微波對鮮切山藥護色及品質的保持

蔡佳昂，匡世瑤，張敏

(西南大學 食品科學學院，食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(西南大學)，農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(重慶)，重慶,400715)

山藥營養成分豐富，口感質地清脆，有補中益氣，強筋健脾等滋補成效。鮮切果蔬是指對新鮮果蔬進行清洗、去皮、去核、切分、包裝和冷藏等工序，使其仍保持新鮮品質且可供消費者直接食用的產品[1]。但鮮切山藥運輸儲存困難，容易褐變，會引起視覺感官體驗變差以及商業營養價值大幅下降。目前鮮切山藥的保鮮分為物理、生物和化學保鮮法。物理方法有控制溫度保鮮法、氣調保鮮法、超高壓保鮮法，0～4 ℃是鮮切山藥的最優儲藏溫度[2]，也有學者將鮮切山藥經600 MPa壓力處理后，可延長保鮮期至9 d[3]。生物保鮮是近年來果蔬研究方向，其中木瓜蛋白酶可以控制鮮切淮山藥褐變[4]。化學方法主要集中在保鮮劑的配方研究上，然而保鮮劑浸泡法存在較大問題，如常用的亞硫酸鹽等保鮮劑存在一定的安全隱患[5]，且保鮮劑浸泡時間過長，容易造成鮮切山藥營養物質流失等。微波漂燙是一種新型干法漂燙技術[6]，其熱效應升高溫度以及非熱效應破壞蛋白空間結構的綜合作用，可以使造成風味、顏色和質地品質劣變的酶系統失活，且具有加工速度快、節約能源、營養物質流失少和沒有廢水產生的優點。研究證明，相對于其他漂燙方式，微波能夠具有更高的甜玉米抗壞血酸、總糖和含水量保持率[7]，NORAFIDA[8]發現微波漂燙可以提高凍青辣椒抗氧化性。微波能較好抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性，抑制栗仁、雷筍、藕片等果蔬的褐變程度，起到較好的護色效果[9-12]。本文主要研究不同微波條件對鮮切山藥保鮮效果的影響，以尋求更優、更安全、更簡潔的貯藏保鮮方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及處理

新鮮山藥購買于北碚天生農貿市場購買新鮮山藥，無病蟲斑、大小均一。PE保鮮袋購于石家莊誠勝塑業，長寬為16 cm×26 cm，厚度為60 μm。

聚乙二醇辛基苯基醚、愈創木酚、聚乙二醇6 000，分析純，重慶北碚化學試劑廠；30% H2O2、鄰苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮，分析純，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 主要儀器設備

UltraScan?PRO測色儀，美國HunterLab公司；HI650R 臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀；UV-2450PC紫外可見分光光度計，日本島津公司；DDS-307A電導率儀，上海雷磁公司； RXZ-800B智能人工氣候箱，寧波東南儀器有限公司；SP-756P紫外可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 處理方法

將新鮮懷山藥去皮，以1.5 cm厚度切塊，清水浸泡后用紗布吸干表面水分。按表1處理方式分別進行微波處理，然后將鮮切山藥以(100±5)g為貯藏單位放入PE保鮮袋，放置于溫度為(4±1)℃、濕度為90%～95%的氣候箱中，每個處理重復3次，指標間隔測定時間為3 d。

表1 實驗處理組別Table 1 Experimental processing group

1.3.2 亮度測定[13]

用色差計測定鮮切山藥表面亮度，選取產品中央部位進行測定，每個處理組隨機選取 3片，測量正反面各3個點，求其平均值，結果以L*值表示。L*的值越大，表示鮮切懷山藥表面白度亮度越大，褐變程度越小，反之亦然。

1.3.3 褐變度測定[14]

選用消光值法。隨機取 2 g山藥樣品(包含鮮切山藥內部與表面)于 4 ℃研磨勻漿，加入蒸餾水20 mL，在4 ℃條件下，以4 000 r/min離心 10 min，取上清液于 25 ℃保溫5 min，在410 nm波長下測定吸光度，結果以A410×10 體現。

1.3.4 多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)活性測定

POD、PPO活性采用曹建康等[15]的方法。

1.3.5 電導率測定[15]

采用打孔器取出直徑10 mm山藥，快速將其置于燒杯中，每組5 g，再加入40 mL去離子水,蓋上保鮮膜置于 25 ℃下浸泡處理 1 h，測定浸提液電導(R1),將山藥浸提液沸水浴加熱 30 min,冷卻到室溫后搖勻,再次測定浸提液電導(R2)。用R1/R2×100%表示。

