皇冠梨是河北省林科院杂交培育而成的优良品种,属白梨系统,果实呈椭圆形或圆形,呈黄白色,表面光洁,无锈斑。该果实果核较小,肉质洁白细腻,爽口多汁,风味浓郁,且营养丰富,含有多种人体必需的营养物质,如蛋白质、维生素及纤维素等[1]。同时,果实中含有丰富的酚类物质,不仅赋予梨果实特殊的色泽,还具有清除自由基、抗氧化、抗衰老的功效[2]。且在医疗上,梨可以治疗便秘,有利于消化,对心血管也有一定的好处,深受消费者欢迎。随着经济的快速发展及生活节奏的加快,方便营养且分量灵活的鲜切果蔬成为消费者的首选,销量不断增加。然而,在加工过程中,去核、削皮、切割和其他一些最低限度的加工方法对果蔬造成的损害,导致鲜切水果和蔬菜比未经加工的新鲜材料更快变质[3]。切割等加工过程导致果蔬更易氧化褐变,影响食用品质,同时,也导致病原体更易进入果蔬组织内部,造成鲜切果蔬腐败变质,降低其贮藏时间,增加生产成本。
新鲜果蔬的质量下降是在采摘之后迅速开始的,且鲜切果蔬的保质期较未加工的新鲜果蔬短。通过预冷却可以有效降低高水分果蔬的生理活性,尽可能延长其保质期[4]。根据传导介质及操作方式的不同预冷技术分为空气预冷、冷水预冷、冰预冷和真空预冷[5]。ZAINAL等[6]研究发现不同水冷时间对保持甜瓜品质和延长贮藏寿命是不同的,其中,1/2水冷时间可保持果实的细胞壁结构并在冷藏期间保持其品质;预冷还可以降低石榴果实贮藏期间质量损失[7];HAN等[8]发现经过2 mg/L臭氧和空气预冷处理的桑果在冷藏期间品质更好,具有更高水平的可滴定酸度和总可溶性固形物含量,硬度和色泽得以更好的保留,可以延长其贮藏时间。可见,在果蔬预冷过程中与其他处理方法结合能更好提升果蔬的品质。
鲜切果蔬主要面临的问题是切割面褐变,因此,常需要进行护色处理。目前已经有多种方式来控制果蔬褐变,例如使用微波、可食用涂膜、超声波、高温[9]、自发气调包装[10]和抗褐变剂等[11]。杨修斌等[12]研究发现,1%(质量分数)氯化钠+0.5%(质量分数)抗坏血酸+0.5%(质量分数)L-半胱氨酸复合保鲜液可有效延缓鲜切梨褐变及水分散失;抗坏血酸作为鲜切马铃薯的防褐变剂,可有效地抑制其褐变,同超声波结合其效果更加显著[13];葡萄[14]、柿子[15]等水果使用乳酸钙处理后,可提高其果实的硬度及钙含量,对果蔬品质有所提升,且研究发现乳酸钙不会改变梨或其他水果的味道[16],本研究以皇冠梨为对象,采用空气冷却、水浸渍冷却、以及载冷液浸渍冷却对皇冠梨块进行预冷处理,研究冷却处理对鲜切皇冠梨块品质特性的影响。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
实验所用梨品种为皇冠梨,购买于水果批发市场,运回实验室后,挑选无病虫害和械损伤、新鲜大小均一的皇冠梨,挑选好的皇冠梨置于室温保存,保持其初始温度一致,从中随机抽取进行实验。
氯化钠、维生素C、乳酸钙(均为食品级),河南万邦实业有限公司。
1.2 仪器与设备
TA.XT Plus物性测试仪,英国Stable Micro Systems公司;RX 9608 D-HO-BA温度记录仪,杭州美控自动化技术有限公司;Evolution 201紫外-可见分光光度计,美国赛默飞Thermo;HH-4型数显恒温水浴锅,上海力辰邦西仪器科技有限公司;贝克曼库尔特Allegra 64 R高速冷冻离心机,贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;PBI Dansensor便携顶空测定仪,丹麦PBI Dansensor;CR-400色彩色差计,日本美能达公司;JA 503电子天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;BCD-206 ZMZB冰箱,合肥美菱股份有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 原料处理及分组
