茶树油复合多种天然产物对樱桃的保鲜作用研究

韩永萍,李可意,孙 波,司 旭

(北京联合大学生物工程学院 生物质废弃物资源化利用北京市重点实验室,北京 100023)

保鲜剂作为一种重要的水果保鲜手段被广泛使用。其中化学保鲜剂具有成本低、保鲜实效长等优势,但因存在致癌、致畸等危害人体健康的风险及污染环境等弊端,受到广大消费者的质疑。近年来,植物精油、多糖等多种天然提取物已被证实具有保鲜作用。由于保鲜效果与化学药剂相差较大,研制中多将几种天然产物进行复配。但基于保鲜机理出发,将植物精油与多种天然产物复配的研究鲜有报道。

樱桃果实色泽红润、皮薄、汁多、酸甜可口、富含糖、蛋白质、维生素及钙、铁、磷、钾等多种元素,但采收后常温贮存极易出现褐变、腐烂变质现象,在流通过程中备受采后保鲜包装及有效延长货架期的困扰。

最新研究发现,茶树油对桃核腐菌及炭疽病菌都有明显的抑制作用[1],并可有效清除果蔬表面残留的化学农药[2]。壳聚糖不仅广谱抗菌,还能在水果表面形成涂膜,从而可调控其呼吸作用[3]。石榴皮富含多酚、黄酮及生物碱等次生代谢产物,尤其多酚含量可达干质量的12%[5]。其提取物兼具抑菌活性和抗氧化活性[6]。桑叶有效成分为黄酮及黄酮苷类、生物碱类、多糖等,也表现出一定的抗氧化活性。据相关报道,这两种天然提取物对草莓、葡萄、梨等水果均表现出较好的保鲜作用[7]。

为此,本研究以樱桃保鲜为研究对象,从抑制影响樱桃品质的腐败微生物、调控呼吸作用和提高果实抗氧化能力保鲜机理出发,采用茶树油、壳聚糖、石榴皮提取物和桑叶提取物进行复配,为易腐水果的天然保鲜剂开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

樱桃 采至北京怀柔樱桃采摘园,挑选无虫害、无损伤、八分成熟度、大小基本一致果实做供试品;茶树油 广西绿洲茶树油公司;壳聚糖 浙江金壳生物化学有限公司提供,脱乙酰度90%;石榴皮提取物 西安天丰生物科技有限公司,多酚含量10%;桑叶提取物 西安清乐生物科技有限公司,黄酮含量10%。

JY5002精密电子天平 常熟市仪器厂;TGL-16C离心机 上海安亭科学仪器厂;85-2A型数显恒温磁力搅拌器 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;7600-1型紫外分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司;DS-1004超声波清洗机 深圳市超艺达科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 保鲜液配制 取1 g茶树油加入1 mL Tween 80乳化剂混匀。按比例称取壳聚糖、石榴皮提取物和桑叶提取物溶解于200 mL去离子水中,超声5 min后抽滤除杂,加0.2 mg加乳化剂的茶树油,转子搅拌器高速混匀,备用。

1.2.2 保鲜方法 将供试樱桃浸入配制的保鲜液中,对照组采用去离子水浸泡,5 min后取出自然风干,放入乘物盘,置入20 ℃恒温箱内保存。

1.2.3 正交实验 以失重率和烂果率为考察指标,以保鲜液中壳聚糖、石榴皮提取物和桑叶提取物的质量比为主要影响因素进行L9(34)正交设计,因素和水表见表1。每隔1 d测定失重率和烂果率,并及时将出现腐烂的樱桃剔除。设定失重率和烂果率权重各占50%,计算综合影响指数E。由储藏6 d后的E值确定保鲜剂最优配方。每个处理均设两个平行组,每组40个供试樱桃。

表1 正交实验因素水平表Table 1 The factors and levels of the orthogonal experiment

1.2.4 茶树油复方保鲜效果验证及茶树油对樱桃保鲜作用考察 以正交实验确定的最优配方为茶树油复方保鲜剂,以同体积去离子水代替茶树油制备减茶树油保鲜剂对樱桃进行保鲜研究,以去离子水代替所有保鲜剂对樱桃进行处理，作为空白对照(CK),每组供试樱桃各约100个(约1 kg),两个平行,每隔1 d考察失重率和烂果率。

