氯化鈉處理延緩鮮切粉葛褐化機理研究

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(中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所,海南省熱帶園藝產品采后生理與保鮮重點實驗室,廣東湛江 524091)

粉葛(PuerariaethomsoniiRadix)又名甘葛、野扁葛等,為多年生豆科(Leguminosae)落葉藤本植物的干燥根,通常在秋、冬兩季采挖,其淀粉含量高達40%,并富含纖維素、蛋白質、氨基酸、脂肪、黃酮類物質及13種人體所必需的微量元素,具有較高的營養價值和藥用價值[1],是一種藥食同源的天然植物資源,素有“南葛北參”和“南方人參”之稱[2],不僅對冠心病、心絞痛、腸癌等具有明顯療效,還可促進人腦的血液循環、增強記憶、降低血脂、減肥健美等功效[3]。

在貯藏和加工過程中,新鮮粉葛切割后表面很容易發生酶促褐變,嚴重影響產品感官品質和內在質量,縮短貨架期。護色是粉葛鮮切后直接作為果蔬產品或其他加工的必要步驟,鮮切產品表面褐變主要是以多酚氧化酶(PPO)為主的系列酶,催化特殊的酚類底物氧化成醌類褐色化合物[4],同時也與因刺激產生的乙烯及呼吸速率的升高[5]、酚類物質成分的變化以及抗氧化水平的高低[6]等一系列生理生化變化密切相系。目前葛根鮮切后護色方法包括熱燙和預煮,亞硫酸鈉噴涂[7],含有氯化鈣、檸檬酸、抗壞血酸等復合護色劑浸泡等[8],但熱燙和預煮的方法會使葛根中的功能活性物質受到破壞,且淀粉易糊化,影響產品品質和風味,而硫化物處理后不但降低產品營養品質,其殘留還可引起某些人的過敏反應。氯化鈣作為采后處理保鮮劑,在延緩褐化、提高果實硬度、推遲果實后熟等方面有廣泛報道[9]。

鹵化鹽(NaCl、KCl、CaCl2、NaF、NaBr、NaI等)可抑制鮮切果蔬的褐化,以氯化鈉最為典型,作為一種價格低廉、無毒無味的食品添加劑可有效延緩鮮切蘋果、鮮切梨片褐化,但在鮮切粉葛上尚未報道。本實驗就0.1 mol/L氯化鈉處理延緩鮮切粉葛褐化的機理進行探討,對鮮切粉葛護色工藝配方篩選提供理論依據。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

粉葛湛江寸金農貿市場;托盤山東恒信基塑業股份有限公司;0.05 mm厚度聚乙烯保鮮膜國家農產品保鮮工程中心;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、交聯聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、鄰苯二酚、愈創木酚等試劑均為分析純;實驗用水屈臣氏蒸餾水。

UV-1700型紫外-可見分光光度計日本島津公司;臺式冷凍離心機Thermo-scientific公司;HH-S4型電熱恒溫水浴鍋北京恒瑞鑫達科技有限公司;ME303電子天平瑞士梅特勒托利多公司;恒溫恒濕箱上海一恒科技有限公司。

1.2　實驗方法

1.2.1樣品處理及貯藏挑選新鮮、大小均勻、無損傷、無病害的粉葛,清洗后用滅菌的工具去皮、切成1 cm×1 cm×1 cm的小塊,用1.0%的二氧化氯進行二次清洗,之后分別放在蒸餾水(CK組)、0.1 mol/L NaCl[7]溶液中浸泡10 min,瀝干之后裝入塑料托盤中,每個托盤約裝100 g粉葛,然后用聚乙烯保鮮膜封口包裝,置于5 ℃恒溫恒濕箱中貯藏,每隔2 d取樣一次測定各項指標,每次測定各取每組樣品一托盤。

1.2.2指標測定

1.2.2.1褐變度測定參考譚誼談等[10]方法,稱取新鮮樣品1 g,切碎研磨后加入10 mL預冷蒸餾水,在25 ℃,6000×g離心20 min,取上清液待測,以蒸餾水為對照,測定波長410 nm處的吸光度,褐變度用10×A410 nm表示。