将室温保存的皇冠梨取出,去皮,去核,使用切割器,将样品切割成长宽高约为1.5 cm的立方体果块,随机平均分为5组,进行冷却护色处理。其中,对照组为室温保存的新鲜皇冠梨样品,在室温下保存备用;处理1组在4 ℃冰箱中进行空气预冷,当皇冠梨块中心温度达到4 ℃时,冷却完成,即空气冷却;处理2组在(2±1) ℃去离子水溶液中进行浸渍冷却,当皇冠梨块中心温度达到4 ℃时,冷却完成,即水浸渍冷却;处理3组在(2±1) ℃载冷溶液[1%(质量分数)氯化钠及0.5%(质量分数)维生素C]中进行浸渍冷却,皇冠梨块中心温度在4 ℃时,冷却完成;处理4组在(2±1) ℃载冷溶液[1%氯化钠、0.5%维生素C和2%(质量分数)乳酸钙]中进行浸渍冷却,皇冠梨块中心温度在4 ℃时,冷却完成。其中,浸渍冷却料液比(g：mL)均为1：15。
冷却完成后,将梨块装入保鲜袋,贴好标签纸,置于4 ℃冰箱中贮藏4 h后对梨块各项指标进行测定。
1.3.2 冷却曲线的测定
使用温度记录仪测定。将温度计的探头插入皇冠梨块的中心位置,记录梨块冷却过程中的温度变化。当梨块的中心温度达到4 ℃时冷却完成。
1.3.3 呼吸强度的测定
呼吸强度采用静置法进行测定[17],称取质量为(320±5) g皇冠梨块,置于室温下密闭容器中1.5 h,然后利用呼吸测定仪测定二氧化碳浓度,并计算呼吸强度[mg/(kg·h)]。呼吸强度的计算如公式(1)所示:
呼吸强度
(1)
式中:C1为样品气体中CO2含量,%;C0为空白气体中CO2含量,%;V为玻璃容器密闭空间容积,mL;W为果实质量,kg;t为测定时间,h。
1.3.4 可滴定酸含量的测定
参考曹建康等[18]的方法略有修改。称取样品10.0 g于研砵研磨均匀后转移至100 mL容量瓶中,定容,摇匀。静置30 min过滤。用移液管吸取20.00 mL滤液,转入三角瓶中,加入2滴酚酞试剂,用已标定的氢氧化钠溶液滴定,30 s内不褪色为滴定终点。记录氢氧化钠溶液用量,重复3次。计算可滴定酸含量用质量分数表示,可滴定酸含量的计算如公式(2)所示:
可滴定酸含量
(2)
式中:V为样品提取液总体积,mL;Vs为滴定所取滤液体积,mL;c为NaOH滴定液浓度,mol/L;V1为滴定滤液消耗的NaOH溶液体积,mL;V0为滴定蒸馏水消耗的NaOH溶液体积,mL;m为样品质量,g;f为0.067 g/mmol。
1.3.5 硬度的测定
利用TA-XT-plus质构分析仪对梨块的硬度进行了测量。质构参数设置如下:P/50探头,测试前速度1.00 mm/s,测试速度1.00 mm/s,测试后速度1.00 mm/s,触发力5 g,压缩量30%。
1.3.6 色差、总酚含量、多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性和过氧化物酶(peroxidase, POD)活性的测定
色差采用色彩色差计对梨块的颜色变化进行测定。其中L*值表示亮度,L*值越大亮度越大;a*值表示样品的红绿偏向;ΔE*表示色差值,表示色泽与标准板的颜色差异。
总酚含量采用福林酚法进行测定。首先以没食子酸作为标准品制作标准曲线。参考TIAN等[19]的方法略有修改。将约10.0 g的样品磨碎,加入20 mL 60%(体积分数)乙醇溶液,在30 ℃水浴中孵育60 min,提取酚类化合物。提取后,在4 ℃下,10 000×g离心15 min,后于4 ℃的冰箱中备用。然后,取2 mL上清液或水,加入4 mL福林酚试剂,反应5 min,加入14 mL Na2CO3溶液,置于黑暗中30 min。用分光光度计测定混合物在765 nm处的吸光度。总酚含量以没食子酸含量(mg/L)表示。
PPO活性的测定参考曹建康等[18]的方法。采用邻苯二酚比色法。
POD活性的测定参考曹建康等[18]的方法。
1.4 数据处理
