超声-热处理鲜切莲藕保鲜效果的研究

罗 丽，付院生，陈万林，聂益晗，赵亚茹，王顺民*

(1.安徽工程大学 生物与食品工程学院，安徽 芜湖 241000；2.安徽迈涛食品有限公司 食品研发部，安徽 马鞍山 243000)

莲藕(Nelumbo nucifera Gaertn)营养物质丰富，富含碳水化合物、蛋白质、维生素C等多种对人体有益的成分[1-2]，但在加工贮藏过程中极易发生机体细胞损伤、营养物质流失和风味下降等诸多品质降低的问题[3]。因此，研究如何保障鲜切莲藕品质尤为重要。近年来，超声波作为一种创新且具有前景的技术，由于其对食品加工和贮藏的优越效果，被越来越多地用于食品工业中[4]。超声波能对鲜切果蔬中各营养成分间的分解和转化过程进行不同程度的控制。研究表明超声波处理能降低番茄的呼吸速率，并抑制可溶性固形物含量的下降，从而减缓其品质下降[5]。Esua等[6]研究发现13.87 W/L超声强度结合紫外线处理番茄，其番茄红素和维生素C含量分别增加了90%和60%。超声波还在抑制和灭活多种酶和微生物方面有显著作用，同时超声所产生的高能量中间产物可以提高果蔬的抗氧化能力。研究证实，经25 W和29 W的超声处理，鲜切菠萝的总抗氧化能力显著提高[7]。研究表明单一超声波处理和热处理技术的联合使用(Heat+US)能够引起机械和空化效应的“加成效应”，诱导增加US的保鲜能力，对果蔬施加更强的保鲜作用[8]，该联合处理在更有效灭活微生物的同时，还能降低操作温度和缩短时间，最大限度地减少鲜切产品品质恶化。

本文重点介绍使用超声-热处理对鲜切莲藕贮藏过程中微生物污染情况、主要营养成分含量及总还原力的影响，为改善鲜切莲藕加工贮藏过程中品质的劣变开辟了新的可能性。目前关于超声-热处理鲜切莲藕的研究较少，因此应用该技术处理鲜切莲藕，旨在能更好地保持莲藕原有品质，延长货架期。

1 材料与方法

1.1 试验材料

莲藕：鄂莲7号，购自芜湖一家蔬菜超市。选择果实大小均匀(重1.3～1.5 kg)，形状和成熟度一致的无瑕莲藕作为试验原料。

1.2 试验试剂

葡萄糖，琼脂，胰蛋白胨，酵母浸膏，咔唑，半乳糖醛酸，浓硫酸，草酸，抗坏血酸，2，6-二氯靛酚，牛血清白蛋白，考马斯亮蓝G-250，碘化钾，乙醚，可溶性淀粉，结晶碘，邻苯二甲酸氢钾，苯酚，蔗糖等(国药集团化学试剂有限公司)；2,4,6-三吡啶基三嗪，Trolox(上海阿拉丁生化科技有限公司)。

1.3 仪器与设备

电子天平JY1002型(上海精密科学仪器有限公司)；CF15RN型冷冻离心机(日本工机控股株式会社)；TGL-16A型医用离心机(长沙平凡仪器仪表有限公司)；KS-500DE型液晶超声波清洗器(昆山洁力美超声仪器有限公司)；THD-2006低温恒温槽(宁波天恒仪器厂)；L3S型可见分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司)；VD-650型桌上式洁净工作台(苏州净化设备有限公司)。

1.4 试验方法

(1)预处理试验。将所有莲藕片混合并随机选择，样品与去离子水按样品∶水=1∶3(g∶mL)的比例置于烧杯中。试验条件的设置如表1所示。超声-热的处理条件由前期响应面优化实验得出，同时与单一超声和热处理一同比较。US及超声-热处理通过使用台式超声波清洗仪(500 mm×300 mm×150 mm)进行，并对作用参数(功率强度、作用时间、作用温度)进行调节，超声恒定频率为40 kHz。通过恒温装置来保持超声浴的温度不变。以无菌蒸馏水处理作为对照组(CK)。处理后取出藕片晾干表面水分，置于聚乙烯密封袋(8 cm×12 cm)中包装，后放入4 ℃环境中模拟冷藏货架。每隔3 d测定1次相关的生理指标。

