自发气调储藏对薄壳山核桃坚果生理及品质的影响

王亚萍, 姚小华, 梅阿军, 常 君, 任国平, 王开良, 任华东

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所1,杭州 311400)

(浙江青芝田农业科技有限公司2,青田 323900)

薄壳山核桃[Caryaillinoensis(Wangenh.) K. Koch.],又名美国山核桃,胡桃科山核桃属植物,是世界珍贵的干果和木本油料树种[1]。薄壳山核桃壳薄易剥,出仁率高[2],果仁中富含油脂、蛋白质、碳水化合物,还含有对人体有益的氨基酸、维生素和矿物质元素等,具有较高的营养和保健价值[3]。由于薄壳山核桃果仁中油脂质量分数较高,为70%以上,尤其是不饱和脂肪酸的质量分数90%以上[4],在加工和储藏过程中极易发生氧化酸败,从而引起品质的下降。

自发气调包装(MAP)是将果实密封在具有特定透气性能的塑料薄膜制成的袋(帐)中,利用果实自身的呼吸作用和塑料薄膜的透气性能,在一定温度条件下,自行调节密封环境中的O2和CO2体积分数,从而降低呼吸作用、延缓代谢,延长储藏期[5]。国内外的果蔬保鲜气调包装技术已广泛应用于猕猴桃、梨、草莓、蒜薹、西兰花、洋葱等鲜切果蔬的保鲜方面[6],国内在核桃属上的MAP研究仅发现在青皮核桃[7-10]和鲜核桃仁[11]上有相关报道,在薄壳山核桃方面鲜见相关研究报道。近年来,随着我国薄壳山核桃产量的持续增大和公众营养保健意识的增强,果实的储藏及品质控制技术研究显得尤为必要,目前国内对于薄壳山核桃的研究主要集中在产地及其分布、生态要求、生物学特性、品种类型、繁殖培育、病虫害防治、栽培技术、生长发育、遗传多样性、品种鉴定和化学成分等方面[12,13],对薄壳山核桃坚果采后质量控制方面的研究还鲜有报道。本研究以薄壳山核桃为试材,研究薄壳山核桃坚果在不同气调包装储藏过程中生理代谢及品质的变化,以期为薄壳山核桃的科学储藏和加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

薄壳山核桃坚果。

包装材料：30 μm黄色聚氯乙烯保鲜袋、30 μm白色聚乙烯保鲜袋、50 μm白色聚乙烯保鲜袋。

CYES-Ⅱ型气体测定仪,ZYJ-9018家用榨油机,R-3旋转蒸发仪,B-811索氏提取仪,GC-2010 plus气相色谱仪,UV-2550紫外分光光度计,Agilent 1290高效液相色谱仪,Avanti J-E高速冷冻离心机。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

薄壳山核桃坚果分别装入30 μm黄色聚氯乙烯(PVC)保鲜袋(简称30 μm黄袋)、30 μm白色聚乙烯(PE)袋(简称30 μm白袋)、50 μm白色聚乙烯(PE)袋(简称50 μm白袋),松扎口,分别于室温和4 ℃冷藏下进行自发气调储藏,以普通编织袋作为对照处理。每处理用样品质量15 kg,设3组重复,室温储藏每隔15 d取样1次,4 ℃冷藏每隔30 d取样1次,分别进行各项指标的检测。

1.2.2 指标测定方法

O2、CO2体积分数检测采用气体测定仪测定;呼吸速率测定采用广口瓶法;总脂肪质量分数测定参照GB/T 14488.1—2008;酸值检测参考GB 5009.229—2016;过氧化值检测采用GB 5009.227—2016中的方法;碘值测定采用GB/T 5532—2008中的方法;皂化值参照GB/T 5534—2008中的方法;脂肪酸测定参考GB 5009.168—2016(第3法);生育酚测定参考GB 5009.82—2016(第2法)。

1.3 数据处理和分析

运用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行基础数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 MAP储藏对薄壳山核桃O2和CO2体积分数的影响