实验数据为3次重复实验的平均值,结果以平均值±标准差表示。采用SPSS软件对数据进行分析(P<0.05为显著性差异),使用Origin 2021软件制图,并进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 鲜切皇冠梨的冷却曲线
冷却速率是影响贮存期间产品品质的重要因素之一,冷却可以使果实温度快速降低,从而抑制其生理代谢,降低呼吸速率,减少营养物质损耗,同时,低温不利于腐败的产生。因此,冷却时间越短越有助于保持产品的品质。如图1所示,是不同冷却条件下皇冠梨块的冷却曲线。由图1可知,处理1组与其他处理组的冷却时间与速率有明显的差别,处理1组冷却时间为4 277 s,处理2组冷却时间为195 s,处理3组冷却时间为141 s,处理4组冷却时间为174 s。空气冷却的速率要远远低于浸渍冷却的速率,这是由于浸渍液与果实直接接触,传热更加均匀迅速,且液体的换热系数较气体大,使得浸渍冷却的冷却速率更快,果实预冷到一定温度所用时间更短[20]。3种浸渍冷却对皇冠梨块冷却时间没有较大差异,这可能是由于溶质的添加并没有改善浸渍液的传热系数,因此果实的冷却速率没有较大变化。
图1 鲜切皇冠梨的冷却曲线
Fig.1 Cooling curve of fresh-cut Huangguan pear
2.2 冷却对鲜切皇冠梨呼吸强度的影响
呼吸强度是反映果蔬体内新陈代谢强弱的重要指标,一般来说,呼吸强度越弱,果实中代谢越慢,营养物质消耗越小。如图2所示,经过冷却后的样品呼吸强度与新鲜梨样品存在显著差异(P<0.05),其中处理4组梨块的呼吸强度最低,为34.18 mg/(kg·h),处理3组次之,为38.59 mg/(kg·h);处理2组与处理1组之间不存在显著性差异(P>0.05),而处理3组与处理2组之间存在显著差异(P<0.05)。这可能是由于氯化钠、维生素C和乳酸钙的加入,使浸渍液维持在一定酸度环境,增加了细胞壁的孔隙率[21],使得水分子与小分子物质在细胞组织间运动,水分子充斥在果实细胞间隙,更好地抑制了组织细胞的呼吸强度。水浸渍冷却由于样品浸没在水中,隔绝空气,与液体充分接触快速传热,样品在短时间内迅速降温,从而降低其呼吸强度;而空气冷却速度较为缓慢,暴露在空气中,导致其呼吸强度得不到有效抑制,但在冷却过程中,空气流动会导致样品中水分的损失,由于细胞失水,而造成果实呼吸速率降低,且随着时间的推移,空气冷却也将样品冷却到较低的温度,也可抑制其呼吸强度,因此处理1组与处理2组的呼吸强度差异较小。综上可知,水浸渍冷却中加入一定量的氯化钠、维生素C和乳酸钙有利于降低鲜切皇冠梨的呼吸强度。
图2 冷却对鲜切皇冠梨呼吸强度的影响
Fig.2 Effect of cooling on respiratory intensity of fresh-cut Huangguan pear
注:不同字母表示各组之间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.3 冷却对鲜切皇冠梨可滴定酸含量的影响
可滴定酸主要反映果蔬中的有机酸含量。如图3所示,各处理组与对照组样品相比较,梨块中可滴定酸度含量均有所下降。处理4组与处理1组和处理2组之间存在显著性差异(P<0.05);而二组不同浸渍液冷却处理组之间可滴定酸度含量差异较小。这可能是由于处理4组和处理3组中的溶液更多的渗入了果实中,抑制了果蔬的呼吸,使得果实中代谢速率降低,营养物质消耗减少,同时,较低的温度也抑制了样品的代谢速率,从而与对照组样品中可滴定酸含量差异较小;处理1组和处理2组较其他处理组相比,样品的呼吸强度较高,使得代谢速率高,导致其营养物质消耗较多,可滴定酸度较新鲜样品低。HAN等[8]的研究也表明预冷处理可以延迟果实中可滴定酸的损失。
图3 冷却对鲜切皇冠梨可滴定酸含量的影响
Fig.3 Effect of cooling on titratable acid content of fresh-cut Huangguan pear
