1-MCP與脈沖熏硫聯合調控四川仔姜保鮮效果研究

杜美軍，張鮮桃，劉震遠，李海登，賈曉昱，李喜宏

(天津科技大學 食品科學與工程學院，省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，天津 300457)

姜(ZingiberofficinaleRoscoe)為姜科姜屬多年生草本植物的根莖，是一種世界上廣泛種植的蔬菜及香辛調味料[1]。根據采收成熟度的不同分為鮮食仔姜和老姜。其中，仔姜脆嫩少辣，兼具健脾、醒胃、驅風、去濕等多重功效，實屬調味配料和腌制原料之佳品[2]。然而，由于仔姜采收后生理活動旺盛，極易出現失水萎蔫及微生物病害腐敗現象。因此，提升貯藏品質并延長貨架期是仔姜保鮮首先需要解決的問題。

近年來，國內外關于果蔬保鮮的技術手段層出不窮，氣調保鮮、涂膜保鮮、化學殺(抑)菌劑處理、輻照保鮮等方式廣泛應用且效果良好[3]。但是針對仔姜保鮮相關高效的技術手段卻十分匱乏。1-甲基環丙烯(1-MCP)是一種優良的乙烯抑制劑，它可以有效抑制乙烯的產生，并延緩果蔬衰老和相關成熟基因的激活[4]。二氧化硫(SO2)是一種傳統且極其高效，能夠保護果蔬不受霉菌侵害的化學物質，它不僅可以通過氧化還原作用改變致病菌蛋白質的構象，高效殺死它們，還能通過激活與次生代謝和致病相關蛋白的防御反應，誘導植物組織抗病性增強[5]。但是由于二氧化硫兼具毒副作用，故用在接觸性食品處理中限制性頗多。因此，將1-MCP與熏硫方式有機結合，對探索仔姜安全高效的保鮮新方式具有十分重要的意義。

本項目先以最佳濃度的1-MCP熏蒸處理仔姜，然后采用不同方式的脈沖(間歇式)熏硫處理，熏蒸設備采用脈沖式防霉設備并配制標準SO2氣體，可實現精準熏硫循環控制。定期取樣檢測仔姜的保鮮理化指標，以期探明一種安全高效的脈沖熏硫方式，為仔姜的貯藏保鮮提供實踐指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試仔姜：購自四川樂山市，采收后帶泥土空運次日達天津科技大學食品保鮮與加工實驗室。

PE打孔保鮮袋：25 cm×25 cm，厚度25 μm，國家農產品保鮮工程技術研究中心。

化學試劑：1-甲基環丙烯(1-MCP)，咸陽西秦生物科技有限公司；冰乙酸(分析級)；聚乙二醇-6000(PEG 6000)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)；鄰苯二酚(分析級)等試劑均為AR級。

1.2 儀器與設備

果蔬脈沖式防霉機(SO2控制精度為0.0001%) 天津捷盛東輝保鮮科技有限公司；GY-1果實硬度計 浙江托普儀器有限公司；HP-200 精密色差儀 上海漢普光電科技有限公司；T6紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；TGL-16高速冷凍離心機 四川蜀科儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 處理方案

分級挑選完整無損傷、無病蟲害的仔姜，在(14±0.5) ℃條件下預冷12 h，再用3%食品級H2O2清洗晾干后用1 μL/L濃度的1-甲基環丙烯(1-MCP)熏蒸處理12 h。分裝于PE打孔袋中，(14±0.5) ℃條件觀測60 d，期間使用1.0 mL/L SO2進行脈沖式熏硫處理：每10 d脈沖1次(T1組)；每20 d脈沖1次(T2組)；每30 d脈沖1次(T3組)；CK組為不熏硫。每組脈沖熏硫時間均為40 min，重復3次，每10 d取樣測定理化指標。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 失重率與腐爛率的測定

采用稱重法計算仔姜失重率，計數法計算腐爛率[6]，計算方法見公式(1)和公式(2)。

(1)

(2)

1.3.2.2 硬度的測定

使用GY-1水果硬度計測定仔姜的硬度。將仔姜不同位置削出3個平面，用直徑2 mm的探針垂直平面插入至探針刻線，重復3次，取平均值作為測定結果。

1.3.2.3 色差值的測定

參考Weatherall等[7]的方法，利用色差儀測定仔姜的L*、a*和b*值，色差值(△E*a*b*)按式(3)計算得到:

△E*a*b*=[(Li*-L0*)2+(ai*- a0*)2+(bi*-b0*)2]0.5。

(3)

式中：Li*、ai*、bi*分別表示仔姜貯藏第i天的數值；L0*、 a0*、b0*為仔姜第0天的數值。

1.3.2.4 苯丙氨酸酶(PAL)活性的測定

參照Kavitha等[8]的方法測定仔姜苯丙氨酸酶(PAL)的活性(U/g)。

1.3.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性的測定

參考曹建康等[9]的方法，測定仔姜多酚氧化酶(PPO)的活性。

1.3.2.6 二氧化硫殘留量的測定

參考梁宏等[10]的方法，采用蒸餾碘量法測定仔姜中SO2的殘留量。

1.3.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數據, 計算平均值和標準偏差，使用Origin 9.0作圖分析，SPSS 13.0進行顯著性分析，每組試驗重復測定3次。

