超聲波-氣調聯合處理對番茄、絲瓜混合貯藏保鮮效果的影響

章瀟天， 張 慜*， 過志梅

（1. 食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學，江蘇 無錫214122；2. 無錫海核裝備科技有限公司，江蘇 無錫214191）

蔬菜營養豐富，是船員遠洋航行中必不可少的飲食需求。 但隨著航行時間的增加，果蔬新鮮度逐漸下降，無法滿足航行全程中船員的蔬菜需求。 另外，由于船舶空間有限，船員可以吃到的蔬菜種類也有限，因此蔬菜混合貯藏保鮮有著廣闊的應用前景[1]。 果蔬呼吸產生乙烯氣體，造成水分損失，肉質軟化，保鮮期縮短[2]。 可見混藏的主要問題在于多品種蔬菜呼吸作用產生的乙烯積累，且易造成病原微生物的交叉感染。 目前關于蔬菜混藏的研究較少[3-4]。而關于番茄、絲瓜的混藏試驗尚未有報道。

番茄果實酸甜可口，絲瓜生津止渴、順氣健脾。番茄、絲瓜中維生素C 含量豐富，多食有助于降低血清膽固醇[5]，是夏季常食蔬菜，在船舶航行中也能提供船員必需的營養和美味。 番茄水分含量大、果皮薄軟怕擠壓，屬于喜溫性果實，低于12 ℃貯藏易受冷害，高溫對番茄的后熟有促進作用，貯藏保鮮比較困難[6]。 絲瓜低于11 ℃貯藏也易受冷害，瓜條變軟。 因此冷藏12～14 ℃為宜[5]。

超聲波作為一種非熱技術，可產生強烈的機械作用和空化作用，用于果蔬清洗除塵。 超聲波空化產生的局部高溫高壓和高剪切力打破細胞壁和膜結構，破壞微生物細胞，起到殺菌作用[7]。 此外，有研究表明超聲波處理采后果蔬可以改善其質地特性和理化品質[7]。 超聲波保鮮方法條件溫和、安全、清潔且無副作用，近年來在果蔬保鮮領域得到快速發展。 張福平等[8]評估了超聲波結合氣調包裝對番石榴保鮮的影響，與無處理相比，超聲波處理10 min結合氣調包裝將番石榴的貯藏期延長了12 d。 黃利強等[9]將超聲波處理結合氣調包裝應用到葡萄保鮮中， 得出超聲5 min 結合MA 包裝處理可降低葡萄失重和呼吸。 Feng 等[10]研究了超聲波結合CA 對黃瓜品質的影響，研究表明聯合處理能有效保護黃瓜細胞膜并抑制水分的流動。

作者將超聲波技術應用于采后番茄、絲瓜混合貯藏保鮮，同時與氣調包裝聯合，對比冷藏，研究貯藏期內聯合技術的保鮮效果，旨在降低成本、船運能耗和船舶使用空間的同時，保持混合蔬菜良好的保鮮品質，以期為果蔬混合貯藏提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

番茄、絲瓜：購買于無錫市濱湖雪浪菜市場，選用無機械損傷的粉紅熟番茄與絲瓜； 氣調包裝袋（高密度聚乙烯袋（HDPE），尺寸70 cm×80 cm，厚度35 mm）：深圳市創信包裝材料有限公司產品。

1.2 實驗設備

KK180 氣調包裝機：蘇州市凱康機械設備有限公司產品；JY98-3D 超聲波清洗儀： 浙江寧波超聲機械設備有限公司產品；UV-2600 紫外分光光度計：上海天美科學儀器有限公司產品；SIGMA2-16K低溫高速離心機：德國西格瑪公司產品；NMI120 低場核磁分析儀： 上海紐邁電子科技有限公司產品；GY-1 型硬度計：廣州市華智儀器儀表有限公司產品。

1.3 實驗設計

1.3.1 超聲波處理時間優化試驗 分別用超聲波（頻率20 kHz，輸出功率180 W）處理番茄5 min 和10 min，晾干后置于冷庫中（12±1） ℃貯藏，以蒸餾水浸泡番茄5 min 為對照；分別用超聲波（頻率20 kHz，輸出功率300 W）處理絲瓜5 min 和10 min，晾干后置于冷庫中（12±1） ℃貯藏，以蒸餾水浸泡絲瓜5 min 為對照； 優化超聲波處理番茄和絲瓜的時間。