表1 不同处理方式

(2)主要营养成分的测定。可溶性固形物含量利用阿贝折光仪来测定；可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[9]，以牛血清蛋白绘制标准曲线，线性回归方程为y=0.005 7x+0.026 3(R2=0.992 5)，根据标准曲线计算样品的蛋白质含量。果胶含量采用咔唑比色法[10]测定，以半乳糖醛酸绘制标准曲线，线性回归方程为y=0.001 7x+0.121 5(R2=0.994 5)，根据标准曲线计算样品果胶含量。抗坏血酸含量测定方法参照国标GB 5009.86-2016，采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。淀粉含量参照曹建康[10]的方法，采用碘-淀粉比色法测定，以可溶性淀粉绘制标准曲线，线性回归方程为y=0.001 1x+0.010 6(R2=0.998 2)。可滴定酸测定参照Wang[11]的方法：取10 g莲藕匀浆先与100 mL水混合，用已标定的0 mol/L NaOH溶液进行滴定。可溶性糖测定参照曹建康[10]的方法，采用苯酚-硫酸法，以可溶性淀粉绘制标准曲线，线性回归方程为y=0.012 1x+0.016 8(R2=0.995 8)。

(3)菌落总数测定。参照GB/T 4789-2016中的系列标准《食品微生物学检验菌落总数测定》。

(4)霉菌和酵母菌总数测定。参照GB/T 4789.15-2016中的系列标准《食品微生物学检验酵母菌和霉菌计数》。

(5)总还原力的测定。总还原力采用Alothman[12]的方法并略作修改：用0.1 mL dH2O代替0.1 mL多酚提取物制备空白，在593 nm波长处测定样品吸光度值。以不同浓度的Trolox(25～1 000 μmol/L)作为标准物建立标准曲线y=0.001 6x+0.065 6(R2=0.999 3)。

1.5 数据统计与分析

每组试验重复3次，试验数据采用Origin 8.5和SPSS 22.0软件进行统计分析，用Duncans多重比较对各处理组的均值进行显著性差异分析，结果用平均值±标准差表示。

2 结果与讨论

2.1 超声-热处理对微生物污染的影响

(1)超声-热处理对菌落总数的影响。超声-热处理方式对鲜切莲藕菌落总数的影响如图1所示。由图1可以看出，在9 d的贮藏保存期内，鲜切莲藕的菌落总数不断增加。最初超声-热处理的菌落总数(1.15±0.15) log CFU/g显著低于其他处理组(P<0.05)，表明在超声-热处理后减少了鲜切莲藕表面的微生物负荷。US处理具有增强鲜切莲藕抗菌的能力，Wang等[11]的研究结果也证实超声处理后，番茄细菌总数显著降低，抑制了微生物的生长。Heat处理不但有灭菌作用，还能增强超声作用，达到更好的灭菌效果。CK组在第9 d的菌落总数超过了可接受限度(6 log CFU/g，国际立法推荐[11])，而超声-热处理组在第9 d仍未达到。菌落总数能够直接反映食品的新鲜程度，是商品评价保质期的重要指标。微生物数量的减少可能是由于超声-热引起液体温度和压力的增加造成的[13]。经证实，超声-热处理可有效减少鲜切莲藕表面各种菌落的生长与繁殖，延长鲜切莲藕的货架期。

(2)超声-热处理对霉菌和酵母菌的影响。处理方式对鲜切莲藕霉菌和酵母菌的影响如图2所示。由图2可以看出，贮藏期间，各种方法处理下的鲜切莲藕被霉菌和酵母菌污染的程度均在上升。贮藏第9 d时，超声-热处理下莲藕的霉菌和酵母菌总数比CK组少0.775 CFU/g(P<0.05)，抑制了霉菌和酵母菌污染。与葛枝等[5]的研究结果一致，超声波处理10 min，樱桃番茄表面的霉菌和酵母总数降低了0.68 CFU/g，使其在贮藏过程中保持了较低程度的微生物污染。试验结果表明超声-热处理的联合使用对霉菌和酵母菌的杀灭效果有增强作用，该处理可以显著提高贮藏期间鲜切莲藕的微生物安全性。

图1 处理方式对鲜切莲藕菌落总数的影响 图2 处理方式对鲜切莲藕霉菌和酵母菌的影响

2.2 超声-热处理对鲜切莲藕营养物质的影响

(1)超声-热处理对可溶性蛋白质含量的影响。处理方式对鲜切莲藕可溶性蛋白质的影响如图3所示。由图3可以看出，鲜切莲藕中的可溶性蛋白含量在整个贮藏期间呈下降趋势。超声-热处理组的可溶性蛋白质含量高于其他组。在贮藏9 d时，超声-热处理下鲜切莲藕的可溶性蛋白质含量为0.60 mg/g FW，高出对照组13.21%(P<0.05)。