2.4 冷却对鲜切皇冠梨硬度的影响
鲜切果蔬的加工过程会导致果蔬细胞组织破坏和汁液流失,造成其质地的下降,并降低食用品质,其中,硬度是评价鲜切果蔬品质好坏的重要标准。如图4所示,与对照组相比,经过冷却处理后的皇冠梨块的硬度有显著降低(P<0.05),各处理组之间都存在显著差异(P<0.05)。冷却后皇冠梨块的硬度值大小为处理4组>处理3组>处理1组>处理2组。表明在浸渍预冷过程中氯化钠、维生素C和乳酸钙的加入可以有效抑制鲜切梨块硬度的下降。这是由于在浸渍冷却过程中,样品直接与液体接触,溶液中的氯化钠、维生素C和乳酸钙渗透进样品中,而植物组织细胞壁上果胶可与溶液中钙离子进行相互作用,对维持果实硬度有显著的作用[22];同时,氯化钠结合低温对果蔬的硬度的维持作用在生姜的研究上得到了证实[23]。空气冷却处理硬度较低,可能是由于强烈的呼吸作用导致细胞失水皱缩,组织细胞不再饱满坚挺,导致其硬度下降。处理2组硬度降低,可能是由于梨块直接浸没在水中,渗透压作用可能导致梨块吸水过多,造成植物组织细胞破裂[6],从而使得直接水浸渍冷却处理硬度较低。
图4 冷却对鲜切皇冠梨硬度的影响
Fig.4 Effect of cooling on hardness of fresh-cut Huangguan pear
2.5 冷却对鲜切皇冠梨色差、总酚含量、PPO和POD活性的影响
色差是反映果蔬色泽的指标,可将肉眼观察到的直观色彩转换为具体数值,从而将颜色变化的程度具体化。在鲜切果蔬加工过程中,果蔬经过去皮,切分,果肉会与空气直接接触,导致果肉表面褐变,从而影响感官品质。如表1所示,与对照组样品相比较,冷却处理后梨块的L*值都有不同程度的降低,L*值越低,代表样品的褐变程度越严重。由表1可知,4个冷却处理组中,处理1组的L*值最低,为67.50±2.24,处理2组次之,为69.24±1.37,两处理组之间无显著性差异(P>0.05)。处理4组及处理3组的L*值与对照组样品存在显著性差异(P<0.05)。a*值代表红绿度,a*值越大代表越红。由表1可知,各处理组a*值大小依次为处理1组>处理2组>处理4组>处理3组>对照组,表明各冷却处理组都有不同程度的褐变。ΔE*值表明与标准比色板之间的色差值,ΔE*值越小,表明与标准比色板越接近。与对照组样品色差值相比,4个处理组中,处理1组的色差值较新鲜组大8.15;处理2组大6.29;处理3组大2.19;处理4组大3.26。表明处理1组与对照组样品颜色差异最大,说明空气冷却导致样品褐变最严重,浸渍液处理组褐变程度最低。从L*值、a*值与ΔE*值来看,处理3组和处理4组褐变程度最低,这可能是由于浸渍液中氯化钠和维生素C的添加对梨块的护色作用;处理2组的褐变程度较处理1组低,可能是由于在冷却过程中,样品浸没于水中,使得样品与空气隔绝,减缓在冷却过程中样品的氧化褐变。
表1 冷却对鲜切皇冠梨色差、总酚含量、PPO和POD活性的影响
Table 1 Effects of cooling on color difference, total phenol content, PPO and POD activity of fresh-cut Huangguan pear
处理组色差L*a*ΔE*总酚/(mg/L)PPO活性/[ΔOD420/(min·g)]POD活性/[ΔOD470/(min·g)]对照组75.62±1.07a-1.81±0.20c19.57±1.01c32.38±0.06b0.065 7±0.000 1d0.001 5±0.000 2c处理1组67.50±2.24c-1.23±0.09a27.72±2.35a23.40±0.11c0.058 2±0.000 0e0.001 1±0.000 0d处理2组69.24±1.37c-1.27±0.14a25.86±1.34a12.34±0.06d0.065 9±0.000 1c0.001 0±0.000 1d处理3组73.11±0.25b-1.63±0.09bc21.76±0.23bc32.61±0.07b0.128 4±0.000 0b0.001 8±0.000 1b处理4组71.95±0.62b-1.43±0.05ab22.83±0.61b35.91±1.16a0.142 8±0.000 1a0.003 5±0.000 1a
