强酸性电生功能水提高鲜切莲藕品质的研究

康　捷,郝建雄,刘海杰,*

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;2.河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄 050018)



强酸性电生功能水提高鲜切莲藕品质的研究

康捷1,郝建雄2,刘海杰1,*

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;2.河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄 050018)

以鲜切莲藕为试材,研究了强酸性电生功能水对鲜切莲藕表面微生物的杀灭作用及抑制酶促褐变效果,探究了强酸性电生功能水的有效氯浓度、贮藏时间、贮藏温度对其抑制褐变效果的影响,进一步考察几种不同清洗方式处理的莲藕切片在贮藏期间的色差值变化。结果表明:贮藏温度为4 ℃条件下,与对照组比,不同处理液均能显著(p<0.05)抑制鲜切莲藕的酶促褐变,其中pH3.0、有效氯浓度(ACC)40 ppm的强酸性电生功能水浸泡处理15 min,能最好保持鲜切莲藕的色泽品质,最大程度地抑制褐变反应。贮藏两周后,对照组褐变度(L*值)下降了45.0%以上,色泽变暗,而经强酸性电生功能水处理的莲藕其褐变度值保持最高,下降了约30.0%,且表面微生物数量减少最多,减少了42.9%,很好的保护了鲜切莲藕的色泽,提高产品品质。

鲜切莲藕,强酸性电生功能水,酶促褐变,微生物

鲜切蔬菜具有天然、营养、新鲜、方便以及可利用度高(100%可食用)等特点,市场需求量迅速增加[1]。但由于加工过程中受到机械损伤,失去组织的完整性,营养物质流出,因切割后蔬菜细胞受损、表面暴露在空气中没有表皮保护,其品质容易发生各种劣变[2]。褐变是大多数鲜切蔬菜都会发生的不利反应,在适宜条件下植物组织中多酚氧化酶系催化酚类物质氧化生成邻醌,后者聚合成褐色或黑色的物质而发生酶促褐变,直接影响其食用及经济价值[3]。如何解决鲜切蔬菜加工过程中发生的酶促褐变问题,以及减少表面微生物数量,保护产品品质是目前生产加工鲜切蔬菜急需解决的问题。

电生功能水是将水在一种特殊装置中经电场处理后,使水的pH、氧化还原电位(ORP值)、有效氯浓度(ACC)等指标发生改变而产生的具有特殊功能的酸性离子水和碱性离子水的总称[4-5]。在室温放置下可还原成无毒、无害的水,使用过程中不会产生有毒的残留,对环境无污染,对人体无毒副作用。国外已有不少报道其可快速杀灭多种细菌和病毒,是一种理想的消毒剂,目前已经广泛应用在医疗、食品加工、农业和环保等行业中[6-7]。

目前集中使用不同方法对鲜切蔬菜进行护色保鲜,包括普SO2熏蒸、添加褐变抑制剂(如柠檬酸、EDTA-2Na等)、隔离氧气、气调包装及低温贮藏等手段来控制鲜切蔬菜加工中的褐变问题[8],但这些方法不免存在食品安全性、价格等问题。关于电生功能水对果蔬的杀菌作用,国内外已有大量的研究和报道,Izumiy[9]等研究了强酸性电解水对鲜切胡萝卜、甜椒、菠菜、萝卜、土豆表面微生物总量的杀灭效果,发现经过强酸性电生功能水处理后表面微生物数量降低了0.6 log CFU/g。应用酸性电生功能水来抑制酶促褐变、控制微生物指标和提高鲜切蔬菜品质的研究尚少,本课题组长期从事于电生功能水的相关研究,前期研究已证实酸性电生功能水对鲜切马铃薯酶促褐变具有抑制作用[10],本研究以鲜切莲藕为试材,比较了传统添加柠檬酸作为褐变抑制剂的清洗处理和新兴清洗剂电生功能水(包括强酸性电生功能水和微酸性电生功能水)之间对鲜切莲藕贮藏期间褐变的抑制效果,为强酸性电生功能水应用于鲜切莲藕褐变抑制剂、杀菌剂提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

莲藕市售,处理前放入4 ℃冰箱中贮藏备用;盐酸、氯化钠、柠檬酸等均为分析纯。

电生功能水发生装置实验室自制;510M-01型多功能参数测定仪美国ThermoFisher Scientific公司;CR-300 MINOLTA色彩色差计日本柯尼卡-美能达公司;HH-501恒温水浴锅常州国华企业;RF-3F高浓度有效氯测定仪日本笠原理化公司;无菌操作台宁波赛福实验仪器有限公司;恒温培养箱北京博宇宝威实验设备公司等。