1.3.6 水分含量測定[15]

迅速隨機取山藥裝入稱量皿中，稱取鮮質量mF。將產品放入烘箱中在100～105 ℃殺青10 min,然后將產品在70～80 ℃下烘至恒重。取出裝有山藥的稱量皿，放入干燥器中冷卻至室溫，稱重(mD)。重復3次,如公式(1)。

(1)

1.3.7 失重率測定[13]

測量每袋山藥貯藏前質量和貯藏后質量。

1.3.8 感官評價

參考王梅[13]方法,由 3名專業人員根據產品的外觀、質地、顏色情況等進行感官評價，每 3 d評定一次，感官評定標準見表2。

表2 感官指標級別標準Table 2 Indicators of sensory index of fresh-cut yam

1.4 數據分析

實驗數據用Origin 8軟件進行制圖，采用SPSS 22軟件對數據進行單因素方差分析及Duncan多重比較，顯著性水平為0. 05。

2 結果與討論

2.1 微波處理對山藥亮度的影響

L*的大小取決于測定物體的表面反射率,反映樣品表面的亮度,L*值越大則樣品表面越白亮[16]。圖1顯示，在15 d之內，對照組(CK)山藥的L*一直處于最低狀態，且下降趨勢顯著，而其余3組微波組L*下降速率緩慢，其中300、500 W處理組相較于100 W處理組，能夠更好保持山藥的亮白色澤，貯藏第12天，100 W處理組就與其余兩組之間差異顯著(P<0.05)。圖1顯示，山藥亮度值不斷減小，其原因可能是在儲藏前期受到機械損傷，在儲藏后期則快速衰老，破壞了細胞完整性，致使酚類物質和酶加快接觸，加速酶促褐變的發生[17]。貯藏第6天，L*有一個輕微上升趨勢與整體下降態勢存在差異，可能是因為山藥失水，導致山藥表面產生了泛白現象。郭超[11]用微波處理雷筍也得出能夠維持L*值的結果，說明適宜功率微波能夠維持鮮切山藥的L*，保持亮白色澤。

圖1 不同功率微波對鮮切懷山藥L*的影響Fig.1 Effect of different power microwave treatment on L* of fresh-cut yam

2.2 微波處理對山藥褐變度的影響

褐變是限制鮮切山藥儲藏期的主要因素，山藥褐變會使其商品價值及營養價值均快速下降[18]。本實驗測定的是整塊鮮切山藥的褐變程度，旨在通過褐變度指標衡量山藥切塊的整體品質。由圖2可知，鮮切山藥的褐變程度與日漸增，其中未處理組(CK)山藥的褐變率上升極快速，3組處理組在前期褐變率上升緩慢，在貯藏12 d時，100 W處理組山藥褐變率陡增，可能是微波功率過低導致相關褐變酶鈍化不足，后期山藥褐變快速，而其余2組微波組在15 d內一直與未處理組差異極顯著(P<0.01)，表明適當微波對抑制鮮切懷山藥褐變有較顯著表現。

圖2 不同功率微波對鮮切懷山藥褐變度的影響Fig.2 Effect of different power microwave treatment on browning rate of fresh-cut yam

微波對鮮切山藥褐變的抑制，可能是因為微波處理能夠維持山藥完整的膜系統，使褐變酶與酚底物分布在不同區域，減少接觸，同時又通過微波高溫、微波破壞蛋白高級結構、蒸發水分以降低水分活度等方式抑制了褐變相關酶活性，從而延緩其褐變，延長儲藏期。

2.3 微波處理對山藥多酚氧化酶的影響

被公認為引起酶促褐變的主要酶是PPO，它可在氧氣的作用下將果蔬中酚類物質氧化為醌，再通過后續反應聚合為褐色素，導致褐變發生[19]。如圖3所示，儲藏期內鮮切山藥的PPO活性變化趨勢先為上升，在第6天達到酶活性最大值，此時未處理組酶活性達到最高值0.436 6 ΔOD420/(min×g)。在后續9 d中酶活性為下降趨勢，且未處理組酶活性普遍高于處理組，在貯藏15 d，CK組與3組處理組差異極顯著(P<0.01)。另外，在儲藏期內，100 W處理組山藥PPO酶活性高于其余2組處理組，第3天，300 W和500 W處理組酶活性驟減，而100 W處理組酶活性則小幅的上升，說明微波功率大小對抑制酶活性效果有較大影響，高功率微波更能抑制PPO活性。