1.3.2 番茄、絲瓜混藏氣調試驗 將番茄、絲瓜分6組混藏，充氣（第1 組（體積分數）：3%O2、2%CO2、95%N2；第2 組（體積分數）：3%O2、4%CO2、93%N2；第3 組 （體積分數）：3%O2、6%CO2、91%N2； 第4 組（體積分數）：6%O2、2%CO2、92%N2；第5 組（體積分數）：6%O2、4%CO2、90%N2；第6 組（體積分數）：6%O2、6%CO2、88%N2），置于冷庫中（12±1） ℃貯藏，每組番茄、 絲瓜各1 kg， 總質量2 kg。 本次實驗共6組，每組3 個平行，優化混藏的氣體組分。

1.3.3 超聲波-氣調聯合處理保鮮試驗 在超聲波試驗和混藏氣調試驗的基礎上，設置：

1）冷藏組 將番茄和絲瓜混放于筐中（長×寬×高：40 cm×30 cm×10 cm），置于冷庫中（12±1）℃貯藏。

2）超聲組 分別用頻率20 kHz，輸出功率180 W 和300 W 的超聲波處理番茄和絲瓜5 min， 晾干后混放于筐中（長×寬×高：40 cm×30 cm×10 cm），置于冷庫中（12±1） ℃貯藏。

3）氣調貯藏組 將番茄和絲瓜混置于HDPE 氣調袋中， 充入初始氣體比例 （體積分數）6%O2、4%CO2、90%N2后封口置于冷庫中（12±1） ℃貯藏；

4）超聲-氣調聯合保鮮組 分別用頻率20 kHz，輸出功率180 W 和300 W 的超聲波處理番茄和絲瓜5 min，晾干后混置于HDPE 氣調袋中充入（體積分 數）6%O2、4%CO2、90%N2后 封 口， 置 于 冷庫 中（12±1） ℃貯藏。

本次實驗中共4 個處理， 每個處理3 個平行，分別測定各項指標。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 失重率 采用差量法[3]測定各實驗組失重率：

式中，M為失重率，%；m0為初始質量，g；m1為最終質量，g。

1.4.2 硬度 采用GY-1 型手持硬度計測量， 單位以N 表示。

1.4.3 呼吸強度 采用靜置法，參照曹健康《果蔬采后生理生化實驗指導》中靜置堿液吸收法，結果以H表示，單位為mg/（kg·h）表示。

1.4.4 抗壞血酸質量分數 參照國標GB5009.86—2016，采用2，6-二氯靛酚滴定法，滴定終點為溶液呈微紅色，結果以K表示，單位為mg/hg 表示。

1.4.5 丙二醛（MDA）質量摩爾濃度 采用硫代巴比妥酸法測定[11]，結果以Q表示，單位為μmol/kg 表示。

1.4.6 感官評定 選擇7 名具有專業知識的人員分別對番茄和絲瓜評分再取平均值。 表1—2 為參考有關文獻制定的具體感官評分標準[5，12-13]。

表1 番茄感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of tomato

表2 絲瓜感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of loofah

1.4.7 低場核磁共振（LF-NMR）分析 對于絲瓜，每次測試取約2.6 g 的去皮絲瓜樣品。CPMG 脈沖序列被用來獲得衰變信號。 信號采集的主要參數如下：TW（時間等待）＝3 000 ms，TE（時間回波）＝1 ms，NECH（回波數）＝9 000，NS（掃描次數）＝16。

1.4.8 電子鼻分析 取樣品4 g， 置于電子鼻專用樣品瓶中，室溫下密封放置30 min，待樣品揮發性成分積累到一定濃度并充滿樣品測試瓶上部的頂空空間時，將電子鼻檢測探頭插入樣品瓶中采集檢測信號。 電子鼻使用前預熱30 min，并進行清洗，每測試一個樣品后， 都對電子鼻檢測探頭進行清洗，清洗結束后進行下次的掃描。 測試參數為氣體流量1 L/min，測試時間120 s，清洗時間120 s，每個樣品平行做4 次。 結果用主成分分析圖（PCA 圖）和雷達圖表示。 在傳感器陣列系統中有14 個傳感器，所代表的成分如表3 所示。

表3 電子鼻中不同傳感器代表的風味成分Table 3 Flavor components represented by different sensors in the electronic nose