1.2.5 茶树油复方保鲜对樱桃品质的影响考察 采用茶树油复方对樱桃进行保鲜研究,每组供试樱桃各约100个(约1 kg),两个平行,每隔1 d取样测定VC、总糖含量、可滴酸含量(TA)及丙二醛(MDA)含量。

1.2.6 相关指标测定

1.2.6.1 失重率 失重率(%)=(初始重量-当时重量)/初始重量×100。

1.2.6.2 烂果率 采用统计法[8]。腐烂级别:0级,无腐烂;1级,0～1/3面积腐烂;2级,1/3～2/3面积腐烂;3级,2/3～3/3面积腐烂。

1.2.6.3 VC、TA、总糖含量及MDA含量测定 随机在组内取约80 g樱桃,去核匀浆,过滤收集滤液,采用2,6-二氯靛酚滴定法测定VC含量[9],采用蒽酮比色法测定总糖含量[10],采用NaOH滴定法测定TA含量[11],采用硫代巴比妥法测定MDA含量[12]。

1.3 数据统计及分析

实验数据采用Excel软件处理,经SPSS 16.0统计软件进行差异显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 茶树油复方的正交实验研究

果实的失重率包括水分和干物质两方面损失,其中水蒸腾约占总失重的80%[13]。因此失重率主要反映水果在储藏过程的水分变化。而烂果率主要反映腐败菌对果实的侵染情况。正交实验结果见表2。

表2实验结果表明,相对于烂果率各处理组的失重率相差并不大,保鲜溶液中的三种提取物含量对樱桃保鲜性能影响依次为:壳聚糖>石榴皮提取物>桑叶提取物。由于保鲜液中壳聚糖相对比例较大,推测壳聚糖在樱桃表面形成的均匀薄膜,抑制了水分蒸腾,而壳聚糖浓度与薄膜的致密度有关,因此壳聚糖浓度是影响樱桃失重率的主要因素。

表2 正交实验结果Table 2 The result of the orthogonal experiment

根据K值计算结果,保鲜溶液中三种提取物的最优配比为A3B2C3,即保鲜液中壳聚糖、桑叶提取物及石榴皮提取物的质量配比为12∶3∶5,茶树油含量为1 mg/L。

2.2 茶树油复方保鲜效果的验证及茶树油对樱桃保鲜的影响

实验以烂果率和综合影响指数E为考察指标对茶树油复方保鲜作用进行验证,并同时考察了保鲜剂中茶树油的作用,结果如图1所示。

图1 茶树油对樱桃烂果率和E的影响Fig.1 Effect of tea tree oil on decay rate of strawberry

图1可以看出,与CK组相比,各保鲜处理组樱桃的失重率相差不大,烂果率和综合指数E变化趋势比较接近。CK组在第2 d就出现了烂果情况,6～8 d樱桃腐烂数量急剧增加,第10 d的腐烂率已达到60%。而茶树油复方处理组第4～6 d才开始出现烂果,烂果率仅有5%,失重率小于1.0%,优于正交实验各处理组,烂果量剧增发生于第10 d。这表明,正交实验确定的三种提取物最优配比茶树油复方保鲜剂对樱桃具有较好的保鲜效果。

与CK组相比,减茶树油组也对樱桃表现出较好的保鲜效果,同样在第4～6 d才开始出现烂果,但烂果量剧增较茶树油复方处理组提前,发生于第8 d。两种保鲜处理的果实腐烂率呈显著差异(p<0.05)。烂果率主要反映腐败菌的滋生和侵染情况,由此说明保鲜液中的茶树油充分发挥了其广谱抗菌特性,在很大程度上减少和延缓了果实腐烂。