1.2实验方法

1.2.1不同处理溶液的准备强酸性电生功能水(以下简称强酸水):由实验室自制的有隔膜式的电生功能水发生装置电解一定浓度的NaCl溶液制取;

微酸性电生功能水(以下简称微酸水):由实验室自制的无隔膜式的电生功能水发生装置电解一定浓度的HCl溶液制取。其中电生功能水的pH、氧化还原电位(ORP)值采用多功能参数测定仪测定,有效氯浓度(ACC)采用碘量法或者高浓度有效氯浓度测定仪进行测定。

其他溶液:0.2%柠檬酸溶液、蒸馏水和自来水。

1.2.2电生功能水对鲜切莲藕酶促褐变的抑制作用研究选择新鲜、无机械损伤的莲藕经水洗去皮后切分为4～5 mm的薄片,分别用强酸性电生功能水、微酸性电生功能水、柠檬酸溶液、蒸馏水和自来水浸泡处理15 min。以未做任何处理的鲜切莲藕作为对照组,浸泡后将藕片取出沥干,装入聚乙烯密封袋中,4 ℃条件下保存,每隔一段时间测定反映褐变程度的相关指标。

表1　不同处理液的各项理化指标

用色彩色差计测定鲜切莲藕切片的L*值、a*值、b*值,来表征褐变程度。L*值取决于样品表面的反射率,是表示明度的一个指标,取值范围在0～100,值越小表明样品颜色越黑,越大表明切割表面的颜色越接近新鲜的自然色;a*值表示绿(-)-红(+)轴的色度,b*值表示蓝(-)-黄(+)轴的色度[11]。每个藕片测定正反两面,每个处理测5组,分析时取平均值。

1.2.3强酸性电生功能水的有效氯浓度对鲜切莲藕褐变的抑制作用研究鲜切莲藕切片制备参考1.2.2,强酸性电生功能水制备参考1.2.1中方法,通过调节极板间距、电流(电压)大小、电解时间等[12]来制备有效氯浓度分别为20、30、40、50、60 ppm的强酸性电生功能水(pH约为3.0),将准备好的藕片分别浸泡在800 mL的上述电生功能水中15 min后取出沥干,装入聚乙烯密封袋中,4 ℃下贮藏,每隔两天用色彩色差计测定各指标。

1.2.4贮藏时间对鲜切莲藕酶促褐变的抑制作用研究将准备好的藕片浸泡在800 mL的强酸性电生功能水(pH=3.0,ACC=40 ppm,ORP=1150 mV)中,浸泡15 min后取出沥干,装入聚乙烯密封袋中,4 ℃下贮藏一段时间,贮藏期间每隔两天用色彩色差计测定各项指标。

1.2.5贮藏温度对鲜切莲藕酶促褐变的抑制作用研究将准备好的莲藕切片浸泡在800 mL的强酸性电生功能水中(pH=3.0,ACC=40 ppm,ORP=1150 mV),浸泡15 min后取出沥干,随机分为两份装入聚乙烯密封袋中,分别置于4 ℃和25 ℃条件下贮藏一段时间,用色彩色差计测定各项指标。

1.2.6鲜切莲藕微生物指标的测定按照GB4789.2-2010《食品微生物学检验菌落总数的测定》[13],对鲜切莲藕中残留的菌落总数进行测定。准备好的藕片分别在800 mL自来水、强酸性电生功能水(pH=3.0,ACC=40 ppm,ORP=1150 mV)和次氯酸钠溶液(pH=10.07,ACC=62 ppm,ORP=600 mV)中浸泡处理10 min后取出沥干,取25 g不同处理的样品加入225 mL无菌生理盐水,均质1～2 min,制成1∶10的样品匀液。取1 mL上述溶液加入到9 mL稀释液中,震荡均匀制成1∶100的样品匀液,按照上述步骤,制备10倍系列稀释样品匀液,每递增稀释一次,换用一次1 mL无菌吸管或吸头。选择2～3个适宜稀释度的样品匀液,吸取1 mL于无菌平皿中,每个稀释度做两个平皿,同时,分别吸取1 mL空白稀释液加入两个无菌平皿内作空白对照。平皿内再加入15～20 mL冷却至46 ℃的平板计数琼脂培养基,待凝固后翻转平板,37±1 ℃培养48±2 h后取出按标准方法计算样品的菌落总数。

1.3数据分析

每组实验做三个平行,取平均值,采用SPSS 20.0中的Duncan’s多重比较进行显著性差异性分析(p<0.05),图像绘制采用Origin 8.5软件和Excel。