1.4.9 電子舌分析 取樣品70 mL， 分別倒入電子舌專用測試杯中， 使液面低于刻度線0.5～1 mm，機器自動測試4 次， 分析時取后3 組實驗的平均值，并轉化為各味覺的響應值數值再輸出。 本設備的響應值具有相對意義，即只有比較才有意義，響應值的差值越大表明差異越大，正值表明該味覺比對照組強，負值則相反。

1.5 數據處理

試驗數據用OriginPro 2015 和SPSS 16.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 超聲處理時間對番茄和絲瓜硬度的影響

果實硬度與其成熟度有關。 由圖1 可知，番茄的硬度在貯藏過程中逐漸降低，可能是番茄成熟度增加，導致果實變軟。 超聲處理后有效減緩了番茄硬度的下降，其中以超聲處理5 min 效果最明顯，與對照組差異顯著（P＜0.05）。貯藏至第18 天，對照組、超聲處理5 min 組、超聲處理10 min 組番茄的硬度分別為2.12、4.45、3.36 N。由此可見超聲5 min 對保持番茄的硬度最有效。

圖2 為超聲處理時間對貯藏過程中絲瓜硬度的影響， 超聲處理5 min 后絲瓜在貯藏期內保持最高的硬度值，與對照組差異顯著（P＜0.05）。貯藏至第14 天，對照組絲瓜硬度大幅度下降，至第18 天，對照組、超聲5 min 組、超聲10 min 組絲瓜的硬度分別為3.01、4.29、4.10 N。 由此可得，絲瓜經超聲波處理5 min 最為有效減緩了其硬度的下降。

圖1 超聲處理時間對番茄硬度的影響Fig. 1 Effect of ultrasound time on tomato hardness

圖2 超聲處理時間對絲瓜硬度的影響Fig. 2 Effect of ultrasound time on loofah hardness

2.2 氣調包裝對番茄和絲瓜混藏品質的影響

表4 顯示了不同氣體組分對貯藏至第21 天的番茄硬度與感官評分的影響。 結果顯示，當氣體組分O2體積分數6%、CO2體積分數4%時， 番茄的硬度與感官評分值最大，且感官評分值與其他組別差異性顯著（P＜0.05），說明此氣體組分適宜番茄和絲瓜混藏下番茄品質的保持。 果蔬在低O2、高CO2氣調環境下有利貯藏，但O2體積分數過低易誘發果蔬無氧呼吸，增加失重，降低硬度與感官品質。 表5 為不同氣體組分下貯藏至第21 天時絲瓜的硬度與感官評分值。 結果顯示，當氣體組分（體積分數）為6%O2、4%CO2、90%N2時，絲瓜的硬度與感官評分值最大，且硬度值與其他組別差異性顯著（P＜0.05），因此確定氣體組分 （體積分數）6%O2、4%CO2、90%N2為番茄和絲瓜混合氣調的最佳氣體組成。

表4 不同氣體組分對番茄果實硬度與感官的影響Table 4 Effect of different gas composition on the hardness and sensory of tomato

表5 不同氣體組分對絲瓜硬度與感官的影響Table 5 Effect of different gas composition on the hardness and sensory of loofah

2.3 超聲波-氣調聯合處理對失重率的影響

番茄、絲瓜混藏過程中失重率逐漸增加。 失重率的增加主要由水分損失和呼吸消耗引起，其中水分損失占主要原因[1]。 由圖3（a）可知，貯藏12 d 后，冷藏組和氣調組番茄的失重率大幅度增加，貯藏24 d 后，失重率大于4.5%。 而超聲波組和聯合保鮮組番茄的失重率在貯藏30 d 后仍低于2%， 其中超聲波組1.49%，聯合保鮮組0.67%，與冷藏組和氣調組差異性顯著（P＜0.05），因此超聲波處理結合氣調包裝的聯合保鮮方式最適合此混藏狀態下番茄失重率的保持。 由圖3（b）可知，聯合保鮮組絲瓜在貯藏過程中保持最低的失重率，與冷藏組和氣調組差異顯著（P＜0.05）。 貯藏30 d 后，冷藏組絲瓜失重率達6.06%，而氣調組、超聲波組、聯合保鮮組絲瓜的失重率分別為4.68%、3.00%、1.47%。 超聲波與氣調聯合保鮮有效減緩了混藏過程中絲瓜失重率的增加。

圖3 超聲波-氣調聯合處理對失重率的影響Fig. 3 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on weight loss rate

