低温结合壳聚糖涂膜对‘夏黑’葡萄贮藏品质的影响

刘晨霞,乔勇进∗,康慧芳,陈冰洁,张 怡,雷天慧

(1 上海市农业科学院农产品保鲜加工研究中心,上海201403;2 上海市文来中学,上海201101)

葡萄是我国五大水果(葡萄、柑桔、香蕉、苹果、柿子)之一,其栽种面积仅次于柑橘和苹果,80%以上为鲜食品种[1]。 ‘夏黑’属于早熟葡萄品种,果粒饱满、皮薄多汁、营养丰富,具有良好的食疗、医疗和美容作用,深受消费者喜爱。 但‘夏黑’葡萄采后生命活动旺盛,在常温下存放很容易干枝、脱粒,较大程度降低了其鲜食品质和经济价值,严重影响鲜食‘夏黑’葡萄产业的发展,因此,研究‘夏黑’葡萄保鲜技术具有较为重要的理论意义和现实意义[2-3]。

适宜的温度是保证葡萄贮藏期间良好品质的主要因素之一,低温能够降低葡萄采后呼吸强度,抑制机体内各种氧化酶活性,延缓其衰老进程。 孙思胜等[4]研究发现,在0—4 ℃条件下,复方桑叶提取物能够将‘夏黑’葡萄Vc、可溶性固形物等营养物质含量保持在较高水平;许蕙金兰等[5]研究发现,低温能减缓‘巨峰’葡萄品质劣变,0 ℃贮藏效果最好;蒋红英等[6]研究发现,在0.5 ℃条件下,包装薄膜结合可食性涂膜对‘夏黑’葡萄有着较明显的保鲜作用,保鲜期可达75 d。

壳聚糖(Chitosan,CTS)又称脱乙酰甲壳素,是葡萄糖胺和N-乙酰葡萄糖胺通过β-1、4-糖苷键连接而形成的支链多糖,为自然界的一种高分子材料甲壳素的重要衍生物,分布非常广泛,具有安全、无毒等特性,目前已被广泛应用于食品添加剂、医药、饲料、环保、化妆品等多个领域[7]。 研究表明,壳聚糖对苹果、梨、金桔、鮸鱼、芦笋、干豆腐等食品的保鲜效果良好,但壳聚糖涂膜保鲜果蔬等食品存在一定的浓度阈值。 本研究在(2 ±1)℃的低温冷库中,通过使用不同浓度壳聚糖涂膜‘夏黑’葡萄,研究其外观品质和营养品质变化,旨在探索壳聚糖对‘夏黑’葡萄保鲜的最适浓度,为鲜食‘夏黑’葡萄的贮藏保鲜提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘夏黑’葡萄采自上海杏健果蔬专业合作社,采后当天运回上海市农业科学院农产品保鲜加工中心冷库,筛选无机械损伤、无病虫害、颗粒大小及色泽相近的‘夏黑’葡萄作为贮藏原料,4 ℃冷库中预冷24 h后,将其分成4 组,每组3 个平行,以未涂膜的葡萄为对照组(CK),其他3 组分别在质量分数为1%、2%和3%的壳聚糖溶液中浸蘸l min,取出后自然状态下晾干,在表面形成一层光亮、透明的保护膜后,装入0.04 mm 聚乙烯薄膜保鲜袋,贮藏于(2 ±1)℃、相对湿度(Relative humitity,RH)为80%—85%的冷库或冷藏柜中,贮藏期间,每隔1 周各处理组取200 g 果粒,将其研磨成匀浆,重复3 次。

1.2 试剂及仪器设备

壳聚糖、考马斯亮蓝G-250、标准蛋白质溶液(100 μg∕mL 牛血清蛋白质)、100 μg∕mL 蔗糖标准液、蒽酮-乙酸乙酯、浓硫酸、芦丁标准品、没食子酸标准品、甲醇、盐酸、乙醇、硝酸铝、醋酸钾、氢氧化钠、矢车菊-3-葡萄糖苷等购买于国药集团化学试剂有限公司。

