低温等离子体处理对冬枣贮藏品质及风味物质的影响

贾思曈1,张子迪2,陈存坤3,董成虎3,纪海鹏3,闫师杰1,苗云刚4,于晋泽3,张娜3*,梁丽雅1*

1(天津农学院 食品科学与生物工程学院,天津,300392)2(天津智谱仪器有限公司,天津,300400)3(天津市农业科学院 农产品保鲜与加工技术研究所(国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)),农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室,天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津,300384)4(山东华旭包装制品有限公司,山东 淄博,370300)

摘 要 该文以冬枣为试材,对其进行不同时间(0、5、10 min)的低温等离子体处理,通过测量处理后冬枣的微生物数量、品质相关指标和采用顶空气相色谱离子迁移谱(headspace gas chromatography ion migration spectrometry,HS-GC-IMS)测量其风味物质的变化,探究低温等离子体处理对冬枣贮藏品质和风味物质变化的影响。结果表明,与CK组相比,低温等离子体处理对冬枣表面菌落总数、霉菌和酵母菌总数具有显著的抑制作用,其中70 d时,10 min处理组和5 min处理分别比CK组菌落总数低0.6 lg CFU/g和0.39 lg CFU/g;分别比CK组霉菌和酵母菌总数低0.42 lg CFU/g和0.28 lg CFU/g。低温等离子体处理可以减缓冬枣呼吸强度的升高,缓解可溶性糖含量、可滴定酸含量和维生素C含量的下降;抑制冬枣硬度的降低,其中,5 min处理组效果最为显著,冬枣硬度在第70天时5 min处理组比CK组升高47%;5 min处理组冬枣中原果胶含量比CK组高43%,可溶性果胶含量比CK组低55%,纤维素含量和半纤维素含量也分别比CK组高14%和74%。HS-GC-IMS结果分析表明,贮藏后期5 min处理组中2,3-丁二酮、2-苯基乙醛、柠檬烯、己酸等物质含量高于CK组和10 min处理组,但处理组中2,3-丁二酮和2,5-二甲基吡嗪含量低于CK组。综合分析表明,低温等离子体处理对抑制采后冬枣品质劣变及风味物质变化具有积极作用。

关键词 冬枣;低温等离子体;处理时间;贮藏品质;风味物质

冬枣(Ziziphus jujuba)主要产于我国华北地区,因其皮薄肉脆、甘甜可口、营养丰富而广受消费者喜爱[1-2]。但是冬枣在采后贮藏期间,由于自身呼吸代谢和外界微生物等因素的影响,导致冬枣品质劣变、风味物质减少、腐烂变质,造成大量的经济损失[3]。目前传统的化学保鲜剂虽然对采后冬枣具有一定的保鲜作用,但是保鲜剂的残留问题却给食品安全造成了很大的困扰。因此,寻找一种高效的绿色保鲜方法迫在眉睫[4]

最新研究指出,低温等离子体是一种具有发展潜力的绿色保鲜技术,其产生的活性物质具备抑菌作用,同时也拥有处理时间短、无污染、无残留等特点[5]。目前关于低温等离子体处理技术的研究主要集中于对生鲜加工食品的杀菌能力方面[6],如KIM等[7]发现,经过低温等离子体处理的牛肉其金黄色葡萄球菌的数量显著降低;NORIEGA等[8]也发现,低温等离子体处理可以显著降低鸡皮表面的菌落总数;在猪里脊肉[9]、鸡胸肉[10]、鲈鱼[11]等研究中发现类似结果。但有关低温等离子体处理对鲜食果蔬的研究较少,且主要集中在对采后水果抑菌作用与营养物质的影响[12]。HU等[13]研究发现,低温等离子体处理可以降低蓝莓表面微生物数量;JIA等[14]研究发现,低温等离子体处理可以减缓番茄维生素C、可溶性固形物含量的降低;黄欣莹[6]也发现,低温等离子体处理可延缓鲜切苹果中维生素C的降低。然而关于低温等离子体处理对冬枣采后贮藏品质与风味物质变化的研究尚未有报道。

