绿竹笋水分含量约为90%,脂肪含量约1%[1],其气味香甜、口感脆嫩、富含膳食纤维,是一种低脂健康的绿色食品。绿竹笋产期集中在每年的6~10月,填补了毛竹春笋下市后竹笋市场供应的缺口。由于收获季节高温高湿,绿竹笋在储运过程中容易老化、变色和变味[2],从而制约了竹笋产业规模化发展,影响了绿竹笋的经济价值。目前,对绿竹笋保鲜的方法有沙藏法,气调法,保鲜剂法等[3],但这些方法均存在着缺陷。因此,探寻能有效延缓绿竹笋老化、延长保质期限的保鲜方法具有重要意义。
纳米复合材料膜制作简单,应用便捷,可批量包装产品。有研究发现纳米包装可以延缓双孢菇木质素的积累[4];抑制胚芽米中大肠埃希氏菌与大米霉菌的生长[5];保障了胚芽米的口感和色泽[6];还可以延缓白莲藕风味品质的劣变[7]。纳米包装的抑菌保鲜效果,主要体现在纳米Ag、纳米TiO2可以抑制部分微生物生长[8-9],纳米硅氧化物可以调节O2、CO2含量,抑制样品呼吸,从而起到保鲜作用[10]。目前,尚无纳米材料包装袋在竹笋保鲜中应用的报道。本研究采用Ag-SiO2-TiO2纳米材料包装(NP)及普通聚乙烯包装(AP),探讨不同包装材料在真空条件下对绿竹笋的保鲜效果,通过感官评分、理化分析及微生物计数等方法分析绿竹笋品质,确定其保藏期限。
1.1.1 竹笋
新鲜绿竹笋采购于福建省古田县,储存于低温泡沫箱内,当天运回实验室并进行处理。
1.1.2 包装
AP组使用聚乙烯材料,NP组使用Ag-SiO2-TiO2纳米材料,制作方法见文献[4]。按照纳米Ag 30%,纳米SiO2 10%,纳米TiO2 35%,凹凸棒土25%(均为质量分数)制备纳米复合粉体;再按照纳米复合粉体15.55%,偶联剂2%、润滑剂1%、分散剂9%、低密度聚乙烯49.01%与线性低密度聚乙烯23.44%(均为质量分数)制作出纳米母粒;最后按照纳米母粒7.5%、复合塑料粒子92.5%(均为质量分数)吹塑成Ag-SiO2-TiO2纳米包装膜。按照相同工艺制作普通聚乙烯包装,配料中不使用纳米母粒。2种包装袋尺寸均为40 cm×15 cm×100 μm。
1.1.3 试剂
KOH、硼酸钠、对氨基苯磺酸,阿拉丁试剂有限公司;亚铁氰化钾,麦克林试剂公司;乙酸锌,冰乙酸,盐酸萘乙二胺,国药集团化学试剂有限公司;纤维素酶联免疫吸附测定试剂盒、木质素酶联免疫吸附测定试剂盒,江莱生物公司;马铃薯葡萄糖琼脂培养基、孟加拉红琼脂培养基,青岛海博生物技术有限公司。
VS30D真空包装机,德清拜杰电器有限公司;BSC-250恒温恒湿箱,上海迅博有限公司;U-3900紫外可见分光光度计,日本日立公司;OXYBABY氧气分析仪,上海众林机电设备有限公司;CM-5色差仪,日本柯尼卡美能达公司。
1.3.1 样品处理
新鲜绿竹笋经清理并切除底部不可食部分,分别采用AP和NP两种包装袋,单支笋包装并完全抽真空,同时设置无包装处理对照组(CK)。3组均置于4 ℃、相对湿度85%恒温恒湿箱储藏,每4 d取样分析相关指标。
1.3.2 感官评定
参考DB35/T 1006—2010《地理标志产品 尤溪绿竹笋》制定绿竹笋感官评价10个指标,见表1。各指标最高10分,总分100分,低于60分定义为不合格。8位感官评定者打分取平均值。
表1 感官评价指标
Table 1 Sensory evaluation index
笋壳颜色笋壳状态笋肉颜色竹笋形态切面状态气味褐变点数霉变点数质地可食率分值翠绿平整乳白饱满平整光滑浓香00脆嫩80%~100%10浅绿皱缩浅黄皱缩毛刺粗糙清香11软嫩60%~80%8黄绿变形暗黄萎蔫有粗纤维无22紧实40%~60%6青黄破裂黄褐干瘪凹凸不平异味33坚硬0~40%3土黄剥落深褐干枯渗出汁液恶臭>3>3软烂00