蛋白质是生物体内重要的生物聚合物之一，为人类提供有益的营养物质。蛋白质不仅是生物结构的重要组成部分，在生物体的各种生理生化代谢中也发挥着重要作用。可溶性蛋白质的合成与衰减可以间接反映果蔬细胞各种代谢活动的强度[14]。鲜切莲藕在贮存期间的新陈代谢和能量消耗会导致其可溶性蛋白被降解。进行超声-热处理会抑制鲜切莲藕的新陈代谢速率，减缓可溶性蛋白质的降解和细胞的老化。此外，可溶性蛋白含量下降还可能与超声-热处理引起的保护性应激反应有关。

(2)超声-热处理对抗坏血酸含量的影响。果蔬品质与抗坏血酸的含量密切相关，往往作为食品新鲜度的标志性成分[15]。处理方式对鲜切莲藕抗坏血酸含量的影响如图4所示。由图4可以看出，鲜切莲藕抗坏血酸的含量在整个贮藏阶段呈现逐渐下降的趋势，但从第3 d开始，US和超声-热处理组始终显著高于对照组和Heat处理组(P<0.05)。这与Cruz等[16]的结果一致，低温热处理联合超声波能使豆瓣菜过氧化物酶失活，并且抗坏血酸含量保持在较高水平。

超声的氧化应激效应[7]提高了鲜切莲藕的抗氧化能力，减少自由基的产生，抑制抗坏血酸含量的下降，从而延缓莲藕细胞衰老，延长莲藕货架期。此外，研究表明低温热处理不影响抗坏血酸的含量[17]。因此超声与低温热处理联合使用可以有效抑制鲜切莲藕中抗坏血酸的流失，提高莲藕在加工和贮藏过程中的品质。与Ali等[18]研究一致，经过超声-热处理的无籽番石榴中保留的维生素C含量较高。

(3)超声-热处理对可溶性固形物的影响。处理方式对鲜切莲藕可溶性固形物含量的影响如图5所示。由图5可以看出，各方法处理下鲜切莲藕在贮藏过程中的可溶性固形物含量呈相似的变化趋势，均呈先上升后降低的趋势。贮藏前3 d，可溶性固形物含量呈上升趋势，第3 d达到峰值，此时超声-热处理组的可溶性固形物含量显著高于其他组(P<0.05)，3 d后鲜切莲藕中可溶性固形物持续下降，并且各处理间无显著差异(P>0.05)。贮藏至第9 d时，超声-热处理组鲜切莲藕的可溶性固形物的含量为5.88%，明显高于其他处理组(P<0.05)。

图3 处理方式对鲜切莲藕可溶性蛋白质的影响 图4 处理方式对鲜切莲藕抗坏血酸含量的影响

可溶性固形物是糖、酸、维生素以及矿物质等多种营养物质综合体现的品质指标，与果实后熟和呼吸作用密切相关。可溶性固形物含量在刚开始贮藏时增加，这是因为贮藏初期淀粉分解导致可溶性糖含量也表现出增加；贮藏后期，植物细胞加快代谢和呼吸速率，糖等成分消耗速率也随之增大，因此可溶性固形物含量降低[19]。通常，热处理会导致可溶性固形物含量降低，研究表明，用热水烫漂处理西葫芦，其TSS含量显著降低[20]。然而，超声处理能降低鲜切莲藕的呼吸代谢速率，抑制了腐败，从而减少了可溶性固形物的损失[21]。因此超声-热处理能够起到延缓可溶性固形物损耗的作用。

(4)超声-热处理对果胶含量的影响。果胶含量的降低与果蔬品质的退化有关[22]。处理方式对鲜切莲藕果胶含量的影响如图6所示。由图6可以看出，在整个贮藏过程中，果胶含量一直呈下降趋势，这可能是因为鲜切莲藕中的原果胶在果胶酶的作用下不断转化成可溶性果胶[23]。从第3 d起US和超声-热处理组果胶含量显著高于Heat和对照组(P<0.05)，这可能是由于超声波对果胶酶的灭活作用减缓了果胶的分解。研究表明在高振幅、高强度且温度高于42 ℃的处理中，果胶酶活性降低[24]。同时，超声处理对细胞膜和生物大分子等的损伤较小，这使得莲藕能保持较高的果胶含量，并且细胞损伤程度较小，莲藕品质的下降得到了抑制。

图5 处理方式对鲜切莲藕可溶性固形物含量的影响 图6 处理方式对鲜切莲藕果胶含量的影响

(5)超声-热处理对淀粉含量的影响。淀粉作为大分子物质不但是主要营养物质，还起到支撑细胞的作用[25]，因而导致植物细胞膨压下降，果实软化的主要原因之一是淀粉含量的降低。处理方式对鲜切莲藕淀粉含量的影响如图7所示。由图7可以看出，随着贮藏时间的延长，鲜切莲藕的淀粉含量呈下降趋势，超声-热处理下鲜切莲藕淀粉含量显著高于其他处理组(P<0.05)，这是由于淀粉在贮藏过程中受到淀粉酶的作用发生了水解[26]。本研究中，单一Heat处理对细胞造成的损伤较大，细胞失水严重，淀粉等大分子物质流出，所以其他处理组相较于热处理组淀粉含量下降缓慢。在超声-热处理的作用下淀粉含量最高，这可能是由于超声-热处理的协同作用对淀粉酶的灭活作用，使得淀粉含量下降缓慢。