水果的风味是评价其品质的重要指标[15],目前用于水果风味测量的方法主要采用顶空固相微萃取气相色谱质谱法(headspace gas chromatography ion migration spectrometry,HS-SPEM-GC-MS),操作时需要将样品进行研磨匀浆等前处理,不仅过程耗时复杂,技术要求高,而且不能真实反应水果正常状态下挥发出的香气[16-17]。顶空气相色谱离子迁移谱(headspace gas chromatography ion mobility spectroscopy,HS-GC-IMS)是一种用于分离和检测挥发性芳香物质的新型技术,具有灵敏度高,反应速度快,样品不需要前处理,能够真实反映水果挥发出的香气等优点[18]。目前该项技术应用于诸多领域,例如肉制品分析、水果品种及区域的区分等[18]。但是将其应用于采后水果贮藏过程中风味物质变化的研究却很少。

因此,采用HS-GC-IMS分析探讨不同低温等离子体处理时间对采后冬枣贮藏品质和风味物质变化的影响,并通过测定微生物数量、品质相关指标明确低温等离子体处理对冬枣采后贮藏品质的影响规律,为进一步揭示低温等离子体处理对鲜食果蔬的保鲜机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

实验材料:冬枣,采自天津市静海区田丰农业生态园。

试验试剂:NaOH、硫酸,天津市大茂化学试剂厂;酚酞,天津市天新精细化工开发中心;EDTA、钼酸铵、偏磷酸、抗坏血酸,天津市江天统一科技有限公司;冰醋酸,天津市光复科技发展有限公司;植物可溶性糖检测试剂盒、果胶含量试剂盒、可溶性果胶含量试剂盒、纤维素含量试剂盒、半纤维素含量试剂,上海MLBIO生物科技有限公司;马铃薯葡萄糖琼脂培养基、平板计数琼脂培养基、乙醇、NaCl,天津韵尼科技有限公司,上述所有试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

低温等离子体设备,国家农产品保鲜工程技术研究中心(中国天津)自主研制。FlavourSpec®风味分析仪,德国G.A.S公司;TA-XT Plus物性测定仪,美国Stable Micro System 仪器公司;PAL-1数字手持式折射仪,日本ATAGO公司;SynergyH1酶标仪,美国伯腾仪器有限公司;D-37520高速冷冻离心机,德国Eppendorf 公司;AR2140电子天平,德国赛多利斯;DHP-2042BS恒温培养箱,美国赛默飞世尔科技公司;TAISITE数显恒温水浴锅,苏州江东精密仪器有限公司;VORTEX-BE1涡旋混合器,海门市其林贝尔仪器制造有限公司;CA-10 CO2分析仪,美国Stable System 仪器公司。

1.3 试验方法

1.3.1 低温等离子体处理

冬枣经0 ℃、24 h预冷后进行挑选,用微孔袋进行分装,后进行低温等离子体处理,处理时微孔袋打开[14, 19]。将处理强度为80 kV,距离低温等离子发生器的距离为5 cm,处理时间分别为0、5、10 min,其中0 min为对照组记作CK,并于0、14、28、42、56、70 d进行取样,以0 d记作初值。

