1. 引言
鲜切果蔬是指以新鲜果蔬为原料,经分级、清洗、整修、去皮、切分、保鲜、包装、冷藏等一系列处理后,提供给消费者食用的一种果蔬产品。这种鲜切果蔬既保持了果蔬原有的新鲜状态,又经过加工使产品清洁、卫生、可利用度高,且食用方便。另外,果蔬经过切分后体积变小,更易于储藏和运输,便于果蔬的统一管理 [1] [2] 。在美国,鲜切产品是一种常年性的日常消费品,它的市场份额占据零售市场的25%之多,已经形成了系统化的巨大市场和新兴产业。我国是一个农业大国,果蔬年产量极高,从20世纪90年代开始,鲜切果蔬在国内逐渐发展,目前在北京、上海、广州等主要城市已经建立起了鲜切果蔬市场,然而纵观全国,鲜切果蔬产业仍处于起步阶段,还未形成一个完备的系统。随着社会的进步和绿色环保可持续发展的要求,鲜切产品产业必将进入快速发展时期 [3] ,鲜切果蔬的保鲜技术和方法也应不断研究和提高。可食性保鲜膜的发展顺应了时代的要求,它是以可食性的材料为主,加入可食用的交联剂、杀菌剂、增塑剂等制成的新型薄膜 [4] 。已经在肉制品加工和保鲜、果蔬保鲜以及食品包装中得到广泛应用 [5] [6] [7] [8] 。苹果是人们食用的主要果蔬之一,目前全球苹果年产量达到7800万吨左右,我国的苹果产量位于全球首位,约占世界苹果产量一半以上 [9] 。鲜切苹果具有营养丰富、清洁卫生、食用方便的特点,适应现代人天然、营养、快节奏的生活需求。但是鲜切苹果容易发生褐变,使苹果的外观品质下降,也影响苹果的营养价值。
我国海域辽阔,渔业一直是我国重要资源之一。渔业生产每年产生大量的鱼副产品,其中鱼鳞的总量约65万吨 [10] 。大量的鱼鳞被废弃,造成了资源浪费和环境的污染,鱼鳞的开发和利用具有重要意义。鱼鳞胶原蛋白有着复杂和多样的结构,且经实验证明其不会引起细胞毒性作用 [11] ,故在食品保鲜领域有着广阔的应用前景。随着人们环境意识和健康意识的提高,胶原蛋白膜将以其可食、无污染、保鲜效果好、使用方便等特点,成为未来食品包装材料的发展趋势。鱼鳞胶原蛋白保鲜膜不仅具有良好的外观和机械性能,而且可作为一种营养载体,成为食品的一种营养强化剂,并且已有鱼鳞胶原蛋白膜应用于保鲜的报道 [12] [13] [14] 。
纳米TiO2具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、强抗菌能力,且完全可以与食品接触,对人体安全无毒,对皮肤无刺激性,研究表明小鼠饮用经TiO2消毒后的水后无致突变作用,是国际上公认的无害食品添加剂,美国食品药品监督管理局(FDA)已允许TiO2应用在食品当中,要求使用量不能超过1%,并且已有纳米TiO2膜应用于保鲜的报道 [15] [16] [17] 。本研究将鱼鳞胶原蛋白和纳米TiO2融合在一起制成复合膜,并对鲜切苹果进行涂膜处理,考察这种复合膜对鲜切苹果的保鲜效果。
2. 材料与方法
2.1. 材料
苹果:市售红富士苹果(产地:辽宁。新鲜度、颜色、成熟度相近,无损伤、无病虫害)。
鱼鳞胶原蛋白:南通市科达生物公司。
2.2. 试剂
纳米TiO2 (锐钛型、亲水、40 nm)、微晶纤维素(天津力生制药厂),盐酸、邻苯二酚、次氯酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠,均为国产分析纯。
2.3. 仪器
超速冷冻离心机:Jouan;HZ100型恒温培养摇床:瑞华仪器;紫外分光光度计:eppendorf;ALC-210.2型电子分析天平:北京赛多利斯仪器系统有限公司;超声仪:济宁天华超声电子仪器有限公司。
2.4. 复合保鲜液的制备
取100 ml的无菌水,加入鱼鳞胶原蛋白和纳米TiO2,使终浓度分别达到5%和0.3%,超声得到分散均匀的复合保鲜液 [18] [19] 。
2.5. 苹果的处理
将苹果浸泡在次氯酸钠溶液中2 min,然后迅速用冷的蒸馏水冲洗,沥干。在低温下,用消毒后的不锈钢刀具将苹果去皮、切分成1立方厘米的小块,然后放入复合保鲜液中浸30 s,晾干后在低温下进行贮藏。每天取样1次进行保鲜指标测定,其中第一天的测定值在切块后1 h测得。以不经涂膜处理的鲜切苹果在同样条件下贮藏作为对照。
