超高压处理结合壳聚糖涂膜对板栗贮藏效果的研究

顾仁勇，杨万根

(吉首大学 化学化工学院，湖南 吉首，416000)

板栗(CastaneamollissimaBlume)为壳斗科栗属坚果类植物，我国板栗年产量占世界50%以上[1]。我国板栗产地多为山区，通常采用简易设施于常温下贮藏，效果很差，损失高达20%～50%[2]，造成极大的资源浪费和经济损失。

目前，有关板栗常温贮藏技术的研究报道主要有防腐剂处理、热处理、微波处理、辐照处理及涂膜处理等，研究内容主要涉及抑制板栗贮藏期间的呼吸强度，杀灭病原菌以减轻板栗腐烂，抑制水分蒸发等，以及贮藏期间板栗的生理、化学、微生物、酶及感官等指标变化进行的研究[3-7]。综合来看，杀菌效率有限，特别是对果实内部病原菌难以杀灭，对呼吸强度的抑制不彻底，尤其是对虫害导致的板栗贮藏损失研究较少是目前板栗采后贮藏技术研究中存在的主要问题。

超高压(ultra high pressure，UHP)是目前研究和应用最为广泛的非热杀菌技术之一，可抑制或杀死食品中的微生物，还能使食品中的酶完全或部分失活，从而达到延长食品保藏期的效果[8]，因此被广泛应用于果汁、水产、肉制品、冷鲜肉、鲜切果蔬等产品的保鲜[9-14]。在板栗保藏方面，郭豪宁等[15-16]研究了超高压处理板栗的微生物及风味物质变化，但并未涉及对板栗呼吸生理、水分蒸发及虫害的影响，此外无相关报道。壳聚糖具有良好的成膜性和抑菌抗菌性，涂膜后可封闭板栗壳面的气孔和缝隙，使果实内部形成高CO2低O2的气调微环境，同时抑制乙烯的释放，从而延缓果蔬衰老[17]，用于板栗涂膜保藏也有较多报道[18]。但壳聚糖涂膜杀菌效率有限，且对板栗虫害的影响也无研究。本研究就是利用超高压安全高效的杀菌效率，以杀灭板栗表面及内部的病原菌，特别是超高压对污染板栗的幼虫及虫卵的破坏作用，并结合壳聚糖涂膜处理板栗，探讨两者在杀菌、抑制呼吸强度和水分蒸发，尤其是对减轻虫害的协同互补效应，以寻求板栗贮藏的新方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

板栗：市场购买的湖南湘西地区种植的“油光栗”品种，10月下旬采收；壳聚糖(食品级，脱乙酰度>92%)：江苏采薇生物科技公司，其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

超高压设备(HPP.L2-600/5)，天津华泰森淼生物工程技术有限公司；电子分析天平(AEU-220)，湘仪天平仪器公司；可见分光光度计(722-100)，上海天普分析仪器公司；便携式红外线CO2分析仪(GXH-3010E)，北京华云分析仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 板栗处理方法

选用外壳完整，果粒饱满，光泽感好，无畸形、霉变、生虫等现象的新鲜板栗，随机分为12组，每组约5.0 kg。按表1所示方法处理，每个处理重复3组，处理完后用塑料桶盛装，加盖，放置于阴凉干燥、通风良好的环境存放(贮藏期间室内温度为2～10 ℃，相对湿度85%～90%)。首先取鲜果测定呼吸强度、淀粉含量为基础数据，之后每10 d测定呼吸强度、淀粉含量、腐烂率、虫果率及质量损失率，评价保藏效果。

表1 板栗贮藏处理方法Table 1 Processing methods for chestnut preservation

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 呼吸强度测定

参照文献[19]的静置法略作改动：先测环境中CO2含量，贮藏期间按时取每组品质完好的板栗样品100 g，置于1 L锥形瓶中，用多层封口膜扎紧瓶口密封，20 ℃下贮藏1 h，测定锥形瓶内CO2含量，计算呼吸强度，同一处理取3组重复平均值。呼吸强度以每千克样品每小时释放的CO2质量表示，即mg CO2/(kg·h)。

1.3.2.2 淀粉含量测定

参考文献[20]的3,5-二硝基水杨酸比色法测定淀粉含量：首先测定样品中的本底还原糖含量，再对样品加盐酸水解后测定总还原糖含量，两者相减再乘以折算系数0.9 即得样品中淀粉含量。同一处理取3组重复平均值。

1.3.2.3 质量损失率测定

先测每组板栗贮藏前质量，再测贮藏期间每组板栗质量(取样做其他项目测定的板栗质量需计算在内)。按公式(1)计算质量损失率，同一处理取3组重复的平均值。

(1)

1.3.2.4 腐烂率及虫果率测定

分别从每组板栗中随机取样约50粒，切开观察，分别拣出有发霉等症状的腐烂果实及有虫卵和生虫症状的虫果。按公式(2)计算腐烂率，公式(3)计算虫果率，同一处理取3组重复的平均值。

(2)

(3)

1.3.3 数据处理

采用Excell 2013软件制图，采用Minitab16软件对试验数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 板栗贮藏期间呼吸强度变化