GY-1 型水果硬度仪(乐清市爱得堡仪器有限公司);JX-FSTPR-1 全自动样品冷冻研磨仪(上海净信科技);D37520 Osterode 高速冷冻离心机(德国Biofuge 公司);Ultro-spec 3300 pro 紫外分光光度计(美国安马西亚公司)。

1.3 测定指标

感官指标评分标准参照孙思胜等[4]的方法,并加以改进。 由10 人定期对贮藏期间的‘夏黑’葡萄感官品质进行评价,主要针对葡萄的色泽、香气、质地和霉变这四个方面进行评价打分。 评分标准见表1。

表1 ‘夏黑’葡萄感官指标评分标准Table 1 ‘Summer Black’ grape sensory index score standard

用GY-1 型果实硬度计测定各部位果实果皮的硬度,取平均值。 可溶性固形物含量采用手持式阿贝折光仪测定;参照曹建康等[8]的方法,可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定,可滴定酸(以酒石酸计)采用氢氧化钠溶液滴定法测定;参照宋伊真等[9]的方法,总酚含量采用Folin-Ciocalteus 法测定,以没食子酸标准为标准品;参照SN∕T 4592—2016[10]的方法,黄酮含量采用硝酸铝比色法测定,以芦丁为标准品制作标准曲线;参照曹建康等[8]和李丹[11]的方法并加以改进,花青素含量采用HCl-甲醇比色法测定,以矢车菊-3-葡萄糖苷计。

1.4 数据处理

采用Excel 2013 软件进行数据整理与分析,应用Origin Pro 9.0 软件制图。 统计学显著性的评估通过SPSS 17.0(SPSS Inc.,Chicago IL,USA)中Duncan 的多范围测试确定,不同字母表示在P＜0.05 时,具有显著性差异。 试验结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对‘夏黑’葡萄掉粒率和腐烂率的影响

葡萄在采后贮藏、运输过程中,由于自身衰老及外界环境(搬运、运输)的影响,果粒会不可避免地发生脱落[12]。 如图1(a)所示,随着贮藏时间的延长,‘夏黑’葡萄掉粒率呈上升趋势。 贮藏第3 周时,1%和2%壳聚糖处理组‘夏黑’葡萄掉粒率分别为(7.45 ±0.77)%和(7.87 ±1.07)%,且两个处理组之间差异不显著,而CK 组和3%壳聚糖处理组均高于10%,保粒效果相对较差;贮藏第5 周时,各组‘夏黑’葡萄掉粒率分别为(22.22 ±1.72)%、(15.74 ±1.53)%、(13.39 ±0.88)%和(18.81 ±0.78)%,各处理组与CK组间存在显著性差异,其中2%壳聚糖处理组‘夏黑’葡萄掉粒率最低,保粒率较好。

腐烂率是评价果品贮藏保鲜效果的重要指标之一,葡萄果实在贮藏期间,容易受到病原菌侵染而腐烂,影响品质[4]。 从图1(b)可以看出,‘夏黑’葡萄腐烂率与贮藏时间呈正相关。 贮藏第2 周时,CK 组‘夏黑’葡萄腐烂率为(4.03 ±0.80)%,而各壳聚糖涂膜处理组葡萄腐烂率分别为(1.41 ±0.43)%、(0.59 ±0.51)%和(2.64 ±0.54)%,显著低于CK 组;贮藏末期(第5 周),与CK 组相比,1%、2%和3%壳聚糖涂膜‘夏黑’葡萄,其腐烂率分别降低了36.07%、43.09%和26.73%,各壳聚糖处理组腐烂率显著低于CK 组。 综上,2%壳聚糖处理组保鲜效果较好。

图1 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄掉粒率和腐烂率的影响Fig.1 Effects of different concentrations of chitosan on the rop ratio and decay rate of ‘Summer Black’grape