对比烂果率可发现,研制的茶树油复合保鲜剂可延长樱桃货架期约5 d。

2.3 茶树油复方保鲜对樱桃品质的影响

2.3.1 樱桃的VC含量 VC是果实新鲜程度的主要营养评价指标,因具有还原性,在水果储藏过程中极易因氧化而损失。

由图2可以看出,保鲜组和CK组处理樱桃的VC含量都呈先升后降趋势。这是因为随着采后樱桃的成熟度逐渐增加,VC含量开始增大,对照组在第4 d达到了高峰。而保鲜组的高峰出现在第6 d,较CK组高出40.7%。在储藏末期,两种处理方式的樱桃VC含量均开始下降,但保鲜组的VC含量一直高于CK组。两种处理方式的樱桃VC含量存在显著性差异(p<0.05)。这是因为保鲜液不仅在果实表面形成了隔离膜,具有调节气体环境作用,而且其中的抗氧化组分也延缓了空气中O2对果实的氧化。

图2 不同处理方式对樱桃VC含量的影响Fig.2 Effect of different treatments on the VC content of strawberry

2.3.2 樱桃的总糖含量 糖含量对樱桃口感有着重要影响,在一定程度上也反映了果实的营养成分含量。

由图3可以看出,在储藏初期,由于呼吸作用消耗还原糖而导致总糖含量降低,两种处理方式在第2 d果实总糖都出现了最低值,之后含量开始提高,其中CK组增大速度相对较快。第8 d时,已经较保鲜组高出了约20%。

图3 不同处理方式对樱桃总糖含量的影响Fig.3 Effect of different treatments on the total sugar content of strawberry

樱桃属于非呼吸跃变型果实,即采后呼吸强度变化并不明显,其呼吸强度还将随着储藏期延长缓慢下降。而随着果实进一步成熟、老化,樱桃体内的淀粉等开始水解,当糖生成速率高于呼吸代谢速率时,果实内总糖含量开始升高。就总糖含量变化而言,保鲜液在一定程度上延缓了果实成熟,但二者之间未表现出显著差异(p>0.05)。

2.3.3 樱桃的可滴酸含量 果实酸度决定了其风味。在储藏中,一部分酸作为代谢活动的呼吸底物被转化为糖分。因此,总酸变化可以用来反映水果营养物质消耗程度的重要指标。

由图4可知,储藏期间樱桃的可滴定酸含量呈现先升后降的变化,总体变化幅度不大,CK组和保鲜组分别在第4 d和第6 d达到了峰值。这是因为软肉型果实的酸含量随着采后果实的软化而增加。当呼吸消耗酸量小于果实软化产酸量时,出现了酸累积[11]。在储藏后期,代谢活动加剧,可滴酸含量开始下降,CK组的可滴酸含量变化相对较大,第8 d较保鲜组低35%。之后因部分果实出现腐烂等原因,CK组的可滴酸有小幅度提高。相对于CK组,保鲜组储藏后期的可滴酸下降趋势在一定程度上得到了缓解,但二者之间未表现出显著差异(p>0.05)。

图4 不同处理方式对樱桃可滴酸的影响Fig.4 Effect of different treatments on the titratable acids content of strawberry

结合VC和总糖含量变化可看出,研制的茶树油复合保鲜剂可有效保持采后樱桃的营养和风味。

2.3.4 樱桃的MDA含量 MDA是生物膜中不饱和脂肪酸受机体代谢产生的O·攻击,生成的一种有害过氧化产物。果实中MDA含量可用于反映细胞膜脂过氧化程度,也间接反映了细胞的损伤程度。

由图5可以看出,随着储藏时间延长,CK组的MDA含量呈明显上升趋势。在储藏后期,MDA达到了较高水平。说明膜脂发生了严重过氧化,果实呈现衰老状态。而在相同的储藏时间内,保鲜组樱桃MDA含量随着储藏时间延长上升幅度较小,保持在一个相对较低的水平,第6 d时只有CK组的50%。两种处理方式的樱桃MDA含量存在显著性差异(p<0.05)。这说明研究配制的保鲜液可有效保护细胞膜系统,延缓果实衰老。

图5 不同处理方式对樱桃MDA含量的影响Fig.5 Effect of different treatments on MDA content of strawberry