2.6. 失重率(RWL)的测定
将待测苹果样品贮藏前后的重量用分析天平称重,然后按下面公式计算:失重率% = (m0 − mt)/m0 × 100
式中:m0为初始质量/g;mt为储藏时间t时的质量/g;t为储藏时间/d。显著性分析采用Microsoft office Excel2016版进行方差分析,若P < 0.05则表示差异显著,P > 0.05则表示差异不大,下列三个指标亦采用此方法进行分析。
2.7. 褐变度(BD)的测定
褐变度的测定采用消光值法。将待测苹果样品按1:10加预冷的蒸馏水,于4℃下匀浆2 min,冷冻4000 r/min离心5 min,在波长410 nm处测定上清液的吸光值A,褐变度以10 × A410表示。
2.8. 多酚氧化酶(PPO)的测定
取2 g待测苹果样品,加入10 ml的0.l mol/L磷酸缓冲溶液(pH = 6.8),在4℃匀浆,然后加入2 ml的0.02 mol/L的邻苯二酚,放入35℃的恒温摇床震荡25 min,然后于4℃, 12000 r/min,冷冻离心30 min。将磷酸缓冲液和邻苯二酚按5:1的比例混合作为参比,然后取上清液(即多酚氧化酶提取液)倒入比色杯中,在410 nm波长处测吸光度值。以每分钟吸光度值变化0.001为一个酶活力单位(U/min·g)。
2.9. 抗坏血酸(Vc)含量的测定
取2 g待测苹果样品,加5 ml的1%盐酸匀浆,12000 r/min冷冻离心30 min。取0.2 ml的上清液和0.4 ml的10%盐酸放在10 ml容量瓶中,用蒸馏水定容至10 ml,充分混匀后用紫外分光光度计测A243处吸光值。用紫外分光光度计测A243处吸光值。由图1的标准曲线计算Vc含量。
3. 结果与分析
3.1. 鲜切苹果失重率的测定
果蔬在去皮之后失去了原有的保护层,细胞极易失水而发生萎缩,影响果蔬的外观形态。通常把失重率作为测定果蔬品质的一个重要指标。不同处理条件下鲜切苹果的失重率与贮藏时间关系见图2。
从图2中可知,经涂膜处理和未经涂膜处理的苹果的失重率均呈现出上升趋势,但从第11天开始,对照组的失重率开始显著上升,而实验组的失重率仍保持着一个缓慢增长的趋势,实验组苹果外表光泽新鲜,失水皱缩现象不如对照组明显。涂膜处理后的苹果贮藏13天后失重率仅为0.49%,而未经涂膜处理的苹果在贮藏13天后,失重率达到了0.70%。统计分析表明两组失重率差异显著(P < 0.05)。说明复合膜能降低鲜切苹果的水分散失速度,在一定程度上保持了细胞的含水量。膜中TiO2的钛氧键对CO2和O2具有吸附、溶解、扩散、释放作用 [20] ,可调节膜内外CO2和O2交换量,从而抑制果蔬呼吸强度,达到保鲜、保湿的作用,延长货架期,保持较好的商品性。
3.2. 鲜切苹果褐变度的测定
果蔬切分后组织受到了伤害,导致果蔬中的多酚氧化酶与酚类物质的区域化结构被破坏,多酚氧化
酶直接与酚类物质接触并催化其发生氧化反应转变为醌类物质,引起果蔬的褐变。果蔬的褐变程度直接反应了果蔬的品质变化,因此,通常将褐变度作为表现果蔬贮藏品质变化的一个重要指标。不同处理条件下鲜切苹果的褐变度与贮藏时间的关系见图3。
![](//html.hanspub.org/file/7-2180556x11_hanspub.png)
Figure 2. Under different treatment conditions of fresh cut relationship between weight loss rate and storage time of apple
图2. 不同处理条件下鲜切苹果的失重率与贮藏时间的关系