1.3.2 菌落总数、霉菌和酵母菌总数的测定

采用董晶等[20]方法并稍加修改。每次取100 g冬枣进行测量,结果以lg CFU/g表示。

1.3.3 呼吸强度测定

采用李孟洁等[21]的方法并稍加修改。取1 kg冬枣放到密封罐中密封放置2 h,每个处理组做3次平行测定,其结果取平均值,并用mg/(kg·h)表示。

1.3.4 可溶性糖含量测定

采用植物可溶性糖检测试剂盒进行测量,每处理组平行测量3次,结果取平均值,并用%表示。

1.3.5 可滴定酸含量测定

采用李孟洁等[21]的方法并稍加修改。取2 g冬枣匀浆后进行测量,每处理组平行测量3次,结果取平均值,并用%表示。

1.3.6 维生素C含量测定

采用柳青等[22]的方法并稍加修改。每处理组平行测量3次,结果取平均值,并以mg/100g表示。

1.3.7 硬度测定

采用物性测定仪进行测定。探头直径1 mm,穿刺深度8 mm,在每个冬枣赤道位置测量两个点,每个处理组平行测量20次,结果取平均值并以N为单位。

1.3.8 原果胶和可溶性果胶含量

冬枣中原果胶含量和可溶性果胶含量分别采用原果胶含量试剂盒和可溶性果胶含量试剂盒进行测量,原果胶含量以mg/g鲜重表示,可溶性果胶以mg/g干重表示。

1.3.9 纤维素含量和半纤维素含量

冬枣中纤维素含量和半纤维素含量分别采用纤维素含量试剂盒和半纤维素含量试剂盒进行测量,纤维素含量和半纤维素含量均以mg/g干重表示。

1.3.10 风味物质测定

冬枣中风味物质分析参照YANG等[23]的方法进行测定,采用HS-GC-IMS对冬枣中挥发性物质进行定性分析。取2 g冬枣样品放于顶空瓶中,50 ℃孵化20 min,用1 mL顶空进样针在85 ℃顶空进样500 μL。GC条件:MXT-5色谱柱(15 m×0.53 mm,1.0 μm);柱温60 ℃;载气N2(纯度≥99.999%);载气流速程序:初始2 mL/min保持2 min;2~10 min 10 mL/min;10~20 min 100 mL/min。IMS条件:IMS温度45 ℃;离子源氚源;正离子模式;漂移气流量75 mL/min。

1.3.11 数据处理

实验所得数据均为平均数±标准差表示,采用SPSS 22进行数据相关性分析,使用OriginLab 2022进行统计图和PCA图形的绘制,根据保留时间和迁移时间,结合软件内置NIST数据库和IMS数据库对特征性风味物质进行定性分析,使用内置插件程序Gallery绘制挥发性有机物指纹图。

2 结果与分析

2.1 低温等离子体处理对冬枣微生物含量的影响

如图1所示,随着贮藏时间的延长,冬枣的贮藏表观品质逐渐下降。对照组冬枣在第42天时,贮藏表观品质开始劣变,而处理组从第56天开始劣变,且处理组中10 min处理组贮藏表观品质要优于5 min处理组。从表观可以看出,对冬枣的杀菌效果随着低温等离子体处理时间的延长而更加明显。

图1 不同低温等离子体处理时间对冬枣贮藏表观品质的影响
Fig.1 Influence of different cold plasma treatment time on apparent quality of winter jujubes

如图2所示,随着贮藏时间的延长,冬枣表面菌落总数、霉菌和酵母菌总数呈现出逐渐上升的趋势。贮藏期间CK组菌落总数、霉菌和酵母菌总数显著高于5 min处理组和10 min处理组(P<0.05),且10 min处理组菌落总数、霉菌和酵母菌总数显著低于5 min处理(P<0.05)。即低温等离子体处理时间越长对冬枣表面的杀菌效果越显著。这也符合图1冬枣贮藏表观变化趋势。ZHOU等[24]研究同样发现,哈密瓜经过低温等离子体处理后其表面的菌落总数、霉菌和酵母菌总数显著低于对照组。JI等[19]同样指出,低温等离子体处理蓝莓后会显著降低其表面的菌落总数、霉菌和酵母菌总数。这是由于低温等离子处理过程中所产生的活性氧物质对细菌、真菌等具有一定的杀菌能力[25],从而降低果蔬表面的微生物数量。

a-冬枣菌落总数;b-霉菌和酵母菌总数

图2 不同低温等离子体处理时间对冬枣菌落总数、霉菌和酵母菌总数的影响
Fig.2 Effects of different cold plasma treatment time on the total number of colonies, the total number of molds and yeasts of winter jujubes

注:图中a、b、c表示相同贮藏时间不同处理间差异显著(P<0.05)(下同)。

2.2 低温等离子体处理对冬枣呼吸强度的影响

如图3所示,冬枣贮藏期间呼吸强度呈现先升高后降低的趋势,且在第28天出现呼吸高峰。在整个贮藏期间,CK组呼吸强度显著高于处理组呼吸强度(P<0.05),这表明低温等离子体处理可以显著降低冬枣的呼吸强度,且5 min处理组呼吸强度显著低于10 min处理组呼吸强度(P<0.05),这表明过长时间的低温等离子体处理会对冬枣造成负面影响,这可能是因为长时间处理产生了过多的活性氧物质,从而激活了冬枣的氧化应激反应,造成呼吸强度的升高。JIA等[14]同样研究发现,低温等离子体处理可以降低番茄的呼吸强度,但过高的低温等离子体处理会给番茄带来负面影响。

