鐵棍山藥黏液復合乳液保鮮鮮切馬鈴薯研究

楊麗嬪，楊倩，王黎麗，周瑞敏，高成成，劉琴

(南京財經大學 食品科學與工程學院，江蘇 南京,210023)

植物黏液質是存在植物薄壁組織的黏液細胞內的結構復雜的多糖和蛋白的復合物[1]，具有抗炎、抗菌、有助于傷口愈合[2]等功效，在水中溶解形成網狀膠質結構，具有獨特的流變特性[3]，可用于制備蔬菜水果保鮮的可食性膜[4]或保鮮乳液[5]。山藥中含有大量黏液，主要含有多糖、蛋白質和氨基酸[6]，具有清除自由基和抗氧化作用[7]、抗高血壓[8]、調節腸道功能[9]、增強免疫[10]等多重功效，并且具有較好的乳化性質和良好的穩定性[6]。

隨著生活節奏的加快，鮮切果蔬因其方便、健康、新鮮的特點，市場需求量迅速增加，而鮮切馬鈴薯是鮮切果蔬產業中重要的產品。然而，鮮切馬鈴薯在貯藏過程中容易發生表面褐變，影響產品的外觀、營養和食用安全，并縮短產品貨架期，制約了馬鈴薯加工業的發展[11]。因此，在馬鈴薯工業加工中防止馬鈴薯表面褐變、提高鮮切馬鈴薯色澤和品質具有重要的理論意義和商業價值[12-13]。近年來，可食性植物乳液涂膜的研究為鮮切果蔬的保鮮提供了一種新的思路，如仙人掌黏液[14]、馬齒莧提取物[15]、生姜提取液[16]等都被用于鮮切馬鈴薯的保鮮。鐵棍山藥是山藥中的一種優良品種，近年來深受消費者喜愛，其加工產品也日益增加。為了挖掘鐵棍山藥加工廢料的再利用價值，本文從鐵棍山藥中分離提取得到了山藥黏液作為基質進行鮮切馬鈴薯的涂膜保鮮研究。為了進一步增強膜的性能，提高保鮮效果，將山藥黏液與增塑劑山梨醇及VC復配制備保鮮乳液，通過對馬鈴薯在貯藏過程中色差值、失重率、還原糖積累等指標對山藥黏液復合乳液的制備進行優化；最后，通過多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)活力以及總酚含量和丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量等指標，探討山藥黏液復配乳液對鮮切馬鈴薯的抗褐變作用機制，為挖掘鐵棍山藥的附加值和開發天然可食性食品保鮮劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鐵棍山藥，購于南京蘇果超市，產地河南焦作。

無水乙醇、葡萄糖、3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、苯酚、丙三醇、無水亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、山梨醇、D-抗壞血酸、冰醋酸、無水醋酸鈉、鄰苯二酚、愈創木酚、過氧化氫、硼酸、四硼酸鈉、L-苯丙氨酸、沒食子酸、碳酸鈉、福林酚、三氯乙酸、石英砂、2-硫代巴比妥酸等，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Milli-Q Academic超純水系統，美國Millipore公司；Allegra 64R高速冷凍離心機，美國貝克曼公司；GM 200刀式研磨儀，德國RETSCH(萊馳)公司；ltra Scan Pro1166 色度儀，美國 Hunter Lab 公司；Nano-ZS90納米粒度及ZETA電位儀，英國馬爾文公司；U-3900 紫外分光光度計，日本日立集團；FD-STD冷凍干燥機，美國Labconco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 山藥黏液的提取

山藥黏液質的提取參照ANDRADE等[17]的方法。將鐵棍山藥洗凈后去皮切塊,以10 g/L的 Na2SO3浸泡1 h進行護色處理后研磨打漿。在料水比1∶1， 溫度50 ℃、pH 8的條件下浸提1 h。浸提后的濾液在5 000 r/min條件下離心10 min，上清液經真空冷凍干燥后得到白色粉末，參考GB/T 5009.34—2003《食品中亞硫酸鹽的測定法》對山藥黏液凍干粉中的Na2SO3含量進行測定，其殘留量為0.68 mg/kg，pH為7.82。凍干粉置于干燥器中保存待用。