2　结果与分析

2.1不同处理液对鲜切莲藕酶促褐变的抑制效果

图1显示以未作任何处理的为空白对照,分别用自来水、蒸馏水、0.2%柠檬酸溶液、微酸性电生功能水(pH=5.5,ACC=40 ppm,ORP=850 mV)和强酸性电生功能水(pH=3.0,ACC=40 ppm,ORP=1150 mV)5种不同处理液浸泡处理新鲜莲藕切片贮藏1 d后用色彩色差计测定的各项指标,L*值越低,褐变越严重[14],从图1A中可以看出,经所有处理液处理后的样品L*值都比空白对照组高,说明经不同处理液处理后鲜切莲藕酶促褐变都受到一定程度的抑制。其中,自来水对鲜切莲藕酶促褐变的抑制效果不明显,自来水中含有杂质较多,短时间贮藏后与空白对照组之间没有显著差异性,其他处理液都能显著(p<0.05)抑制鲜切莲藕褐变。鲜切莲藕的a*值变化如1B所示,呈现下降趋势,a*值越小褐变程度越小,经不同处理液处理后样品a*值都低于空白对照组。b*值变化如图1C所示,同a*正好相反,b*值越大,切面的褐变程度越小。不同处理液对鲜切莲藕色差变化的影响有一定的差异性,可能是由于其对样品组织的代谢反应不同所致,其中强酸性电生功水处理组效果最好。鲜切果蔬的褐变与酚类物质含量和PPO活性密不可分,植物中PPO的最适pH一般在5～7左右,随着pH的下降,PPO的活性下降,特别是pH在3.0以下时,强酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来,导致PPO逐渐失活,酶活性趋于最低[15],这也证实了强酸性电生功能水具有最好的抑制酶促褐变效果。

图1　鲜切莲藕经不同处理液浸泡处理后贮藏1 d后色差变化Fig.1　Changes of color after 1 day of fresh-cut lotus with different treatments

2.2有效氯浓度对鲜切莲藕褐变的影响

图2显示由不同有效氯浓度的强酸性电生功能水处理鲜切莲藕后,褐变得到一定程度的抑制,不同有效氯浓度处理液之间在贮藏初期没有显著性差异,但随着贮藏时间的延长,不同处理组对鲜切莲藕的褐变抑制效果不同,由图看出,有效氯浓度为40 ppm的强酸性电生功能水处理后的样品在贮藏一周后仍保持较高水平的L*值,且整个贮藏期间L*值下降趋势缓慢,表明其对鲜切莲藕褐变抑制效果最好。电生功能水的pH不同导致Cl2、HClO、ClO-的存在比率发生变化[16],强酸性电生功能水pH在3以下,有效氯以Cl2和HClO为主,Cl2和HClO是氧化剂,对PPO具有一定的抑制作用[17],从而抑制鲜切莲藕的褐变反应。考虑制备含有过高有效氯浓度的强酸性电生功能水在技术上较为困难,所以选用有效氯浓度水平为40 ppm左右的强酸性电生功能水浸泡处理即可有效的抑制鲜切莲藕的褐变。

图2　不同有效氯浓度处理液处理后贮藏期间色差变化Fig.2　Changes of color difference in storage period of fresh-cut lotus with different avaliablechlorine concentration treatments

2.3贮藏时间对鲜切莲藕褐变的影响

由图3可以看出,经所有处理液处理的样品L*值随贮藏时间延长其变化趋势一致,不同处理液虽在一定程度上抑制鲜切藕片的酶促褐变,但随贮藏时间的延长,样品的L*值不同程度地减小,表明褐变程度逐渐增大,不同处理液对鲜切莲藕色差变化的影响具有一定的差异性,可能由于其对代谢组织的代谢反应不同所致[18]。柠檬酸溶液处理组的样品在贮藏初期对褐变的抑制效果较好,但随着贮藏时间的延长,L*值迅速下降,特别是贮藏2 d后与强酸性电生功能水处理相比,褐变程度更大。强酸性电生功能水处理组的样品相比其他处理组的样品L*值在整个贮藏期间都保持在最高水平,且L*值的下降趋势较缓慢,说明强酸性电生功能水对鲜切莲藕褐变抑制效果最好,这与上面结果相一致。强酸性电生功能水处理组的样品贮藏两周后保持最高的L*值,贮藏期间色差值仅降低了不到30.0%,而对照组却降低了45.0%以上,说明经强酸性电生功能水处理后的鲜切莲藕可以较长时间的保持产品品质,延长贮藏期。