2.4 超聲波-氣調聯合處理對呼吸強度的影響

果蔬的呼吸強度與代謝成正比， 與品質成反比，因此呼吸強度對果蔬貯藏具有重要的指導意義[14]。圖4 為番茄、絲瓜在混藏期間呼吸強度的變化情況。 在貯藏前5 d，番茄、絲瓜的呼吸速率迅速下降。 這主要由于蔬菜采后呼吸作用仍然旺盛，迅速置于低溫環境下貯藏其呼吸作用會迅速被抑制。

番茄在成熟過程中會出現呼吸高峰，其風味和品質也會逐漸變差[15]。 從圖4（a）可以看出，儲藏至10～15 d，冷藏組最先出現呼吸高峰，而聯合處理將番茄呼吸高峰推遲至20～25 d 出現，因此，最為有效減弱了番茄的呼吸作用。

由圖4（b）可得，貯藏18 d 后，絲瓜的呼吸強度逐漸加強。 可能是貯藏后期高體積分數的CO2誘導絲瓜產生抗逆性生理代謝，引起呼吸增強[2]。 其中冷藏組絲瓜的呼吸強度明顯高于其他處理組，而超聲波-氣調聯合保鮮組絲瓜的呼吸強度最低， 與冷藏組差異顯著（P＜0.05）。 說明聯合保鮮對絲瓜的呼吸有一定減弱作用。

2.5 超聲波-氣調聯合處理對丙二醛（MDA）質量摩爾濃度的影響

丙二醛是果蔬細胞膜脂過氧化產物，它的含量與細胞膜受損程度呈正相關[16]。 圖5 是混藏期間番茄和絲瓜MDA 質量摩爾濃度的變化情況。 番茄、絲瓜的MDA 在貯藏過程中逐漸積累， 說明細胞膜受損害程度逐漸增強。 貯藏30 d 后，冷藏組、超聲波組、氣調組、超聲波-氣調聯合組的番茄MDA 質量摩爾濃度分別為9.62、7.61、7.53、6.19 μmol/kg，冷藏組、超聲波組、氣調組、超聲波-氣調聯合組的絲瓜MDA 質量摩爾濃度分別為6.59、5.01、6.24、4.60 μmol/kg。 對番茄和絲瓜而言，聯合保鮮組與冷藏組差異顯著（P＜0.05），而與氣調組和超聲波組差異均不顯著（P＞0.05）。 說明超聲波和氣調單一作用都一定程度減緩了細胞膜過氧化程度的增加，其中超聲波聯合氣調保鮮最大程度降低了番茄、絲瓜貯藏過程中活性氧自由基積累導致的細胞膜損害，對蔬菜膜系統有雙重保護作用。

圖4 超聲波-氣調聯合處理對呼吸強度的影響Fig. 4 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on respiration rate

2.6 超聲波-氣調聯合處理對番茄抗壞血酸質量分數的影響

抗壞血酸是果蔬重要的品質指標。 果蔬在貯藏過程中品質下降， 抗壞血酸含量也相應下降。 圖6為不同處理對貯藏過程中番茄抗壞血酸質量分數的影響。 超聲波-氣調聯合處理番茄在貯藏期內保持最高的抗壞血酸含量。 貯藏24 d 后，冷藏組番茄的抗壞血酸質量分數為5.55 mg/hg， 而貯藏至30 d后，超聲波組、氣調組、聯合保鮮組的番茄抗壞血酸質量分數分別為5.62、5.65、7.11 mg/hg，高于貯藏至24 d 冷藏組番茄的抗壞血酸質量分數，說明超聲波處理和氣調均有利于混藏過程中番茄抗壞血酸含量的保持，其中，超聲波-氣調聯合保鮮對番茄抗壞血酸含量的保存最為有利。

圖5 超聲波-氣調聯合處理對MDA 質量摩爾濃度的影響Fig.5 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on MDA content

圖6 超聲波-氣調聯合處理對番茄抗壞血酸質量分數的影響Fig. 6 Effect of ultrasound treatment combined with MAP on ascorbic acid content of tomato