1.3.3 绿竹笋切面色度分析
从绿竹笋底部切取1 cm厚度圆片测定亮度L*,每组取3支绿竹笋,测定3次取平均值。
1.3.4 失重率测定
失重率按照公式(1)计算,每组取3支绿竹笋,测定3次取平均值。
(1)
式中:ρ,失重率;m1,贮藏前绿竹笋质量;m2,贮藏后绿竹笋质量。
1.3.5 呼吸强度测定
将单支笋置于烧杯中,用保鲜膜和透明胶带封口,一段时间后测定相关指标呼吸强度按公式(2)计算,测定3次取平均值。
(2)
式中:R,呼吸强度,mL/(kg·h);V1,烧杯体积,mL;V2,竹笋体积,mL;t,测定时间,h;φ,CO2体积百分数变化值,%;m,绿竹笋质量,g。
1.3.6 总酸测定
按照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》进行测定,每个样品平行测定3次,取平均值。
1.3.7 纤维素含量测定
使用纤维素酶联免疫吸附测定试剂盒测定,测定4次取平均值。
1.3.8 木质素含量测定
使用木质素酶联免疫吸附测定试剂盒测定,测定4次取平均值。
1.3.9 亚硝酸盐含量测定
按照GB 5009.33—2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》进行测定,测定4次取平均值。
1.3.10 微生物计数
依据GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验菌落总数测定》进行菌落总数计数,GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验霉菌和酵母计数》进行霉菌数计数。
1.3.11 数据分析
数据的统计分析包括SPSS 19.0版的邓肯检验和方差分析。数据差异显著性水平为P<0.05。
经感官评分判断绿竹笋的储藏期限,结果见表2。CK组在储藏12 d时呈现严重的收缩萎蔫及表层纤维化(图1-a),感官评分61.75分(表2);AP组储藏16 d时竹笋纤维化明显并散发酸腐味,笋体结构软化(图1-b),感官评分62.45分;而NP组竹笋储藏20 d 时仍保持形态饱满、笋体干燥、切口平整白亮,并散发清甜香气(图1-c),感官评分75.25分。根据感官评分判断低温储藏绿竹笋可储藏12 d,低温真空包装袋绿竹笋可储藏16 d,低温纳米真空包装样品可储藏20 d。
表2 绿竹笋储藏期间感官评分 单位:分
Table 2 Sensory evaluation scores of green bamboo
shoots during storage
组号储藏时间/d04812162024CK100.0083.5074.5061.7549.00--AP100.0096.0089.5070.6362.4551.25-NP100.0097.0095.2590.0086.5075.2559.75
a-无包装组12 d;b-普通包装16 d;c-纳米包装20 d
图1 绿竹笋储藏期外观图
Fig.1 Appearance of green bamboo shoots during storage
竹笋因水分蒸发及营养物质消耗等造成质量降低[11],而包装可有效降低绿竹笋储藏期间的水分散失。由图2可知,包装竹笋的失重率显著低于CK组(P<0.05)。储藏4 d时CK组竹笋失重率已达17.77%,而AP组竹笋储藏16 d时失重率仅为4.89%,NP组失重率更低,在储藏20 d时为2.03%,表明包装可有效阻碍竹笋的水分散失,该结果与纳米抗菌包装抑制金针菇、无花果储藏期失重一致[12-13]。
