木薯(Manihot esculenta Crantz)又称树薯,是世界三大薯类(木薯、马铃薯和甘薯)之一[1]。木薯广泛分布在热带和亚热带地区,在我国主要集中在广西、广东、海南和福建等省区[2]。木薯块根淀粉含量高,被誉为“淀粉之王”,其淀粉含量在干物质中的占比高达75%～85%,因此是一种重要的生物质能源物质[3-4]。同时,木薯营养丰富,也是重要的粮食作物[5]。但由于收获后的鲜木薯组织较嫩脆,水分含量较高,不耐贮藏,在贮运或加工中极易发生采后生理劣变,导致块根失水、褐变甚至腐烂,从而失去商品价值[6]。因此,开展鲜木薯贮藏保鲜技术的研究十分迫切。
近年来,鲜木薯保鲜技术的相关研究越来越多,主要涉及低温保鲜[7]、涂膜保鲜[1]、短波紫外线辐照保鲜[4]、热处理保鲜[6,8]、药剂保鲜[9-10]和涂蜡保鲜[11]等技术。其中涂蜡是一种较为常见的保鲜方法,不仅能够抑制果蔬采后的呼吸作用和水分损失,还可以延缓成熟衰老及保持品质,在苹果[12]、沙糖桔[13]、芒果[14]、菠萝[15]、香蕉[16]和番茄[17]等果蔬保鲜上均有研究报道。关于涂蜡在木薯保鲜上的研究也有报道。研究表明,液体石蜡涂膜处理能有效抑制鲜木薯的呼吸作用、水分散失及糖的转化,并延缓腐烂发生[1]。另外,蜡封也可提高木薯种茎的保水效果和贮藏活力,有助于提高木薯种植的成活率[3]。液体石蜡在木薯全薯涂膜过程中,厚度难以控制,涂膜过厚果肉易发酵产生乙醇、乙醛等,果肉食用时出现难闻气味。另外液体石蜡涂膜后,稍有碰撞、挤压果面会出现白色物质,影响鲜木薯销售和食用[11]。
吗啉脂肪酸盐果蜡是一种常见的果蔬涂膜保鲜剂,在生产中常用于脐橙果实的涂蜡保鲜[18]。但目前果蜡在木薯保鲜上的研究报道较少,而且涂蜡对木薯脂肪酸含量的影响研究也鲜有报道,因此有必要进行深入研究。本研究以木薯品种‘华南9号’为试材,经过涂蜡后置于常温[(25±1) ℃]条件下贮藏,测定木薯在常温贮藏中失重率、呼吸强度、颜色、硬度、可溶性固形物及脂肪酸含量的变化,探讨涂蜡处理对木薯常温贮藏品质的影响,为果蜡应用于木薯保鲜提供理论基础和技术指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
本试验以木薯品种‘华南9号’为试验材料,于2021年5月17日采自中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所文昌木薯基地,然后立即送回中国热带农业科学院环境与植物保护研究所保鲜实验室,挑选出薯形完整、薯块色泽正常、大小适中、没有病虫害的鲜木薯,清水冲洗干净后晾干备用。果蜡为吗啉脂肪酸盐果蜡(纯度99%),广州远达新材料有限公司;石油醚、乙醚、甲醇和氢氧化钾(分析纯),北京普天同创生物科技有限公司;35种脂肪酸甲酯标准品(分析纯),美国Sigma-Aldrich公司。
1.2 仪器与设备
BS150M电子天平,上海友声衡器有限公司;PAL-1型手持折光仪,日本ATAGO公司;GY-4型果实硬度计,浙江托普云农科技股份有限公司;Milli-Q-B超纯水系统,美国Millipore公司;XH-3010E便携式红外线二氧化碳分析仪,北京市华云分析仪器研究所有限公司;A11B型液氮粉碎机,德国IKA公司;MS3 basic型漩涡混合仪,德国IKA公司;EPPENDORF 5810R型号高速冷冻离心机,德国艾本德股份有限公司;CR-410便携式色差仪,日本美能达仪器公司;7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪(GC-MS),美国安捷伦公司。
1.3 实验方法
1.3.1 处理方法
将挑选好的鲜木薯切成约10 cm的根段,保持切口平整,然后随机分成2组,进行以下处理:涂蜡处理:将根段切口的两端放入果蜡(5%)溶液中约5 mm,当均匀浸渍果蜡后,迅速取出晾干;以浸渍清水的木薯根段作为对照。晾干的木薯根段用双层袋包裹,每个包装6个木薯根段。每个处理共12袋,于常温[25±1) ℃]条件下贮藏。在贮藏期间,每隔 1 d 调查失重率,并取样测定根段切口色泽、硬度和可溶性固形物,取木薯肉质部分切成小块置于-40 ℃冰箱保存,用于脂肪酸含量的测定。