(6)超声-热处理对可溶性糖含量的影响。可溶性糖包括绝大部分的单糖和寡糖，并对于果蔬内部蛋白质维稳方面起到关键性影响[27]。不同果蔬中可溶性糖的种类、含量和比例都各不相同，因而表现出风味不一。处理方式对鲜切莲藕可溶性糖含量的影响如图8所示。由图8可以看出，可溶性糖含量在贮藏前3 d呈上升趋势，这可能是因为在贮藏前期鲜切莲藕中部分淀粉分解成可溶性糖；第3 d后，鲜切莲藕呼吸速率处于较高水平，可溶性糖的转化速率增大，同时淀粉的分解率下降，淀粉的转化速率小于糖的消耗速率，导致可溶性糖含量急剧下降。第6 d后，呼吸速率持续减慢，可溶性糖含量的下降速率减小[28]。从图8中看到，超声-热处理鲜切莲藕，其可溶性糖的含量没有表现出显著变化(P>0.05)，说明超声以及热处理的作用不对莲藕可溶性糖的转化产生积极影响。

图7 处理方式对鲜切莲藕淀粉含量的影响 图8 处理方式对鲜切莲藕可溶性糖含量的影响

(7)超声-热处理对可滴定酸含量的影响。在果蔬贮藏过程中，可滴定酸的变化也对其品质和风味产生重要影响。处理方式对鲜切莲藕可滴定酸含量的影响如图9所示。由图9可以看出，在贮藏期间可滴定酸呈下降趋势，贮藏第9 d，超声-热处理及单一US处理下鲜切莲藕的可滴定酸含量显著高于其他处理组(P<0.05)，表明超声作用能抑制可滴定酸含量的下降。这与Cao等[29]的结果一致，一定功率的超声能够显著抑制可滴定酸含量的下降。

2.3 超声-热处理对鲜切莲藕总还原力的影响

处理方式对鲜切莲藕总还原力的影响如图10所示。由图10可以看出，鲜切莲藕的总还原能力在19.83～62.54 mmol/L·TE/g FW。鲜切莲藕经超声-热处理后，其总还原力显著高于对照组(P<0.05)。而无论采用何种处理方式，鲜切莲藕的总还原力在整个贮藏过程中都逐渐降低。贮藏第9 d，经超声-热处理的样品总还原力为39.25 mmol/L·TE/g FW，比对照组高1.98倍，其余处理方式的总还原力无显著差异(P>0.05)。这是由于在超声作用下，莲藕中产生的多酚类等具有较高还原性的活性物质的量更多[30]，而热作用的施加会加强超声作用，因此超声-热处理能够增强鲜切莲藕的抗氧化能力。

图9 处理方式对鲜切莲藕可滴定酸含量的影响 图10 处理方式对鲜切莲藕总还原力的影响

超声-热处理可以提高鲜切莲藕的总还原力，主要是由于超声波产生的高能中间体能诱发鲜切莲藕的抗氧化潜能[7]。Qiao等[31]证实单独或作为联合处理的一部分，US处理提高了鲜切土豆的抗氧化能力。同时超声-热处理提高了鲜切莲藕酚类化合物含量，酚类物质含量越高，抗氧化能力越强[10]。但是，超声-热处理不能改变抗氧化能力的下降趋势，只能起到延缓作用。超声技术作为一种非生物胁迫，通过其海绵效应可能会改善传质过程[32]，因此较低温度比较高温度的超声处理对鲜切莲藕具有更好的抗氧化能力提升效果。

3 结论

超声-热(Heat+US)处理降低了鲜切莲藕贮藏期间的微生物污染程度，可在货架期后期保持鲜切莲藕中可溶性蛋白质、可溶性固形物和淀粉的较高水平，延迟抗坏血酸和可滴定酸的降低，维持较高的果胶含量，同时保持了较高的总还原力，提升抗氧化能力，进而延缓贮藏期间鲜切莲藕的品质劣变，但该处理对可溶性糖含量影响不显著。

对鲜切莲藕进行超声-热处理，采用水浴式超声设备，具有操作简便、经济实惠等优点，更适合工业化使用，是一种绿色、成本低廉、高效率的保持鲜切莲藕新鲜的方法。