图3 不同低温等离子体处理时间对冬枣呼吸强度的影响
Fig.3 Effects of different cold plasma treatment times on respiratory intensity of winter jujubes

2.3 低温等离子体处理对冬枣可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量的影响

水果中可溶性糖和可滴定酸(titritable acidity,TA)含量是衡量水果品质的重要指标[26]。如图4-a所示,在贮藏期间冬枣可溶性糖含量呈现出先升高后降低的趋势,这可能是贮藏前28 d冬枣中的大分子化合物逐渐转化为可溶性糖和有机物,导致可溶性糖含量增加,后期含量降低一方面使由于呼吸代谢作用致使可溶性糖含量逐渐降低[27],另外一方面是因为微生物繁殖将可溶性糖作为碳源消耗掉[28],微生物的变化趋势也证明了这一点。贮藏期间5 min处理组可溶性糖含量始终显著高于10 min处理组和CK组(P<0.05)。如图4-b所示,TA含量在贮藏期间呈现出先降低后升高的趋势,这可能是贮藏前期,冬枣中的大部分有机酸因为后熟作用而逐渐降解,导致TA含量降低,后期随着贮藏时间的延长,冬枣由于衰老导致体内的糖类逐渐转化为有机酸,导致TA含量升高[29]。除第28天,各处理组与CK组TA含量依次为5 min处理组>10 min处理组>CK组。这表明,低温等离子体处理可以显著抑制冬枣中可溶性糖和TA含量的下降。解梦梦等[30]研究发现,猕猴桃经过低温等离子体处理后会延缓可溶性糖和TA含量的降低。RAMAZZINA等[31]同样发现低温等离子体处理猕猴桃可减缓TA含量的降低。本试验中还发现,并不是低温等离子体处理时间越长,对冬枣的贮藏品质越有利,10 min处理组可溶性糖含量和TA含量低于5 min处理组,可能是因为长时间低温等离子体处理会产生过多的活性氧物质,在过高的活性氧胁迫下会加速采后冬枣中可溶性糖和TA的消耗[32]

a-可溶性糖;b-可滴定酸;c-维生素C

图4 不同低温等离子体处理时间对冬枣可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量的影响
Fig.4 Effects of different cold plasma treatment time on soluble sugar content, titrable acid content and vitamin C content of winter jujubes

维生素C含量对于维持水果的营养特性至关重要[12]。如图4-c所示,随着贮藏时间的延长,冬枣中的维生素C含量呈现出下降趋势,这可能是冬枣呼吸代谢引起的含量降低。5 min处理组维生素C含量显著高于CK处理组和10 min处理组(P<0.05)。说明低温等离子体处理可以显著延缓冬枣维生素C降解。PAIXO等[33]研究发现低温等离子体处理可以减缓橙汁中维生素C的降解,马晓艳[34]同样研究发现,鲜花黄菜经过低温等离子体处理后维生素C含量高于对照组。同时,10 min处理组维生素C含量低于5 min处理组,这可能是高活性氧促使维生素C被氧化降解的原因。因此,低温等离子体处理时间是影响冬枣品质的关键参数[35]

2.4 低温等离子体处理对冬枣硬度、原果胶含量、可溶性果胶含量、纤维素含量和半纤维素含量的影响

如图5-a所示,冬枣的硬度在贮藏期间呈现出下降的趋势,这可能是由于冬枣采后贮藏期间呼吸代谢诱导果胶和纤维素降级造成的。10 min处理组和CK组硬度始终显著低于5 min处理组(P<0.05)。贮藏期间处理组与CK组硬度高低依次为5 min处理组>10 min处理组>CK组。第70天时,5 min处理组分别比10 min处理组和CK组高出0.07 N和0.22 N。这说明低温等离子体处理对维持冬枣硬度具有积极作用。潘越等[5]同样指出,新疆小白杏经过低温等离子体处理后可以减缓硬度下降。

a-硬度;b-原果胶;c-可溶性果胶;d-纤维素;e-半纤维素

图5 不同低温等离子体处理时间对冬枣硬度、原果胶含量、可溶性果胶含量、纤维素含量和半纤维素含量的影响
Fig.5 Effects of different cold plasma treatment time on the firmness, propectin content, soluble pectin content, cellulose content and hemicellulose content of winter jujubes