1.3.2 山藥黏液保鮮乳液的制備與對鮮切馬鈴薯的涂膜處理

山藥黏液保鮮乳液的制備：參照DICK等[18]的方法，將丙三醇的添加量設為0.5%(體積分數)，具體制備方法如下：取一定量的山藥乳液，溶于超純水中，并加入0.5%(體積分數)丙三醇，配制0.5%、1%、1.5%、2%(體積分數)的山藥黏液；以失重率和色差為考核指標得到最優山藥黏液濃度的乳液(A)；隨后選用最優山藥黏液濃度與0.05%、0.25%、0.75%、1%、2%(質量分數)山梨醇溶液復配；再將優化后乳液(B)的配方分別與0.01%、0.02%、0.03%、0.04%(質量分數)的VC復配，通過相關指標的測定確定鮮切馬鈴薯保鮮乳液的最佳復配比。

保鮮處理：將馬鈴薯清洗后，削皮，切成2 cm×2 cm×0.5 cm的塊狀。隨機選取鮮切馬鈴薯片進行分組，并選取其中一組作為對照組，以去離子水處理；其余組別分別采用相應的山藥黏液保鮮乳液進行涂膜處理。處理后將馬鈴薯放入大托盤內，并用保鮮膜封住托盤表面，在常溫(25 ℃)下放置6 d，每天取樣測定各項指標。

1.3.3 測定指標與方法

(1)色度

利用色度儀，每24 h取樣分別測其色度變化，每個試驗條件均重復3次，取平均值作為實驗結果，結果以L值表示。

(2)失重率

采用稱量法，每24 h取樣稱重，每個處理組每次隨機取3片，計算失重率，取平均值作為實驗結果。

(3)還原糖

馬鈴薯樣品20 g，加85%(體積分數)乙醇50 mL，在組織搗碎機中搗碎，于80 ℃水浴中提取20 min，然后離心10 min，取1 mL稀釋100倍后加入3,5-二硝基水楊酸(DNS)工作液1 mL，水浴加熱至沸騰5 min后用蒸餾水稀釋10倍，在530 nm波長下測定其吸光度值。以葡萄糖標準溶液繪制標準曲線，計算鮮切馬鈴薯中還原糖含量。

(4)多酚氧化酶活性

采用ZAMBRANO-ZARAGOZA等[19]的研究方法，將2 g切碎的鮮切馬鈴薯片與5 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液(0.1 mol/L，pH 5.5)混合并且快速研磨成勻漿后，在10 000×g，4 ℃條件下離心20 min后，取100 μL上清液，4 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液(0.05 mol/L，pH 5.5)與1 mL鄰苯二酚溶液(0.05 mol/L)快速混合，立即在420 nm下測量吸光度值。PPO酶活以鮮重表示。新鮮樣品重量的PPO活性的表達為U/g。

(5)過氧化物酶活性

參照LIU等[13]的方法，具體如下：將2 g切碎的鮮切馬鈴薯片與5 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液(0.1 mol/L，pH 5.5)混合并且快速研磨成勻漿后，在10 000×g，4 ℃條件下離心20 min，將0.5 mL上清液和5 mL愈創木酚溶液(0.025 mol/L)混合，并迅速加入0.2 mL H2O2溶液(0.5 mol/L)，然后立即在470 nm下測量吸光度值。新鮮樣品重量的POD活性表達為U/g。

