涂膜处理对鲜切山药褐变及抗氧化性的影响

马利华，秦卫东，陈学红，王 磊

涂膜处理对鲜切山药褐变及抗氧化性的影响

马利华，秦卫东，陈学红，王 磊

(徐州工程学院食品学院，江苏 徐州 221008)

为保持鲜切山药的色泽及抗氧化性，延长其货架期，研究壳聚糖、卡拉胶、海藻酸钠及复合涂膜剂对鲜切山药涂膜处理后，在5℃贮藏期间褐变及抗氧化性的影响。结果表明：壳聚糖1.57%＋卡拉胶0.9%＋海藻酸钠1.55%涂膜后，鲜切山药储存期间，可明显降低山药的褐变程度及抑制PPO的比活力，防止贮藏后期酚类物质的氧化，提高鲜切山药的整体抗氧化能力。

鲜切山药；涂膜；褐变；抗氧化性

山药为薯蓣科薯蓣属植物，在我国主要分布在河南、山东、江苏、安徽等地区[1]。山药中含有大量蛋白质、各种维生素和有益的微元素、黏质多糖等，是营养价值很高的食品[2]。此外，山药还含有尿囊、山药素、皂苷、胆碱等药用成分健脾胃、补肺、固肾、益精等功效，有强身健体及医疗保健作用[3-4]。但山药收获季节集中，山药茎长且易折损，给贮藏、远距离运输带来困难；食用时去皮费时、黏着，不易切分且易发生褐变；而鲜切山药易携带、方便食用，提高了其作为消费品的商业应用价值[5]。但切割后的果品易造成水分散失、软化、微生物浸染、呼吸作用增加、乙烯增多和切割部位的褐变等品质变化[6]。涂膜是近年兴起的保鲜方法之一，可食性涂膜剂处理可在果实表层形成一透明薄膜，以增强果实表皮的防护作用，具有一定的气调作用，抑制呼吸作用，减少营养损耗，抑制水分蒸发，并能增加果面光泽，提高商品价值，还可减少对环境的污染，是保鲜果蔬的理想材料[7-8]。

涂膜处理对减缓鲜切果蔬的褐变程度及品质保持也有一些研究。如贾慧敏等[9]研究了可食性涂膜对鲜切桃褐变的影响，彭丽桃等[10]研究了壳聚糖被膜对鲜切荸荠褐变的抑制，陈海光等[11]研究了切片马铃薯护色及涂膜保鲜，王兰菊等[5]研究了壳聚糖涂膜对鲜切山药品质的影响等。

本实验通过3种常见的涂膜剂及复配后，对鲜切山药进行涂膜处理，研究涂膜处理后对鲜切山药片的色泽、褐变度、多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)比活力、酚类物质含量及清除DPPH自由基能力的变化，旨在为保持鲜切山药的品质及抗氧化性提供一种可行的方法。

1 材料与方法

1.1 原料及处理

徐州淮山药 市购，清洗、去皮，切成5mm薄片，立即于1%抗坏血酸护色液中护色8～10min，沥干后，以不处理作对照，将山药片浸入涂膜液中，2min后取出风干。

1.2 试剂与仪器

壳聚糖(脱乙酰度＞90%，黏度＜100cps) 北京拜尔迪生物公司；海藻酸钠、卡拉胶 天津市福晨化学试剂厂；甘油(食用级) 市售；L-半胱氨酸、抗坏血酸、氢氧化钠、邻苯二酚等均为分析纯 北京化学试剂厂。

WSC-S测色色差计 上海精密科学仪器有限公司；高速冷冻离心机 湘仪离心机仪器有限公司；FA2104N型电子天平、7230G型可见分光光度计、DHG9140型电热恒温鼓风干燥箱 上海精密科学仪器有限公司。

1.3 涂膜液制备与涂膜处理

在电子天平上分别称取不同质量分数黄原胶、壳聚糖、卡拉胶、海藻酸钠及羧甲基纤维素于100mL热水中，加热搅拌，混合均匀，保温20min后冷却到室温，将新鲜山药去皮后切成1cm薄片浸没于各种涂膜液中2min，取出风干。

1.4 单因素试验

1.4.1 涂膜剂种类的确定

将鲜切的山药片分别用浸没于1%黄原胶、卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠及羧甲基纤维素涂膜液中2min，取出晾干后，5℃保藏3d后测定测定褐变度。以褐变度为指标，考察5种不同种类涂膜剂对鲜切山药进行涂膜保鲜的效果。

