下降趋势,与对照组相比,各处理组的VC含量下降相对缓慢。贮藏至24 d,对照组的VC含量仅为8.27 mg/100 g,此时,壳聚糖处理组、纳米包装组、二者结合处理组的VC含量为8.88、9.26 mg/100 g及10.32 mg/100 g,均显著高于处理组,且3 组之间差异显著(P<0.05)。结果表明:3 种处理都能抑制VC的氧化分解,纳米包装的抑制效果优于壳聚糖处理。与壳聚糖处理及纳米包装相比,二者结合处理在抑制VC降解方面效果最佳。

还原糖在贮藏过程中的变化趋势如图3B所示。糖类是果蔬重要的能量贮藏物质,也是呼吸作用的主要底物,采后呼吸作用的消耗导致还原糖含量逐渐降低。贮藏至18 d,对照组的还原糖含量降为6.20 g/100 g,此时壳聚糖处理组、纳米包装组及二者结合处理组的还原糖含量分别比对照组高了7.14%、4.30%及10.9%,各组之间差异显著(P<0.05)。而贮藏至24 d,壳聚糖处理组、纳米包装组及二者结合处理组的还原糖含量分别为5.51、5.49 g/100 g及5.65 g/100 g,3 组之间无显著性差异(P>0.05)。但对照组的还原糖含量为5.18 g/100 g,明显低于各处理组(P<0.05)。结果表明:壳聚糖处理、纳米包装及二者结合处理都能延缓还原糖含量的下降,壳聚糖处理的效果略优于纳米包装。与壳聚糖处理及纳米包装相比,二者结合处理在延缓贮藏过程中还原糖含量下降方面效果最佳。

2.4 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜酶活性的影响

SOD和CAT是植物体内重要的抗氧化酶,共同作用于活性氧和自由基的清除,从而减少自由基对植物体的伤害 [20]。由图4A可知,SOD活性在贮藏过程中呈先上升后下降的趋势。这可能是因为SOD是一种诱导酶,贮藏前期,自由基的产生刺激了SOD活性的增强;而贮藏后期,清除自由基的消耗及其他有害物质的积累使得SOD活性逐渐降低 [21]。贮藏至6 d,对照组和壳聚糖处理组的SOD活性达到最大值,分别为16.36 U/g和16.62 U/g;而纳米包装和二者结合处理推迟了SOD的活性高峰,12 d时达到最大值,峰值分别为17.46 U/g和18.43 U/g,显著大于另外两组(P<0.01)。峰值之后,SOD活性逐渐下降。贮藏至24 d,对照组的SOD活性降为13.04 U/g,此时壳聚糖处理组、纳米包装组及二者结合处理组的SOD活性比对照组高了8.67%、12.35%及15.11%,各组之间差异显著(P<0.05)。结果表明:3 种处理都能保持较高的SOD活性,延缓黄花菜的衰老。纳米包装的效果优于壳聚糖处理,二者结合处理的效果最佳,能最大程度地减弱自由基造成的氧化伤害。

图4 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜SOD活性(A)和CAT活性(B)的影响
Fig.4 Effects of chitson treatment combined with nano-packing on SOD (A) and CAT activities (B) of daylily

CAT能防止过量H 2O 2对植物组织造成伤害,如图4B所示,其活性在贮藏过程中逐渐下降 [22],3种处理均能延缓CAT活性的降低。贮藏至24 d,对照组的CAT活性由463.74 U/g降为246.58 U/g,下降了46.83%;壳聚糖处理组、纳米包装组分别下降了40.39%、35.25%,均显著低于对照组且各组之间差异显著(P<0.05)。此时壳聚糖处理结合纳米包装组的CAT活性为317.78 U/g,整个过程只下降了31.47%,保持了相对较高的活性。表明壳聚糖处理及纳米包装均有利于采后黄花菜CAT活性的保持,二者结合处理的效果最佳,能最大程度地减少H 2O 2对植物细胞的毒害作用。

3 讨论与结论

黄花菜的采摘季节为高温多雨的夏季(6—8 月),采后黄花菜的蒸腾作用和呼吸作用旺盛,各种生理代谢加快,极易导致黄花菜失水萎蔫、黄化开花,造成植物体的氧化伤害,从而加速黄花菜的衰老。