各处理组板栗贮藏期间的呼吸强度变化见图1。

图1 板栗贮藏期间呼吸强度变化Fig.1 Changes of respiration intensity of chestnuts during storage注：图中同一贮藏时间对应的四组处理结果标注字母不相同为差异显著(P<0.05)，字母相同为差异不显著(P>0.05)。下同。

呼吸强度大则表示果实的呼吸作用旺盛，生理代谢及物质消耗速度快，果实贮藏寿命短。所以降低呼吸强度也是延长果实贮藏寿命的首要措施。

由图1可见，A组(对照)板栗贮藏过程中的呼吸强度变化可分为个阶段：贮藏初期(0～30 d)，呼吸强度略有升高，但基本稳定；呼吸高峰期(30～75 d)，呼吸强度先快速增强，至45 d达到峰值，之后快速下降；休眠期(75～105 d)，板栗组织进入休眠状态，呼吸强度又保持较低的水平；萌发期(105～120 d)，板栗萌发，呼吸强度快速升高，物质消耗加剧，贮藏寿命即将终结。本试验测定板栗具有明显的呼吸高峰，应属于呼吸跃变型果实，与叶利民等[21]、王彦祥[22]、贾爱军等[23]的研究结论一致，但有关板栗的呼吸类型文献报道并不一致，原因可能是研究者所采用的板栗品种不同所致。

B组(涂膜)板栗同一贮藏时间下的呼吸强度均显著低于对照(P<0.05)，呼吸高峰比对照推迟15 d，且峰值较对照降低了25.3 %。表明壳聚糖涂膜能有效降低板栗呼吸强度。C组(超高压)板栗呼吸强度在贮藏初期即快速下降，第60天出现呼吸高峰，之后一直保持较低水平；在同一贮藏期时间下，其呼吸强度显著低于A组和B组(P<0.05)，呼吸高峰值较A组和B组分别降低61.8 %和48.9 %。超高压处理能破坏与呼吸相关的酶类，导致贮藏期间板栗呼吸强度降低，其效果明显强于单纯的壳聚糖涂膜处理。D组(超高压+涂膜)板栗初期快速下降，之后一直保持较低水平，已无明显的呼吸高峰；同一贮藏时间下，呼吸强度分别比B和C组降低了60.5%～76.0%和21.8%～53.1%，且差异显著(P<0.05)。表明超高压和壳聚糖涂膜联合处理对降低板栗呼吸强度具有协同效应，效果显著强于其各自单独处理。

2.2 板栗贮藏期间淀粉含量变化

各处理组板栗贮藏期间淀粉含量变化见图2。

图2 板栗贮藏期间淀粉含量变化Fig.2 Changes of starch content of chestnuts during storage

板栗贮藏期间，淀粉水解为单糖，再经呼吸作用而消耗。因此，淀粉水解速度快，板栗呼吸强度大，则淀粉含量下降也快。淀粉含量是衡量贮藏性状的重要指标。

由图2可见，A组(对照)板栗在0～15 d时淀粉降低较慢，30～60 d因板栗进入呼吸高峰期而导致淀粉含量快速下降，60～90 d板栗处于休眠阶段淀粉降低较慢，之后因为萌发而快速消耗。同一贮藏时间下与A组(对照)相比， B组(涂膜)淀粉含量高于A组(第30天起差异显著，P<0.05)， C组(超高压)和D组(超高压+涂膜)淀粉含量显著高于A组(P<0.05)。表明3种处理措施均能有效减缓淀粉水解和呼吸消耗的速度，而有利于板栗贮藏。同一贮藏时间下3个处理组相比较，淀粉含量为D组>C组>B组，且具有显著差异(P<0.05)；贮藏至120 d时，A、B、C、D组的淀粉含量分别为4.87 %、11.86 %、15.36 %、22.88 %。表明超高压处理对于减缓淀粉水解和消耗速度的效果优于壳聚糖涂膜，两者联合处理则具有明显的协同效应，效果优于各自单独处理。

2.3 板栗贮藏期间质量损失率的变化

各处理组板栗贮藏期间质量损失率变化见图3。

图3 板栗贮藏期间质量损失率变化Fig.3 Changes of weight loss rate of chestnuts during storage

板栗贮藏期间的质量损失主要是水分蒸发以及少量因呼吸导致的物质消耗。一般失水超过5 %即会干缩，逐步出现“石灰化”现象，并导致贮藏性和抗病性降低，影响其贮藏寿命。

由图3可见，A组(对照)质量损失率在0～15 d变化较慢(<0.61 %)，15～60 d快速上升(0.61 %～6.87 %)，60～90 d又趋于平缓(6.87 %～8.54 %)，90 d后再次快速升高，贮藏120 d质量损失率已达12.46 %。C组(超高压)变化规律与对照组相仿，同一贮藏时间下，45 d内质量损失低于对照，但差异不显著(P>0.05),60 d起质量损失率显著低于对照(P<0.05)；贮藏120 d质量损失率达10.43 %。超高压处理主要是通过降低呼吸强度而减少物质消耗，并无阻止水分蒸发的作用，因此对减缓总体质量损失率的效果有限。B组(涂膜)质量损失率第30天起显著低于A组和C组(P<0.05)，第120天质量损失率仅为5.28 %。涂膜处理可闭塞板栗壳上的气孔和裂缝，有效组织内部水分的蒸发，是减缓板栗质量损失的关键因素。D组(超高压+涂膜)质量损失第45天起显著低于B组，贮藏120 d质量损失为4.73 %，效果优于单纯涂膜处理，表明超高压与涂膜联合对于减少板栗质量损失具有协同效应。

