熱處理結合γ-氨基丁酸對鮮切蘋果生理特性和品質的影響

張小燕,劉艾雯,籍奇巖,彭 勇

(山東農業大學食品科學與工程學院,山東泰安 271018)

鮮切蘋果(fresh-cut apples)又名輕度加工蘋果(minimally processed apple products),是指新鮮蘋果經分級、清洗、去皮、去核、切分、保鮮、包裝和冷藏等工序處理,獲得的一種新鮮、方便的即食蘋果產品[1]。然而,與蘋果整果相比,鮮切蘋果在去皮、切割等處理過程中,果實的組織結構受到一定程度的損傷,導致組織軟化、切片褐變、營養物質流失、微生物污染、異味及貨架期縮短等一系列的問題。因此,如何有效地保持鮮切蘋果貯藏期的品質、延長貨架期始終是鮮切蘋果產業面臨的重要問題。

熱處理是一種安全、有效的物理保鮮手段[2-3]。許多學者已在洋蔥、蘋果、梨、桃、芒果等果蔬中通過熱處理手段達到改善貯藏品質、殺死病原菌、鈍化酶活性、延長保質期的目的[4-8]。γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是一種天然的四碳非蛋白氨基酸,2009年經衛生部批準的新資源食品,對動物和植物具有重要的生理功能,近年來,富含GABA的谷物制品、發酵食品及乳制品等也越來越受到歡迎[9-10]。研究表明,GABA可通過調控果實的活性氧代謝和苯丙烷途徑延緩藍莓衰老[11];通過積累脯氨酸、增強抗氧化性可減輕冷藏期間香蕉冷害[12];外源GABA還能夠降低雙孢菇多酚氧化酶和過氧化物酶活性、減輕褐變程度,改善4 ℃下貯藏品質[13];Gao等[14-15]研究發現,外源GABA處理鮮切蘋果和馬鈴薯后,可抑制鮮切蘋果和馬鈴薯的褐變,降低蘋果片中食源性致病菌的污染。本實驗旨在通過鮮切蘋果的感官品質、理化特性及相關酶活的變化闡明熱處理結合γ-氨基丁酸對貯藏期間蘋果切片生理和品質的影響,并探討熱處理結合γ-氨基丁酸應用于鮮切蘋果保鮮的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果(MaluspumilaMill.) 泰安市泰山區大潤發超市,挑選新鮮、無病蟲害、無機械損傷、大小均勻(80 mm)、顏色和成熟度一致的果實;γ-氨基丁酸(食品級) 鄭州超凡化工有限公司;沒食子酸、三氯乙酸、丙酮、氫氧化鈉、碳酸鈉 分析純,中國醫藥集團有限公司;福林-酚試劑 分析純,天津市凱通化學試劑有限公司;聚乙烯吡咯烷酮 天津市大茂化學試劑廠。

T6新世紀紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司;Allegra 64R高速冷凍離心機 美國Beckman公司;HH-2數顯恒溫水浴鍋 常州國華有限公司;CR-400色差計 日本柯尼卡美能達儀器有限公司;PAL-1數顯折光計 日本ATAGO 公司;IKA A11液氮研磨儀 艾卡(廣州)儀器設備有限公司;-80 ℃超低溫冰箱 中科美菱有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 蘋果清洗后用潔凈的紗布擦干。對照組:蘋果去皮,取中間赤道部位的果肉部分,切成約3 cm×3 cm×0.5 cm的片狀,置于清水中浸泡10 min,瀝干后裝入聚乙烯保鮮袋,折口放置;熱處理組:蘋果整果置于45 ℃水中浸泡2 min,取出后迅速去皮、切片(3 cm×3 cm×0.5 cm),瀝干后裝入聚乙烯保鮮袋,折口放置;GABA處理組:蘋果去皮后,將切好的蘋果片(3 cm×3 cm×0.5 cm)置于1.5% GABA溶液中浸泡10 min,瀝干后裝入聚乙烯保鮮袋,折口放置;熱處理結合GABA組:蘋果整果置于45 ℃水中浸泡2 min后取出,去皮切片(3 cm×3 cm×0.5 cm),置于1.5% GABA溶液中浸泡10 min,瀝干后裝入聚乙烯保鮮袋。所有樣品均置于4 ℃冰箱內,每2 d取樣一次,用于感官評價、色差、可溶性固形物及可滴定酸的測定,取樣完畢立即用液氮冷凍、研磨成粉,置于-80 ℃冰箱中備用,用于相關指標測定。