1.3.2 失重率的测定
每个处理和对照各固定3袋(6个根段/袋),每隔1 d测定质量,失重率计算如公式(1)所示,每个处理测定3次取平均值。
失重率
(1)
1.3.3 呼吸强度的测定
每个处理和对照各固定一组(6个根段),将木薯根段分别放入玻璃罐(体积6.5 L)里密封40 min,采用GXH-3010E型便携式红外线二氧化碳分析仪测定玻璃罐中的CO2浓度。然后计算呼吸强度,结果以mL/(kg·h) 表示。每个处理重复测定3次取平均值。
1.3.4 颜色的测定
将根段两端取1 cm横切,用CR-410色差计测定根段外切面和内切面的颜色(L*值),每个根段各测定2次,共测定12次数据取平均值。
1.3.5 硬度的测定
将切除两端各1 cm余下的根段,采用GY-4型硬度计测定根段两端横切面中间位置的硬度,每个根段各测定2次,共测定12次数据取平均值,结果以kg/cm2表示。
1.3.6 可溶性固形物含量的测定
每个根段取中间部分木薯,捣碎后用两层纱布包裹,挤出汁液,采用手持折光仪测定可溶性固形物含量。每个根段各测定2次,共测定12次数据取平均值,结果以%表示。
1.3.7 脂肪酸含量的测定
将冷冻木薯样品用液氮粉碎机打成粉末,准确称取冷冻样品粉末0.5 g移入10 mL的离心管中,先加入2 mL的石油醚-乙醚混合液,然后加入1 mL的氢氧化钾-甲醇溶液为甲酯化试剂;涡旋振荡后静止反应1 h;再次涡旋振荡,加入2 mL去离子水;静置30 min分层,以转速4 500 r/min离心2 min,取上清液稀释2倍,过0.22 μm有机滤膜后,进行GC-MS测定分析。色谱条件:安捷伦毛细管柱为DB-225,30 m×0.25 mm×0.25 μm(柱长×内径×膜厚),为非极性柱;质谱为5975C四级杆质谱仪;气化室温度:280 ℃;升温程序:初始温度60 ℃,保持1 min,8 ℃/min升温至200 ℃,3 ℃/min升至260 ℃,保持5 min;载气为氦气;载气流量为1 mL/min;分流比为2∶1;进样量为1 μL。每个样品重复测定3次。根据标准脂肪酸甲酯的色谱峰保留时间定性分析,脂肪酸组分定量分析依据各组分的峰面积及标准曲线,计算7种脂肪酸(十一烷酸、十三烷酸、棕榈酸、硬脂酸、反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)含量,总脂肪酸含量以7种脂肪酸含量之和表示,结果均以mg/g表示;不饱和脂肪酸含量以不饱和脂肪酸(反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)含量之和占总脂肪酸含量的百分比表示;脂肪酸不饱和度表示为不饱和脂肪酸含量与饱和脂肪酸含量的比值。
1.4 数据处理与分析
试验数据统计与作图采用Microsoft Excel 2016软件,差异显著性分析采用SPSS 13.0软件LSD法,P<0.05为显著性差异。
2 结果与分析
2.1 涂蜡处理对木薯失重率的影响
由图1可看出,在木薯常温贮藏期间,随着贮藏时间的延长,因水分自然散失和呼吸作用,失重率逐渐增大。涂蜡处理可显著降低木薯常温贮藏期间的失重率(P<0.05),其中在贮藏8 d时失重率为6.32%,比对照(6.90%)降低了0.58%,降低幅度达8.41%。
图1 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间失重率的影响
Fig.1 Effect of waxing on the weight loss rate of cassava root during storage at ambient temperature 注:同一时间不同小写字母表示处理与对照间差异显著(P<0.05)(下同)
2.2 涂蜡处理对木薯呼吸强度的影响
