等離子體活化水對鮮切生菜殺菌效能及貯藏品質影響

袁 園,黃明明,魏巧云,章建浩,嚴文靜

(南京農業大學食品科技學院,國家肉品質量安全控制工程技術研究中心,江蘇省肉類加工與質量控制協同中心,江蘇南京 210095)

鮮切蔬菜(fresh-cut vegetables)是指以新鮮蔬菜為原料,經分級、修整、清洗、去皮去核、切割、護色、稱量、包裝等處理而制成的方便制品[1]。因為具有食用方便、可食率高等特點,鮮切蔬菜越來越受到消費者的喜愛[2]。

生菜(LactucasativaL.)又稱為萵苣,富含多種維生素、鈣、鐵等微量元素和膳食纖維素,是我國主要消費的綠葉蔬菜之一[3]。但是鮮切生菜的組織在加工過程中受到損傷,呼吸作用加強,導致水分蒸發速度加快,褐變反應迅速;并且在流通過程中又容易受到微生物污染,以及貨架期縮短等一系列不良問題,對消費者的健康構成威脅[1]。有研究指出生菜表面的菌落總數約為4.28～7.69 lg(CFU/g),大腸菌群約為3.9～5.29 lg(MPN/100 g),乳酸菌、霉菌及酵母菌等未檢出[4-5],因此為了有效地抑制微生物生長,提高產品安全性,延長產品貨架期,清洗殺菌是鮮切生菜加工過程中的重要步驟。現在商業生產中最常用的清洗劑是低濃度的含氯溶液,但是許多消費者擔憂含氯物質的殘留問題[6]。所以研發一種不僅能有效地抑制鮮切生菜微生物繁殖,而且對人體無毒無害的清洗消毒方式十分迫切。近些年來,一些冷殺菌技術如臭氧水[6]、強脈沖光[7]和納米薄膜包裝[8]等逐步被應用到生菜儲藏加工中來延長產品儲藏期。

同樣作為一種新型的冷殺菌技術,低溫等離子體(cold plasma,CP)已被證實能夠殺死不同種類的微生物,包括細菌、真菌、孢子和病毒[9-11]等。許多研究指出低溫等離子體裝置產生的多種活性物質(reactive oxygen species,ROS)是主要的殺菌成分[12-13]。通過在水中或者水表面進行等離子體放電,CP產生的大量活性物質可以和水溶液結合,制得PAW[13-15]。PAW也具有廣譜殺菌特性,可以有效地抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等多種食源性致病菌[12-13,15-18]。相比其它消毒劑,PAW因為具有無化學試劑殘留、容易降解、對環境友好等特點[15],在果蔬保鮮中發揮著巨大的作用。Ma等[15]發現PAW處理后,草莓表面的金黃色葡萄球菌數量降低了1.6～2.3 lg(CFU/g),貯藏4 d后,仍然比對照低1.7～3.4 lg(CFU/g),并且PAW還可以有效降低枸杞表面菌落數,最大降幅可達1.1 lg(CFU/g)[19]。此外,蘑菇經過PAW浸泡處理,儲藏7 d后細菌菌落數降低1.5 lg(CFU/g),真菌菌落數降低0.5 lg(CFU/g)[20]。但是目前很少有文章研究PAW對鮮切生菜殺菌保鮮的影響。

本研究采用PAW對鮮切生菜進行處理,分析生菜的微生物指標(菌落總數和大腸菌群數)和生理生化指標(失重率、顏色、維生素C含量、葉綠素含量和多酚氧化酶),研究PAW對鮮切生菜貯藏品質的影響,為低溫等離子體技術在實際中的運用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生菜(LactucasativaL.) 購買于南京蘇果超市紫金商業街店,立即運回實驗室,實驗前在4 ℃下儲藏，挑選新鮮完整、大小一致,色澤均勻翠綠、無病蟲害、無機械損傷的生菜作為實驗材料;紅菲啰啉 分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;平板計數瓊脂、伊紅美藍瓊脂、乳糖膽鹽發酵培養基、乳糖發酵培養基 均為上海博微生物科技有限公司;丙酮、磷酸、三氯化鐵、三氯乙酸、抗壞血酸、鄰苯二酚 均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司;水為去離子水。