1.2.2 測定指標和方法

1.2.2.1 鮮切蘋果片感官評定 參照范琳琳等[16]和Putnik等[17]的方法并略作改動。由10名專業人員組成品評小組,對鮮切蘋果片的色澤、質地、風味和腐爛情況進行分級評價,總分為9分,分3級,1～3分表示嚴重褐變、失水多、明顯異味、嚴重腐爛,整體品質差,商品價值低,消費者不愿購買;4～6分表示輕微褐變、輕微失水、輕微異味和輕微腐爛,品質一般,有商品價值,消費者可能購買;7～9分表示無褐變、汁液量大、無異味、無腐爛,品質好,商品價值高,消費者愿意購買。

1.2.2.2 色差值、褐變指數、可溶性固形物和可滴定酸 色差值采用色差計測定,每個處理重復3次,讀取L*值、a*值和b*值。

褐變指數(Browning index,BI)的計算依據公式(1)和(2)[18]。

BI=[100(x-0.312)]/0.172

式(1)

x=(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)

式(2)

式中:L*值代表亮度；a*值代表紅綠；b*值代表黃藍。

可溶性固形物(TSS)測定采用手持折光儀測定,每次取5 g果肉,每個處理重復3次,取平均值;可滴定酸測定采用酸堿滴定法[19]。

1.2.2.3 總酚的測定 總酚的提取和測定參考班清風等[20]方法略有改動。稱取0.5 g冷凍的樣品,加入2 mL 70%丙酮浸提2 h,4 ℃下12000 r/min離心15 min,收集上清液備用?？偡雍康臏y定采用福林-酚比色法,以沒食子酸作標準曲線。吸取0.2 mL提取液,加入0.5 mL福林-酚試劑,充分混勻后加入0.5 mL 10%碳酸鈉溶液定容至10 mL,搖勻后于25 ℃下恒溫水浴1 h,于765 nm處測定吸光度,根據標準曲線(y=11.035 x+0.0085,R2=0.9993)計算總酚含量。

1.2.2.4 多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)活力測定 粗酶液的提取:稱取冷凍的樣品 1.0 g,加入0.05 g聚乙烯吡咯烷酮,加入4 ℃預冷的4 mL磷酸緩沖液(0.1 mol/L pH6.8),漩渦混勻,冰浴提取10 min,4 ℃ 10000 r/min離心15 min,上清液即為粗酶液。

PPO和POD酶活性的測定參照曹建康等[19]的方法,以每克樣品每分鐘內吸光度值增加0.01為一個活性單位(U)。

1.2.2.5 DPPH自由基清除率的測定 參照Chen等[21]方法略有改動。稱取冷凍的樣品0.5 g,加入5 mL 95%的乙醇,25 ℃超聲30 min,12000 r/min離心15 min,收集上清液備用。測定時吸取樣品提取液2 mL,加入2 mL 0.1 mmol/L 的DPPH-甲醇溶液,避光反應30 min,517 nm下測定吸光度。

式(3)

式中:A0是反應開始的吸光度值;Ai是反應30 min后的吸光度值。

1.2.2.6 丙二醛(MDA)含量測定 稱取冷凍的樣品2.0 g,加10 mL 100 g/L三氯乙酸(TCA)溶液,混勻后,4 ℃ 10000 r/min離心20 min,收集上清液,參考曹建康等[19]的方法測定。

1.3 數據處理

所有數據均重復測定3次。采用Excel 2010軟件進行數據處理,采用SPSS Statistics17.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 熱處理結合GABA對鮮切蘋果感官品質的影響

從表1可以看出,隨著貯藏時間的延長,不同處理鮮切蘋果片的感官評分均呈降低趨勢。從第2 d開始,各處理組的感官得分均顯著(P<0.05)高于對照組,其中以熱處理結合GABA感官得分最高、效果最好,其次分別是GABA和熱處理組。貯藏至第8 d時,對照組感官品質降幅較大,喪失商品價值,而各處理組感官分值則相對穩定,仍具有一定的商品價值。說明3種處理手段均能改善鮮切蘋果片4 ℃下的感官品質,延長貯藏時間,以熱處理結合GABA效果最佳。

表1 不同處理對鮮切蘋果感官品質的影響Table 1 Effects of different treatment on sensory analysis of fresh-cut apple slices