1.2.2.2苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性測定參照曹健康[11]的方法,稱取1 g樣品組織研磨,加入5 mL預冷的pH8.8硼酸緩沖液(含5 mmol/Lβ-巰基乙醇+1%聚乙烯吡咯烷酮),12000×g，4 ℃離心15 min,取上清待測。每個離心管中加入3.4 mL pH8.8硼酸緩沖液、0.5 mL 20 mmol/L L-苯丙氨酸溶液、0.1 mL酶提取液,搖勻,37 ℃保溫30 min,后立即加入0.1 mL 6 mol/L鹽酸終止反應,測定A290 nm。以每小時每克鮮樣品反應體系吸光度增加0.01為一個PAL活性單位(U),單位為U/(h·g)。

1.2.2.3總酚含量測定參考王艷穎等[12]方法并作修改,以咖啡酸為標準品制得回歸方程為y=2.9664x+0.0002(R2=0.9928),以甲醇溶液作空白參比調零,取上述濾液于280 nm波長處測定其吸光度,酚類含量以(mg咖啡酸/g)表示。

1.2.2.4多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)及過氧化物酶(Peroxidase,POD)活性測定均參照譚誼談等[13]的方法。稱取1 g樣品于研缽中,立即加入6 mL預冷pH6.8的0.1 mol/L 磷酸緩沖液(含1%聚乙烯吡咯烷酮)冰浴研磨,12000×g、4 ℃下離心15 min,上清液為粗酶液,測定室溫條件下420 nm波長處,反應液1 min內吸光度的變化。以每分鐘吸光度變化0.01為一個酶活力單位(U)。POD活性測定時則加入2.7 mL pH6.8的0.1 mol/L的磷酸緩沖液、0.1 mL 4%的愈創木酚、0.1 mL 0.5%H2O2和0.1 mL酶提取液,于室溫條件下測定反應液在1 min內波長470 nm處吸光度的變化,以每分鐘吸光度變化0.01為一個酶活力單位(U)。

1.2.2.5丙二醛(malondialdehyde MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸比色法進行測定[14]。

1.2.2.6總黃酮含量測定參考張棋等[15]方法,以葛根素為標準品得回歸方程為y=11.647x+0.0072(R2=0.9977),稱取2 g新鮮樣品,加入10 mL預冷甲醇室溫避光靜置12 h,12000×g離心10 min,取上清液待測。每管加入4.3 mL蒸餾水,0.5 mL上述提取液,0.1 mL 10%氯化鋁,0.1 mL 1 mol/L乙酸鉀,室溫30 min后測定波長415 nm處的吸光度。根據葛根素標準曲線計算總黃酮提取量,結果以葛根素當量表示(mg葛根素/g)。

1.3　數據分析

2　結果與分析

2.1　氯化鈉處理對鮮切粉葛褐變度的影響

褐變度是酚類物質被氧化成褐色聚合物的程度的表現[16]。從圖1可以看出,粉葛鮮切后在貯藏過程中褐變度不斷上升,顏色由白色逐漸變成深黃色,最后變成褐色乃至黑色。0.1 mol/L氯化鈉處理延緩了鮮切粉葛的褐變進程,貯藏2 d時,氯化鈉處理粉葛的褐變度(1.87)比對照粉葛(2.10)低10.9%,差異顯著(p<0.05)。貯藏10 d時,氯化鈉處理粉葛的褐變度(3.01)僅為對照粉葛(4.36)的69%,差異達到極顯著水平(p<0.01),表明0.1 mol/L氯化鈉處理可有效延緩鮮切粉葛褐化。

圖1　0.1 mol/L NaCl處理對鮮切粉葛褐變度的影響Fig.1　Effect of 0.1 mol/L NaCl treatment on browning of fresh-cut Pueraria