由图2可知,涂蜡处理和对照木薯的呼吸强度在常温贮藏期间均呈先升高后降低的变化趋势,在贮藏6 d时达到呼吸高峰,峰值分别为86.95 mL/(kg·h)和72.72 mL/(kg·h),对照峰值是涂蜡处理的1.20倍,然后略有降低。其中涂蜡处理的木薯呼吸强度在贮藏2、6和8 d时显著低于对照(P<0.05)。表明涂蜡处理可有效抑制木薯常温贮藏期间的呼吸作用。
图2 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间呼吸强度的影响
Fig.2 Effect of waxing on the respiration rate of cassava root during storage at ambient temperature
2.3 涂蜡处理对木薯色泽L*值的影响
由图3-A可看出,木薯在常温贮藏过程中外切口色泽L*值逐渐降低,而涂蜡处理可延缓L*值的降低,其中在贮藏期(2～8 d)均显著高于对照(P<0.05)。由图3-B可看出,木薯在常温贮藏过程中内切口色泽L*值降低速度较为缓慢,在贮藏0～6 d,涂蜡处理与对照之间无显著差异,在贮藏8 d时涂蜡处理显著高于对照(P<0.05)。L*值越大,表示颜色越白,褐变越轻;L*值越小,表示颜色越黑,褐变越重。从图4可以看出,常温贮藏8 d时,涂蜡处理对木薯内、外切口的褐变均有明显的抑制作用。以上结果表明,涂蜡处理能延缓木薯内、外切口色泽L*值的降低,从而延缓木薯的褐变速度。
A-外切口色泽;B-内切口色泽
图3 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间色泽L*值的影响
Fig.3 Effect of waxing on the color L* value of cassava root during storage at ambient temperature
图4 涂蜡处理对木薯常温贮藏8 d时褐变的影响
Fig.4 Effect of waxing on cassava browning after 8 d storage at ambient temperature
2.4 涂蜡处理对木薯硬度的影响
由图5可看出,对照木薯在常温贮藏过程中硬度逐渐降低,而涂蜡处理木薯的硬度降低较为缓慢,并且在整个常温贮藏期(2～8 d)均显著高于对照(P<0.05),表明涂蜡处理能有效延缓木薯硬度的降低,保持常温贮藏期较高的硬度。涂蜡可阻断木薯水分的散失和环境中氧的吸收,降低呼吸消耗及整个代谢活动,从而延缓木薯的衰老,较好地保持果肉的硬度。
图5 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间硬度的影响
Fig.5 Effect of waxing on the firmness of cassava root during storage at ambient temperature
2.5 涂蜡处理对木薯可溶性固形物含量的影响
由图6可知,在常温贮藏过程中,木薯中可溶性固形物含量均呈逐渐升高的变化趋势,并且在整个贮藏期,涂蜡处理木薯可溶性固形物含量略高于对照,但显著性分析表明,涂蜡处理与对照之间差异不显著(P>0.05),表明涂蜡处理对木薯可溶性固形物的含量并没有明显影响。
图6 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间可溶性固形物含量的影响
Fig.6 Effect of waxing on the soluble solids content in cassava root during storage at ambient temperature
2.6 涂蜡处理对木薯脂肪酸含量的影响
