超聲-熱處理鮮切蓮藕保鮮效果的研究

羅 麗，付院生，陳萬林，聶益晗，趙亞茹，王順民*

(1.安徽工程大學 生物與食品工程學院，安徽 蕪湖 241000；2.安徽邁濤食品有限公司 食品研發部，安徽 馬鞍山 243000)

蓮藕(Nelumbo nucifera Gaertn)營養物質豐富，富含碳水化合物、蛋白質、維生素C等多種對人體有益的成分[1-2]，但在加工貯藏過程中極易發生機體細胞損傷、營養物質流失和風味下降等諸多品質降低的問題[3]。因此，研究如何保障鮮切蓮藕品質尤為重要。近年來，超聲波作為一種創新且具有前景的技術，由于其對食品加工和貯藏的優越效果，被越來越多地用于食品工業中[4]。超聲波能對鮮切果蔬中各營養成分間的分解和轉化過程進行不同程度的控制。研究表明超聲波處理能降低番茄的呼吸速率，并抑制可溶性固形物含量的下降，從而減緩其品質下降[5]。Esua等[6]研究發現13.87 W/L超聲強度結合紫外線處理番茄，其番茄紅素和維生素C含量分別增加了90%和60%。超聲波還在抑制和滅活多種酶和微生物方面有顯著作用，同時超聲所產生的高能量中間產物可以提高果蔬的抗氧化能力。研究證實，經25 W和29 W的超聲處理，鮮切菠蘿的總抗氧化能力顯著提高[7]。研究表明單一超聲波處理和熱處理技術的聯合使用(Heat+US)能夠引起機械和空化效應的“加成效應”，誘導增加US的保鮮能力，對果蔬施加更強的保鮮作用[8]，該聯合處理在更有效滅活微生物的同時，還能降低操作溫度和縮短時間，最大限度地減少鮮切產品品質惡化。

本文重點介紹使用超聲-熱處理對鮮切蓮藕貯藏過程中微生物污染情況、主要營養成分含量及總還原力的影響，為改善鮮切蓮藕加工貯藏過程中品質的劣變開辟了新的可能性。目前關于超聲-熱處理鮮切蓮藕的研究較少，因此應用該技術處理鮮切蓮藕，旨在能更好地保持蓮藕原有品質，延長貨架期。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蓮藕：鄂蓮7號，購自蕪湖一家蔬菜超市。選擇果實大小均勻(重1.3～1.5 kg)，形狀和成熟度一致的無瑕蓮藕作為試驗原料。

1.2 試驗試劑

葡萄糖，瓊脂，胰蛋白胨，酵母浸膏，咔唑，半乳糖醛酸，濃硫酸，草酸，抗壞血酸，2，6-二氯靛酚，牛血清白蛋白，考馬斯亮藍G-250，碘化鉀，乙醚，可溶性淀粉，結晶碘，鄰苯二甲酸氫鉀，苯酚，蔗糖等(國藥集團化學試劑有限公司)；2,4,6-三吡啶基三嗪，Trolox(上海阿拉丁生化科技有限公司)。

1.3 儀器與設備

電子天平JY1002型(上海精密科學儀器有限公司)；CF15RN型冷凍離心機(日本工機控股株式會社)；TGL-16A型醫用離心機(長沙平凡儀器儀表有限公司)；KS-500DE型液晶超聲波清洗器(昆山潔力美超聲儀器有限公司)；THD-2006低溫恒溫槽(寧波天恒儀器廠)；L3S型可見分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)；VD-650型桌上式潔凈工作臺(蘇州凈化設備有限公司)。