2.2　氯化鈉處理對PAL和總酚含量的影響

PAL是與酚類物質生物合成直接相關的酶,能夠將苯丙氨酸分解成酚類和類黃酮等,而酚類物質作為褐變底物可以被多酚氧化酶氧化形成褐色醌類物質[4]。從圖2A可知,粉葛鮮切后刺激PAL活性不斷升高,在整個貯藏過程中氯化鈉處理和對照處理鮮切粉葛PAL活性呈不斷上升的趨勢;貯藏前4 d變化緩慢,二者之間無顯著性差異;貯藏6 d時,對照處理粉葛PAL活性急劇上升;貯藏結束時,氯化鈉處理粉葛的PAL活性則顯著低于對照,僅為對照組的77.6%。由圖2B可知,在貯藏過程中鮮切粉葛總酚含量呈增加的趨勢,氯化鈉處理顯著降低了貯藏過程中的總酚含量(p<0.05)。機械損傷大量呼吸引起代謝、糖代謝、能量代謝和苯丙烷類代謝途徑,提高呼吸代謝和能量代謝水平,為酚類物質合成提供物質和能量保障,在貯藏期前6 d,氯化鈉處理可能并非通過影響PAL活性來減少酚類物質合成;在貯藏期后4 d,氯化鈉處理降低了PAL活性同時減少了酚類物質的合成。

圖2　0.1 mol/LNaCl處理對鮮切粉葛PAL活性(A)和總酚含量(B)的影響Fig.2　Effect of 0.1 mol/L NaCl treatment on the activity of PAL(A)and content of total phenol(B)of fresh-cut Pueraria

2.3　氯化鈉處理對PPO和POD活性的影響

PPO和POD是果蔬中酶促褐變過程中兩個重要的酶,PPO催化酚類物質氧化形成褐色物質,POD在H2O2存在下能催化酚類、類黃酮的氧化和聚合,導致組織褐變[17]。由圖3A可知,PPO活性在貯藏過程中呈現先升后降再升的趨勢,對照組在2 d后PPO活性開始上升,至4 d時出現小峰值為3993.50 U·g-1·min-1;而氯化鈉處理組在4 d時PPO活性開始上升,至6 d時出現小峰值為4260.00 U·g-1·min-1,后緩慢下降至8 d,由此可見氯化鈉處理延緩了PPO活性的上升,較對照推遲2 d出現PPO活性小高峰。圖3表明,整個貯藏過程中POD活性先升高后降低,從貯藏期第2 d開始,較之對照,氯化鈉處理極顯著降低粉葛中POD活性(p<0.01)。說明氯化鈉處理鮮切粉葛的褐變與POD活性存在較為密切的關系。

圖3　0.1 mol/L NaCl對鮮切粉葛PPO(A)和POD(B)活性的影響Fig.3　Effect of 0.1 mol/L NaCl treatment on the activities of PPO(A)and POD(B)of fresh-cut Pueraria

2.4　氯化鈉處理對丙二醛含量的影響

MDA是膜脂過氧化程度的指標,與組織褐變及細胞膜破壞程度及膜透性的改變有密切關系[18],圖4顯示,在鮮切粉葛整個貯藏過程中丙二醛含量總體呈現上升的趨勢,氯化鈉處理顯著減少了丙二醛的積累,在2、4、6、10 d時氯化鈉處理組的丙二醛含量顯著低于對照處理丙二醛含量(p<0.05),說明氯化鈉處理可顯著降低鮮切粉葛中丙二醛含量進而延緩粉葛褐變。

圖4　0.1 mol/L NaCl對鮮切粉葛丙二醛含量的影響Fig.4　Effect of 0.1 mol/L NaCl treatment on the content of MDA of fresh-cut Pueraria

表1　氯化鈉處理鮮切粉葛不同生理指標之間的相關性分析Table 1　Correlation between different physiological indices in fresh-cut Pueraria with NaCl