1.4.2 涂膜剂质量分数的确定

将鲜切山药片分别用0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%卡拉胶和0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%壳聚糖及海藻酸钠涂膜处理后，5℃保藏3d后测定褐变度。以褐变度为指标，分别考察不同质量分数的卡拉胶、壳聚糖及海藻酸钠对鲜切山药进行涂膜保鲜的效果。

1.5 涂膜剂优化试验

以褐变度为指标，在单因素试验基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，结合单因素试验结果，以壳聚糖(X1)、卡拉胶(X2)、海藻酸钠(X3)为变量因素，每个自变量的低、中、高水平分别以－1、0、1进行编码，进行3 因素3水平曲面响应(Design Expert 7.0)试验。

1.6 指标测定

色泽测定：使用自动色差计测定待测样品色泽，测定结果以Hunter L*、a*、b*色度值表示；褐变度(browning degree，BD)测定：参照李宁[12]方法测定；PPO比活力测定：参照张立华等[13]方法测定；总酚测定：采用Folin-Ciocal法[14]测定总酚含量；DPPH自由基清除能力：根据Nihoribere等[15]方法测定。

2 结果与分析

2.1 涂膜剂的确定

2.1.1 不同涂膜剂对鲜切山药褐变度的影响

图1 不同涂膜剂对鲜切山药褐变度的影响Fig.1 Effects of different coatings on browning degree of fresh-cut yam

鲜切产品的褐变是加工中机械损伤诱导的结果。伤害可增加产品的呼吸，加速鲜切果蔬的衰老。可食性被膜处理通过调节内部的CO2和O2，减少氧的供应，抑制呼吸，延缓衰老，阻止果实的褐变。结果表明：实验所用5种涂膜剂对鲜切山药的褐变均有一定的抑制作用，均比对照褐变度分别最高下降了26.81%、44.83%、51.61%、32.15%和21.58%，都在一定程度抑制了鲜切山药的褐变。其中以卡拉胶、壳聚糖和海藻酸钠抑制褐变的效果较好。由于这3种涂膜材料性质不同，在功能上有互补性，将这3种涂膜剂材料共混成膜，可以改善可食膜综合性能。本实验采用这3种材料制备复合涂膜剂处理鲜切山药。

2.1.2 复合涂膜剂单因素试验

图2 不同质量分数涂膜剂对鲜切山药褐变度的影响Fig.2 Effect of coating with various concentrations on browning degree of fresh-cut yam

图2表明，不同质量分数的涂膜鲜切山药都有一定的抑制褐变强度的效果，且随着涂膜质量分数的增加，抑制褐变效果越好。考虑成本因素，故采用1%卡拉胶、1.5%壳聚糖、1.5%海藻酸钠涂抹处理效果较好。

2.1.3 最佳复合涂膜剂的选择

由于各类涂膜剂材料性质上的差异，膜的性能也各有优缺点，将几种常见涂膜剂材料共混成膜，可以改善可食膜综合性能[16-17]。根据采用Box-Behnken试验设计原理，选取卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠为主要考察因素，在5℃条件下贮藏3d，以褐变度(10A410)为考察指标，采用3因素3水平响应面实验优选最佳复合涂膜剂。试验设计与分析采用Design Expert软件。

表 1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and their coded levels tested in response surface analysis

表2 复合膜处理对鲜切山药褐变度影响的响应面试验的设计及结果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

表3 响应面试验结果方差分析Table 3 Analysis of variance for the experimental results of Box-Behnken design

按照Box-Behnken试验要求，对试验进行回归拟合，设计及结果见表1、2。利用Design Expert软件，通过对表2数据进行分析，得到二次多项回归方程为：

由表3可知，本试验所选用的二次多项模型极显著(P＝0.0002＜0.001)，且方程失拟项不显著(P＝0.2075＞0.05)，说明各因素值与响应值之间的关系可以用此模型来函数化。相关系数R2＝0.9663，表明褐变度的预测值与实际值之间具有较好的拟合度。其校正决定系数R2Adj＝0.9229表明，只有约7.8%的褐变度的总变异不能用此模型来解释。一次项A、B、C对褐变度的线性效应均显著，影响顺序为B＞A＞C；二次项A2和C2对褐变度的曲面效应显著，B2对褐变度的曲面效应极显著；AC(P＝0.0077)的交互作用显著，而AB与BC的交互作用不显著。其交互作用响应曲面见图3。为了求解最大值，解二次多项回归方程得到：当卡拉胶0.9%、壳聚糖1.57%、海藻酸钠1.55%，褐变度达到理论最小值1.94。采用上述优化后的条件进行验证实验，共进行3次重复实验测得复合膜处理后鲜切山药的褐变度平均为1.90，相对标准偏差1.1%，说明采用响应面法优化得到的条件参数准确可靠，按照建立的模型进行预测实际中可行。