3 结论

本研究采用茶树油、壳聚糖、石榴皮提取物和桑叶提取物为原料,复配后对樱桃进行保鲜研究。结果表明:壳聚糖、桑叶提取物和石榴皮提取物三种天然产物质量比为12∶3∶5配制的保鲜液,其中茶树油含量为1 mg/L,不仅能有效降低樱桃水分损失和烂果率,而且能明显延缓果实中的VC和可滴酸的降解速率,保持水果营养价值和风味,延长货架时间约5 d。

果蔬采后品质下降与自身新陈代谢和侵染腐败病原微生物密切相关。控制果蔬呼吸作用,抑制有害微生物的繁殖和滋生,降低果实成熟过程中相关酶的活性或及时清除体内氧自由基等,都可延缓果蔬软化衰老进程。

就本研究获得的樱桃保鲜剂而言,茶树油主要作用是有效抑制樱桃腐败微生物,降低烂果率;成膜性较好的壳聚糖除抑菌外,还是抑制樱桃水分蒸腾、减缓果实呼吸的主要因素;而石榴皮提取物和桑叶提取物含有抗氧化性较强的多酚和黄酮,能够防护果实细胞膜脂免受细胞代谢产生的氧自由基攻击,有效维护了细胞膜结构的完整性。由此可见,本保鲜液针对于樱桃腐烂变质的内外因进行组配,最终获得了理想的水果保鲜效果。

茶树油具有很强的芳香气味。研究发现,由于保鲜液中茶树油用量有限,这种气味一般在樱桃浸泡涂膜2～3 d之内消散殆尽。而保鲜处理后的樱桃在第6 d后开始逐渐软熟,散发樱桃特有的香味,因此不会受其影响。

此外,保鲜液中其它组分水溶性较好,使用前清洗方便,而且果肉口感并未因保鲜液浸泡涂膜发生改变。

[1]程赛,邵兴锋,郭安南,等.茶树油熏蒸对草莓采后病害和品质的影响[J].农业工程学报,2011,27(4):383-387.

[2]林丽静,程盛华,李积华,等.茶树油清除豇豆农药残留的效果[J].农业工程学报,2013,29(3):273-277.

[3]Chen R H,Lin J H. Relationships between the chain flexi-bilities of chitosan molecules and the physical properties of their casted filmes[J]. Carbohydrate Polymers,1994,24:41-46.

[4]李玉峰,黄大明,安昀,等.改性壳聚糖在樱桃保鲜剂中的应用研究[J].安徽农业科学,2012,40(14):8240-8241.

[5]张立华,张元湖,曹慧,等.石榴皮提取液对草莓的保鲜效果[J].农业工程学报,2010,26(2):361-365.

[6]吕华.石榴皮提取物保鲜作用剂抗菌复合膜的制备研究[D].舟山:浙江海洋学院,2015.5.

[7]徐佳琪,宁若男,杨晴雯,等.桑叶复方对水果保鲜作用研究[J].食品工业科技,2013,34(2):331-335.

[8]刘璐,鲁晓翔.ε-聚赖氨酸采后处理对樱桃冰温贮藏期间品质的影响[J].食品工业科技,2015,36(12):319-323.

[9]李润丰,赵希艳.2,6-二氯靛酚反滴定法测定红色果蔬中还原型VC[J].营养学报,2012,37(1):97-99.

[10]舒康云,陶永元,徐成东,等.一种可食性涂膜保鲜液对樱桃保鲜效果的影响[J].北方园艺,2013(23):137-140.

[11]于悦.生物活性膜的制备及其对蓝莓和甜樱桃保鲜作用的研究[D].青岛:中国海洋大学,2015.6.

[12]潘显辉,杨永利,郭守辉,等.丁香、艾叶提取物与长角豆胶复合涂膜保鲜剂对番荔枝的耐藏性影响[J].食品与发酵工业,2010,36(3):207-212.

[13]史振霞,张春丹,杜洪利,等.复合中草药提取剂在鸭梨保鲜中的研究[J].食品科技,2016,41(5):24-28.