注：**表示差異極顯著(p<0.01),*表示差異顯著(p<0.05),無*表示差異不顯著(p>0.05),n=6。

2.5　氯化鈉處理對總黃酮含量的影響

由圖5可知,在鮮切粉葛貯藏過程中,總黃酮含量呈現升-降-升的趨勢,2 d時氯化鈉處理鮮切粉葛總黃酮含量出現小峰值0.019 mg葛根素/g,顯著高于對照;而對照組則在6 d時出現小峰值0.026 mg葛根素/g,顯著高于氯化鈉處理;在貯藏期4 d時,氯化鈉處理與對照處理的總黃酮含量分別為0.012、0.016 mg葛根素/g,二者之間差異不顯著;在貯藏期8 d時,氯化鈉處理與對照處理的總黃酮含量分別為0.016 mg葛根素/g和0.014 mg葛根素/g,二者之間差異不顯著,至貯藏期結束,氯化鈉處理鮮切粉葛的總黃酮含量顯著高于對照處理。

圖5　0.1 mol/L氯化鈉處理對鮮切粉葛總黃酮含量的影響Fig.5　Effect of 0.1 mol/L NaCl treatment on the content of total flavonoid of fresh-cut Pueraria

2.6　氯化鈉處理褐變度與褐變相關指標相關性分析

對氯化鈉處理鮮切粉葛褐變度與褐變相關的生理生化指標進行相關性分析和顯著性檢驗,結果表明褐變度與總酚含量呈極顯著正相關,與PAL活性呈顯著正相關,與POD活性呈顯著負相關,與PPO活性、MDA呈負相關,但相關性不顯著(表1)?？偡雍颗c褐變度(極顯著)、PAL活性(極顯著)、MDA、PPO活性呈正相關,與POD活性呈負相關;PAL活性與褐變度(顯著)、總酚含量(極顯著)、MDA、PPO活性呈正相關,與POD活性呈負相關;POD活性與褐變度(顯著)、總酚含量、PAL、MDA、PPO活性呈負相關;MDA與褐變度、總酚含量、PAL、PPO活性呈正相關,與POD活性呈負相關,PPO活性與褐變度、總酚、PAL、MDA呈正相關,與POD活性呈負相關。

3　討論與結論

表面的褐變是制約鮮切粉葛品質和貨架期的主要因素,大多發生在其近皮部位和中部的脈管中,氯化鈉做為一種低廉、廣泛應用的食品添加劑可以有效降低鮮切粉葛的褐變度。

PAL是苯丙氨酸代謝途徑中的第一個酶,能夠分解苯丙氨酸經過一系列反應合成酚酶氧化底物酚類和類黃酮,升高的PAL活性可加速果蔬中的組織褐變。但高慧[19]等發現EBR處理鮮切蓮藕可降低PAL活性來減輕蓮藕褐變,同時Zhang[20]和Sun[21]發現用CO和H2O2處理鮮切藕片PAL活性的升高也可減輕蓮藕褐變。本實驗表明,鮮切粉葛褐變發生與PAL活性、酚類物質的含量呈極顯著正相關,氯化鈉可顯著降低整個貯藏過程中的總酚含量進而延緩粉葛褐變。PPO與POD是酶促褐變過程重要的兩個酶,在貯藏2～4 d內,氯化鈉處理顯著降低了PPO活性,使鮮切粉葛PPO活性高峰推遲2 d出現,同時0.1 mol/L氯化鈉可通過降低POD活性進而延緩鮮切粉葛的褐化。0.1 mol/L氯化鈉可降低鮮切粉葛貯藏過程中丙二醛含量,但鮮切粉葛褐變度與丙二醛含量呈不顯著正相關?？傸S酮是粉葛的主要活性成分,0.1 mol/L氯化鈉處理可促進鮮切粉葛總黃酮初期積累,在貯藏期結束時維持鮮切粉葛較好的營養品質。

劉憶東等[22]發現,PPO活性、總酚物質含量和細胞膜透性是影響中華壽桃褐變的直接因素,鄒麗紅等[23]發現影響砂梨果肉褐變的主要因素是總酚含量及PPO活性,本實驗發現總酚含量、PAL活性、POD活性與鮮切粉葛褐變呈顯著相關,0.1 mol/L氯化鈉可通過降低總酚含量以及抑制POD活性來對鮮切粉葛起到一定的護色作用,作為一種無毒無害且成本低廉的抗褐變劑可得到推廣使用。

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