不同温度下MAP储藏期间O2和CO2体积分数如图1所示,室温和冷藏条件下,在整个储藏期间,对照(普通编织袋)储藏薄壳山核桃的O2和CO2体积分数均无变化。室温储藏15 d时,3种保鲜袋包装样品的O2体积分数均下降到最低水平,CO2体积分数上升到最高水平,此后O2体积分数逐渐上升后趋于平稳,CO2体积分数急剧下降后趋于平稳。4 ℃冷藏30 d时,除编织袋包装外,其他3种包装袋的O2体积分数下降到最低,CO2体积分数上升到最高,3种保鲜袋包装薄壳山核桃的O2体积分数先减小然后波动性上升,CO2体积分数先增大然后逐渐减小60 d后趋于平稳,这可能是由于储藏前期薄壳山核桃呼吸消耗使得保鲜袋内部的O2体积分数急剧下降,袋内外的O2分压差达到最大,此时保鲜袋透氧速率增加,外界的O2向袋内迅速补充,使袋内O2体积分数回升达到平衡[10]。

MAP内的气体浓度变化与温度和包装袋薄膜的气体渗透率有关,而包装袋薄膜的气体渗透率改变主要通过调节包装袋薄膜的厚度来实现[14]。本研究中,普通编织袋不能形成低O2高CO2的气体组成,而其他3种保鲜袋均可以形成低O2、高CO2的气体环境,且以50 μm白色PE袋的气调能力最强。

2.2 MAP储藏对薄壳山核桃呼吸速率影响

不同温度下MAP储藏对呼吸速率的影响如图2所示,在整个储藏期间,室温下4种包装薄壳山核桃坚果的呼吸速率在储藏15 d时达最大值,此后均波动性下降,75 d后除30 μm黄袋外,其他包装样品均呈不同程度的上升。4 ℃冷藏过程中,4种包装袋的薄壳山核桃呼吸速率均呈波动性下降,在储藏120 d时出现一个峰值,此后又快速下降,至150 d时呼吸速率显著低于初值。室温和冷藏储藏结束时,3种保鲜袋装样品的呼吸速率均显著低于编织袋包装,其中以50 μm白袋最低,但与30 μm白袋差异不显著。可见,30 μm和50 μm白色保鲜袋包装可以有效控制薄壳山核桃的呼吸速率,4 ℃冷藏条件下气调储藏更能有效抑制薄壳山核桃的呼吸速率。

图2 不同温度下MAP储藏对呼吸速率的影响

2.3 MAP储藏对薄壳山核桃总脂肪质量分数的影响

不同温度下MAP储藏对总脂肪质量分数的影响如图3所示,室温和冷藏条件下,4种包装的薄壳山核桃总脂肪质量分数均随着储藏时间的延长呈波动性下降,其中,3种保鲜袋包装样品的总脂肪下降幅度明显低于编织袋包装,其中50 μm白袋的下降幅度最低。储藏结束时,室温下30 μm黄袋、30 μm白袋、50 μm白袋和编织袋的总脂肪质量分数分别为67.2%、68.2%、68.6%、68.2%;4 ℃冷藏下30 μm黄袋、30 μm白袋、50 μm白袋和编织袋的总脂肪质量分数分别为68.1%、68.1%、69.1%、67.7%,4种包装袋的总脂肪质量分数并无显著的差异。可见,包装材料和储藏温度对薄壳山核桃的总脂肪质量分数无显著影响。

图3 不同温度下MAP储藏对总脂肪质量分数的影响

2.4 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃酸价的影响

酸价表示油脂中游离脂肪酸质量浓度的高低,它反映了脂肪水解酸败的程度。不同温度下MAP储藏对酸价的影响如图4所示,在整个储藏过程中,室温下4种包装薄壳山核桃的酸价均呈显著上升趋势,在储藏前15 d上升速度较缓慢,此后上升速度开始较快。储藏前薄壳山核桃的酸价为0.29 mg/g,储藏结束时30 μm黄袋、30 μm白袋、50 μm白袋和编织袋的酸价分别为0.87、0.86、0.85、0.91 mg/g,其中编织袋包装的上升幅度最大,与其他3种包装呈显著差异(P<0.05),其次是30 μm黄袋、30 μm白袋,50 μm白袋的上升幅度最小,但3种保鲜袋之间并无显著差异(P>0.05)。