水果中原果胶、可溶性果胶、纤维素和半纤维素是维持其硬度的关键[36]。如图5-b和图5-c所示,贮藏期间,冬枣中原果胶含量呈现出下降趋势,可溶性果胶含量呈现出上升趋势。这可能是贮藏期间冬枣的呼吸作用导致原果胶逐渐降解从而使其含量降低,而可溶性果胶含量的增加是因为冬枣在成熟和软化过程中,原果胶逐渐转化为可溶性果胶导致的[37]。贮藏期间5 min处理组原果胶含量显著高于10 min处理组和CK(P<0.05)。表明低温等离子体处理可以延缓原果胶的分解,处理组可溶性果胶含量显著低于CK组,这是由于低温等离子体处理延缓了原果胶的降解,导致处理组可溶性果胶含量较低。5 min处理组可溶性果胶含量显著低于10 min处理组,这是因为10 min低温等离子体处理产生了过多的活性氧物质,这加快了原果胶降解转化为可溶性果胶。这与硬度所得到的结果相同。王霞伟等[38]研究表明,通过延缓原果胶的降解可以延缓冬枣果实的软化。LIU等[39]研究发现,减缓葡萄中原果胶的分解可以维持葡萄硬度,同时会降低葡萄中可溶性果胶含量。

如图5-d和图5-e所示,贮藏期间冬枣的纤维素含量呈现出下降趋势,半纤维素含量呈现出升高趋势,这可能是冬枣在贮藏期间由于呼吸代谢作用导致纤维素逐渐分解,从而使含量下降。半纤维素含量升高可能是因为组织水分流失导致的[40]。贮藏期间,5 min处理组纤维素含量和半纤维素含量始终显著高于10 min处理组和CK处理组(P<0.05)。说明低温等离子体处理可以减缓采后冬枣中纤维素和含纤维素的降解。李汶轩[36]发现高O2可以延缓冬枣中纤维素含量和半纤维素的降低,从而维持冬枣较高的硬度。

10 min处理组硬度、原果胶含量、纤维素含量和半纤维素含量显著低于5 min处理组(P<0.05),是因为长时间的低温等离子体处理会产生更高的活性氧环境,这会加速原果胶、纤维素和半纤维素的分解[32],从而导致冬枣硬度低于5 min处理组。

2.5 不同低温等离子体处理时间对冬枣风味物质的影响。

水果中的芳香类物质与果实品质有着至关重要的作用,在贮藏过程中会糖酸转化、花色苷变化、氨基酸降解等而导致水果风味发生变化[23]。本研究采用HS-GC-IMS对不同贮藏阶段以及不同处理的冬枣挥发性成分进行了测定,如图6所示。图中横坐标表示离子迁移时间,纵坐标表示保留时间,图中的每个斑点表示一种挥发性化合物,如图1中共鉴定出37种化合物,包括19种醛、7种酮、3个吡嗪、2个酯、2个有机酸、2个烯烃、1个呋喃、1个烷烃,其中部分化合物检测出了单聚体和二聚体,这与QIAO等[41]的研究相似。表1列出了已鉴定出的组分、化学名称、CAS号、分子式、保留指数(retention index,RI)、保留时间(retention time,Rt)和迁移时间(migration time,Dt)。此外,由于数据库的限制,检测出2个但无法确定的物质,表中未列出。