2.2 壳聚糖对‘夏黑’葡萄失重率的影响

果实失水会造成果皮皱缩,导致商品品质下降,因此,失重率可以用来评价葡萄货架品质和商品价值[13]。 图2 显示,‘夏黑’葡萄的失重率随着贮藏时间的延长而逐渐增加,贮藏第2 周时,不同浓度壳聚糖处理组葡萄的失重率显著低于CK 组,这主要是由于壳聚糖在葡萄表面形成了一层薄膜,阻止了水分的蒸腾和散失,延缓了葡萄果粒的失重。 贮藏第3 周时,1%壳聚糖处理组失重率大幅度上升,达到(0.76 ±0.05)%,显著高于其他组;贮藏末期(第5 周),2%壳聚糖涂膜处理组失重率最低,与CK 组和其他壳聚糖处理组相比分别低31.42%、13.73%和8.57%,1%和3%壳聚糖处理组与CK 组之间无显著性差异,各涂膜处理组间差异不显著。

2.3 壳聚糖对‘夏黑’葡萄硬度的影响

硬度是评价葡萄感官品质的重要指标。 如图3 所示,在(2 ±1)℃低温贮藏过程中,各处理组‘夏黑’葡萄果皮硬度总体呈下降趋势。 贮藏初期,葡萄果皮硬度为(9.93 ±1.20)kg∕cm2;贮藏第2 周时,CK 组和各壳聚糖涂膜处理组葡萄果皮硬度,分别下降了7.15%、1.86%、2.77%和3.07%,但CK 组与壳聚糖处理组之间无显著差异;贮藏第4 周时,CK 组葡萄果皮硬度下降到(7.89 ±0.65)kg∕cm2,壳聚糖处理组保持较好,维持在9.07—9.26 kg∕cm2;贮藏末期(第5 周),CK 组葡萄果皮硬度下降明显,为(6.79 ±1.04)kg∕cm2,壳聚糖处理组果皮硬度显著高于CK 组。 综上,壳聚糖涂膜‘夏黑’葡萄可以明显延缓葡萄果皮硬度的降低。

图2 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄失重率的影响Fig.2 Effects of different concentrations of chitosan on the weight loss rate of ‘Summer Black’grape

图3 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄硬度的影响Fig.3 Effects of different concentrations of chitosan on the hardness of ‘Summer Black’grape

2.4 壳聚糖对‘夏黑’葡萄营养品质的影响

可溶性固形物是指细胞液内所含的一些可溶性的氨基酸、维生素、矿物质、糖类等,其中以糖类为主,是评价果实品质的重要指标之一[14]。 从图4(a)可以看出,‘夏黑’葡萄可溶性固形物含量随时间变化上下浮动,并不表现出单一的上升或下降趋势。 贮藏初期,葡萄可溶性固形物含量为(15.55 ±0.37)%,贮藏第5 周时各壳聚糖处理组可溶性固形物含量显著高于CK 组,其中2%壳聚糖处理组‘夏黑’葡萄可溶性固形物含量最高,为(18.79 ±0.04)%。

图4 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄营养品质的影响Fig.4 Effects of different concentrations of chitosan on the nutritional quality of ‘Summer Black’grape

从图4(b)可以看出,贮藏第1 周时,‘夏黑’葡萄可溶性蛋白含量为(0.21 ±0.03)mg∕g,贮藏末期(第5 周),2%壳聚糖处理组可溶性蛋白含量最高,为(0.20 ±0.002)mg∕g,而CK 组、1%和3%处理组之间无显著性差异,可溶性蛋白含量均为(0.18 ±0.01)mg∕g,说明2%壳聚糖涂膜葡萄对其可溶性蛋白含量保持具有良好的作用。