圖3 不同功率微波處理對鮮切山藥PPO活性的影響Fig.3 Effects of different power microwave treatments on PPO activity of fresh-cut yam

微波對PPO酶活性的抑制是通過非熱效應和熱效應的綜合作用。非熱效應作用是通過微波高頻率能量破壞了維持酶蛋白高級結構的次級鍵，熱效應作用則是微波引起產品內部極性分子摩擦生熱，使酶蛋白高溫變性，紊亂酶功能甚至使其失活[20]。本實驗中PPO酶活性在貯藏期間先升后降的變化趨勢同杜運鵬[21]研究相似，此外，有研究表明微波能夠抑制蒲菜和牛蒡PPO活性[22-23]。本實驗中高功率微波能更好抑制PPO活性的趨勢同PALMA-OROZCO[9]研究結果相同。

2.4 微波處理對山藥過氧化物酶的影響

切割會破壞果蔬酚酶區域化，使其更易發生褐變[24]。在H2O2存在條件下，POD能迅速氧化酚類物質，致使果蔬褐變[19]。圖4顯示在儲藏期間POD活性不斷攀升，儲藏9 d后，各組酶活性陡增，且未處理組酶活性普遍高于處理組，在第6、12和15天，都與處理組形成了極顯著性差異(P<0.01)。除此之外，微波功率越高，其抑制POD活性效果越好，延緩褐變效果越佳，若微波功率過低，滅酶效果不夠，容易在后續貯藏期間發生酶促褐變。

圖4 不同功率微波處理對鮮切山藥POD活性的影響Fig.4 Effects of different power microwave treatments on POD activity of fresh-cut yam

許多學者也研究過微波對POD酶活性的影響，張慧君等[25]研究發現微波能夠鈍化馬齒莧POD酶活性。MARíA在對獼猴桃果泥進行微波處理時發現POD酶活性被鈍化[26]。有研究發現微波能夠減小香蕉PPO和POD酶活性[27]。

2.5 微波處理對山藥電導率的影響

果蔬的相對電導率可以反應其膜系統受傷害程度大小，果蔬組織細胞膜受到損傷時，容易導致電解質滲出，從而導致電導率升高[28]。電導率隨著儲藏時間的延長呈上升趨勢，這表示鮮切山藥的膜脂過氧化程度不斷加劇。如圖5所示，儲藏第3天，300 W處理組和500 W處理組鮮切山藥的電導率略高于未處理組，可能是微波功率過高對山藥膜系統造成了一定的損壞，但后期相較于未處理組，3組處理組都保持了較低的電導率，在儲藏第15天，未處理組與100 W和300 W處理組形成了顯著性差異(P<0.05),說明微波處理能在一定程度上維持貯藏期間山藥的膜完整性，這可能是通過降低鮮切山藥生理作用,延緩衰老所造成的。而CK組在12 d以后電導率變化緩慢，可能是因為嚴重衰老的山藥已經失去生理活性。

伍曉聰研究發現微波處理能夠在一定程度上維持細胞膜完整性[29]。微波能夠維持細胞膜完整性，可能是因為微波熱效應能刺激產品產生抗性，能刺激細胞產生自由基清除劑多胺，強化具有清除活性氧功能的酶類，減少活性氧含量，從而減緩其膜脂過氧化進程[30]。

圖5 不同功率微波處理對鮮切山藥電導率的影響Fig.5 Effect of different power microwave treatment on the conductivity of fresh-cut yam

2.6 微波處理對山藥水分含量的影響

圖6顯示，在儲藏期間山藥的水分含量不斷減少。100 W和300 W處理組山藥水分含量下降較為緩慢，對照組和500 W處理組山藥在9 d以后極速下降，儲藏第12天，500 W處理組與其余3組之間差異顯著(P<0.05)。前期經100 W微波處理的山藥水分含量低于CK組，這可能是微波處理造成一定的失水，但微波效率不足致使鮮切山藥的生理作用沒有得到強烈抑制，反而使得100 W失水多于對照組， 500 W微波組水分含量過低可能是因為微波功率過大，使得水分大量被蒸發，而300 W一直維持較高的水分含量，說明只有選擇適當的微波功率，才能較好地維持鮮切山藥的含水量，從而保持良好的口感和商用價值。