图2 包装对绿竹笋失重率的影响
Fig.2 Effect of packaging on the weight loss rate of green
bamboo shoots
纳米TiO2具有超亲水性和防雾滴功能[14],利于维持笋体表面洁净干燥的状态,保证了袋内稳定的高湿环境[15]。纳米包装防止水分蒸发积聚后形成雾滴,不会造成袋内环境湿度下降,避免了竹笋的进一步失重[16]。纳米材料还可防止微生物感染,减少因微生物生长而出现的竹笋根部软烂、汁液外渗现象。由此可见,纳米材料包装既能防止笋体水分蒸发,又能抑制微生物生长,从而保证了竹笋的品质。
绿竹笋切面色泽与其新鲜度呈正相关[17],储藏期间绿竹笋切面亮度值L*的变化见图3。由图3可知,包装储藏可有效缓解绿竹笋色泽劣变。在储藏20 d内,NP组竹笋切面色泽变化最小,L*值由89.91(0 d)缓慢降至86.85(20 d)。而CK组竹笋在储藏12 d时L*值已降至77.61,AP组样品储藏16 d时L*值则降至77.03。NP组L*值显著高于同时期的CK组与AP组(P<0.05),说明纳米材料包装利于竹笋色泽的保持。竹笋色泽劣变的主要原因是木质素与氧气反应形成发色基团[18],以及酚类物质的酶促氧化褐变等。真空包装降低了笋体周围O2浓度,抑制酶促褐变的发生[19],减少色素沉积,故包装使绿竹笋保持较好的色泽。孔凡春等[20]研究发现雷竹笋细胞的膜系统被破坏后,酚类底物与酶相互接触引起褐变。分析认为,NP可以防止储藏后期的笋体软化及细胞通透性增加,减少酚类物质与酶的接触,可有效防止酚类物质发生酶促褐变。因此NP组竹笋切面亮度优于AP组,即纳米包装可有效延长绿竹笋的储藏期。
图3 包装对绿竹笋切面亮度的影响
Fig.3 Effect of packaging on the brightness of green
bamboo shoots
储藏中的植物产品如呼吸强度高则营养物质损耗快,储藏期限短[21-22]。由图4可知,新采绿竹笋的呼吸强度为21.88 mL/(kg·h),NP组竹笋在20 d储藏期内呼吸强度基本平稳,均在22 mL/(kg·h)左右,维持了样品的生命活力。而CK组竹笋的呼吸强度在储藏第4天达到峰值,至储藏第8天后迅速降低,第12天时呼吸速率骤降至10.87 mL/(kg·h),说明竹笋生命力下降,营养物质损耗较多已不宜储藏。AP包装虽然有效延缓了竹笋呼吸强度的升高,但储藏8 d后样品呼吸强度呈快速上升趋势,NP组呼吸强度显著低于同时期AP组(P<0.05)。由此可见,NP可保持竹笋较低呼吸水平,延长了竹笋储藏期。Ag-SiO2-TiO2纳米材料包装袋透氧率低于普通材料,能营造低氧环境抑制绿竹笋呼吸,延缓了呼吸峰的出现,从而达到其保鲜效果。
图4 包装对绿竹笋呼吸强度的影响
Fig.4 Effect of packaging on the respiratory intensity of
green bamboo shoots
竹笋在储藏过程中常因无氧呼吸和微生物生长而变酸[23]。由图5可知,CK组竹笋在储藏第4天时总酸含量由0.38 g/kg迅速增加到1.44 g/kg,AP组样品则在储藏8 d后迅速增加,储藏16 d时其总酸含量高达4.49 g/kg,已有明显酸腐味。而NP组竹笋的总酸含量在储藏期间保持平稳(基本维持在0.57 g/kg以下),明显低于CK组储藏过程中总酸含量,也与储藏8~16 d时AP组竹笋总酸含量差异显著(P<0.05)。绿竹笋储藏8 d后,NP组总酸含量低于AP组,说明纳米包装能抑制竹笋的无氧呼吸,该结果与竹笋储藏期间呼吸强度的变化一致。纳米包装的抗菌性也可防止微生物在笋体上生长,有效减少有机酸产生,从而保证了竹笋的正常生命状态,利于其储藏。