(6)苯丙氨酸解氨酶活性

采用ASSIS等[20]測定PAL活性，具體如下：將1 g切碎的新鮮馬鈴薯片和5 mL硼酸緩沖液(pH 8.8，0.05 mol/L)研磨成勻漿，將混合物在10 000×g，4 ℃ 條件下離心20 min，將3 mL硼酸緩沖液(pH 8.8，0.05 mol/L)和0.5 mLL-苯丙氨酸(0.02 mol/L)混合并提前在37 ℃水浴10 min后，將0.5 mL上清液快速加入，立即在290 nm處測量初始吸光度值。將混合物在37 ℃下水浴60 min，再次測量290 nm 處的吸光度值。新鮮樣品重量的PAL活性表達為U/(g·h)。

(7)總酚含量

參考PICCOLELLA等[21]的方法測定總酚含量，具體如下：將2 g切碎的鮮切馬鈴薯片和5 mL 60%乙醇研磨成勻漿，將混合物以10 000×g，4 ℃離心20 min。然后將0.25 mL上清液、5 mL蒸餾水、0.80 mL 200 g/L的 Na2CO3溶液和0.25 mL福林酚試劑在25 mL 容量瓶中充分混合。避光反應30 min后，在760 nm處測量吸光度值。總酚含量以每克樣品中所含的沒食子酸當量表示，單位為mg/g。

(8)丙二醛含量

參考LIU等[13]的研究方法進行MDA含量的測定，具體如下：將2 g新鮮的馬鈴薯，4 mL 10%(體積分數)三氯乙酸混合，并和少許石英砂一起研磨成勻漿，在10 000×g，4 ℃離心20 min。將3 mL上清液和3 mL 2-硫代巴比妥酸溶液(0.6%,質量分數)混合。然后將混合物煮沸15 min，冷卻至室溫后，將混合物以10 000×g，4 ℃離心15 min。在450、532和600 nm處測量上清液的吸光度。新鮮樣品的MDA含量表示為。

1.3.4 山藥保鮮乳液的粒徑與電位測定/表征

保鮮乳液采用Zeta電位納米粒徑儀測定乳液的粒徑分布和Zeta電位，測定溫度為25 ℃，分散劑為蒸餾水。每24 h測定1次，每個試驗條件重復3次，結果取平均值。

1.4 數據分析

采用Origin 2018進行數據處理；IBM SPSS 9的多重比較法進行差異顯著性分析。當P<0.05表示具有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 鐵棍山藥黏液復配乳液的優化

2.1.1 山藥黏液濃度對鮮切馬鈴薯保鮮效果的影響

配制不同濃度的山藥黏液，分別選用0.5%、1%、1.5%和2%的山藥黏液進行涂膜保鮮，以色度值和失重率進行保鮮效果的初步判定，結果如圖1所示。由圖1-A可知，隨著時間的變化，鮮切馬鈴薯的L值呈現降低的趨勢，并且在貯藏的前3天L值下降較快，但是降低趨勢較緩。空白對照組的鮮切馬鈴薯，L值下降的趨勢比較明顯，褐變程度較大，在保鮮第6天L降低至45.01。而經過山藥涂膜處理后，隨著保存時間的加長，鮮切馬鈴薯的L值也有所下降，但是其下降趨勢與空白對照組相比顯著減緩，而經過1%山藥黏液處理的實驗組的色度值的變化程度最小，與對照組具有顯著差異(P<0.05)，說明鐵棍山藥黏液能夠有效延緩馬鈴薯的褐變速度。

鮮切馬鈴薯在貯藏過程中水分和營養物質含量會不斷下降造成失水，從而導致果實萎縮、失去光澤、衰老腐敗。由圖1-B可知，在貯藏過程中，鮮切馬鈴薯的失重率都呈現上升的趨勢，而相同的貯藏時間內，山藥黏液處理組鮮切馬鈴薯的失重率始終低于空白組，在第6天所有處理組的失重率均顯著低于空白對照組(P<0.05)，而1%山藥黏液處理后其失重率增加的最為緩慢。