圖6 不同功率微波處理對鮮切山藥水分含量的影響Fig.6 Effect of different power microwave treatment on moisture content of fresh-cut yam

在微波作用下水的損失量一般高于固形物的損失，這是因為水分子吸收了大部分超高頻電場能量[25]。有研究認為，微波功率適當時，能夠使鮮切山藥保持一定的水分含量，這可能是因為微波能減緩其生理作用，減少水分的蒸發與利用。而高功率微波作用下，果蔬組織結構受到破壞，其持水力不似從前，且水分子運動加劇，原本相對固定的吸附水和結合水被釋放，加快水分蒸發，水分損失率自然也增加[31]。因此，在選擇微波參數時要綜合考慮抑制褐變效果和維持水分含量等多種因素。

2.7 微波處理對山藥失重率的影響

收獲后的果蔬仍具有生理特征，不斷進行呼吸作用，消耗原本儲存的營養物質是其唯一的供能方式，在這個過程中大量物質被氧化分解，果蔬質量下降，因此失重率是一個影響果蔬儲藏期的重要因素。本實驗中，山藥的外形、營養成分、口感等指標會直接受到其失重率的影響。在貯藏過程中山藥的失重率如圖7所示呈上升趨勢。100 W處理組山藥的失重率最低，而其余2組山藥在前期貯藏過程中失重率高于對照組，結合圖6水分含量的變化趨勢，可能是微波功率大，產生的熱量多，加速鮮切山藥的生理活動，促使了鮮切山藥營養物質和水分的散失。儲藏第15天時，500 W處理組與其余3組之間差異顯著(P<0.05)，而300 W處理組與對照組失重率相近，因此，推測知500 W微波功率容易對鮮切山藥造成營養流失，而100 W和300 W功率較為適宜，在一定程度上能夠維持鮮切山藥較低的失重率。

圖7 不同功率微波處理對鮮切山藥失重率的影響Fig.7 Effect of different power microwave treatment on weight loss rate of fresh-cut yam

楊艾青等[32]研究番茄保鮮時，發現微波對抑制果蔬失重有不同的影響，要選擇恰當的微波時間，微波時間過長容易起反作用。這與本實驗中不同功率微波會對鮮切懷山藥失重產生不同影響的這一現象有著相似的結果。

2.8 微波處理對山藥感官評價的影響

對鮮切懷山藥最直觀的評價就是對其進行感官評價(圖8)，從山藥顏色、質地和腐爛程度進行綜合評分，感官評價是限制山藥貨架期的主要因素。在15 d的貯藏期內，山藥的感官評價數值不斷減小，且儲藏后期的感官質量下降速率更大。在整個貯藏期內，對照組與3組處理組存在極顯著差異(P<0.01)，儲藏第9天時，對照組的山藥感官評價值為78.63，已經失去了食用價值。3組處理組在前9 d保鮮效果相似，在儲藏第12天及以后，300 W微波組與其余2組微波組存在極顯著差異(P<0.01)，由此可見，微波功率300 W、處理時間80 s是最優的微波處理參數，能夠抑制鮮切山藥的褐變，使山藥在15 d時仍然保持較好的感官品質，如圖9所示，B組山藥在15 d時維持最亮白的色澤。

A-100 W;B-300 W;C-500 W圖8 不同功率微波處理對鮮切山藥感官評價的影響Fig.8 Effect of different power microwave treatment on sensory evaluation of fresh-cut yam

圖9 第15天4組山藥色澤對照圖Fig.9 The different color results of 4 groups on 15th day

3 結論

褐變是限制鮮切懷山藥貯藏期的主要問題。本研究表明，100、300、500 W三種微波功率分別處理鮮切山藥80 s都能夠抑制褐變相關酶PPO和POD的活性，維持鮮切山藥的表面亮度及山藥本身的乳白色澤，降低整體褐變率，維持良好的商品及營養價值。此外，微波能較好維持山藥膜系統的完整性，降低細胞液的滲透，然而微波功率不足會導致護色效果不顯著，功率過高又容易引起產品營養和水分的損失，所以在達到抑制褐變效果的同時，要控制微波功率和時間在適當的范圍。本研究中100 W處理組由于褐變酶活性抑制效果不徹底，導致后期褐變加速；而500 W處理則使山藥的失重率大幅上升、水分含量降低，因此，本實驗結果顯示微波功率300 W，微波時間80 s效果最優，能夠延長山藥保鮮時間至15 d。