通过GC-MS法检测出木薯中主要有7种脂肪酸,主要包括4种饱和脂肪酸:十一烷酸(C11︰0)、十三烷酸(C13︰0)、棕榈酸(C16︰0)和硬脂酸(C18︰0)和3种不饱和脂肪酸:反油酸(C18︰1t)、亚油酸(C18︰2)和α-亚麻酸(C18︰3),并且在贮藏前(0 d)各脂肪酸组分的含量及占比分别为十一烷酸(0.65 mg/g,3.08%)、十三烷酸(0.12 mg/g,0.57%)、棕榈酸(5.20 mg/g,24.54%)、硬脂酸(1.59 mg/g,7.48%)、反油酸(9.17 mg/g,43.27%)、亚油酸(3.57 mg/g,16.83%)和α-亚麻酸(0.89 mg/g,4.22%),其中不饱和脂肪酸占比64.32%。木薯在常温贮藏期各脂肪酸及总脂肪酸含量的变化如图7所示。图7-A显示,木薯十一烷酸在常温贮藏初期略有升高,随后基本保持稳定,涂蜡处理与对照之间无显著差异。图7-B显示,木薯十三烷酸含量整体上呈逐渐升高的趋势,并且在贮藏2 d和4 d时涂蜡处理均显著高于对照(P<0.05)。图7-C显示,木薯棕榈酸在贮藏前期(0～2 d)急剧降低,随后基本保持稳定,并且在贮藏2、4和8 d时涂蜡处理均显著高于对照(P<0.05)。图7-D显示,木薯硬脂酸在贮藏前期(0～2 d)急剧降低,随后基本保持稳定,涂蜡处理与对照之间无显著差异。图7-E显示,反油酸含量在贮藏前期(0～2 d)急剧降低,随后基本保持稳定,后期略有降低,并且整个贮藏期涂蜡处理均显著高于对照(P<0.05)。图7-F显示,对照木薯亚油酸含量贮藏前期逐渐升高,后期略有降低;涂蜡处理呈升-降-升的变化趋势,其中在贮藏2、4和8 d时显著高于对照(P<0.05)。图6-G显示,涂蜡处理和对照木薯α-亚麻酸含量均在贮藏前期(0～2 d)升高,随后略有降低,6 d后又有所回升,并且在贮藏2、6和8 d时涂蜡处理显著高于对照(P<0.05)。图7-H显示,木薯总脂肪酸含量在贮藏前期(0～2 d)急剧降低,随后基本保持稳定,并且整个贮藏期涂蜡处理均显著高于对照(P<0.05)。以上结果表明,涂蜡处理能够在一定程度上提高木薯常温贮藏期间5种脂肪酸(十三烷酸、棕榈酸、反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)和总脂肪酸的含量,而对十一烷酸和硬脂酸含量没有显著影响。
2.7 涂蜡处理对木薯不饱和脂肪酸含量和脂肪酸不饱和度的影响
由图8-A可看出,在常温贮藏过程中,对照木薯中不饱和脂肪酸含量呈先快速增加后缓慢降低的变化趋势,而涂蜡处理木薯,贮藏前期(0～2 d)快速升高后一直维持在较高水平,并且在贮藏2 d和8 d时显著高于对照(P<0.05)。木薯脂肪酸不饱和度的变化趋势与不饱和脂肪酸含量基本一致(图8-B),在贮藏2 d和8 d时涂蜡处理木薯脂肪酸不饱和度显著高于对照(P<0.05)。
A-十一烷酸;B-十三烷酸;C-棕榈酸;D-硬脂酸;E-反油酸;F-亚油酸;G-α-亚麻酸;H-总脂肪酸
图7 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间7种脂肪酸和总脂肪酸含量的影响
Fig.7 Effects of waxing on the contents of seven fatty acids and total fatty acids in cassava root during storage at ambient temperature
A-不饱和脂肪酸含量;B-脂肪酸不饱和度
图8 涂蜡处理对木薯常温贮藏期间不饱和脂肪酸含量和脂肪酸不饱和度的影响
Fig.8 Effects of waxing on the percentage of unsaturated fatty acids and unsaturated degree of fatty acids in cassava root during storage at ambient temperature
3 讨论与结论