A-色差值；B-失重率圖1 山藥黏液對鮮切馬鈴薯的色差值和失重率的影響Fig.1 Effects of yam viscosity on the color difference and weight loss rate of fresh-cut potatoes注：不同字母表示同一取樣時間數據差異的顯著性，相同字母 表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)

從色度值和失重率2個指標可以看出，高濃度的山藥黏液對鮮切馬鈴薯保鮮效果低于1%山藥黏液，推測色度值和重量的變化可能與細胞的脫水速度不同相關，1%山藥黏液的濃度更接近馬鈴薯細胞液的濃度，涂覆后馬鈴薯表面細胞脫水速度較慢，色度值變化也較慢，因此具有較好的保鮮效果；而高濃度的山藥黏液由于滲透壓的影響導致細胞水分快速流失，馬鈴薯片表面迅速裂縮并失去光澤，因此其保鮮效果弱于1%山藥黏液處理組。

2.1.2 山藥黏液質與山梨醇復配乳液比例對鮮切馬鈴薯保鮮效果的影響

山梨醇是一種經濟、安全的食品添加劑，可以嵌入高聚物內部，通過同基材大分子間形成化學鍵及降低分子間作用力來增加聚合物鏈的移動性和成膜基材的柔韌性，避免膜產生大孔和裂縫，從而增強保鮮作用[22-23]。如圖2所示，在貯藏過程中，所有馬鈴薯L值均呈現下降趨勢，加入0.75%山梨醇的山藥黏液涂膜的馬鈴薯L值下降最慢(圖2-A)。此外，各實驗組的失重率隨著貯藏時間的延長而呈上升趨勢，山藥黏液中加入0.25%以上濃度的山梨醇能夠顯著降低鮮切馬鈴薯的失重率(與1%山藥黏液處理組相比，P<0.05)，其中經加入0.75%山梨醇的復配乳液涂膜的馬鈴薯失重率最低，其保鮮效果最佳(圖2-B)。

A-色差值；B-失重率圖2 山梨醇添加量對鮮切馬鈴薯的色差值 和失重率的影響Fig.2 Effects of sorbitol addition on the color difference and weight loss rate of fresh-cut potatoes

2.1.3 VC添加量對鮮切馬鈴薯的保鮮效果的影響

VC具有較強的抗氧化性，常用于食品保鮮涂膜的添加劑。基于上述實驗結果，采用1%山藥黏液和0.75%山梨醇的復配乳液為基礎，分別加入0.01%、0.02%、0.03%和0.04% VC后對鮮切馬鈴薯進行涂膜保鮮，結果如圖3所示。貯藏過程中，加入0.02%經過VC的山藥復合乳液處理的鮮切馬鈴薯褐變趨勢減緩最明顯，貯藏6 dL值顯著高于不加VC組(P<0.05)(圖3-A)。而添加0.02% VC山藥乳液的鮮切馬鈴薯的失重率也顯著降低(P<0.05)，其保鮮效果最佳(圖3-B)。

A-色差值；B-失重率；C-保鮮效果圖圖3 VC添加量對鮮切馬鈴薯的色差值和失重率的影響Fig.3 Effects of VC addition on the color difference and weight loss rate of fresh-cut potatoes

2.2 不同山藥保鮮乳液的穩定性分析

在前面實驗的基礎上，通過Zeta 電位的測定和粒徑的變化，對1%山藥黏液、1%山藥黏液+0.75%山梨醇及1%山藥黏液+0.75%山梨醇+0.02%VC山藥復合乳液的穩定性進行研究，結果如表1所示。

Zeta電位是乳劑穩定性的指標，如果Zeta電位的絕對值大于30，則膠體被認為是穩定的[24]。表1 給出了不同配比山藥黏液復合液在室溫下放置6 d的Zeta電位變化，從表1可以看出，所有乳液的初始Zeta電位值超過|±40|，在常溫貯藏6 d時依然大于|±30|，表明山藥黏液乳液具有較好的穩定性。對不同成分復合山藥黏液在室溫下放置6 d的粒徑大小進行測定，發現1%山藥黏液+0.75%山梨醇+0.02%VC復配制備得到的乳液液滴粒徑最小，且其電位值在儲藏期間變化程度最小，表明其具有較好的穩定性。