图4 不同温度下MAP储藏对酸价的影响

与常温相比,4 ℃冷藏条件下4种包装样品的酸价均呈现缓慢上升趋势。至储藏结束时,30 μm黄袋、30 μm白袋、50 μm白袋和编织袋的酸价分别为0.51、0.51、0.50、0.57 mg/g,3种保鲜袋包装样品的酸价上升幅度显著低于编织袋包装(P<0.05),50 μm 白袋包装的上升幅度最小。由此可知,与编织袋相比,自发气调包装所形成的低O2高CO2环境能够有效地抑制薄壳山核桃油脂中低分子脂肪酸的水解酸败,其中50 μm白色PE保鲜袋的抑制效果最好。

2.5 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃过氧化值的影响

过氧化值的高低是评价油脂优劣的重要指标之一。不同温度下MAP储藏对过氧化值的影响如图5所示,在室温下,4种包装薄壳山核桃的过氧化值均随着储藏时间的延长而逐渐上升,储藏前30 d上升速度缓慢,30 d后上升速度加快至60 d时又趋于缓慢。储藏结束时,对照(编织袋包装)的过氧化值上升幅度最大,且与其他包装存在显著差异(P<0.05),其次是30 μm白袋和30 μm黄袋;50 μm白袋的上升幅度最小(P<0.05)。在4 ℃冷藏期间,4种包装袋的薄壳山核桃过氧化值均呈现上升的趋势,其中前期上升较缓慢,后期上升速度较快。储藏结束时50 μm白袋包装的过氧化值最低;其次是30 μm白袋和30 μm袋;编织袋包装的最高,为0.87 mmol/kg,且与3种气调包装袋存在显著差异(P<0.05)。由此可知,自发气调(MAP储藏)包装所形成的低O2高CO2环境可以显著抑制薄壳山核桃油脂的氧化,尤其以50 μm白色PE保鲜袋的效果最好。

图5 不同温度下MAP储藏对过氧化值的影响

2.6 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃碘值的影响

碘值是衡量油脂品质的重要特征之一,碘值越高,表明不饱和脂肪酸的质量分数越高。不同温度下MAP储藏对碘值的影响如图6所示,2种温度下,4种包装的薄壳山核桃碘值均呈下降趋势,其中编织袋包装的碘值下降速率最快(P<0.05),其次是30 μm黄袋和30 μm白袋,50 μm白袋的下降速率最慢,至储藏结束时50 μm白袋样品的碘值均表现为最高水平。由此可知,自发气调包装所形成的低O2高CO2环境可在一定程度上抑制薄壳山核桃油脂不饱和度的下降,其中以50 μm白袋的抑制效果最好。

图6 不同温度下MAP储藏对碘值的影响

2.7 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃皂化值的影响

皂化值的大小间接反映了油脂中的脂肪酸组成及甘油含量。不同温度下MAP储藏对皂化值的影响如图7所示,随着储藏时间的延长,室温和冷藏条件下,4种包装薄壳山核桃的皂化值均呈现上升趋势,整个储藏期间编织袋装样品的皂化值上升幅度均为最大。室温储藏至90 d时,编织袋装的皂化值最大,且与其他3种包装存在显著差异(P<0.05),其次是30 μm黄袋、30 μm白袋和50 μm白袋,后两者之间并无显著差异(P>0.05)。由此说明,与编织袋相比,气调包装能有效延缓薄壳山核桃坚果皂化值的上升,其中以50 μm白色PE保鲜袋的效果最好。