由于果蜡涂膜保鲜具有安全环保、成本低廉、操作简单易行等优点,已广泛应用在多种水果上,达到了良好的保鲜效果[12-16]。石建新等[12]研究表明,涂蜡处理可显著抑制红富士苹果货架期的水分散失,延缓果实硬度的降低,并能降低果实的腐烂率。陈燕妮等[13]研究发现,涂蜡处理能有效降低沙糖桔果实腐烂率和失重率。ELZUBEIR等[14]在芒果上的研究表明,涂蜡处理可显著抑制果实的呼吸强度、失重率和果色转变,延缓果实硬度及品质的降低,从而推迟果实成熟进程。研究表明,经果蜡处理后的果实表面会形成一层多孔而连续的不规则薄膜,对果实水分的散失和环境中氧的吸收均起到一定的阻断作用,能降低呼吸消耗及整个代谢活动,从而延缓果实的衰老,较好地保持果肉的硬度[19]。涂蜡能够降低果实的失重率主要是因为蜡液能够阻碍氧气、二氧化碳和水分的散发, 从而降低了果实的呼吸速率、失水率和氧化速率[20]。本试验结果表明,果蜡处理能显著降低木薯在常温贮藏期间的呼吸强度和失重率,延缓木薯硬度及根段内、外切口色泽L*值的降低,从而延缓木薯的褐变速度,达到良好的保鲜效果。由于涂蜡阻断了木薯根段切口处直接与外界空气的接触,有利于抑制木薯的呼吸作用、水分散发及氧化速率,从而达到降低失重率、保持硬度及延缓褐变的目的。这与谢江等[1]用石蜡处理木薯上的研究结论基本一致。
许多研究表明,涂蜡处理能够提高果实的内部营养品质,不仅能减少维生素C和有机酸的损耗,还可对果实糖酸的比例进行调整, 有利于果实保持良好的风味[21]。在沙糖桔上的研究表明,涂蜡处理能保持较高的可溶性固形物、可滴定酸和维生素C等品质含量[13]。在木薯上的研究发现,涂蜡能有效抑制鲜木薯中淀粉的水解和还原糖的产生[1]。本研究结果表明,在常温贮藏期间,木薯块根中可溶性固形物含量呈逐渐升高趋势,但涂蜡处理后的木薯可溶性固形物含量与对照并没有显著差异。可见涂蜡并不影响木薯中可溶性固形物的变化,这与涂蜡处理在菠萝[15]和柑橘[21]果实上的研究结果基本一致。
在本研究中,利用GC-MS法从木薯中分析和鉴定出7种脂肪酸,主要包括4种饱和脂肪酸(十一烷酸、十三烷酸、棕榈酸和硬脂酸)和3种不饱和脂肪酸(反油酸、亚油酸和α-亚麻酸),其中不饱和脂肪酸占比高达64.32%,表明木薯块根中富含人体必需的脂肪酸,具有较高的营养价值。有研究表明,采后果实的脂肪酸含量变化受环境温度、氧气浓度等因素调控,如油桃在冷害温度条件下,棕榈酸相对含量升高,油酸和亚麻酸相对含量降低, 从而降低膜脂脂肪酸的不饱和指数[22]。而低氧条件下贮藏能有效抑制核桃中脂肪酸的快速氧化,从而提高核桃的贮藏品质[23]。本研究结果表明,涂蜡处理显著提高了木薯块根中5种脂肪酸(十三烷酸、棕榈酸、反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)的含量,而对十一烷酸和硬脂酸含量没有显著影响,从而在整体上提高了总脂肪酸的含量。脂肪酸不饱和度表示为不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值,是反映脂肪酸不饱和程度的一个重要指标,可直接反映脂肪酸的构成比例的变化[24]。本研究中,涂蜡处理显著提高了木薯贮藏期间不饱和脂肪酸(反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)含量及脂肪酸不饱和度,提高了木薯的贮藏营养品质。其主要原因可能是由于涂蜡处理可在一定程度上阻断木薯与外界氧气的接触,有助于抑制木薯中不饱和脂肪酸的快速氧化,从而有效延缓木薯的褐变,提高木薯的贮藏品质。关于果蜡处理对木薯脂肪酸的调控机制有待进一步深入探讨。
综上所述,涂蜡处理能有效降低木薯常温贮藏期的失重率和呼吸强度,延缓木薯硬度的降低及褐变的速度,并能显著提高木薯中5种脂肪酸(十三烷酸、棕榈酸、反油酸、亚油酸和α-亚麻酸)的含量及脂肪酸不饱和度,从而较好地保持木薯的常温贮藏品质。果蜡作为一种常见的果蔬涂膜保鲜剂,不仅环保高效,而且操作简单,因此在木薯保鲜上具有良好的应用前景。
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