图3 各因素交互作用对褐变度影响的响应面和等高线图Fig.3 Response surface and contour plots showing the interaction effect of simultaneous addition of three coating agents on browning degree of fresh-cut yam

图4 不同涂膜剂处理鲜切山药后Hunter、a*(A)、b*(B)、L*(C)值的变化Fig.4 Changes in Hunter L*, a* and b* values of fresh-cut yam treated with different coatings during storage

2.2 不同涂膜剂对鲜切山药色泽的影响

色泽的变化是鲜切果蔬褐变的外观表现，涂膜处理后在鲜切果蔬表面附着一层膜，可阻止鲜切果蔬的表面与空气接触，从而一定程度上抑制了鲜切果蔬的褐变，在色泽方面表现是一定程度控制了鲜切果蔬表面色泽的变化。图4表明：Hunter L*值表示山药片表面的色泽明暗度。L*值越大，表示亮度越大，表面越有光泽；反之，L*值越小，表示亮度越小，果实表面暗淡无光泽。未涂膜的山药在贮藏期间亮度大体呈减弱趋势(图1A)，颜色加重。经不同涂膜剂处理后在整个贮藏期间的Hunter L*值变化趋势平稳，总体略高于对照，表明山药亮度保持较好。Hunter a*值表示红绿的程度：a*值为“＋”时表示红的程度；a*值变大，红色加重；Hunter b*值表示黄蓝的程度：b*值为“＋”时表示黄的程度；b*值增大，黄色加重。未经涂膜山药片的Hunter a*值贮藏期间总体呈上升趋势，山药片表面红色逐渐加重。经各种涂膜剂处理的Hunter a*值上升趋势较缓慢(图1B)。未涂膜山药片的Hunter b*值在整个贮藏期间变化为上升趋势(图1 C)。经涂膜剂处理后Hunter b*值在贮藏前期与对照接近，后期均低于对照。L*、a*、b*值均以复合膜效果最好，L*值比对照高20.03%、a*值比对照低59.79%、b*值比对照低32.34%。

2.3 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间褐变度的影响

褐变是影响鲜切山药品质的主要指标，褐变后的鲜切山药色泽及营养价值均有所下降。而可食性涂膜对抑制果蔬褐变方面有明显的保鲜效果。图5结果表明，在贮藏期间鲜切山药呈现逐渐褐变的现象，海藻酸钠与卡拉胶涂膜后对山药片褐变的抑制效果一般，壳聚糖涂膜处理对山药褐变具有较好的抑制效果，复合膜涂膜处理后在贮藏前期对山药片褐变的抑制效果与壳聚糖相当，贮藏4d后对山药片褐变的抑制效果均好于其他涂膜剂，贮藏第10天山药片褐变度比对照低64.47%。果最佳，贮藏第10天酚类物质含量比对照高11.69%，这与彭丽桃等[10]研究一致。

图5 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间褐变度的影响Fig.5 Effect of different coatings on browning degree of fresh-cut yam during storage

图7 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间总酚含量的影响Fig.7 Effect of different coatings on the content of total phenols in fresh-cut yam during storage

2.4 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间PPO比活力的影响

图6 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间PPO比活力的影响Fig.6 Effect of different coatings on PPO activity of fresh-cut yam during storage

2.6 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间清除DPPH自由基的影响

图8 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间清除DPPH自由基能力的影响Fig.8 Effect of different coatings on DPPH radical scavenging capacity of fresh-cut yam during storage

由图6可知，在鲜切山药贮藏期间。鲜切山药在整个贮藏期间其PPO比活力呈现总体上升趋势，到第10天达到最高。壳聚糖、卡拉胶、海藻酸钠涂膜处理后对山药片PPO比活力的抑制效果有限；复合膜涂膜处理后贮藏前期对PPO比活力的抑制效果与壳聚糖接近，第4天后对PPO比活力的抑制效果好于所有处理，贮藏第10天复合膜处理比对照PPO比活力低23.6%。