2.4 板栗贮藏期间腐烂率的变化

各处理组板栗贮藏期间腐烂率变化见图4。

图4 板栗贮藏期间腐烂率变化Fig.4 Changes of decay rate of chestnuts during storage

板栗腐烂主要是微生物导致，超高压处理能有效杀灭微生物，壳聚糖也具有杀菌功能，因而能用于减轻板栗的腐烂。

由图4可见，A组(对照)贮藏15 d已有1.24 %的腐烂率，之后腐烂率较快上升，至120 d时达22.46 %，成为贮藏损失的重要途径。B组(涂膜)板栗腐烂率低于对照组，两者腐烂率差值呈现由小到大再到小的变化趋势，第45天差值达最大(相差5.20 %)；90 d内2组腐烂率差异显著(P<0.05)，第105天起差异不显著，贮藏120 d腐烂率为21.38 %。壳聚糖具有良好的杀菌作用，所以能显著降减轻板栗腐烂，但杀菌并不彻底，尤其是对存在于果实内部的微生物处理能力有限，导致贮藏后期板栗腐烂率偏高。C组(超高压)板栗腐烂率低于B组，第45天起差异显著(P<0.05)，贮藏120 d腐烂率为8.56 %。表明超高压处理的杀菌能力强于壳聚糖涂膜，尤其是对果实内部的微生物有彻底的杀灭效果，是减轻板栗腐烂的有力措施。D组(超高压+涂膜)板栗腐烂率第60天起显著低于C组，贮藏120 d腐烂率仅为5.21 %。表明超高压和壳聚糖涂膜处理对减轻板栗腐烂的效果具有协同效应，效果优于各自单独处理。

2.5 板栗贮藏期间虫果率的变化

各处理组板栗贮藏期间虫果率变化见图5。

图5 板栗贮藏期间虫果率变化Fig.5 Changes of pest fruit rate of chestnuts during storage

板栗在生长期间因污染幼虫或虫卵，导致贮藏期间出现虫蚀，是板栗贮藏损失的重要途径之一。

由图5可见，A组(对照)贮藏至第30天即有2.21 %的虫果率，之后虫果率逐渐加大，贮藏120 d时虫果率达10.72%。B组(涂膜)板栗虫果率变化与对照组基本一致，贮藏120 d时虫果率达10.44%。表明壳聚糖涂膜处理对减轻板栗虫害无效果。C组(超高压)板栗贮藏30 d内无虫害检出，第45天虫果率1.01 %，贮藏120 d时虫果率3.62 %，均显著低于A、B组(P<0.05)。表明超高压处理能有效杀灭果实中污染的幼虫和虫卵，是减轻板栗贮藏虫害的有效措施。D组(超高压+涂膜)板栗虫果率低于C组，第60天起两者差异显著(P<0.05)，贮藏120 d时虫果率仅为2.82 %。表明壳聚糖涂膜单独处理对减轻虫害无效，但能显著增强超高压处理的防虫害效果，其原因可能是涂膜所造成果实内低O2高CO2微环境，不能明显影响正常虫卵的发育生长，但却能抑制经超高压处理适度受损的虫卵的发育。

3 结论

超高压处理(350 MPa/10 min)可破坏有关酶类而有效降低板栗贮藏期间的呼吸强度及抑制呼吸高峰，减缓淀粉的水解和呼吸消耗的速度，并能有效杀灭病原微生物而降低板栗腐烂率，尤其是能有效杀灭污染板栗的虫卵及幼虫，减低板栗因生虫而导致的损失，但是对抑制板栗水分蒸发效果有限。2.0%(质量分数)壳聚糖涂膜处理板栗，也具有抑制呼吸强度，减缓淀粉水解和消耗，杀灭病原微生物的效果，尤其是减轻水分损失的主要手段，无直接杀灭虫卵和幼虫的作用，但可有效抑制超高压处理后虫卵的发育，协同增强超高压处理的防虫效果。

超高压(350 MPa/10 min)和2.0%(质量分数)壳聚糖涂膜结合处理板栗，能在抑制呼吸、杀菌、灭虫、减缓淀粉的降解以及减轻质量损失等方面发挥显著地协同互补效应，增强板栗贮藏效果，提高产品品质。经此处理的板栗在常温(2～10 ℃)下贮藏120 d，腐烂率为5.21 %，虫果率2.82 %，质量损失率4.73 %。

试验测定油光板栗采后具有明显的呼吸高峰，属高峰型果实。现有文献报道的板栗的呼吸类型并不一致，是否单纯的由于板栗品种差异所导致，尚需进一步研究。