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Figure 3. Relationship between browning degree and storage time of fresh cut apples under different processing conditions
图3. 不同处理条件下鲜切苹果的褐变度与贮藏时间的关系
如图3可知,实验组与对照组的褐变度都在上升,但是实验组的褐变度要明显低于对照组。在前7天内,两组的褐变度变化相差不大,从第8天开始对照组的褐变度开始显著增大。贮藏13天后,实验组的褐变度为1.05,而对照组的褐变度为1.31。统计分析表明两组褐变度差异显著(P < 0.05)。说明复合膜能够降低鲜切苹果的褐变程度,减缓苹果的衰老速度,增强苹果的感官指标,提高经济效益和食用品质。
3.3. 鲜切苹果多酚氧化酶活力的测定
多酚氧化酶(PPO)一般在果蔬完整的细胞质体和微体中,起着呼吸传递和维持酚-醌平衡的作用。当细胞受到伤害时,它能催化果蔬中的酚类物质发生氧化反应并生成黑色素,是导致果蔬发生褐变的主要酶类。它在果蔬中的含量是反应果蔬新鲜程度及品质的主要指标之一。不同处理条件下鲜切苹果的多酚氧化酶活性与贮藏时间的关系见图4。
由图4可知,实验组和对照组在0~2天内PPO均呈现出上升趋势。从第三天起两组数据都开始下降,实验组与对照组的变化趋势大体相同,但是实验组的PPO活力明显低于对照组(P < 0.01)。PPO是导致苹果褐变的主要酶类,而对照组的PPO活力远高于实验组,这可以说明对照组褐变程度高于实验组的原因,也侧面证明了胶原/纳米TiO2膜的良好保鲜效果。
3.4. 鲜切苹果Vc含量的测定
Vc是一种普遍存在于新鲜果蔬中的己糖醛基酸,对人类来说具有重要的营养价值,缺乏Vc会导致患坏血病。人类不能通过自身合成得到Vc,必须从食物中获取,而果蔬是获取Vc的重要途径。因此,Vc的含量是测定果蔬品质的一个重要指标。不同处理条件下鲜切苹果的Vc含量与贮藏时间的关系见图5。
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Figure 4. The Relationship between polyphenol oxidase activity and storage time of fresh cut apples under different processing conditions
图4. 不同处理条件下鲜切苹果的多酚氧化酶活性与贮藏时间的关系
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Figure 5. The Relationship between Vc content and storage time of fresh cut apples under different processing conditions
图5. 不同处理条件下鲜切苹果的Vc含量与贮藏时间的关系
由图5可知,实验组和对照组的Vc含量在贮藏时期内都在下降,两者的下降趋势基本相同,但实验组Vc含量始终高于对照组。说明复合膜能在一定程度上减少苹果营养物质的流失,并保持其品质与风味,但是效果达不到显著的程度(P > 0.05)。尽管复合保鲜液在保持苹果Vc含量方面没有达到显著的效果,但是胶原蛋白本身就有较好的营养价值,它含有多种氨基酸,可以提高食品的营养价值,并在一定程度上延缓机体的衰老 [21] 。鱼鳞中所含有的胶原蛋白肽还具有抑制血压升高,降低血液胆固醇,抗氧化等功效 [22] [23] ,是对苹果本身营养价值的有益补充。
4. 结论
通过对鲜切苹果贮藏期间生理指标的测定发现,鱼鳞胶原蛋白和纳米TiO2混合后制成的复合保鲜液对苹果有良好的保水作用,能显著降低细胞的失水速度,防止细胞因缺水而皱缩,保持苹果的外观形态。复合保鲜液还可以控制细胞内的PPO活力水平,减缓苹果的褐变程度。此外,复合保鲜液还能在一定程度上防止苹果营养物质的流失。本研究表明,鱼鳞胶原蛋白/纳米TiO2复合膜对苹果起到了保鲜作用,具有较好应用价值。