介質阻擋放電低溫等離子體設備 美國Phenix Technologies公司;CTHI-250B恒溫恒濕箱 上海施都凱設備公司;托盤式包裝機 蘇州森瑞保鮮設備有限公司;UV2600紫外分光光度計 日本島津實驗器材有限公司;HH-4A數顯恒溫水浴鍋 常州潤華電器有限公司;CR-400色彩色差計 柯尼卡美能達有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 等離子體活化水的制備 采用介質阻擋放電等離子體(Dielectric barrier discharge,DBD)裝置生產等離子體活化水。首先將去離子水先包裝在聚丙烯包裝盒中,用包裝機進行聚丙烯薄膜密封。然后將包裝盒放于兩個電極板之間,在時間5 min,電壓35、55、75 kV條件下進行處理。

1.2.2 生菜預處理 挑選新鮮,無機械損傷的生菜,用去離子水清洗干凈,快速瀝干。選取中間部分的葉片,用鋒利的不銹鋼刀切除中間的葉脈并將葉片切成3 cm左右的小段,用不同處理條件下的活性水清洗5 min并瀝干。將處理好的樣品放入聚乙烯保鮮袋中,每袋100 g。本次實驗分為四組,每組20袋。對照組:清水處理;處理組1:處理電壓為35 kV的等離子體活化水;處理組2:處理電壓為55 kV等離子體活化水;處理組3:處理電壓為75 kV等離子體活化水。包裝好的葉片放于溫度4 ℃、濕度85%儲藏10 d。每隔兩天隨機每組抽取三袋進行以下各種指標測定。

1.2.3 測定指標及方法

1.2.3.1 微生物評價 采用GB 4789.2-2016進行菌落總數測定[21];采用GB/T 4789.3-2003 進行大腸菌群測定[22]。

1.2.3.2 失重率 采用稱量法進行測定[23]。

1.2.3.3 顏色的測定 采用色差計測量鮮切生菜葉片的L*值、a*值、b*值,每次在每一個樣品的同一位置測量。重復9次,計算平均值。按照Ramazzina等[24]方法計算鮮切生菜總色差值ΔE*:

1.2.3.4 維生素C含量 參考李園園等[25]的方法,采用鄰菲啰啉比色法測量。維生素C含量以mg/100 g FW表示。

1.2.3.5 葉綠素含量 采用分光光度計法[26]。重復三次,結果表示為mg/g。

1.2.3.6 多酚氧化酶活性 參考霞申等[26]的方法,稍作修改。酶提取液選擇濃度為0.2 mol/L的磷酸緩沖溶液(pH=6.4)。隨機稱取5 g樣品,加入20 mL緩沖溶液和0.1 g聚乙烯吡咯烷酮,冰浴研磨成勻漿,于4 ℃、12000×g離心30 min,收集上清液。取0.1 mL上清液加入3 mL 0.5 mol/L鄰苯二酚溶液迅速混合,記錄反應體系在波長398 nm下1 min內的吸光度值。

1.3 數據分析

采用SPSS 20.0軟件對以上數據進行統計分析,使用Duncan法進行ANOVA分析(P<0.05)。所有實驗重復3次,表達為平均值±標準差。采用Origin 9.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 PAW對鮮切生菜的菌落總數及大腸菌群的影響

鮮切蔬菜因為組織損傷,微生物的繁殖速度加快,因此有效控制鮮切生菜菌落總數十分重要。圖1A顯示的是四組鮮切生菜在儲藏期內菌落總數的變化。從生鮮蔬菜的菌落總數超過6 lg(CFU/g)就會失去商業價值[27]的觀點來分析:對照組儲藏2 d就失去商業價值,而55 kV處理組8 d才會超過6 lg(CFU/g),說明PAW能有效延長生菜貨架保鮮期。Martínez-Hernández等認為生鮮產品的微生物數量超過7 lg(CFU/g)時會對消費者健康產生潛在危害[28]。75 kV處理組的菌落總數第10 d才達到6.22 lg(CFU/g),而對照組菌落總數分別在第2和第4 d就超過6和7 lg(CFU/g)。第0 d 35、55和75 kV處理組的菌落總數分別下降了0.60、1.08和1.39 lg(CFU/g);儲藏前4 d,處理組與對照組的菌落總數差距不斷增大,第4 d差距分別達到1.23、2.50、2.84 lg(CFU/g)。由此可見PAW處理可以有效地抑制鮮切生菜的菌落總數生長,這與之前的一些研究相符[15-16,19-20]。大腸桿菌是一種具有致病性且低劑量就可感染的病原微生物[4]。如圖1B所示,簡單的清水沖洗對大腸菌群的作用很有限,而PAW可以有效地抑制大腸菌群的生長。75 kV處理組效果最好,第0 d僅有2.03 lg(MPN/100 g),比對照減少了1.92 lg(MPN/100 g)。處理電壓強度越大,殺菌效果越好。這可能是因為水中ROS濃度會隨著處理電壓強度的上升而提高,因為之前的一些研究顯示PAW的抑菌性能與水中ROS濃度密切相關[18,20,29]。

