不同功率的微波处理 对猕猴桃贮藏特性的影响

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(安徽农业大学茶与食品科技学院,安徽合肥 230036)

猕猴桃是典型的呼吸跃变型水果,属于猕猴桃科猕猴桃属[1]。果实酸甜可口,营养丰富,具有很高的保健和营养价值,被誉为“水果之王”。皖翠猕猴桃是安徽省培育的海沃德自然芽变品种,栽培经济性状优于海沃德,表现为果大,呈柱状,果实风味优良,丰产性良好[2]。但是其果实易软化腐烂,采后损失率高,因此延长皖翠猕猴桃贮藏时间,提高贮藏质量,对猕猴桃产业的发展极其重要。

近年来,微波对生物体系的效应已经引起大家的广泛关注[3-5]。理论上讲,微波不仅可以加快化学反应度,而且在一定条件下还可以抑制化学反应(某个方向的反应)的发生[6]。微波在食品工业中的应用主要有漂烫、干燥、杀菌、解冻等[7-9],在贮藏方面的研究相对较少。因此,研究微波对于农产品保藏的作用是很有必要的。Giovana等研究发现[10],伴侣茶叶经微波照射可以抑制PPO和POD酶的活性,使茶叶的色泽更诱人。Devece等[11]通过比较微波及传统热处理两种方式,发现微波处理能更方便、高效的抑制PPO酶活性,延长其保质期。

如何控制处理时原料的温度是利用微波处理猕猴桃需考虑的一个重要因素。相关研究表明,原料的温度与原料种类及微波处理方式密切相关[12]。本实验通过对猕猴桃质量、形状等的严格筛选,并对猕猴桃的处理量、微波输出功率、处理时间等对猕猴桃果心温度的影响进行考察,确定了微波对猕猴桃的处理方式及范围。通过定期检测贮藏期间猕猴桃果实的各项指标,研究微波处理对皖翠猕猴桃贮藏特性的影响,意在找出有利于皖翠猕猴桃贮藏的最佳微波处理方式,为猕猴桃贮藏开辟高效、无毒的新道路,为果蔬贮藏的理论研究提供新的依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

“皖翠”猕猴桃 霍邱县皖西猕猴桃研究所采收,随机选取大小均匀,成熟度相对一致,无病虫害、机械伤的生理成熟期的果实进行实验。

SAM-255型微波系统 美国CEM公司;DDS-307-型电导仪 上海精密科学仪器有限公司;PAL-1型手持折光仪 日本ATAGO公司;GY-1型果实硬度计 上海沪铄电子科技有限公司;CXH-3010F型红外CO2分析仪 北京科瑞海科学仪器有限公司。

1.2实验方法

猕猴桃的皮厚,散热性较差,果心极易聚集温度,而微波系统所能检测到的只是猕猴桃表面的温度,无法检测到果实实际温度。因此,本实验通过微波处理后迅速用电子温度计检测果心温度的方法来选择微波处理皖翠猕猴桃的条件范围。电子温度计测得室温下的猕猴桃果心温度为13℃。

1.2.1 猕猴桃处理数量及摆放位置的确定 选取1、5、10、20个皖翠猕猴桃(每个果实约70～80g),为4个不同的处理组,分别摆在微波转盘的中间及四周各个位置,用微波系统进行(120W,60s)微波处理,处理完毕立即用电子温度计检测其果心温度。

1.2.2 猕猴桃输出功率及时间的确定 以输出功率(30、60、120、240、480W),处理时间(30、60、120、240、480s)进行单因素实验,处理完毕后迅速检测猕猴桃果心温度。从而确定微波输出功率及时间的最佳范围。

1.2.3 猕猴桃处理方法 根据确定好的微波处理方式,利用微波系统处理原材料,每个处理组用果约4500g。处理后立即将猕猴桃放入(1±0.5)℃冷库中冷却5min,然后将实验用果分别用PE袋分类包装标记,分装,贮藏于(1±0.5)℃,相对湿度85%的冷库中。贮藏过程中每20d进行各项指标测定。

1.3测定项目及其方法

1.3.1 呼吸强度 每个处理组分别随机取出6个猕猴桃(标记),用于检测呼吸强度。在贮藏温度(t)下检测其呼出的CO2含量,称取果实鲜重(mf),读取分析仪的流量计数(F),根据公式计算结果,重复检测3次。

呼吸强度(CO2mL/kg·h)=F(mL/min)×60(min)×CO2(ppm)×10-6×44/22.5×273/(273+r(℃))/mf(kg)