2.5 不同涂膜剂对鲜切山药贮藏期间总酚含量的影响

图7表明，山药中含有一定的酚类物质，鲜切后山药片中有大量酚类物质合成，贮藏期到第6天达到高峰，而后酚类物质因氧化而逐步下降，呈现先升后降的趋势，这与郁志芳等[18]的研究相同。涂膜处理对鲜切山药贮藏期间酚类物质的合成影响不大，但涂膜处理可防止酚类物质因氧化而减少的趋势，以复合膜处理效

图8表明，山药具有一定的清除DPPH自由基的能力。研究报道，山药中含有的多糖物质、黏液质及多酚物质均具有一定的抗氧化作用[19]。贮藏前期涂膜处理对清除DPPH自由基效果影响不大，第6天后涂膜处理清除DPPH自由基的能力明显高于对照，可能与涂膜处理后阻止一定的酚类物质的氧化有关，复合膜处理效果好于其他涂膜剂，第10天其抗氧化能力比对照高18.37%，且抗氧化能力均好于同质量分数的VC，但不如同质量分数的BHT。

2.7 褐变度与PPO比活力的相关性

果蔬褐变的原因已知的至少有5种，即酚的酶促褐变、美拉德反应、抗坏血酸的氧化作用、焦糖化和脂类氧化。图9研究表明，切伤组织的褐变主要是酚的酶促褐变。酶促褐变所涉及的酶有PPO、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)等。PPO是植物中广泛存在的一种酶，该酶催化内源性多酚酶物质氧化成醌，再聚合成黑色素，PPO参与酚类物质的氧化和黑色素的形成[12]，PPO比活力是引起果蔬及其半成品和成品褐变的重要因素之一[18]。本实验表明，鲜切山药复合膜涂膜与未涂膜处理在储藏期间褐变的程度均与其PPO比活力之间存在的一定的相关性，相关系数分别达到0.8785和0.8425，且复合膜涂膜处理后相关性提高了4.27%。

图9 鲜切山药的褐变与PPO比活力的相关性Fig.9 Correlation between browning degree and PPO activity of freshcut yam

2.8 总酚含量与抗氧化性(清除DFFH自由基能力)的相关性

图10 鲜切山药总酚含量与抗氧化能力的相关性Fig.10 Correlation between total phenol content and PPO activity of fresh-cut yam

植物多酚是一类广泛存在于植物体内的多酚类物质，是植物的次生代谢产物，主要存在于植物的皮、根、茎、叶、果实中，其含量仅次于纤维素、半纤维素和木质素。植物多酚具有清除机体内自由基、抗脂质氧化、延缓机体衰老、预防心血管疾病、防癌、抗辐射等生物比活力功能[20]。实验表明，涂膜处理与未涂膜处理的鲜切山药中的多酚物质与抗氧化性能呈现一定的相关性(图10)，相关系数分别为0.8912和0.8035，且复合膜处理后相关系数提高了10.91%，其原因还有待进一步考察。

3 结 论

不同单一涂膜的复合，可使各组分高分子之间相互作用，在透明性以及保水、透气性方面均有不同程度的改善，更有利于果蔬保鲜[21-22]。试验表明：鲜切山药经过复合膜涂膜处理后，可进一步提高其保藏性。在复合膜为壳聚糖1.57%＋卡拉胶0.9%＋海藻酸钠1.55%涂膜后，贮藏第10天鲜切山药的色泽比对照有很大提高，褐变程度比对照降低了61.48%，PPO酶比活力下降了23.6%，酚类物质含量比对照高11.69%，其抗氧化能力提高了18.37%。

[1]蔡金辉, 严渐子, 黄晓辉, 等. 山药品种资源的分类研究[J]. 江西农业大学学报, 1999, 21(1)∶ 53-57.

[2]丁赢, 赵云岚, 刘铁成, 等. 山药穿山龙[M]. 北京∶ 中国中医药出社, 2001∶ 132.

[3]贡树铭. 药食同源的枸杞和山药[M]. 北京∶ 中医古文知识出版社, 2000∶ 16-17.

[4]姜德明. 抗癌保健佳蔬∶ 山药[J]. 吉林蔬菜, 2000(2)∶ 40.

[5]王兰菊, 屠琼芳, 刘颖, 等. 壳聚糖涂膜对鲜切山药品质的影响[J].食品工业科技, 2009, 30(4)∶ 309-311.