图5 包装对绿竹笋总酸含量的影响
Fig.5 Effect of packaging on total acidity content of green
bamboo shoots
竹笋采后因细胞次生壁变厚,纤维素含量增加而老化[24],降低其食用性。绿竹笋储藏期间纤维素含量变化的速率为CK>AP>NP(图6),储藏第12天时竹笋纤维素含量分别为3.72(CK组)、2.94(AP组)及2.66 mg/g(NP组)。储藏期间包装组与CK组纤维素含量有明显差异(P<0.05),NP组纤维素含量略低于AP组。分析认为,抑制呼吸强度可以降低纤维素合成速率,包装能抑制绿竹笋呼吸从而有效延缓竹笋的老化;相比AP,NP包装抑制呼吸强度效果更好,两者差异不显著(P>0.05)(除储藏第12天外),这是因为绿竹笋表面含有从土壤中携带的高产纤维素酶微生物,微生物产生的纤维素酶可以降解竹笋细胞壁的纤维素[25],从而减少了AP组纤维素含量。
图6 包装对绿竹笋纤维素含量的影响
Fig.6 Effect of packaging on cellulose content of green
bamboo shoots
竹笋采后木质化从根部逐渐向顶尖推进,造成竹笋硬度增加而无法食用[26-27]。由图7可知,储藏期间NP组绿竹笋的木质素含量增加缓慢,储藏20 d时其木质素含量为0.72 mg/g,明显低于储藏12 d的CK组样品(1.30 mg/g)和储藏16 d的AP组样品(1.05 mg/g),说明NP包装能有效降低绿竹笋中木质素的合成速率,延缓其老化进程。NP包装可抑制绿竹笋呼吸强度,降低竹笋新陈代谢速率,防止植物组织因受损产生的抗非生物胁迫能力[28],从而减少木质素合成。
图7 包装对绿竹笋木质素含量的影响
Fig.7 Effect of packaging on lignin content of green
bamboo shoots
蔬菜中的亚硝酸盐主要由硝酸盐经微生物的硝酸盐还原酶作用而产生[29],亚硝酸盐在人体酸性环境中可形成具有强致癌作用的亚硝胺而影响人类健康[30]。从图8可知,绿竹笋储藏过程中,NP组竹笋亚硝酸盐含量基本稳定,而AP组与CK组样品的亚硝酸盐含量均随储藏时间延长而显著增加,其中AP组亚硝酸盐含量增加最快。分析认为,AP组笋体表面可能含有酵母菌及乳酸菌,这些菌发酵导致绿竹笋亚硝酸盐的积累[31],同时造成乳酸等积累引起笋体总酸含量增加。储藏期间NP组绿竹笋亚硝酸盐含量远低于DB 1303/T147—2003《农产品安全质量 蔬菜安全要求》中对蔬菜亚硝酸盐含量的限量标准(4 mg/kg),表明绿竹笋亚硝酸盐含量仍在质量允许范围内。NP包装不仅抑制绿竹笋的呼吸作用,也能抑制微生物的生长,减少亚硝酸盐和有机酸的产生,具有良好的抗菌效果。
图8 包装对绿竹笋亚硝酸盐含量的影响
Fig.8 Effect of packaging on nitrite content of green
bamboo shoots