可溶性糖含量是衡量葡萄甜度的重要指标,直接影响葡萄的口感与品质。 图4(c)显示,贮藏初期(第1 周)葡萄可溶性糖含量为(14.75 ±0.77)%,之后为维持自身生命活动,呼吸代谢增加,使得糖分损耗加剧,各处理组可溶性糖含量均下降,在贮藏第2 周时分别下降至(7.25 ±0.37)%、(6.36 ±0.13)%、(6.91 ±0.50)%和(7.34 ±0.92)%,各组间差异不显著。 第3 周时,CK 组和壳聚糖处理组葡萄可溶性糖含量分别升高5.75%、6.71%、5.39%和7.48%,这可能是由于贮藏期间葡萄果粒自身水分损耗严重,淀粉酶将果粒中的淀粉分解为糖,导致可溶性糖含量增加所致。 贮藏末期,CK 组和壳聚糖处理组可溶性糖含量分别降低到(11.88 ±0.92)%、(14.29 ±0.89)%、(13.13 ±0.23)%和(12.55 ±0.49)%,其中1%壳聚糖处理组的可溶性糖含量显著高于CK 组,但与2%壳聚糖处理组相比差异不显著。 综上,壳聚糖对葡萄可溶性糖含量的降低具有明显的延缓作用。

可滴定酸是是合成能量ATP 的主要来源,在一定程度上影响果实的风味品质[15]。 由图4(d)可以得知,在(2 ±1)℃低温贮藏过程中,‘夏黑’葡萄可滴定酸含量与贮藏时间呈负相关。 贮藏初期,‘夏黑’葡萄可滴定酸含量为(0.39 ±0.01)%,贮藏第5 周时,与CK 组[(0.26 ±0.03)%]相比,1%和2%壳聚糖处理组可滴定酸含量分别高出0.04%、0.06%,3%壳聚糖处理组与CK 组之间差异不显著,说明一定浓度的壳聚糖能有效保持‘夏黑’葡萄可滴定酸含量。

2.5 壳聚糖对‘夏黑’葡萄总酚和黄酮含量的影响

果蔬组织中的总酚、黄酮、花青素等植物次生代谢产物与果蔬的色泽发育、品质和风味形成、成熟衰老、抗逆性等密切相关[8]。 酚类化合物具有降血脂、清除自由基、防止衰老和抗动脉硬化等功能,对葡萄浆果质量有较大影响[16-17]。 图5 显示,不同浓度壳聚糖处理‘夏黑’葡萄,其总酚含量变化的速率不同。 贮藏第1 周时,‘夏黑’葡萄总酚含量为(0.11 ±0.001)mg∕g,第3 周时各组均显著增加,但CK 组和壳聚糖处理组之间无显著性差异。 贮藏末期(第5 周),3% 壳聚糖处理组葡萄总酚含量最低,仅为(0.27 ±0.01)mg∕g,显著低于2%壳聚糖处理组,而CK 组、1%和2%壳聚糖处理组之间差异不显著,分别为(0.29 ±0.01)mg∕g、(0.29 ±0.02)mg∕g 和(0.30 ±0.02)mg∕g,说明一定浓度的壳聚糖对葡萄总酚含量的保持具有一定的作用。

在(2 ±1)℃低温贮藏条件下,随着贮藏时间的增加,壳聚糖涂膜的‘夏黑’葡萄,其黄酮含量呈“降低-增加-降低”的变化趋势(图6)。 贮藏初期葡萄黄酮含量为(0.56 ±0.02)%,有所下降之后,持续低温使得葡萄出现抗逆性,黄酮含量增加,贮藏第3 周时,CK 组和各壳聚糖处理组黄酮含量分别达到(0.59 ±0.05)%、(0.59 ±0.05)%、(0.61 ±0.03)%和(0.56 ±0.05)%,但CK 组和各壳聚糖处理组之间差异不明显。 贮藏第5 周时,2%壳聚糖处理组黄酮含量为(0.58 ±0.02)%,显著高于其他组。

图5 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄总酚含量的影响Fig.5 Effects of different concentrations of chitosan on total phenolic content of ‘Summer Black’grape