1.3.2 果实品质指标 每个处理组分别随机选取6个猕猴桃,测定6个果实对称两颊部去皮果肉的硬度,测定6个果实的可溶性固形物(SSC)含量,取其平均值。

用酸碱滴定法[13]测定可滴定酸含量,用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]检测VC含量,取样时6个果实不同部位混合称量,每个指标平行3次,取其平均值。

1.3.3 相对电导率检测 每个处理组取6个猕猴桃,用直径1cm的打孔器切取大小一致的果肉,切成相同厚度(2mm)的薄片,放入小烧杯中,去离子水浸泡10min、冲洗3次,用干净滤纸吸干圆片水分。加入20mL去离子水,浸没圆片,用滤纸封口,真空抽气10min。在25℃下,摇床上振荡1h,取出立即测电导率P1,然后煮沸15min,冷却至室温加水至原始刻度平衡10min测其电导率P2,每个处理重复3次,取其平均值。

1.3.4 LOX酶的检测 根据陈昆松等[14]方法参考并修改。酶液的提取:称取2.5g猕猴桃果肉,加入2.5mL预冷的提取缓冲液,在冰浴条件下研磨,然后4℃、12000×g离心30min,收集上清液备用。

酶活性测定:取2.75mL 0.1mol/L、pH5.5乙酸-乙酸钠缓冲液,加入5μL 0.1mol/L亚油酸钠溶液,在30℃保温10min,加入20μL粗酶液,混匀。以蒸馏水为参比,在反应15s时记录反应体系在波长134nm处吸光度值,此为初始值,然后每隔30s记录一次,连续测定6个数据。重复三次。

1.3.5 数据的统计分析 用Excel进行数据统计分析、作图,SPSS软件对数据进行方差分析,不同水平利用LSD进行差异显著性分析。p<0.05为差异显著。

2 结果与讨论

2.1微波处理方式的确定

2.1.1 猕猴桃处理数量及摆放位置的确定 猕猴桃的处理数量及在托盘中的摆放位置直接影响猕猴桃受热的均衡性,从而影响处理条件的一致性。如表1所示,不同处理数量及不同摆放位置的猕猴桃的果心温度差异并不大,在18.2～21.4℃范围之内。因此,考虑到处理的方便性及时效性,实验微波处理量确定为(1500±50)g/次。

表1 猕猴桃处理数量及摆放位置对果心温度的影响Table 1 Effect of processing quantity and position on core temperature of kiwifruit

2.1.2 猕猴桃输出功率及时间的确定 果实内部聚集过高的温度对于猕猴桃的营养品质及贮藏特性都不利,因此,实验将猕猴桃果心温度控制在50℃以内。如图1所示,时间(或功率)一定,温度随功率(或时间)的增加而增加。当时间60s,不同功率处理时,果心温度基本都在50℃以内,且不同处理组果心温度具有一定差异;同样,当功率60W,不同时间处理时,果心温度基本都在50℃以内,且不同处理组果心温度具有一定差异。因此,输出功率60W或处理时间60s时最合适,且两者差异不大,最终确定处理时间为60s。

图1 微波输出功率与时间对果心温度的影响 Fig.1 Effect of microwave output power and time on core temperature of kiwifruit

综上,确定微波处理方式为:处理时间60s,输出功率30、120、210、300、390W,此时,对应的果心温度分别为15.6、19.1、26.2、39.5、50.1℃。

2.2微波处理对“皖翠”猕猴桃呼吸生理的影响

呼吸作用是果蔬采收后进行的重要生理活动,是影响贮藏效果的重要因素。图2所示,不同功率微波处理的皖翠猕猴桃呼吸速率变化趋势基本相同,先上升,再下降,产生呼吸跃变,这与王强等[15]的研究结果一致。但在100d之后呼吸速率又出现上升,这可能与猕猴桃的成熟衰败有关。在整个贮藏期间,120W/60s处理组呼吸速率较CK能保持较低水平,在第100d时呼吸速率有显著差异(p<0.05),而其他各组差异并不显著(p>0.05)。又由图2所示,30W/60s、120W/60s处理组在40d呼吸速率达到最大值,较210W/60s、300W/60s、390W/60s及CK组的20d达到最大值,呼吸峰发生了延迟。可见,低功率的微波处理对于猕猴桃呼吸速率有一定的抑制作用,能有效延缓呼吸峰的出现,延长贮藏期。这可能是因为低功率的微波处理后产生的非热效应,抑制了某些酶的活性,降低了生理代谢速率,维持了细胞膜结构的完整性,从而抑制了呼吸强度和呼吸进程。庞小峰等[16]研究也发现,DNA、蛋白质和脂类分子吸收微波能量后,导致它们的构象畸变能增加,易于发生构象或结构的异常变化,导致其功能异常或丧失。