2 結果與分析

2.1 不同熏硫方式對仔姜失重率和腐爛率的影響

失重率和腐爛率是反映仔姜貯藏品質和保鮮效果的重要指標，其中仔姜根莖的斷裂部位是加劇呼吸和蒸騰失水的主要途徑[11]，由表1可知，仔姜在貯藏期內根莖失重急速加劇。貯藏60 d時，脈沖熏硫組失重分別為24.5%(T1)、25.9%(T2)和33.8%(T3)，顯著低于對照組(P<0.05),其中T1和 T2組差異不大。說明脈沖熏硫對于抑制仔姜采后的生理活動具有顯著效果，可能與二氧化硫抑制根莖生理代謝相關酶活性有關。仔姜腐爛率數據變化表明，脈沖熏硫是一種有效抑制根莖腐爛的方式。貯藏60 d，每10，20，30 d脈沖熏硫的仔姜腐爛率分別為7.7%(T1)、6.9%(T2)和9.8%(T3)，其中T2處理組腐爛率最低，而未經過脈沖熏硫處理的仔姜腐爛率卻達到了63.8%，差異極其顯著(P<0.01)，這與SO2極其高效的殺菌能力有關。

表1 不同熏硫方式仔姜的失重率和腐爛率變化Table 1 Changes in weight loss rate and rotting rate of tender ginger with various SO2 fumigation methods

2.2 不同熏硫方式對仔姜硬度的影響

根狀莖發生冷害、失水和微生物侵染是造成仔姜軟化的主要原因[12]。而仔姜的硬度和脆度直接影響其鮮食性和商品價值。由圖1可知，貯藏過程中仔姜的硬度先略有增高隨后不斷下降，其中硬度的升高可能與仔姜前期急速失水而細胞壁纖維素未能及時降解有關。貯藏60 d時，T1和 T2組仔姜硬度分別下降了23.2%和19.6%，差異不顯著(P>0.05), T3硬度下降較多，為35.7%。與之相比，對照組軟化現象極為嚴重，整個貯藏期間硬度下降了85.7%。由此可見，合理的脈沖熏硫處理能夠有效地抑制仔姜軟化。

圖1 不同熏硫方式仔姜的硬度變化

2.3 不同熏硫方式對仔姜色差值的影響

果蔬的色值屬性直觀反映其新鮮程度，色差值△E*a*b*可以衡量仔姜的褐變度，該值越小說明護色效果越好[13]。由圖2可知，隨著貯藏時間的延長，仔姜的△E*a*b*值在不斷增加。而經過脈沖熏硫處理的仔姜褐變速度明顯延緩，60 d貯藏期間，△E*a*b*值分別增加了17.2±2.46(T1)、21.9±2.97(T2)和29.5±4.69(T3)，其中每10 d脈沖熏硫1次處理組的仔姜護色效果最好。與處理組相比，對照組色差值增加最快，在貯藏末期達到56.7±3.39，已然失去了食用價值。由此可見，脈沖熏硫的頻率越高，對仔姜的護色效果越好。

圖2 不同熏硫方式仔姜的色差值變化

2.4 不同熏硫方式對仔姜苯丙氨酸酶(PAL)活性的影響

有很多引起果蔬褐變的因素且機制非常復雜，苯丙氨酸酶被認為是參與褐變底物合成(酚類化合物)的主要酶[14]。由圖3可知，隨著貯藏時間的延長，仔姜細胞內的PAL酶活性在不斷提高，貯藏60 d時，各組分別升高了13.9 U/g(T1組)、12.9 U/g(T2組)、20.9 U/g(T3組)和29.8 U/g(CK組)。其中T2處理組PAL酶活性保持最低，但與T1組差異性不大(P>0.05)。顯然，恰當的脈沖熏硫方式能夠更有效抑制仔姜根狀莖發生褐變。

圖3 不同熏硫方式仔姜的PAL活性變化

2.5 不同熏硫方式對仔姜多酚氧化酶(PPO)活性的影響

果蔬體內的多酚氧化酶具有增強機體抗病性和誘發組織酶促褐變雙重特性。由圖4可知，貯藏期間仔姜的多酚氧化酶(PPO)活性變化較為復雜，總體而言，貯藏前30 d，各組酶活性在不斷升高，可能與仔姜根狀莖逆境損傷抗病性提高有關；30 d后酶活性在不斷下降，可能與組織褐變加劇相關。貯藏末期，各脈沖熏硫處理組仔姜多酚氧化酶活性均低于4.5 △OD420/(min·g)，且差異性不顯著(P>0.05)，而對照組酶活性遠高于處理組，說明脈沖熏硫對于提升組織抗病性、抑制褐變具有積極作用。

圖4 不同熏硫方式仔姜的PPO活性變化

2.6 不同熏硫方式對仔姜二氧化硫殘留的影響

二氧化硫雖然具有極其有效的防腐殺菌能力，但如果脫離食品安全，一切研究就顯得毫無意義。不同熏硫方式處理的仔姜貯藏60 d后二氧化硫的殘留量見圖5。

圖5 不同處理仔姜貯藏60 d時SO2殘留量

由圖5可知，T1處理組SO2殘留量達到了67.9 mg/kg，超過GB 2760-2014規定限量殘留標準[15]，而T2和T3處理組的仔姜SO2殘留量分別為38.3 mg/kg和25.6 mg/kg，食品仍處于安全范疇。因此，為保證仔姜安全食用，應適當減少脈沖熏硫的次數。

3 結果與討論

研究了四川仔姜經過最佳濃度的1-MCP熏蒸處理后，每10，20，30 d分別進行脈沖熏硫處理。研究表明：脈沖熏硫處理組仔姜的各項保鮮指標均優于對照組，其中每10 d和20 d脈沖熏硫處理組仔姜失重最小，腐爛率最低，硬度維持最佳，色澤屬性保持最好，較好地提升了仔姜根狀莖的抗病性并抑制了組織褐變。然而，每10 d處理組仔姜在貯藏60 d時，檢測出SO2殘留量超過國標限量標準。綜合考慮，1-MCP聯合每20 d脈沖熏硫的處理方式可以安全有效地提高仔姜的貯藏保鮮品質。