表2　不同处理鲜切莲藕色差值随贮藏温度的变化

图3　不同处理鲜切莲藕随贮藏时间色差的变化Fig.3　Changes of color in different storage time of fresh-cut lotus with different treatments

2.4贮藏温度对鲜切莲藕褐变的影响

由表1可以看出,所有处理组鲜切藕片在4 ℃贮藏条件下的L*值都比20 ℃的高,表明相比20 ℃贮藏条件,鲜切藕片在4 ℃下褐变程度更小,莲藕褐变反应是酶促褐变,与PPO、POD等多种酶活性有关,其中起重要作用的是多酚氧化酶(PPO),即是在多酚氧化酶(PPO)和O2的参与下将酚类化合物氧化成醌,醌再聚合成有色物质的过程[19]。酶促反应有最适温度,大多数酶最适温度在20～40 ℃,在4 ℃贮藏条件下与褐变相关的酶失去活性,因而褐变程度降低,所以要保持鲜切莲藕最小程度褐变,最适贮藏温度为4 ℃。

2.5电生功能水对鲜切莲藕微生物数量的影响

由图4可以看出,经不同处理液浸泡处理鲜切莲藕匀浆液中微生物指标,其中强酸性电生功能水(pH=3.0,ACC=40 ppm)处理组的样品中微生物数量减少最多,减少了1.5(lgCFU/g),而相同处理条件下,次氯酸钠溶液(ACC=50 ppm)减少了1.2(lgCFU/g),自来水仅减少了0.5(lgCFU/g),与强酸性电生功能水相比均存在显著性差异(p<0.05)。可能原因是强酸性电生功能水的有效氯成分主要以Cl2和HClO共存,其中HClO具有较强的氧化性及穿透细胞膜的能力,能有效地破坏微生物的细胞结构、杀灭微生物[20];而次氯酸钠溶液中的有效氯成分主要为ClO-,研究表明,ClO-的除菌效果明显低于HClO[21],所以强酸性电生功能水的杀菌效果明显优于次氯酸钠溶液。

图4　不同处理液对鲜切莲藕表面微生物数量影响Fig.4　The influence on the amount of microbe of fresh-cut lotus with different treatments

3　结论

清洗杀菌工艺不仅能保持鲜切产品的品质,并能有效延长产品的货架期,成为鲜切产业体系中的关键控制点。切割加工引起的组织伤害会刺激鲜切莲藕呼吸强度的增强,与褐变相关酶的活性也随之增大,导致切割表面发生褐变,降低了鲜切莲藕的贮藏品质[22]。实验研究发现用有效氯浓度为40 ppm的强酸性电生功能水浸泡处理鲜切莲藕15 min,可以显著抑制酶促褐变的发生,明显降低微生物数量,其褐变抑制效果与0.2%柠檬酸溶液(常用的褐变抑制剂)相当,与自来水处理组相比微生物数量降低了28%。相比常用的氯系杀菌剂如漂白粉、二氧化氯、次氯酸钠等,在碱性条件下,ClO-易于有机物反应生成有害物质,对人体产生危害,强酸性电生功能水作为一种安全有效的杀菌剂,应用于鲜切莲藕的杀菌保鲜,并且能够最大程度的保证产品品质,其在鲜切蔬菜产业的应用前景十分广阔。

[1]罗海波,姜丽,余坚勇,等.鲜切果蔬的品质及贮藏保鲜技术研究进展[J].食品科学,2010,31(3):307-311.

[2]郝亚勤.鲜切果蔬商品化处理过程中的品质变化及保鲜技术[J].广东农业科学,2009,(5):133-134,152.

[3]田密霞,胡文忠,王艳颖,等.鲜切果蔬的生理生化变化及其保鲜技术的研究进展[J].食品与发酵工业,2009,35(5):132-135.

[4]Jia GL,Shi JY,Song ZH,Li FD.Prevention of Enzymatic Browning of Chinese Yam(Dioscorea spp.)Using Electrolyzed Oxidizing Water[J].Food Chemistry,2015,80:718-728.

[5]李润泽.碱性电解水降解高效氯氟氰菊酯农药研究[D]. 北京:中国农业大学,2014.

[6]Huang Y R,Hung Y C,Hsu S Y. Application of electrolyzed water in the food industry[J]. Food Control,2008,19:329-345.

[7]Russell S M. The effect of electrolyzed oxidative water applied using electrostatic spraying on pathogenic and indicator bacteria on the surface of eggs[J]. Poultry Science,2003,82:158-162.

[8]肖卫华,李里特,李再贵,等.电生功能水对草莓的保鲜实验研究[J].食品科学,2003,24(5):152-155.

