基于艾葉-丁香精油復配的番茄保鮮包裝效果研究

李林林 孫建明,2 劉 輝,2 曹前榮

1. 河南科技大學包裝工程系 河南 洛陽 471000

2. 河南省智能與防護包裝設計工程研究中心 河南 洛陽 471000

1 研究背景

番茄，茄科茄屬植物，營養價值豐富，有“植物黃金”之美譽[1-2]。番茄屬于典型的呼吸躍變型果實[3]，含水量高，但其果皮較薄，因此，采后極易腐敗變質?，F階段，番茄保鮮技術主要包括物理[4]、化學[5]、生物[6]3 種方式。物理保鮮技術所需成本較高[7]，化學保鮮劑易造成化學試劑殘留和環境污染等問題[8]。弓德強等[9]研究發現，在低溫貯藏下，1-甲基環丙烯處理可有效保持櫻桃番茄果實的采后品質，但1-甲基環丙烯被人體吸入之后會造成一定的肺部感染。生物保鮮技術因綠色安全等優點在番茄保鮮領域備受關注。番茄生物保鮮技術主要以涂膜[10]、單一植物精油涂覆[11]為主，如中草藥復配保鮮劑[12]、超聲輔助天然保鮮劑涂膜[13-14]等。

羅丹等[15]使用姜油熏蒸處理轉色期番茄，發現姜油處理后番茄營養成分的流失有效減少，番茄的貨架期延長。張陽陽等[16]研究了20 ℃條件下葫蘆巴精油對櫻桃番茄貯藏品質的影響，發現葫蘆巴精油可以較好地維持櫻桃番茄的各項營養指標，有效延長其貯藏時間。李姍姍等[17]分別研究了八角、金銀花、香樟葉3 種植物精油對櫻桃番茄的保鮮效果，結果發現，八角精油對櫻桃番茄有顯著的保鮮效果；金銀花精油只對櫻桃番茄的部分營養指標有效果；香樟葉精油對櫻桃番茄幾乎無保鮮作用?？梢?，目前的保鮮技術主要集中于使用單一植物精油[18]，以及將植物精油與天然多糖[19]、蛋白質[20]、脂質[21]復合涂膜于果蔬表面進行保鮮。然而，使用單一植物精油時保鮮效果欠佳，后續研究可以考慮將多種植物精油復配，提高對番茄的保鮮效果。

丁香精油萃取自植物丁香的莖或葉[22]，因其活性成分丁香酚、丁香烯等對食源性細菌抑制效果明顯[23]，因此丁香精油被廣泛應用于果蔬保鮮[24]。艾葉精油來源于草本植物艾草的葉子、莖等部位[25]?，F有研究表明，艾葉精油具有良好的抑菌性[26]和抗氧化性[27]，作為植物源保鮮劑在果蔬保鮮方面有著廣闊的應用前景[28]。由于番茄采后貯藏最主要的問題是果實軟化速度快，而丁香精油因酚醛類物質含量高表現出強抑菌性，單一使用時保鮮效果欠佳。同時，艾葉精油刺激性氣味較強，與丁香精油復配可以在一定程度上緩解艾葉精油的強刺激性氣味。因此，本研究擬將艾葉和丁香兩種精油進行復配，擴大抑菌范圍，探索二者復配后對番茄的保鮮效果，以期為果蔬保鮮包裝提供一種新思路。

2 實驗

2.1 材料及試劑

水果番茄，購于河南洛陽孟津縣某水果超市。

艾葉精油、丁香精油，單方精油，湖北省康純香料有限公司；吐溫-80、草酸、氫氧化鈉，分析純，天津市德恩化學試劑有限公司；30%過氧化氫、硫代巴比妥酸、交聯聚乙烯基吡咯烷酮（poly vinyl pyrrolidone pvp，PVPP）、聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）、愈創木酚，分析純，上海市化學工業園區；三氯乙酸、聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）6000，分析純，天津市科密歐化學試劑股份有限公司；冰醋酸，分析純，江蘇強盛功能化學股份有限公司；無水醋酸鈉，分析純，天津市大茂化學試劑廠。

2.2 儀器與設備

HZK-JA32 電子天平，精度為0.001 g，福州華志科學儀器有限公司；GY-4 數顯果實硬度計，浙江托普云農科技股份有限公司；LH-B55 數顯折光儀，杭州陸恒生物科技有限公司；AR8011 TDS 計，?，攦x器儀表有限公司；UV759CRT紫外可見分光光度計，上海佑科儀器儀表有限公司；TGL-16 高速冷凍離心機，四川蜀科儀器有限公司；HD-100 恒溫恒濕箱，東莞市海達儀器有限公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司。