图7 不同温度下MAP储藏对皂化值的影响

2.8 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃脂肪酸组成及质量分数的影响

薄壳山核桃中的脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸和顺-11-二十碳烯酸等7种,其中不饱和脂肪酸有油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈烯酸和顺-11-二十碳烯酸,饱和脂肪酸有棕榈酸、硬脂酸和花生酸。油酸质量分数最高,达50%,营养界也把油酸称为安全脂肪酸[15];其次是亚油酸,其质量分数为35%以上,亚油酸具有降低血清胆固醇、抑制动脉血栓、预防动脉粥样硬化等作用[16];还含有少量的棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸和微量的花生酸、顺-11-二十碳烯酸。

不饱和脂肪酸是一类极易被人体所吸收消化的脂肪酸,也是人体生长发育不可或缺的重要营养物质,可以降低低密度脂蛋白和血清胆固醇的水平,具有抗氧化防衰老等生理功能。在室温和4 ℃储藏期间,随储藏时间延长,4种包装的薄壳山核桃中的总不饱和脂肪酸质量分数呈现下降的趋势,其中编织袋装样品的下降幅度最大,室温下50 μm白袋的下降幅度最小,4 ℃下30 μm白袋的下降幅度最小;油酸质量分数也呈下降趋势,而亚油酸质量分数呈上升趋势,两者均是编织袋的变化幅度最大;在饱和脂肪酸中,4种包装样品的棕榈酸质量分数呈现逐渐增大的趋势,硬脂酸质量分数呈波动性上升趋势。可见,在储藏过程中,薄壳山核桃坚果中的不饱和脂肪酸逐渐向饱和脂肪酸转化,气调保鲜袋包装更有利于不饱和脂肪酸的保持。

2.9 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃中γ-生育酚质量分数的影响

生育酚是油脂中重要的天然抗氧化物质,它能够保持油脂的稳定,同时也是人体内重要的营养物质[17]。薄壳山核桃中生育酚主要由γ-生育酚构成[18]。MAP储藏对薄壳山核桃中γ-生育酚质量分数的影响如图8所示,室温和冷藏条件下4种不同包装的γ-生育酚质量分数均随着储藏时间的延长而呈现波动性下降的趋势,其中编织袋装的下降速度最快,50 μm白袋装的下降趋势最缓慢。可见,不论是室温还是4 ℃冷藏下薄壳山核桃坚果γ-生育酚的质量分数在储藏过程中均逐渐下降,其中编织袋的下降幅度是最大的,50 μm的下降幅度是最小的,说明气调包装能有效缓解γ-生育酚质量分数的下降,其中以50 μm白袋的效果最好。李大鹏等[19]研究表明真空包装和硅窗气调包装条件下γ-生育酚稳定性好于普通包装,王克建等[20]研究发现充氮包装处理可以使核桃仁中生育酚的质量浓度保持较高的水平,本研究结果与之一致。

图8 不同温度下MAP储藏对薄壳山核桃中γ-生育酚质量分数的影响

3 结论

与普通编织袋相比,3种保鲜包装袋均能形成低O2、高CO2环境,其中以50 μm白袋的气调能力最强。气调包装形成的低O2高、CO2环境有利于保持薄壳山核桃坚果的营养与品质,以50 μm白袋的效果最好。

在整个储藏期间,薄壳山核桃中的不饱和脂肪酸呈现下降的趋势,饱和脂肪酸则呈现上升的趋势。MA包装薄壳山核桃中的总不饱和脂肪酸质量分数的下降幅度明显小于普通编织袋。MA包装更有助于薄壳山核桃中不饱和脂肪酸的保持,以50 μm白袋的效果最好。

薄壳山核桃油脂中的生育酚主要由γ-生育酚构成,4种包装袋的γ-生育酚质量分数在储藏过程中都下降,气调包装的下降幅度要小于编织袋,50 μm白袋的下降幅度最小。气调包装形成的低O2高CO2环境能够延缓γ-生育酚的氧化。