图2 微波处理对皖翠猕猴桃呼吸强度的影响 Fig.2 Effect of microwave treatments on respiration intensity of Wan cui kiwifruit

2.3微波处理对“皖翠”猕猴桃贮藏品质的影响

2.3.1 微波处理对“皖翠”猕猴桃SSC含量的影响 SSC能直接反应果蔬的成熟程度和品质状况。图3所示,各组的皖翠猕猴桃的SSC含量变化基本一致,SSC含量逐渐上升。在整个贮藏期30W/60s、120W/60s、210W/60s 处理组的SSC含量都低于CK,而390W/60s处理组的SSC含量高于CK。在第40d时,30W/60s、120W/60s处理组与CK的差异显著(p<0.05);在第100d时,30W/60s、120W/60s及210W/60s处理组与CK的差异呈显著(p<0.05)。又如图3所示,390W/60s处理组及CK在100d之后SSC含量出现下降,其他处理组120d之后呈现下降趋势,这可能是因为后期的成熟衰老使猕猴桃呼吸作用增强,从而加速了有机物质的分解所致[17]。总之,低功率处理皖翠猕猴桃能有效减缓SSC含量的下降,保持较好的贮藏品质,但是功率过高,微波产生较强的热作用反而对果实造成一定的伤害,加速SSC的降解,加快果实的成熟衰老,这与Ramesh等[18]在蔬菜上面的研究一致。

图3 微波处理对皖翠猕猴桃SSC的影响 Fig.3 Effect of microwave treatments on SSC of Wan cui kiwifruit

2.3.2 微波处理对皖翠猕猴桃硬度的影响 硬度是衡量果蔬成熟度和贮藏品质的重要指标。猕猴桃在贮藏过程中很容易软化,这主要与果实内含物的降解有关。如图4所示,猕猴桃采收时硬度为15kg/cm2,在0～40d间硬度下降最快,而40～100d间硬度下降趋于缓慢,直至不变。在整个贮藏期间,120W/60s处理组硬度的保持较好,延缓了猕猴桃的软化速度,在第40d和100d时与CK的差异均达到显著(p<0.05);30W/60s、210W/60s处理组与CK在第100d时差异显著(p<0.05)。30W/60s、120W/60s处理组在140d硬度降到2kg/cm2,而390W/60s处理组与CK在100d时就降到了2kg/cm2,且硬度较CK下降更快(如图4)。可见,低功率微波处理能够有效的减缓皖翠猕猴桃的硬度下降,这可能因为低能微波作用,抑制了一些水解酶的活性[16]。研究发现,果胶物质在PG和PME等水解酶的作用下发生一系列变化,导致可溶性果胶含量增加,细胞壁完整性破坏,果实硬度降低,果实品质降低[19]。

图4 微波处理对皖翠猕猴桃硬度的影响 Fig.4 Effect of microwave treatments on firmness of Wan cui kiwifruit

2.3.3 微波处理对“皖翠”猕猴桃VC含量的影响 VC是人类营养中最重要的维生素之一,如何降低贮藏过程中VC含量的减少是研究猕猴桃保藏的重要意义。如图5所示,皖翠猕猴桃的VC含量呈先上升后下降的趋势,各处理组都在40d的时候达到最大值,100d之后变化趋于平缓。其中,120W/60s处理组在40d时,VC含量高于CK 5.34%,与CK的差异呈显著(p<0.05);在100d时,VC含量高于CK 13.6%,与CK差异显著(p<0.05),可见,微波处理对皖翠猕猴桃VC含量的变化影响很大。30W/60s、210W/60s两处理组在第100d时与CK的差异显著(p<0.05),而390W/60s处理组在40d时的VC含量低于CK 5.72%,差异显著(p<0.05),这可能因为较高功率的微波处理产生的热效应对VC具有一定破坏作用。可见,低功率的微波处理对于猕猴桃的VC含量的保持起到了很好的效果,提高了皖翠猕猴桃的贮藏品质。

图5 微波处理对皖翠猕猴桃VC含量的影响 Fig.5 Effect of microwave treatments on VC of Wan cui kiwifruit