2.3 試驗方法

2.3.1 番茄預處理及保鮮處理

1）預處理：將新采摘的番茄用體積分數為75%的無水乙醇擦拭干凈后晾干，待保鮮處理。

2）保鮮處理：將番茄（每組3 個平行試樣）在不同濃度的艾葉及丁香精油溶液中浸泡后晾干，然后將其放入約0.03 mm 厚的PE 保鮮袋中，在溫度為(25±1)℃、相對濕度為(85±1)%的條件下，于恒溫恒濕箱中貯藏10 d。

2.3.2 樣品及精油溶液的配制

以無任何處理的番茄為空白對照組，記為CK1。準確稱取2.00 g 吐溫-80，將其溶于1 L 蒸餾水中，記為CK2。分別稱取0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g 艾葉精油及2.00 g 的吐溫-80 于1 L 燒杯中，分別制得質量濃度為0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g/L 的艾葉精油溶液。不同質量濃度的丁香精油溶液配制方法同上。

2.3.3 試驗設計

1）單因素試驗設計：浸泡時間為2 min，比較不同質量濃度艾葉精油（0.25, 0.50, 1.00, 2.00 g/L）對番茄的失重率和硬度的影響；固定浸泡時間為2 min，比較不同質量濃度丁香精油濃度（0.25, 0.50,1.00, 2.00 g/L）對番茄失重率和硬度的影響；固定所得最佳的艾葉精油濃度和丁香精油濃度，比較不同的浸泡時間（1, 2, 3, 4 min）對番茄失重率和硬度的影響。

2）正交試驗設計：根據單因素試驗結果，采用三因素三水平進行正交試驗設計，以失重率和硬度評價番茄保鮮效果。正交試驗因素水平表如表1 所示，其中A代表艾葉精油的質量濃度；B代表丁香精油的質量濃度；C代表浸泡時間。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 The table of orthogonal experimental factor and level

3）復配試驗設計：以正交試驗所得的最佳復配工藝組合為實驗組（記為T 組），以CK1 和CK2為兩個對照組，分別于0, 2, 4, 6, 8, 10 d 測定番茄果實的失重率、硬度、可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量、抗壞血酸含量、過氧化物酶（peroxidase，POD）活性、丙二醛（malondialdehyde content，MDA）含量。

2.3.4 指標測定方法

硬度使用GY-4 型果實硬度計測定果實的硬度，單位以N/cm2表示。TSS 含量使用數顯折光儀測定。失重率采用稱量法測定，按照式（1）進行計算。

抗壞血酸含量（mg/100 g）采用紫外分光光度計法測定，按照式（2）進行計算。

式中：m1為由標準曲線求得的抗壞血酸的質量，g；V為樣品提取液的總體積，mL；Vs為測定時所用樣品提取液體積，mL；W為樣品質量，g。

POD 活性采用愈創木酚法測定[29]。取4.0 g 去皮的番茄果肉和4.0 mL 乙酸-乙酸鈉緩沖液于研缽中充分研磨均勻，在4 ℃和12 000g的條件下離心15 min，提取上清液。POD 活性按照式（3）～（4）進行計算。

式中：m為樣品質量，g；ΔOD470為每分鐘反應混合液吸光度變化值；OD470F為反應混合液吸光度終止值；OD470I為反應混合液吸光度初始值；tF為反應終止時間，min；tI為反應初始時間，min。

MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測定[30]。取4.0 g 去皮番茄果肉和4.0 mL 100 g/L 三氯乙酸溶液在研缽中研磨勻漿，于4 ℃、10 000g條件下離心15 min，取其上清液；取1.0 mL 上清液加入1.0 mL 質量分數為0.67%的硫代巴比妥酸溶液，并以1.0 mL 100 g/L 的三氯乙酸溶液為對照，充分混合后在沸水中靜置15 min，然后取出迅速冷卻，轉移至比色皿中，分別在450, 532, 600 nm 波長下測定樣品的吸光度值。每個樣品重復測定3 次，取平均值。根據式（5）計算每克番茄（鮮重，記為FW）中的MDA 含量，以mmol/g FW 表示：

式 中：C為反應 混 合液 中MDA 濃 度，μmol/L；OD450、OD532、OD600分別為反應液在450, 532, 600 nm 波長下的吸光度值。

2.4 數據處理

每個樣品的指標測定均重復3 次，取平均值。以Origin 2018 進行數據繪圖；利用統計分析軟件SPSS 19.0 進行方差分析及正交試驗設計；利用Excel 2010進行數據整理，P<0.05 時表示不同組別數據之間差異顯著。