2.2 熱處理結合GABA對鮮切蘋果可溶性固形物和可滴定酸的影響

可溶性固形物和可滴定酸是構成果實風味的重要因素。如圖1所示,貯藏期內所有蘋果片可溶性固形物含量均逐漸降低,但各處理組的含量始終高于對照組。在第4 d,熱處理組可溶性固形物含量顯著(P<0.05)高于對照組。GABA處理組前2 d固形物含量最高,第4 d快速下降但仍高于對照。熱處理結合GABA組在貯藏期間,始終維持較高的可溶性固形物含量,并顯著(P<0.05)高于對照組,第8 d比開始僅減少6.54%,說明熱處理結合GABA可延緩鮮切蘋果片可溶性固形物含量的下降。

圖1 不同處理對鮮切蘋果片可溶性固形物含量的影響Fig.1 Effect of different treatment on total soluble solids(TSS)contents of fresh cut apple slices 注:不同小寫字母表示相同貯藏天數不同處理顯著性差異(P<0.05);圖2～圖9同。

由圖2可知,貯藏期內各處理的可滴定酸含量呈下降趨勢。貯藏2 d后,對照組可滴定酸含量快速下降,可能是由于切片的機械損傷與呼吸作用消耗所致。熱處理結合GABA組延遲了可滴定酸含量的下降,貯藏第8 d時,其可滴定酸含量是對照組的1.5倍,其次分別為GABA處理組和熱處理組。貯藏6 d后,3種處理組均與對照組有顯著差異(P<0.05)。說明3種處理手段均可有效保持鮮切蘋果片可滴定酸的含量。

圖2 不同處理對鮮切蘋果片可滴定酸含量的影響Fig.2 Effect of different treatment on titratable acidity(TA)contents of fresh-cut apple slices

2.3 熱處理結合GABA對鮮切蘋果片L*值和BI值的影響

色差可以反應鮮切蘋果貯藏期內顏色的變化。L*值表示明亮程度,其值越高說明表面越亮。由圖3可看出,貯藏期內各處理鮮切蘋果片的L*值隨著時間的延長而降低,與各處理組相比,對照組L*值下降最快。貯藏期內,熱處理結合GABA組L*值最大,且下降速度最慢。

圖3 不同處理對鮮切蘋果片L*值的影響Fig.3 Effect of different treatment on L* value of fresh-cut apple slices

BI值用來表示鮮切蘋果的褐變程度,BI值越大表明褐變越嚴重。由圖4可看出,所有處理組BI值均隨著貯藏時間的延長而快速增加。對照組增加最快,切片后即褐變嚴重,顯著(P<0.05)高于3種處理組,說明熱處理、GABA處理和熱處理結合GABA對鮮切蘋果的褐變均有抑制作用。其中熱處理結合GABA組效果最好,其次是GABA處理組和熱處理組。

圖4 不同處理對鮮切蘋果片褐變值的影響Fig.4 Effect of different treatment on browning index(BI)of fresh-cut apple slices

2.4 熱處理結合GABA對鮮切蘋果片總酚含量的影響

酚類物質不但是蘋果的主要抗氧化物質,還是果實鮮切后產生的重要次生代謝物質之一[22]。從圖5可看出,貯藏期內,各組鮮切蘋果片總酚含量均呈現先升高后降低的趨勢,在第4 d達到峰值,這可能與鮮切蘋果片損傷應激反應有關[23],鮮切過程會造成組織損傷導致蘋果片合成更多的酚類物質,但隨著貯藏時間的延長,酚類物質又作為底物不斷被多酚氧化酶(PPO)消耗掉,導致其含量逐漸降低。從第2 d開始,熱處理結合GABA組總酚含量始終顯著(P<0.05)高于對照組,第4、6 d,GABA處理組總酚含量亦顯著(P<0.05)高于對照組,但熱處理組與對照組差異不明顯。研究表明,GABA處理可提高果蔬抵抗逆境的能力,提高蘋果切片的抗氧化能力[24]。熱處理結合GABA組比熱處理和GABA處理效果好,表明整果熱處理與切片浸蘸GABA對改善鮮切蘋果的品質、延緩褐變的發生可能具有協同增效的作用。

圖5 不同處理對鮮切蘋果片總酚含量的影響Fig.5 Effect of different treatment on total phenolic contents of fresh-cut apple slices