2.3.4 微波处理对皖翠猕猴桃酸含量的影响 可滴定酸含量的多少对于猕猴桃的口感、风味、pH及贮藏性都有很大影响,如图6所示,可滴定酸含量先上升再下降然后趋于平衡,整体变化范围在1.1%～1.5%之间,波动并不明显。其中,30W/60s、120W/60s处理组的可滴定酸含量整体高于CK,在第40d和100d较CK差异显著(p<0.05);210W/60s处理组在第100d差异显著(p<0.05)。而其他各处理组与CK的差异并不明显(p>0.05)。可见,低功率的微波处理皖翠猕猴桃能够抑制可滴定酸含量的下降,随着微波处理功率的增加,果心温度也随之上升,皖翠猕猴桃的可滴定酸含量下降,这可能是因为微波热效应的增强,对猕猴桃产生了一定的伤害。

图6 微波处理对皖翠猕猴桃可滴定酸含量的影响 Fig.6 Effect of microwave treatments on titratable acid of Wan cui kiwifruit

2.4微波处理对皖翠猕猴桃细胞膜透性的影响

2.4.1 微波处理对皖翠猕猴桃相对电导率的影响 猕猴桃在成熟衰老过程中,细胞质膜功能活性下降,膜通透性增加,细胞内电解质向外渗透。如图7所示,皖翠猕猴桃在贮藏过程中的相对电导率在前40d上升较快,40～100d上升趋于缓慢,100d之后由于衰老又出现上升。其中,30W/60s、120W/60s处理组的相对电导率低于CK,在第100d时与CK的差异均显著(p<0.05),而在第40d时各组差异并不显著(p>0.05)。可见,不同强度的微波处理对猕猴桃细胞膜结构产生的影响不同。Adey等认为,细胞膜是电磁场作用的靶体[20]。这一观点在动物细胞上得到证实,电磁场可以改变膜脂蛋白结合区域的结构状态[21]。因此,可以认为微波对皖翠猕猴桃的作用主要可能是在细胞膜上进行的。而这一结论也与习岗等[22]的研究发现一致,低强度微波辐射使烟草叶片细胞膜透性增加。

图7 微波处理对皖翠猕猴桃相对电导率的影响 Fig.7 Effect of microwave treatments on relative conductivity of Wan cui kiwifruit

2.4.2 微波处理对皖翠猕猴桃LOX酶活性的影响 许多研究表明[23],膜脂过氧化是引起果蔬衰老的重要原因。脂氧合酶(LOX)是催化细胞膜脂发生氧化反应的主要酶,也是启动细胞膜脂过氧化作用的主要因子。在成熟衰老过程中,不断产生活性氧[24],破坏膜结构和功能的完整性,从而引发膜脂过氧化。如图8所示,LOX酶活力呈现先骤升再骤降,然后趋于平缓的趋势,在20d达到最大值,40d之后趋于平缓,这与相对电导率变化趋势呈显著的负相关性。在20d时,30W/60s、120W/60s、210W/60s处理时LOX活力分别为28.20ΔOD234/(min·mf)、22.00ΔOD234/(min·mf)、32.40ΔOD234/(min·mf),而CK高达52ΔOD234/(min·mf),差异显著(p<0.05);在第100d时,30W/60s、120W/60s处理组与CK差异显著(p<0.05)。由此可见,低功率的微波处理皖翠猕猴桃对LOX酶活性的抑制作用很强,而较高功率处理对于LOX酶活力的影响并不明显。 低功率处理抑制了LOX酶的活力,进一步证实了微波对皖翠猕猴桃的作用主要可能是在细胞膜上进行的。

图8 微波处理对皖翠猕猴桃LOX的影响 Fig.8 Effect of microwave treatments on LOX of Wan cui kiwifruit

3 结论

3.1低功率微波对于皖翠猕猴桃的贮藏特性有较好的影响。其中,120W/60s微波处理组合的效果最显著。处理强度过高、过低猕猴桃的贮藏效果都不是很理想。

3.2低功率微波处理组合(<240W/60s)能有效的推迟猕猴桃呼吸峰的出现,抑制呼吸速率、SSC含量的上升,抑制猕猴桃硬度、可滴定酸含量、VC含量的下降,能显著抑制LOX酶活性、电导率的上升;高功率微波处理组合(>300W/60s)对于皖翠猕猴桃有一定损伤作用,不利于贮藏。

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