由图9可知,竹笋表面菌落总数与霉菌数均呈增加趋势,NP组样品在储藏第20天时菌落总数为6.00 lg CFU/g,远低于CK组储藏12 d的6.92 lg CFU/g和AP组储藏16 d时的8.26 lg CFU/g(图9-a)。由图9-b可知,NP组竹笋在储藏第20天时霉菌数为2.48 lg CFU/g,低于CK组储藏12 d时的3.95 lg CFU/g和AP组储藏16 d时的3.48 lg CFU/g。由此可知,绿竹笋储藏期间NP组微生物感染量最少,说明纳米包装具有良好的抑菌效果。有研究认为纳米包装防止竹笋营养物质外流,不利于微生物繁殖[18],纳米TiO2材料对大肠杆菌、李斯特菌等具有较好的抑制作用[32]。纳米Ag破坏大部分微生物膜系统的完整性,改变细胞膜的通透性,致使微生物新陈代谢基础物质大量流失,最终杀死微生物[3,33-34],因此,纳米包装对绿竹笋起到抑菌保鲜的作用。
a-菌落总数;b-霉菌数
图9 包装对绿竹笋表面微生物的影响
Fig.9 Effect of packaging on the surface microbes of
green bamboo shoots
绿竹笋在储藏期间易木质化、失水、褐变及霉变,这与绿竹笋生长特性、高含水量(约90%)及储藏方式有关。无包装绿竹笋在4 ℃条件下,储藏因严重失水和呼吸旺盛引起品质劣变,储藏第4天即出现呼吸峰。绿竹笋不仅因呼吸消耗了大量营养物质而导致营养损失,而且纤维素和木质素的合成也造成竹笋老化。因暴露于空气中易受环境微生物侵袭,产品表面微生物繁殖较快,其代谢产物有机酸含量增加。感官品质劣变表现为笋壳颜色变浅、剥落,笋肉萎蔫、色泽变暗,失去原有风味,可食用率降低。使用包装可防止水分散失并降低竹笋的呼吸强度。在储藏前8 d,AP组绿竹笋呼吸强度缓慢上升但低于无包装组,因而抑制了竹笋的木质化与纤维化进程,维持了竹笋良好的营养品质。但是普通包装绿竹笋表面的微生物生长繁殖快,造成竹笋中亚硝酸盐和有机酸积累,一些微生物因代谢产生纤维素酶、果胶酶等从而降解竹笋细胞壁,造成了绿竹笋失水及酶促褐变。感官表现为竹笋散发酸味、色泽降低、组织汁液流出及笋体软烂。Ag-SiO2-TiO2纳米材料真空包装绿竹笋在储藏期内一直保持低呼吸速率,纤维素和木质素含量较低、水分含量高、色泽正常,同时笋体表面微生物数量相对较少,笋体中亚硝酸盐和总酸含量较低,储藏20 d内的食用品质较高。
纳米材料发挥抑菌保鲜作用主要有三方面的原因。(1)纳米复合材料膜透湿率低,纳米TiO2具有防雾滴功能。包装袋内表面不易出现凝露,保证袋中的水蒸气形成高湿环境,抑制绿竹笋的水分蒸发。(2)纳米包装袋内氧气含量较低。纳米材料袋的透氧率较低,并且硅氧化物通过硅氧键调节空气中的O2和CO2比例,从而抑制竹笋呼吸,降低包括纤维素、木质素合成在内的各类生化反应的速率。绿竹笋在抽真空纳米材料袋中不易氧化、不易褐变而保持较高的切面亮度。(3)纳米Ag、纳米TiO2具有抑菌、杀菌作用[35]。纳米粒子可以减少绿竹笋表面微生物的数量,防止微生物发酵及霉变从而影响绿竹笋品质。因此,Ag-SiO2-TiO2纳米材料真空包装可以保障绿竹笋的储藏品质。
包装袋的使用可以有效防止绿竹笋水分大量蒸发,隔绝环境中微生物对样品的污染,但普通真空包装只能维持绿竹笋16 d的储藏期限。Ag-SiO2-TiO2纳米材料具有低透氧率、抑菌的特点,纳米包装通过控制袋内氧气的含量抑制绿竹笋的呼吸作用,并破坏微生物膜结构来抑制微生物生长。4 ℃条件下,纳米真空包装利于竹笋保持原有色泽,防止笋体水分蒸发,抑制绿竹笋呼吸、延缓呼吸峰的出现,保持笋体较低的总酸含量,抑制绿竹笋纤维化过程,减少木质素含量,抑制微生物生长,减少亚硝酸盐含量,保证绿竹笋的良好感官品相和可食用性,延长绿竹笋的储藏期限至20 d。因此,Ag-SiO2-TiO2纳米材料真空包装处理是一种良好的绿竹笋储藏保鲜方法。
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