表1 已鉴定的冬枣挥发性化合物
Table 1 Identified volatile compounds of winter jujube

序号化合物CAS#分子式RIRt/sDt(RIPrel)1nonanal壬醛C124196C9H18O1 104.4784.8881.478 352(E)-2-octenal-DE-2-辛烯醛C2548870C8H14O1 067.1704.651.328 083(E)-2-octenal-ME-2-辛烯醛C2548870C8H14O1 067.4705.361.815 544benzene acetaldehyde2-苯基乙醛C122781C8H8O1 043.6658.4961.262 115benzaldehyde-D苯甲醛C100527C7H6O964.2507.5161.146 126benzaldehyde-M苯甲醛C100527C7H6O962.9505.1211.461 847(E)-hept-2-enal-D(E)-2-庚烯醛C18829555C7H12O965509.1131.256 078(E)-hept-2-enal-M(E)-2-庚烯醛C18829555C7H12O960.9501.131.664 479heptanal-D庚醛C111717C7H14O901398.1521.339 3210heptanal-M庚醛C111717C7H14O901398.1521.684 89112-hexenal-D2-己烯醛C505577C6H10O863.5347.861.175 96122-hexenal-M2-己烯醛C505577C6H10O851.6333.4911.508 9613trans-2-pentenal-D反式-2-戊烯醛C1576870C5H8O759.9239.4651.102 9114trans-2-pentenal-M反式-2-戊烯醛C1576870C5H8O751.7232.1011.356 93153-methylbutanal-D异戊醛C590863C5H10O651.1164.3461.191 7163-methylbutanal-M异戊醛C590863C5H10O653.5165.4511.406 3817hexanal-D己醛C66251C6H12O796.8274.711.264 9918hexanal-M己醛C66251C6H12O793.7271.7181.552 6519pentanal戊醛C110623C5H10O703192.6811.423 39202,3-pentanedione2,3-戊二酮C600146C5H8O2702191.9631.207 44211-penten-3-one-D1-戊烯-3-酮C1629589C5H8O680.5178.3391.077 05222,3-butanedione2,3-丁二酮C431038C4H6O2587.7137.8331.148 99232-butanone-D丁酮C78933C4H8O588.7138.2011.062 44242-butanone-M丁酮C78933C4H8O586.8137.4651.249 02252-heptanone2-庚酮C110430C7H14O894.8388.7631.256 8261-penten-3-one1-戊烯-3-酮C1629589C5H8O691.8184.621.314 03272-ethyl-5-methylpyrazine2-乙基-5-甲基吡嗪C13360640C7H10N21006590.5381.201 1282-ethyl-6-methylpyrazine2-乙基-6-甲基吡嗪C13925036C7H10N2993.2567.3881.172 82

续表1

序号化合物CAS#分子式RIRt /SecDt(RIPrel)292,5-dimethylpyrazine2,5-二甲基吡嗪C123320C6H8N2917423.4481.116 5330acetic acid, hexyl ester乙酸己酯C142927C8H16O21013602.6831.409 7531isopentyl propanoate丙酸异戊酯C105680C8H16O2956.3492.3491.348 7532hexanoic acid己酸C142621C6H12O2993.2567.3881.306 3433propanoic acid丙酸C79094C3H6O2706194.9091.110 7734limonene柠檬烯C138863C10H161 024.5622.9921.192 4735delta-3-carene3-蒈烯C13466789C10H161 011.5600.1171.673 89362-pentylfuran2-戊基呋喃C3777693C9H14O996.1573.7741.246 65372-octanol2-羟基辛烷C123966C8H18O990.6561.81.428 85

注:表中化合物后缀-D为单聚体,后缀-M为多聚体。

图6 不同低温等离子体处理时间的冬枣离子迁移光谱
Fig.6 Ion migration spectra of Chinese jujube at different cold plasma treatment time