2.7 超聲波-氣調聯合處理對絲瓜水分分布的影響

圖7（a）（b）分別為不同處理混藏體系中絲瓜貯藏至第18 天、第30 天的核磁共振圖譜。 果蔬貯藏過程中組織內部的水分流動性會增加，導致失水增加，品質下降[17]。低場核磁共振圖譜可以直觀地觀察絲瓜貯藏過程中水分狀態的變化。 根據橫向弛豫時間的不同， 絲瓜體系中的水分可以分為T21（1～10 ms），T22（10～200 ms），T23（200～1 000 ms），分別代表不同結合度和流動性的水分，T值越大，水分流動性越強，自由度越高。T23代表著絲瓜體系中最易失去的自由水，由圖7（a）可知，在貯藏至第18 天，冷藏組：T23=666.99 ms； 超聲波組：T23=580.52 ms； 氣調組：T23=666.99 ms； 超聲波-氣調聯合組：T23=541.59 ms，由圖7（b）可知，貯藏至第30 天也得到相同的結果。 即T23值大小：冷藏組=氣調組＞超聲波組＞超聲波-氣調聯合組， 說明超聲波處理可有效降低水分自由度，減少水分散失。 其中，超聲波-氣調聯合保鮮組絲瓜T23水的自由度最低， 可見聯合處理使絲瓜中的T23水與非水組分結合更緊密， 水分不易失去，因此聯合處理對絲瓜的保鮮效果最佳。

2.8 基于電子舌對超聲波-氣調聯合處理下番茄的滋味分析

電子舌利用仿生技術可模擬人類味覺器官分析出酸、甜、苦、咸、鮮等味覺指標[18]。 表6 為混藏第15 天和第30 天番茄的味覺響應值。 其中酸味均大于新鮮番茄，且隨著貯藏時間的增加，酸味響應值增加。 冷藏組與新鮮的差異最大，處理組的酸味值接近新鮮，其中聯合保鮮組番茄與新鮮番茄的酸味差異最小。番茄的酸味與它的成熟和腐爛有關[6]。根據澀味響應值，所有組別番茄的澀味均較新鮮番茄有很大的差異。 果蔬中的澀味主要來源于可溶性單寧等多酚化合物，當單寧與口腔黏膜上的蛋白質作用引起凝固時，會產生收斂的感覺，就是澀味。 新鮮番茄剛采摘，成熟度低，大多含有水溶性單寧，因此有輕微的澀味，當果實成熟度增加，澀味就逐漸脫除。

圖7 絲瓜貯藏至不同時間的低場核磁共振圖譜Fig. 7 Low field nuclear magnetic resonance spectrum of loofah stored at different day

表6 不同處理番茄的滋味特征Table 6 Taste characteristics of tomato treated with different methods

2.9 基于電子鼻對超聲波-氣調聯合處理下絲瓜的氣味分析

主成分分析是用于區分樣品之間差異的有效辦法[19]。電子鼻能夠檢測樣品之間氣味的差異性。圖8 為基于電子鼻對不同處理下貯藏第30 天絲瓜氣味的主成分分析，主成分1 和主成分2 的貢獻率分別為82.197%、 16.986%，2 個主成分的總貢獻率高達99.183%， 因此根據這2 個主成分可以很好地區分冷藏組和聯合保鮮組的絲瓜樣品。 圖9 為不同處理下絲瓜貯藏至第30 天的氣味雷達圖， 冷藏組和超聲組絲瓜的S1、 S5 、S6、S9 和S13 傳感器的響應值大于氣調組和聯合保鮮組，其中冷藏組最大。 結合表3 來看， 其中冷藏組絲瓜中的芳香族化合物類、醚類和酚醚類物質以及氫類物質較多，可能是絲瓜腐爛產生的氣味， 說明絲瓜冷藏保鮮品質低劣。 而聯合處理絲瓜的響應值最小，可能是氣調結合超聲波減弱了絲瓜的呼吸作用，減慢了其腐爛進程，因此保鮮品質優于冷藏。

圖8 基于電子鼻對不同處理絲瓜氣味的主成分分析Fig. 8 Principal component analysis of loofah treated with different methods based on electronic nose

圖9 不同處理絲瓜的氣味雷達圖Fig.9 Radar chart of loofah treated with different methods

3 結 語

超聲波（20 kHz、180 W）處理番茄5 min，超聲波（20 kHz、300 W） 處理絲瓜5 min 能有效減緩果實硬度的下降；番茄和絲瓜混合氣調的最佳氣體組成（體積分數）：6%O2、4%CO2、90%N2；超聲波-氣調聯合處理保鮮對混藏番茄、絲瓜的品質有利，有效減緩了失重率的增加、丙二醛（MDA）的積累、呼吸作用以及番茄抗壞血酸含量的下降。 聯合保鮮組番茄滋味與新鮮番茄最接近，絲瓜氣味與冷藏相比差異明顯。 因此超聲波-氣調聯合處理有利于番茄、絲瓜混藏品質的保持。