2.3 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯中PPO、POD、PAL活力及總酚含量的影響

為了進一步探究山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯的保鮮效果，選擇上述最優配比的復合乳液(即1%山藥黏液+0.75%山梨醇+0.02%VC復配乳液)對鮮切馬鈴薯進行涂膜處理，進一步測定其對PPO、POD、PAL活力及總酚含量的影響，結果見圖4。

表1 不同保鮮乳液在保鮮期間Zeta電位和粒徑的變化Table 1 Zeta-potential and droplet diameter of emulsions made from yam mucilage

由圖4-A可知，隨著貯藏時間的延長，空白對照組和山藥復配液處理的鮮切馬鈴薯的PPO活性均呈現增加的趨勢，但是山藥復配液處理組從處理后第一天開始，PPO活性始終低于對照組。貯存第6天，山藥復配液處理組的PPO活性顯著低于對照組(P<0.05)，說明山藥復配液對鮮切馬鈴薯中PPO活性的增長具有顯著抑制作用。

從圖4-B可以看出，鮮切馬鈴薯中POD活性隨貯藏時間的延長逐漸上升，但山藥復配液處理組的POD活性顯著低于空白對照組(P<0.05)，貯藏6 d后，空白對照組和山藥黏液處理組的POD活性分別為7.50和5.77 U/g，具有顯著性差異(P<0.05)，表明山藥復配液有效減緩了鮮切馬鈴薯中POD活性的增加。

在貯藏期間，PAL活性呈現先上升后下降的趨勢(圖4-C)。在貯藏第0天時，山藥復配液處理組與空白對照組無顯著性差異，在第1天和第2天，對照組與處理組的PAL活力均逐漸增加，并且在第2天達到最大值，從第3天開始，PAL活性開始呈降低趨勢，第6天達到最低值。總體來說，從貯藏1天后，山藥復配液處理組的PAL活性始終顯著低于空白對照組(P<0.05)，說明山藥復配液能有效抑制PAL酶的活性增長。

貯藏期間鮮切馬鈴薯的總酚含量也呈現先增加后降低的趨勢(圖4-D)。貯藏0 d和1 d時，山藥復配液處理組與空白對照組的總酚含量無顯著性差異，從第2天開始，處理組的總酚含量顯著低于空白對照組(P<0.05)。在貯藏第4天時，總酚含量達到最大值，而在后續的貯藏過程中逐漸下降。在貯藏期間，經山藥復配液處理的馬鈴薯的總酚含量始終顯著低于空白對照組(P<0.05)。

A-PPO活力；B-POD活力；C-PAL活力；D-總酚含量圖4 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯PPO、POD、PAL活力及總酚含量的影響Fig.4 Effects of emulsion on PPO activity, POD activity, PAL activity and total phenol content in fresh-cut potatoes