为了更加直观地看出不同低温等离子体处理时间对冬枣挥发性物质的影响,用软件的内置插件绘制了指纹图谱,如图7所示。红色方框区域内的3种化合物在贮藏期间含量没有发生显著变化(P≥0.05),绿色方框区域内的15 种物质随着贮藏时间的延长显著减少(P<0.05),其中大部分为醛类,醛类被认为是冬枣香气的主要成分,这会赋予冬枣青草和绿色的香气[42]。醛类化合物的降低可能是因为脂肪酸的氧化和氨基酸的代谢造成的[43],这会显著影响到冬枣果实的风味;另一方导致冬枣风味变化的原因可能是冬枣的糖酸变化,以及冬枣呼吸代谢作用,李超[44]和陈婷[45]在研究果蔬贮藏期间风味物质变化时也发现了类似的结论。黄色方框区域内的12种化合物含量在贮藏期间显著增加(P<0.05),其中吡嗪类化合物是美拉德反应的产物,具有独特的风味[42],酯类大多会表现出果香和花香[23],这会赋予冬枣独特的果酯香气。橙色方框区域的9种化合物在贮藏前期逐渐增加,后随着贮藏时间的延长又逐渐降低。这些变化说明,冬枣在贮藏期间有一部分化合物会随着贮藏时间的延长而被降解,同时也有一部分化合物也会随着贮藏时间的延长而增加,这会使冬枣在贮藏期间的香气发生变化,YANG等[23]也得到了类似的结果。贮藏前28 d,5 min处理组2-苯基乙醛、柠檬烯、己酸、苯甲醛-D、异戊醛-D和异戊醛-M含量高于CK组和10 min处理组。此外,第42天时,5 min处理组中反式-2-戊烯醛-M、己醛-D、(E)-2-辛烯醛-D、(E)-2-辛烯醛-M、(E)-2-庚烯醛-D、(E)-2-庚烯醛-M、庚醛-D、庚醛-M、2,3-丁二酮、2-乙基-5-甲基吡嗪、壬醛、2-苯基乙醛、柠檬烯、己酸、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-羟基辛烷含量高于CK组和10 min处理组。这表明,5 min低温等离子体处理能够维持采后冬枣较高的的风味物质含量。

图7 不同低温等离子体处理时间的冬枣挥发性物质指纹图谱
Fig.7 Fingerprint of volatile substances of winter jujube with different cold plasma treatment time

PCA是一种多变量的统计分析方法,当累计贡献率达到60%时,可以选择PCA模型作为分离模型[46]。如图8可知,PC1和PC2的贡献率分别为56.5%和11.2%。从图中可知,不同贮藏时间和不同低温等离子体处理时间的冬枣可以被区分开。在贮藏初期时,14 d CK组与第14天处理组不处于同一象限,这说明贮藏初期处理组与对照组的风味物质存在显著性差异(P<0.05)。表明低温等离子体处理对延缓贮藏初期冬枣风味物质的降解具有积极作用,前42 d,5 min处理组与CK组和10 min处理组能够很好地区分开,这表明贮藏前42 d低温等离子体对延缓冬枣中风味物质的降解仍具有积极作用,这也符合指纹图谱展示出的结果。LENG等[43]在研究贮藏期间水蜜桃的香气变化时也发现了类似的结果。PCA分析表明,GC-IMS技术在冬枣保鲜中具有较好的应用前景。

图8 不同时间低温等离子体处理的冬枣挥发性物质PCA得分
Fig.8 PCA scores of volatile compounds in winter jujubes treated by cold plasma at different times

3 结论

冬枣在采后贮藏期间,冬枣表面微生物数量会逐渐增加,可溶性糖含量、TA含量和维生素C含量会随着贮藏时间的延长而逐渐降低,硬度也会逐渐下降,冬枣中所含有的原果胶、可溶性果胶、纤维素和半纤维素会由于老化后熟作用而逐渐降解。此外,风味物质也会随着贮藏时间延长逐渐降解,最终导致冬枣贮藏品质下降。本实验研究发现,采后冬枣经过低温等离子体处理后冬枣表面微生物显著低于对照组,这是由于低温等离子体所产生的活性氧物质对细菌和真菌具有杀菌作用,从而使表面微生物含量减少,并且,低温等离子体处理会降低冬枣采后贮藏期间的呼吸强度。此外,与对照组相比,低温等离子体处理还维持较高的可溶性糖、TA和维生素C含量,从而确保采后冬枣一定的营养价值。不仅如此,本实验还发现,低温等离子体对延缓采后冬枣硬度降低具有积极作用,与对照组相比,5 min处理组延缓硬度下降最为明显,而且5 min处理组显著抑制了冬枣中原果胶、可溶性果胶、纤维素和半纤维素的降解,从而维持了采后冬枣较高的硬度。此外,在贮藏前中期,低温等离子体处理能够较好地保持果实初始香气,但到贮藏后期,不同处理组之间香气差异变小,这种作用逐渐减弱。通过综合分析,得出5 min低温等离子体处理组为保持冬枣采后品质的最佳处理强度。研究结果为低温等离子体处理在冬枣保鲜中的应用提供了基础数据。此外,低温等离子体处理对采后冬枣软化和风味物质的影响机制还需从其他角度进一步分析。