3 結果與分析

3.1 單因素試驗結果與分析

3.1.1 不同濃度艾葉精油對番茄失重率和硬度的影響

失重率是指番茄貯藏期間因為細胞呼吸和蒸騰作用致使內部營養成分下降或者水分含量減少，從而導致番茄出現皺縮的現象。失重率是評價番茄果實保鮮效果最直觀的指標[31]。硬度也是衡量果實衰老及果實品質變化的重要指標之一[32]。不同濃度艾葉精油及空白對照組對番茄失重率和硬度的影響如圖1所示。

由圖1a 可知，隨著貯藏時間延長，番茄果實失重率整體呈現上升的趨勢。貯藏第10 d，CK2 組失重率與CK1 組差異不顯著，艾葉精油各處理組失重率均顯著低于兩個空白對照組（P<0.05）。番茄后熟階段，艾葉精油處理不僅可以在番茄表面形成一層“屏障”，減弱其呼吸作用和蒸騰作用，有效降低番茄的失重率，同時可以在一定程度上有效阻擋外來病原菌的侵染，減緩番茄的腐敗變質。其中，1.00 g/L 的艾葉精油處理組失重率最低，這可能是因為低濃度艾葉精油還無法達到較好的保鮮效果；高濃度艾葉精油有較強的刺激作用，會破壞番茄表皮細胞，使殘余病菌進入番茄果實內部，同時加快孢子萌發，反而降低番茄果實的保鮮效果[33]。

由圖1b 可知，番茄果實硬度隨著貯藏時間呈現下降的趨勢，CK1 和CK2 組硬度下降較快，分別從貯藏初期的30.267 N/cm2下降到14.067 N/cm2和14.000 N/cm2；經艾葉精油處理的番茄在貯藏期的硬度均高于兩個對照組（P>0.05），貯藏第10 天時，1.00 g/L 艾葉精油處理的番茄硬度最高。艾葉精油處理后減緩了番茄果實硬度下降速率，這可能是因為艾葉精油處理抑制了番茄中水解果膠物質和纖維素相關酶的活性，使番茄果實的膠層溶解速率變慢，延緩了其軟化。

綜合不同濃度艾葉精油對番茄失重率和硬度的影響，艾葉精油的質量濃度選擇1.00 g/L 為宜。

3.1.2 不同濃度丁香精油對番茄失重率和硬度的影響

不同濃度丁香精油及空白對照組對番茄失重率和硬度的影響如圖2 所示。

圖2 不同濃度丁香精油及空白組對番茄失重率和硬度的影響Fig. 2 Effect of different concentrations of clove essential oil and blank group on weight loss ratio and hardness of tomato

由圖2a 可知，隨著貯藏時間延長，番茄失重率整體呈現上升的趨勢。貯藏第10 天，丁香精油各處理組失重率均顯著低于CK1 組和CK2 組（P<0.05），其中，0.50 g/L 的丁香精油處理組失重率最低。由圖2b 可知，在室溫貯藏條件下，隨著貯藏時間的延長，番茄果實硬度整體呈現下降的趨勢，CK1 組硬度下降最快，CK2 組次之，分別從30.267 N/cm2下降到14.000 N/cm2和14.067 N/cm2；丁香精油處理后果實硬度下降較為緩慢，0.50 g/L 丁香精油處理的效果最好。當丁香精油的質量濃度高于0.50 g/L 時，過量的丁香精油會對番茄果實造成“藥害”[34]，而丁香精油質量濃度低于0.50 g/L 時，又無法達到預期保鮮效果，因此，丁香精油的質量濃度選擇0.50 g/L 為宜。

3.1.3 不同浸泡時間對番茄失重率和硬度的影響

不同浸泡時間對番茄失重率和硬度的影響如圖3 所示。由圖3a 可知，隨著貯藏時間延長，番茄失重率整體呈現上升的趨勢。貯藏第10 天，經浸泡處理的各組番茄失重率均顯著低于CK1 組和CK2 組（P<0.05）；其中浸泡3 min 組失重率最低，3 min組與CK1、CK2 和1 min 組均有極顯著差異（P<0.01），與2 min 組和4 min 組無顯著差異（P>0.05）。這可能是由于浸泡時間越長，植物精油附著在番茄果實表面的濃度會變高，藥害作用嚴重，反之則精油無法在番茄表面全部覆蓋，保鮮效果欠佳[35]。

圖3 不同浸泡時間對番茄失重率和硬度的影響Fig. 3 Effect of different soaking time treatment on tomato weight loss ratio and hardness