[6]郑林彦, 韩涛, 李丽萍. 国内切割果蔬的保鲜研究现状[J]. 食品科学, 2005, 26(增刊1)∶ 125-127．

[7]李桂峰, 刘兴华, 付娟妮. 可食涂膜对鲜切红地球葡萄粒呼吸强度和品质的影响[J]. 西北农业学报, 2005, 14(1)∶ 66-70.

[8]段丹萍, 鲁丽莎, 王海宏, 等. 果蔬涂膜保鲜技术研究现状与应用前景[J]. 保鲜与加工, 2009, 9(6)∶ 1-6.

[9]贾慧敏, 韩涛, 李丽萍, 等. 可食性涂膜对鲜切桃褐变的影响(简报) [J]. 农业工程学报, 2009, 25(3)∶ 282-286.

[10]彭丽桃, 蒋跃明, 杨书珍, 等. 壳聚糖被膜对鲜切荸荠褐变的抑制[J].植物生理学通讯, 2002, 38(6)∶ 554-556.

[11]陈海光, 姚青. 切片马铃薯护色及涂膜保鲜[J]. 食品与机械, 2004, 20(3)∶ 20-22.

[12]李宁. 鲜切莲藕褐变控制技术的研究[D]. 南京∶ 南京农业大学, 2000.

[13]张立华, 孙晓飞, 张艳侠, 等. 石榴多酚氧化酶的某些特性及其抑制剂的研究[J]. 食品科学, 2007, 28(5)∶ 216-219.

[14]BONOLI M, VERARDO V, MARCONI E, et al. Antioxidant phenolisnbarley (Hordeum vulgare L) flour∶ comparative spectro photometric study among extraction methods of free and bound phenolic compounds[J]. J Agric Food Chem, 2004, 52(16)∶ 5195-5200.

[15]NIHORIMBERE V, 钱和, 汪何雅, 等. DPPH自由基比色法测定番石榴叶提取物抗氧化比活力的研究[J]. 食品科学, 2004, 25(7)∶ 36-42.

[16]李国秀, 李建科, 吴晓霞, 等. 魔芋葡甘聚糖-壳聚糖-大豆分离蛋白复合涂膜保鲜剂的研究[J]. 陕西农业科学, 2007(2)∶ 46-49.

[17]王昕, 李建桥, 任露泉. 果蔬可食涂膜保鲜的应用和发展[J]农业工程学报, 2004, 20(2)∶ 284-287.

[18]郁志芳, 李宁, 赵友兴, 等. 鲜切莲藕贮藏中的酚类物质的变化及控制褐变抑制剂组合筛选[J]. 南京农业大学学报, 2003, 26(1)∶ 78-81.

[19]孙锋. 鲜山药的生物比活力研究[D]. 无锡∶ 江南大学, 2005∶ 4-8.

[20]李群梅, 杨昌鹏, 李健, 等. 植物多酚的提取与分离方法的而研究进展[J]. 保鲜与加工, 2010, 10(1)∶ 16-19.

[21]庞杰, 谢建华, 张甫生, 等. 可食性葡甘聚糖复合抑菌膜及其应用研究[J]. 农业工程学报, 2004, 20(3)∶ 157-162.

[22]王昕, 李建桥, 贾君, 等. 涂膜液成分对可食膜透性及番茄保鲜效果的影响[J]. 吉林大学学报∶ 工学版, 2004, 34(2)∶ 302-306.

Effect of Coating on Browning and Antioxidant Activity of Fresh-Cut Yam

MA Li-hua，QIN Wei-dong，CHEN Xue-hong，WANG Lei
(College of Food Science, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)

In order to preserve the color and antioxidant activity of fresh-cut yam and extend its shelf life, the effects of different types of coating treatment (chitosan alone, carrageenan alone, sodium alginate alone, and all of them) on browning degree and antioxidant activity of fresh-cut yam during storage at 5 ℃ were investigated. The results showed that a mixture of 1.57% chitosan, 0.9% carrageenan and 1.55% sodium alginate could inhibit PPO activity and reduce the browning degree of fresh-cut yam during storage, and prevent polyphenol oxidation and increase the total antioxidant activity of fresh-cut yam during the late period of storage.

fresh-cut yam；coating；browning；antioxidant activity

TS255.3

A

1002-6630(2012)18-0275-06

2011-08-29

马利华(1966—)，女，副教授，硕士，研究方向为天然产物、食品科学与加工。E-mail：mlh6610@163.com