總的來說，1%山藥黏液+0.75%山梨醇+0.02%VC復配乳液涂膜處理鮮切馬鈴薯，能夠有效降低馬鈴薯片中的PPO、POD和PAL活力，并且降低總酚和MDA含量，減緩褐變速率，維持馬鈴薯切片表面較好的色澤品質。PPO是導致鮮切馬鈴薯發生褐變的最主要的酶。在氧氣存在的情況下，PPO將多酚類物質催化氧化為不穩定的醌，醌可以進一步聚合生成黑色物質，或絡合蛋白質、氨基酸或酚類物質生成黑色色素，從而引起褐變的發生[25]。在本文的研究中，山藥復配液能夠減緩鮮切馬鈴薯中PPO活性的增長，胡泳華等[16]發現生姜提取液能有效控制鮮切馬鈴薯中PPO的活性，延緩馬鈴薯的褐變；鄭科旺等[26]制備了殼聚糖乳液與檸檬精油、肉桂精油的復合涂膜能有效抑制鮮切山藥中的PPO活性，使其保持較高的品質，維持較好的色澤，這些都與本研究結果一致。POD可以氧化植物體內的酚類和胺類化合物以及烴類氧化產物，具有消除過氧化氫和酚類胺類毒性的雙重作用。POD與PPO在氧化酚類物質方面起著協同作用[27]，本文經山藥黏液處理后，POD活性的增加受到抑制，從而能夠有效減緩褐變的發生。PAL是植物體內重要的防御酶，在植物受到機械損害時PAL會導致防御反應的發生，引導并參與合成多酚和木質素，從而增強植物細胞壁的強度并對病原菌有致死作用。多酚類化合物是酶促褐變的底物，其含量與褐變程度呈正相關。在本研究中，PAL和總酚含量都呈現先上升后下降的趨勢，這可能是由于切片時的機械損傷導致PAL活力增加，而PAL能夠誘導苯丙類化合物向酚類化合物的轉化，導致總酚積累量增加[28]。從第4天開始的總酚含量下降可能是由于從第3天開始PAL酶活降低，PAL酶引導合成總酚的速率低于PPO酶對總酚的消耗速率所導致的。

2.4 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯中MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，MDA含量能夠體現膜系統的損傷程度[29]。酚類化合物的氧化與細胞膜完整性的破壞相關，馬鈴薯在切片后細胞膜表面受到破壞，其創面容易發生快速褐變。如圖5所示，鮮切馬鈴薯的MDA含量在整個貯藏期間都呈上升趨勢，但經山藥復配液處理的實驗組始終低于對照組(P<0.05)，在貯藏第6天時，空白對照組的MDA含量較山藥黏液處理組高15%，說明涂膜后馬鈴薯細胞膜的損傷程度降低，有助于減緩馬鈴薯的褐變速度，這與王雅等[30]的研究結果一致。

圖5 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯MDA含量的影響Fig.5 Effects of emulsion on MDA content in fresh-cut potatoes

2.5 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯中還原糖含量的影響

還原糖含量是新鮮馬鈴薯加工貯藏的重要指標，在保鮮過程中應盡量降低還原糖的積累量。對還原糖含量的測定分析結果如圖6所示。由圖6可知，在空白對照組中，隨著保存時間的增加，還原糖含量急劇升高，在貯藏第6天時，空白組的還原糖含量達到12.22%。而經過最優配比的山藥黏液復合乳液處理的鮮切馬鈴薯中，還原糖含量的上升較緩慢，在保鮮第6天時，其還原糖含量只有6.25%，顯著低于空白對照組的13.89%(P<0.05)。由此可知，復合乳液能夠有效抑制馬鈴薯切片在保鮮過程中還原糖的積累，從而保持較高的營養品質。

圖6 山藥黏液復合乳液對鮮切馬鈴薯還原糖含量的影響Fig.6 Effects of emulsion on reducing sugar content in fresh-cut potatoes

3 結論

采用水提法提取了鐵棍山藥黏液，并與山梨醇和VC復配制備鮮切馬鈴薯保鮮乳液。結果表明，山藥黏液與0.75%D-山梨醇及0.02%VC復配后的乳液涂膜鮮切馬鈴薯時，其保鮮效果最佳。在室溫下貯藏6 d，能夠有效降低鮮切馬鈴薯的失重率，減少還原糖的積累，顯著抑制馬鈴薯片中的PPO、POD和PAL活力，減少總酚含量和MDA含量的累積，減緩褐變速率，維持馬鈴薯切片表面較好的色澤品質。穩定性研究表明該乳液具有較好的穩定性和分散性。該研究結果表明鐵棍山藥黏液質在果蔬的保鮮中具有潛在的應用價值。