2.5 熱處理結合GABA對鮮切蘋果片多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)活性影響

PPO和POD是廣泛存在于果蔬體內的兩種重要的氧化還原酶,其活性的大小與果蔬的顏色、質構和品質的變化有密切聯系[25]。PPO能催化酚類物質氧化成為醌類化合物,導致褐變的發生;POD可在H2O2存在時氧化酚類物質生成醌類物質,進一步縮合可形成褐色的聚合物。蘋果經切分后,破壞了完整的組織細胞結構,改變了細胞內酶與底物的區域化分布,導致多酚氧化酶(PPO)與底物接觸并引起酶促褐變[26]。

圖6可看出,貯藏期間,對照組和各處理組的PPO活性呈不斷增加的趨勢,貯藏6 d后,對照組和熱處理組PPO活性快速上升。但GABA處理組、熱處理結合GABA組的PPO活性始終處于較低水平,PPO活性分別為5.19、3.86 U·g-1FW,是對照的29.18%和21.7%,對PPO活性的抑制效果顯著(P<0.05),這與Gao等[15]使用外源GABA處理鮮切蘋果后PPO活性下降的研究結果一致。

圖6 不同處理對鮮切蘋果片多酚氧化酶活性的影響Fig.6 Effect of different treatment on enzymatic activities of polyphenol oxidase of fresh-cut apple slices

由圖7可看出,所有處理組的POD活性隨著貯藏時間的延長呈現先上升后降低的趨勢。貯藏6 d后,POD活性急劇增加并出現活性高峰。說明隨著貯藏時間的延長,褐變發生越來越嚴重。自第2 d起,3種處理組的POD酶活性顯著(P<0.05)低于對照,分別為對照組的82.49%、71%和70.74%,但除了第6 d外,3種處理組之間差異并不顯著。結合上述總酚含量的變化,說明貯藏過程中,GABA處理和熱處理結合GABA可以顯著地抑制PPO活性,降低PPO酶對底物酚類物質的氧化,減輕褐變的發生。

圖7 不同處理對鮮切蘋果片過氧化物酶活性的影響Fig.7 Effect of different treatment on enzymatic activities of peroxidase of fresh-cut apple slices

2.6 熱處理結合GABA對鮮切蘋果片DPPH自由基清除率的影響

DPPH自由基清除能力是評價物質體外抗氧化活性的重要手段[27]。圖8可看出,對照組和處理組的自由基清除率均呈現先增加后降低的趨勢,在第4 d達到峰值,這與切片總酚含量的變化趨勢一致。貯藏期內,熱處理結合GABA組的DPPH自由基清除率始終處于最高水平,均在90%以上,自由基清除效果要比單獨熱處理和單獨GABA處理效果明顯,說明熱處理結合GABA有助于提高鮮切蘋果片的抗氧化能力。

圖8 不同處理對鮮切蘋果片DPPH自由基清除率的影響Fig.8 Effect of different treatment on DPPH scavenging rate of fresh-cut apple slices

2.7 熱處理結合GABA對鮮切蘋果片MDA的影響

MDA是膜脂過氧化產物,能夠直接反應由組織損傷引起膜脂過氧化的程度[28]。由圖9可知,鮮切蘋果片的MDA含量在貯藏期間呈現逐漸增加的趨勢。對照組上升趨勢顯著高于熱處理、GABA處理及熱處理結合GABA組,其中熱處理結合GABA組MDA含量最低,貯藏第8 d時,MDA含量僅為對照組的34.42%,說明3種處理手段均可減少MDA的積累,減輕氧化損傷并有助于維持膜的完整性,熱處理結合GABA組效果最好。

圖9 不同處理對鮮切蘋果片MDA含量的影響Fig.9 Effect of different treatment on MDA content of fresh-cut apple slices

3 結論

蘋果整果熱處理之后,再用GABA處理蘋果片,可以延遲鮮切蘋果片品質的下降,抑制褐變的發生,維持較高的感官品質和總酚含量。與對照組相比,熱處理結合GABA延遲了可溶性固形物和可滴定酸的下降,效果好于單獨的熱處理及GABA處理。并且,從生理指標來看,熱處理結合GABA也可以抑制蘋果片PPO和POD酶活性的增加,延遲MDA含量的上升,維持蘋果片較高的細胞膜完整性和抗氧化能力,從而延長蘋果片的貨架期。