圖1 不同條件的PAW對鮮切生菜菌落總數及大腸菌群數的影響Fig.1 Effects of different PAW treatments on the totalcolony count and total coliform count of fresh-cut lettuce注:不同字母(a、b、c)表示同一貯藏時間不同處理組之間在P<0.05水平下有顯著差異,圖2～圖6同。

2.2 PAW對鮮切生菜的失重率的影響

采摘后的生菜依然具有生命,在儲藏過程中會進行呼吸代謝等活動,消耗能量;同時,鮮切生菜的葉片表面積較大,會進行蒸騰作用散失水分,兩種因素都造成果實的質量減少,品質降低[30]。圖2可以看出儲藏前期,PAW處理對前期生菜的失重率沒有顯著影響,后期差異逐漸增大。從第6 d開始,55 kV處理組失重率顯著低于對照組(P<0.05)。第8 d,55 kV處理組的失重率為4.71%,低于5%,對照組、35和75 kV的失重率分別為5.68%、5.28%和5.05%。說明PAW能很好地保持鮮切生菜儲藏期間的質量,而且隨著儲藏時間的延長,效果越好。

圖2 不同條件的PAW對鮮切生菜失重率的影響Fig.2 Effects of different PAW treatments on theweight loss rate of fresh-cut lettuce

2.3 PAW對鮮切生菜顏色的影響

顏色是消費者購買的主要依據之一,儲藏時間長的生菜褐變嚴重,葉色發黃[31]。褐變也是鮮切生菜儲藏期間品質下降的主要原因。L*值代表亮度,L*值越大代表樣品越亮,反之代表顏色越暗。鮮切生菜儲藏過程容易發生褐變造成L*值下降。圖3A顯示了不同清洗劑在儲藏期間對鮮切生菜亮度L*值的影響,可知儲藏期間四組生菜樣品的L*值不斷下降,顏色變暗,褐變情況不斷加重。其中55 kV處理組的L*值下降比較緩慢,從第4 d開始,顯著高于對照組(P<0.05),這與之前的研究類似[24],低溫等離子體處理可以減緩鮮切獼猴桃的顏色變暗。這可能是低溫等離子體產生的多種活性物質可以鈍化蔬菜的PPO酶[32-33],從而延緩了褐變產生,保持生菜新鮮的色澤。除了第10 d 55 kV處理組的樣品L*值比較高之外,不同電壓的處理組L*值區別不顯著(P>0.05),說明不同電壓的PAW均能有效保持生菜的亮度值。圖3B表示的是儲藏期間實驗組和處理組的總色差的變化。ΔE越大表示鮮切生菜表面顏色變化程度越大。從圖中可以看出,各組總色差值前期差異不大,隨著儲藏時間的延長,差異越來越明顯,儲藏第8 d時,各處理組均顯著小于對照組(P<0.05),說明PAW對生菜的色澤有較好的保護作用,而且保護作用隨著儲藏時間的延長越來越好。

圖3 不同條件的PAW對鮮切生菜L*值(A)和總色差值(B)的影響Fig.3 Effects of different PAW treatmentson the L*(A)and ΔE(B)of freshcut lettuce

2.4 PAW對鮮切生菜維生素C含量的影響

蔬菜越新鮮,維生素C含量越多;反之,隨著儲藏期的延長,維生素C含量也不斷下降。鮮切生菜比完整植株在儲藏過程中更容易造成維生素C的損失,因為維生素C更容易被空氣中的氧氣氧化[3]。由圖4可以看出,儲藏前期75 kV處理組的維生素C含量下降較快,從第0 d的10.08 mg/FW 100 g到第4 d只有7.13 mg/FW 100 g，損失率達到29.30%,顯著小于對照和35 kV處理組(P<0.05)。Misra等[34]認為CP處理產生的臭氧及其他活性物質能與維生素C發生化學反應,造成維生素C過度消耗。35和55 kV處理組維生素C含量也低于對照組,但是差異不顯著(P>0.05)。