图6 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄黄酮含量的影响Fig.6 Effects of different concentrations of chitosan on the content of flavonoids in ‘Summer Black’grape

2.6 壳聚糖对‘夏黑’葡萄花青素含量的影响

由图7 可知,贮藏初期葡萄花青素含量为(0.06 ±0.002)mg∕(100 g),第2 周时,4 组花青素含量均不同程度的下降,3%壳聚糖处理组花青素含量最高,且显著高于CK 组和其他处理;第3 周时,除3%壳聚糖处理组花青素含量下降了27.66%外,CK 组、1%和2%壳聚糖处理组的花青素含量分别增加了41.67%、54.76%和87.80%;贮藏第5 周时,CK 组和壳聚糖处理组的花青素含量在(0.04—0.05)mg∕(100 g),各组差异不显著。 说明壳聚糖对‘夏黑’葡萄花青素降解具有一定的延缓作用。

2.7 ‘夏黑’葡萄感官品质评分

从图8 可以看出,壳聚糖涂膜处理的‘夏黑’葡萄感官品质较好,贮藏末期(第5 周),CK 组‘夏黑’葡萄表皮呈黑褐色,果粒明显变软,腐烂味严重;1%和3%壳聚糖处理组‘夏黑’葡萄表皮皱缩,色泽变浅、无光泽,有一些黑斑,手剥葡萄皮时,果皮与果肉粘连度较差;而2%壳聚糖处理组‘夏黑’葡萄具有较淡的芳香气味,色泽微暗,掉粒率少,果粒硬度保持较好,品质较佳。

图7 不同浓度壳聚糖对‘夏黑’葡萄花青素含量的影响Fig.7 Effects of different concentrations of chitosan on anthocyanin content of ‘Summer Black’grape

3 结论与讨论

温度是果蔬贮藏保鲜最主要的影响因素之一,低温可以有效抑制葡萄的呼吸作用等,降低其生理代谢速率,延缓其氧化、衰老进程,增强果蔬的耐贮性。 壳聚糖涂膜保鲜果蔬机理是其在果蔬表面形成一层半透膜,阻断果品与环境的直接联系,调节果蔬内部气体交换,在果蔬体内形成一个低O2和CO2浓度的微环境,抑制果蔬的有氧生理代谢过程,减少水分散失和物质损耗,保持果蔬品质[15,18-19]。 诸多研究表明,质量分数为1%—2%的壳聚糖涂膜草莓[20]、芒果[21]、番茄[22]、黄瓜[23]等果蔬,能够抑制果蔬的腐烂变质,延缓后熟和衰老褐变速率,减缓营养物质的损耗,起到良好的保鲜作用。 本研究表明:2%壳聚糖处理对‘夏黑’葡萄的贮藏保鲜效果最好,这与石磊[7]等采用壳聚糖保鲜‘红地球’葡萄的研究结果一致。(2 ±1)℃低温贮藏壳聚糖涂膜的‘夏黑’葡萄能够较好的保持其果粒硬度,明显降低葡萄掉粒率和腐烂率,有效抑制失重率的增加,降低可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖、可滴定酸含量的下降速率,保持较高的总酚和黄酮含量。 在贮藏结束(35 d)时,2%壳聚糖处理组葡萄感官品质评分在6 分以上,硬度保持较好,失重率仅为(0.89 ±0.13)%,与CK 组相比,掉粒率和腐烂率分别低了8.83%和7.61%,说明2%壳聚糖处理对保持葡萄外观品质和商品品质有较好作用;可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖和可滴定酸含量分别达到(19.79 ±0.04)%、(0.19 ±0.002)mg∕g、(13.13 ±0.23)%和(0.32 ±0.02)%,营养品质较高;总酚和黄酮等抗氧化物质含量较高,分别为(0.30 ±0.02)mg∕g 和(0.58 ±0.02)%,说明2%壳聚糖处理提高了葡萄果实的抗氧化能力,延缓了葡萄果粒的软化衰老进程,可有效保持葡萄的贮藏品质。