酚类物质是植物体内分布最为广泛的次生代谢物质,与水果的色泽有重大关联,是植物防御体系的重要部分。PPO和POD是促使果蔬发生酶促褐变的主要酶类之一。POD是存在于植物组织中的氧化还原酶,能有效清除生物体内过氧化自由基,且H2O2存在下,POD参与酚类物质的氧化和聚合,导致果蔬组织褐变[23]。如表1所示,处理3组与处理4组的总酚含量、PPO活性以及POD活性较对照组高,且处理4组与对照组之间存在显著性差异(P<0.05);而处理1组和处理2组中的总酚含量及POD活性较对照组低,且各处理组之间存在显著性差异(P<0.05),处理1组和处理2组的PPO活性较对照组相近,分别为0.058 2 ΔOD420/(min·g),0.065 9 ΔOD420/(min·g)。处理3组与处理4组总酚含量、PPO活性以及POD活性较高,可能是由于浸渍液中维生素C和氯化钠等渗入梨块中,对果实中酚类及酶类物质起到了一定的保护作用。抗坏血酸可将被氧化成醌类物质的酚类重新还原成酚类物质,同时抑制果实发生褐变反应[24],而在果实加工过程中,切割使得果实细胞中多酚氧化酶暴露出来,同时维生素C抑制了其褐变反应,从而多酚氧化酶活性得以保持,也使得酚类物质消耗减少。处理1组和处理2组总酚含量、PPO活性以及POD活性较低,可能是由于加工引起样品中PPO及POD大量暴露,PPO催化酚类物质被氧化形成醌类物质,而后进一步聚合形成褐色物质,引起果实组织褐变,同时消耗了多酚氧化酶及酚类物质,从而使得PPO活性有所降低和总酚含量减少,同时由于PPO催化酚类物质氧化过程中可能会产生H2O2,这种物质不断积累到较高浓度,诱导POD介导多酚褐变[25],从而导致POD活性较低。
2.6 冷却对鲜切皇冠梨色差、总酚含量、PPO和POD活性相关性分析
通过上述分析可知,色差、总酚、多酚氧化酶及过氧化物酶之间存在着一定的关系。如图5所示,是各指标间的皮尔逊相关性。由图5可知,L*值与a*值、ΔE*值呈负相关,与总酚呈正相关;a*值和ΔE*值呈正相关,且相关性较高。这表明a*值和ΔE*值越大,会使得样品亮度值降低;而总酚含量越高,样品亮度值越高,这是可能是由于酚类未被氧化产生褐变,从而减少L*值的降低与ΔE*值的增大,有利于延缓样品色泽降低。由图5可看出,L*值、总酚含量、PPO活性和POD活性之间呈正相关,这可能是由于PPO活性和POD活性的保留能有效减少样品中总酚含量的消耗,减少酚类被氧化褐变,维持样品原有色泽。
图5 冷却对鲜切皇冠梨色差、总酚含量、PPO和POD活性相关性分析
Fig.5 Orrelation analysis of color difference, total phenol content, PPO and POD activity of fresh-cut Huangguan pear after chilling
3 结论
本实验通过研究不同冷却液对鲜切皇冠梨品质特性的影响,得出浸渍冷却较空气冷却相比,冷却速率快,样品所需的冷却时间更短,同时氯化钠、维生素C及乳酸钙的加入,能有效抑制冷却后鲜切皇冠梨块在短时贮藏期间的呼吸强度、可滴定酸的消耗以及硬度的下降;并且,L*值、总酚含量、PPO活性和POD活性之间呈正相关,而氯化钠、维生素C的加入,使得鲜切梨块的色泽得到了较好的保存,其梨块中的酚类物质及PPO和POD活性得到了较好的保持。综上所述,在浸渍冷却中添加氯化钠、维生素C和乳酸钙,能有效保持冷却速率,同时能有效维持贮藏过程中鲜切皇冠梨块的食用品质。
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