由圖3b 可知，隨著貯藏時間的延長，番茄果實硬度整體呈現下降的趨勢；與對照組相比，經浸泡處理的番茄果實硬度下降較為緩慢，浸泡時間為3 min時可以較好地維持番茄果實的硬度。貯藏第10 天時，浸泡3 min 組番茄的果實硬度與CK1、CK2 有極顯著差異（P<0.01），與浸泡1 min 和2 min 組有顯著差異（P<0.05），與4 min 組無顯著差異（P>0.05）。這可能是由于浸泡時間較短時，浸泡液無法與番茄果實充分接觸，無法充分發揮浸泡液中精油的作用[36]，而浸泡時間過長，可能導致番茄果實吸水過多，破壞番茄果實細胞結構和內環境穩態[37]。因此，綜合考慮時間成本、失重率和硬度的保鮮效果，確定浸泡時間為3 min 是最佳時間。

3.2 正交試驗結果與分析

番茄復配正交試驗結果如表2 所示。由表2 可知，艾葉精油濃度、丁香精油濃度、浸泡時間對番茄在貯藏期間失重率的影響由大到小依次為：丁香精油濃度、艾葉精油濃度、浸泡時間。若只考慮失重率這一指標，最佳配方組合為A2B2C2。艾葉精油濃度、丁香精油濃度、浸泡時間對番茄硬度的影響規律與失重率的一致。因此，可確定正交試驗復配的最佳配方工藝組合為A2B2C2，即艾葉精油質量濃度為1.00 g/L、丁香精油質量濃度為0.50 g/L，浸泡時間為3 min。

表2 番茄復配正交試驗結果Table 2 Results of tomato compound orthogonal experiment-weight loss ratio and hardness

采用正交試驗得到的最佳復配工藝組合進行驗證試驗，平行實驗3 次。在第10 天測得番茄果實的失重率和硬度分別為(0.585±0.018)% 和(23.667±0.153) N/cm2，與正交試驗最佳工藝所得結果基本一致，同時也表明所優選的工藝穩定、可行。

3.3 最佳復配工藝對番茄保鮮效果的影響

最佳復配工藝對番茄的失重率、硬度、TSS 含量、抗壞血酸含量、POD 活性、MDA 含量的影響如圖4所示。

圖4 最佳復配工藝組合對番茄保鮮效果的影響Fig. 4 Effect of optimal combination of compound technology on fresh-keeping effect of tomatoes

由圖4 可知，隨著貯藏時間的延長，番茄果實的失重率和MDA 含量整體呈現上升的趨勢，硬度、TSS 含量、抗壞血酸含量、POD 活性整體呈現下降趨勢；T 組的保鮮效果明顯優于CK1、CK2 組。貯藏第10 天，T 組番茄果實的失重率和硬度分別為0.991%和21.2 N/cm2，較單因素試驗中 1.00 g/L 艾葉精油組和0.50 g/L 丁香精油組，失重率分別降低約30.26%、26.88%，硬度提高約26.42%、20.75%。T組的失重率均顯著低于CK1 組和CK2 組（P<0.05），硬度、TSS含量均顯著高于CK1組和CK2組（P<0.05）。這可能是因為精油復配處理可以有效減弱番茄可溶性糖等營養物質的消耗，且精油可以抑制致病菌利用番茄的營養物質而生長繁殖[38]。T 組的抗壞血酸含量的下降速率明顯變緩，這是因為兩種精油復配處理可以明顯提高番茄果實的抗壞血酸酶等抗氧化酶的活性，可以很好地提高番茄果實的抗氧化能力及抗逆能力[39]。在貯藏期間，POD 活性顯著高于CK1、CK2 組（P<0.05），MDA 含量顯著低于CK1、CK2 組（P<0.05）。這是因為番茄細胞中產生的自由基可由復配精油中的酚醛類等活性物質吸收，形成一種穩定結構[40]。綜上，最佳復配工藝組合對于減小番茄果實的膜脂過氧化，延長貯藏時間有著較好的效果[32]。

4 結語

本研究將艾葉和丁香兩種精油進行復配，探索二者復配后對番茄的保鮮效果。發現艾葉和丁香精油復配對番茄保鮮有明顯的作用，吐溫-80 處理組與無處理組的各指標差異不大。單因素和正交試驗結果表明，1.00 g/L 的艾葉精油、0.50 g/L 的丁香精油及3 min 的浸泡時間處理對番茄保鮮效果最佳；在此條件下，兩種精油復配后可以較好地維持番茄果實的硬度、TSS 含量和抗壞血酸含量，延緩失重率的上升，減小MDA 含量，較好地保持POD 活性。艾葉精油和丁香精油作為生物保鮮劑的前景廣闊，成本低廉、高效快速，但艾葉精油和丁香精油復配對番茄果實的抑菌機理有待進一步的研究。同時，本研究主要采用浸泡的方式對番茄的保鮮效果進行了研究，下一步可將植物精油與生物基成膜材料復合，通過涂覆、熔融、共混等方式制備新型保鮮包裝，更好地保持食品新鮮度、延長食品保質期，以期推進植物精油在食品工業領域的應用進程。