[9]Izumi H. Electrolyzed water as a disinfectant for fresh-cut vegetables[J]. Journal of Food Science. Chicago,Ⅲ. Institute of Food Technologists,1999,64(3):536-539.

[10]邓清云,刘海杰.酸性电解水对鲜切马铃薯酶促褐变抑制效果研究[J]食品科技,2012,37(10):35-38.

[11]DU Jinhua,FU Yucheng,WANG Niya. Effects of aqueous chlorine dioxide treatment on browning of fresh-cut lotus root[J]. LWT-Food Science and Technology,2009,42:654-659.

[12]D Hricova,R Stephan,C Zweifel. Electrolyzed Water and Its Application in the Food Industry[J]. Journal of Food Protection,2008,71(9):1934-1947.

[13]中华人民共和国卫生部. GB/T 4789.2-2010食品卫生微生物学检验:菌落总数测定[S].

[14]何萌,王丹,马越，等.不同清洗处理对鲜切莲藕贮藏过程品质变化的影响[J].食品工业科技,2013.34(15):328-331.

[15]郁志芳,夏志华,陆兆新.鲜切甘薯酶促褐变机理的研究[J].食品科学,2005,26(5):54-59.

[16]Abadias M,Usall J,Oliveira M.Efficacy of netrual electrolyzed water for reducing microbial contamination on minimally-processed vagetables[J].International Journal of Food Microbiology,2008,123:151-158.

[17]李克娟,郝建雄,刘海杰,等.辰巳英三.酸性电生功能水对鲜榨梨汁品质的影响[J].食品工业科技,2012,33(8):132-136.

[18]何萌,王丹,马越,等.不同清洗处理对鲜切莲藕贮藏期间褐变的影响.食品科学,2014.35(18):214-218.

[19]仇立亚,范明红,李启明,等.莲藕贮藏期间褐变生理的比较研究[J]食品科技,2008,7:231-234.

[20]Hao JX,Qiu S,Li HY,et al. Roles of hydroxyl radicals in electrolyzed oxidizing water(EOW)for the inactivation of Escherichia coli[J]. International Journal of Food Microbiol,2012,155(3):99-104.

[21]Koseki S,Fujiwara K,Lsobe S. Decontamination of lettuce using acidic electrolyzed water[J]. Journal of Food Protection,2001,64(5):652-658.

[22]Bonde M R,Nester S E,Khayat A. Comparison of effects of acidic electrolyzed water and NaClO on Tilletia indica teliospore germination[J]. J Plant Disease,1999,83(7):627-632.

Maintaining the quality of fresh-cut lotus root by using strong acidic electrolyzed water

KANG Jie1,HAO Jian-xiong2,LIU Hai-jie1,*

(1.College of Food Science and Nutritional Engineering of China Agricultural University,Beijing 100083,China;2.College of Bioscience and Engineering,Hebei University os Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China)

To explore the effect of strong acidic electrolyzed water(AcEW)inhibiting enzymatic browning and on total microbial count on fresh-cut lotus root slices. The aviliable chiorine concentration(ACC)of strong acidic electrolyzed water(AcEW),storage time and storage temperature on the influence of the effect of inhibiting browing and further investigate several cleaning method processing of fresh-cut lotus slices in color different values during storage time were explored. The results showed that under the condition of 4 ℃ storage temperature,compared to no treatment,all of cleaning treatments can significantly(p<0.05)inhibit enzymatic browning of fresh-cut lotus root slices.When the aviliable chiorine concentration(ACC)was 40 ppm,the processing time was 15 min,the strong acidic electrolyzed water can maximum keep the quality and inhibit enzymatic browning of fresh-cut lotus. After storage two weeks,the browning degree of control group(L*)decreased by more than 45.0%,while the fresh-cut lotus with the treatment of strong acidic electrolyzed water(AcEW)had the higestL*value,reduced less than 30.0%. And the number of microorganisims decreased by 42.9%,the most too. Which conclude the strong acidic electrolyzed water(AcEW)could be a useful approach to enhance the edible safety of fresh-cut lotus and improve product quality.

fresh-cut lotus root;strong acidic electrolyzed water;enzymatic browning;microorganism

2016-01-12

康捷(1991-),女,硕士研究生,研究方向:农产品加工及贮藏工程,E-mail:kangjie925@163.com。

刘海杰(1973-),女,博士,副教授,研究方向:食品科学,E-mail:liuhaijie@cau.edu.cn。

新世纪人才项目(2015QC049);基本科研业务费(2015SP001)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)13-0335-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.061