壳聚糖被认为是一种理想的成膜材料,在果蔬表面形成的半透性膜既改变了内部气体氛围,减弱呼吸作用,又减少了蒸腾损失 [23],从而影响果蔬的硬度、质量损失率及风味。Han Cong等 [24]研究结果表明0.5 g/100 mL及1.0 g/100 mL壳聚糖处理都能减少丝瓜质量的损失和硬度的下降,维持多酚含量;此外1.0 g/100 mL壳聚糖有效地延缓了纤维素的增加。本实验结果表明,1.0 g/100 mL壳聚糖处理有效地降低了黄花菜的质量损失率,并且在保持色泽、VC及还原糖含量方面具有一定积极作用。壳聚糖在一定质量浓度范围内随着质量浓度的增加保鲜效果越明显,超过最佳质量浓度后保鲜效果下降。这可能是由于壳聚糖质量浓度过高时膜层太厚,不能满足果蔬的正常呼吸,造成缺氧而引起品质劣变 [25]。果蔬的种类和品种不同,最佳的壳聚糖质量浓度也可能不同,本实验所用的壳聚糖质量浓度与李慧妍等 [9]研究结果相符。不同包装材料产生的气调作用不同,边晓琳 [26]研究表明纳米粒子使包装材料具有特殊的气体选择性和透过性。与聚乙烯包装相比,纳米包装能保持更低O 2更高CO 2的环境,减缓金针菇外观劣变,减少活性氧自由基的产生并提高抗氧化酶的活性,延长贮藏时间。相类似,本实验中纳米包装较好地抑制了黄花菜的开花、保持较高的SOD、CAT活性。

与纳米包装相比,1.0 g/100 mL壳聚糖处理在抑制水分及还原糖损失方面的效果较优;在保持色泽及SOD、CAT活性方面,纳米包装的效果优于1.0 g/100 mL壳聚糖处理。将1.0 g/100 mL壳聚糖处理与纳米包装相结合,不仅能降低质量损失率,有效地抑制VC、还原糖含量的降低,而且SOD、CAT活性均高于二者单独处理。1.0 g/100 mL壳聚糖处理结合纳米包装能更有效地保持黄花菜的贮藏品质,延缓黄花菜的衰老;该条件下处理的黄花菜在(4±0.5)℃、相对湿度75%~80%的环境中贮藏24 d,好花率仍保持在75%以上。因此,壳聚糖处理和纳米包装对采后黄花菜的保鲜具有重要的影响,对于运输和消费过程中黄花菜食用价值和营养价值的保持具有潜在的应用价值。

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Effect of Chitosan Treatment Combined with Nano-Packaging on Quality and Physiological Changes of Daylily

YAO Yaming 1, PENG Jing 1, LIU Tan 1, CHEN Jikun 2, MEI Weiyun 3, PAN Leiqing 1, TU Kang 1,*
(1. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;2. Center of Agricultural Products Quality and Safety of Yunnan Province, Kunming 650032, China;3. Shilin Luting Sweet Persimmon Product Development Co. Ltd., Shilin 652200, China)

Abstract:The daylily cultivar ‘Dawuzui' was used to explore the effects of chitosan treatment combined with nanopackaging on the quality and physiological changes of daylily during storage. Results indicated that chitosan treatment, nano-packaging and their combination delayed the senescence of daylily. The quality of daylily was best preserved when chitosan treatment was combined with nano-packaging. This combinatorial treatment decreased the rate of weight losses, effectively inhibited the reduction of VC and sugar contents, and maintained higher activities of superoxide dismutase and catalase. As a result, the marketable fl ower rate of daylily remained more than 90% after storage for 18 days at (4 ± 0.5) ℃and a relative humidity of 75%-80%.

Key words:daylily; chitosan; nano-packaging; storage quality; physiology

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201620047

中图分类号:TS205.9

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2016)20-0282-05

引文格式:

姚亚明, 彭菁, 刘檀, 等. 壳聚糖处理结合纳米包装对黄花菜贮藏品质及生理的影响[J]. 食品科学, 2016, 37(20):282-286. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201620047. http://www.spkx.net.cn

YAO Yaming, PENG Jing, LIU Tan, et al. Effect of chitosan treatment combined with nano-packaging on quality and physiological changes of daylily[J]. Food Science, 2016, 37(20): 282-286. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201620047. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-03-28

基金项目:宿迁市农业科技支撑计划项目(L201403);昆明市科技计划项目(2015-2-N-01966)

作者简介:姚亚明(1991—),女,硕士,研究方向为采后生物学与贮运技术。E-mail:2014108051@njau.edu.cn.

*通信作者:屠康(1968—),男,教授,博士,研究方向为农产品无损检测、农产品贮藏与加工。E-mail:kangtu@njau.edu.cn