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Effect of cold plasma treatment on the storage quality and flavor compounds of winter jujubes

JIA Sitong1, ZHANG Zidi2, CHEN Cunkun3, DONG Chenghu3, JI Haipeng3, YAN Shijie1, MIAO Yungang4, YU Jinze3, ZHANG Na3*, LIANG Liya1*

(College of Food Science and Bioengineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China)2(Tianjin Zhipu Instrument Co.Ltd., Tianjin 300400, China)3(Institute of Agricultural Products Preservation and Processing Technology, Tianjin Academy of Agricultural Sciences (National Research Center of Agricultural Products Preservation Engineering and Technology (Tianjin)), Key Laboratory of Storage and Preservation of Agricultural Products, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage and Preservation of Agricultural Products, Tianjin 300384, China)4(Shandong Huaxu Packaging Products Co.Ltd., Zibo 370300, China)

ABSTRACT This study treated winter jujube with cold plasma at different times (0, 5, 10 min).The microbial quantity and quality-related indexes of winter jujube after treatment were measured, and the changes in flavor substances were measured by headspace gas chromatography ion migration spectrometry (HS-GC-IMS).The effects of cold plasma treatment on the storage quality and flavor of winter jujube were investigated.Results showed that compared with the CK group, cold plasma treatment significantly inhibited the total number of colonies, molds, and yeasts on the surface of winter jujube, after 70 days, the total number of colonies in the 10 min treatment group and the 5 min treatment group was 0.6 lg CFU/g and 0.39 lg CFU/g lower than that in the CK group, respectively.It was 0.42 lg CFU/g and 0.28 lg CFU/g lower than the total number of mold and yeast in group CK, respectively.Cold plasma treatment could slow down the increase in respiratory intensity and the decrease of soluble sugar content, titratable acid content, and vitamin C content of winter jujubes.The firmness of winter jujube in the 5 min treatment group was the most significant, and the firmness of winter jujube in the 5 min treatment group was 47% higher than that in the CK group on the 70 days.The content of original pectin and soluble pectin in the 5 min treatment group was 43% higher than that in the CK group, the content of soluble pectin was 55% lower than that in the CK group, and the contents of cellulose and hemicellulose were 14% and 74% higher, respectively.HS-GC-IMS analysis showed that the contents of 2, 3-butanedione, benzene acetaltalone, limonene, and hexanoic acid in 5 min treatment group were higher than those in the CK group and 10 min treatment group.However, the contents of 2, 3-butanedione, and 2,5-dimethylpyrazine in the treatment group were lower than those in the CK group. The comprehensive analysis showed that cold plasma treatment had a positive effect on inhibiting the quality deterioration and flavor substance change of winter jujube after harvest.

Key words winter jujube;cold plasma;processing time;storage quality;flavor substance

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036633

引用格式:贾思曈,张子迪,陈存坤,等.低温等离子体处理对冬枣贮藏品质及风味物质的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(15):231-240.JIA Sitong, ZHANG Zidi, CHEN Cunkun, et al.Effect of cold plasma treatment on the storage quality and flavor compounds of winter jujubes[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(15):231-240.

第一作者:硕士研究生(梁丽雅教授和张娜副研究员为共同通信作者,E-mail:liangliya@126.com;wuaidehua@163.com)

基金项目:十三五重点研发计划项目(2018YFF0213605-2);自治区科技支疆项目(2021E02006);中央引导地方科技发展资金优秀农业科技特派员项目(22ZYCGSN00170,22ZYCGSN00470);营口市博士双创计划、济宁市重点研发计划项目(2022NYNS013);天津市林果现代产业技术体系创新团队项目(ITTHRS2021000)

收稿日期:2023-07-01,改回日期:2023-08-01