圖4 不同條件的PAW對鮮切生菜維生素C含量的影響Fig.4 Effects of different PAW treatments on theascorbic acid content of fresh-cut lettuce

2.5 PAW對鮮切生菜葉綠素含量的影響

生菜采摘后葉綠素的合成停止,隨著儲藏時間的延長,葉綠素含量不斷下降,造成葉片綠色消失,葉片黃化,影響商業和食用價值[26]。因此葉綠素含量是評價生菜品質和新鮮程度的關鍵指標之一。由圖5可以看出鮮切生菜的初始葉綠素含量為1.53 mg/g左右,隨著儲藏期的延長,各組葉綠素含量不斷下降。75 kV處理對生菜葉綠素含量有不利影響,儲藏2 d后迅速下降到1.12 mg/g,顯著小于其他各組(P<0.05);6 d后僅有初始值的37.25%。說明過高的電壓對鮮切生菜的葉綠素含量產生了不利影響。儲藏前4 d對照組的葉綠素含量最高,但是從第6 d開始,35 kV處理組的葉綠素含量最高,55 kV處理組葉綠素含量也高于對照組。這與之前Ramazzina等[24]的研究相符,第0 d處理后的鮮切獼猴桃葉綠素含量低于對照組,但是第4 d處理組高于對照組。PAW中含有臭氧[35],有研究顯示臭氧水能夠鈍化葉綠素水解酶、減緩葉綠素降解[36]。這可能是35、55 kV處理能夠在儲藏后期保持生菜葉綠素含量的原因。

圖5 不同條件的PAW對鮮切生菜葉綠素含量的影響Fig.5 Effects of different PAW treatments on thechlorophyll content of fresh-cut lettuce

2.6 PAW對鮮切生菜的多酚氧化酶的影響

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是導致鮮切生菜酶促褐變的主要原因,PPO酶可以與生菜中的多酚化合物及其衍生產物發生反應導致褐變[37]。圖6顯示的是不同電壓的PAW處理對鮮切生菜PPO酶活性的影響。儲藏期間,55和75 kV處理組的PPO酶活性前期上升緩慢,在第4～6 d顯著低于對照組(P<0.05),在第8 d分別達到1.05和0.88 U/g的峰值。說明這兩種處理方式對PPO酶活性有很強的抑制效果,然而35 kV處理對PPO酶活性抑制效果較弱。Pankaj等[38]的研究發現低溫等離子體產生的活性物質ROS可以鈍化PPO酶活性。對比其他兩種處理方式,35 kV處理組的效果較差可能是因為該電壓下產生的活性物質比較少。因為PAW處理對PPO酶有明顯抑制效果,從而抑制了處理組生菜褐變,保持了較高的L*和較小的總色差值。

圖6 不同條件的PAW對鮮切生菜PPO酶活性的影響Fig.6 Effect of different PAW treatment onPPO activity of fresh-cutlettuce

3 結論

綜上,三種PAW均能有效地抑制鮮切生菜的微生物生長,抑菌效果隨著處理電壓的升高而增強。儲藏結束時,75 kV處理組的菌落總數和大腸菌群數分別比55 kV處理組低0.24 lg CFU/g和0.33 lg MPN/100 g,但是沒有顯著差異(P>0.05)。同時,過高的處理電壓對生菜品質造成了不利影響,75 kV處理組葉綠素和維生素C含量從第2 d開始顯著低于55 kV處理組(P<0.05)。綜合來看,55 kV處理組的品質最好,不但可以抑制微生物快速增長,還能保持較好的品質。但是不同處理條件,PAW的活性成分的種類和含量有差異,對鮮切生菜儲藏期間的各類理化指標的影響效果不同,為使這種新型的鮮切蔬菜保鮮方法在實際生產中運用,還需要進一步研究PAW對鮮切蔬菜品質的綜合影響,來確定PAW最合適的處理時間、料水比、處理溫度等工藝參數。