1.4 試驗方法

(1)預處理試驗。將所有蓮藕片混合并隨機選擇，樣品與去離子水按樣品∶水=1∶3(g∶mL)的比例置于燒杯中。試驗條件的設置如表1所示。超聲-熱的處理條件由前期響應面優化實驗得出，同時與單一超聲和熱處理一同比較。US及超聲-熱處理通過使用臺式超聲波清洗儀(500 mm×300 mm×150 mm)進行，并對作用參數(功率強度、作用時間、作用溫度)進行調節，超聲恒定頻率為40 kHz。通過恒溫裝置來保持超聲浴的溫度不變。以無菌蒸餾水處理作為對照組(CK)。處理后取出藕片晾干表面水分，置于聚乙烯密封袋(8 cm×12 cm)中包裝，后放入4 ℃環境中模擬冷藏貨架。每隔3 d測定1次相關的生理指標。

表1 不同處理方式

(2)主要營養成分的測定。可溶性固形物含量利用阿貝折光儀來測定；可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[9]，以牛血清蛋白繪制標準曲線，線性回歸方程為y=0.005 7x+0.026 3(R2=0.992 5)，根據標準曲線計算樣品的蛋白質含量。果膠含量采用咔唑比色法[10]測定，以半乳糖醛酸繪制標準曲線，線性回歸方程為y=0.001 7x+0.121 5(R2=0.994 5)，根據標準曲線計算樣品果膠含量。抗壞血酸含量測定方法參照國標GB 5009.86-2016，采用2,6-二氯靛酚滴定法測定。淀粉含量參照曹建康[10]的方法，采用碘-淀粉比色法測定，以可溶性淀粉繪制標準曲線，線性回歸方程為y=0.001 1x+0.010 6(R2=0.998 2)。可滴定酸測定參照Wang[11]的方法：取10 g蓮藕勻漿先與100 mL水混合，用已標定的0 mol/L NaOH溶液進行滴定。可溶性糖測定參照曹建康[10]的方法，采用苯酚-硫酸法，以可溶性淀粉繪制標準曲線，線性回歸方程為y=0.012 1x+0.016 8(R2=0.995 8)。

(3)菌落總數測定。參照GB/T 4789-2016中的系列標準《食品微生物學檢驗菌落總數測定》。

(4)霉菌和酵母菌總數測定。參照GB/T 4789.15-2016中的系列標準《食品微生物學檢驗酵母菌和霉菌計數》。

(5)總還原力的測定。總還原力采用Alothman[12]的方法并略作修改：用0.1 mL dH2O代替0.1 mL多酚提取物制備空白，在593 nm波長處測定樣品吸光度值。以不同濃度的Trolox(25～1 000 μmol/L)作為標準物建立標準曲線y=0.001 6x+0.065 6(R2=0.999 3)。

1.5 數據統計與分析

每組試驗重復3次，試驗數據采用Origin 8.5和SPSS 22.0軟件進行統計分析，用Duncans多重比較對各處理組的均值進行顯著性差異分析，結果用平均值±標準差表示。

2 結果與討論

2.1 超聲-熱處理對微生物污染的影響

(1)超聲-熱處理對菌落總數的影響。超聲-熱處理方式對鮮切蓮藕菌落總數的影響如圖1所示。由圖1可以看出，在9 d的貯藏保存期內，鮮切蓮藕的菌落總數不斷增加。最初超聲-熱處理的菌落總數(1.15±0.15) log CFU/g顯著低于其他處理組(P<0.05)，表明在超聲-熱處理后減少了鮮切蓮藕表面的微生物負荷。US處理具有增強鮮切蓮藕抗菌的能力，Wang等[11]的研究結果也證實超聲處理后，番茄細菌總數顯著降低，抑制了微生物的生長。Heat處理不但有滅菌作用，還能增強超聲作用，達到更好的滅菌效果。CK組在第9 d的菌落總數超過了可接受限度(6 log CFU/g，國際立法推薦[11])，而超聲-熱處理組在第9 d仍未達到。菌落總數能夠直接反映食品的新鮮程度，是商品評價保質期的重要指標。微生物數量的減少可能是由于超聲-熱引起液體溫度和壓力的增加造成的[13]。經證實，超聲-熱處理可有效減少鮮切蓮藕表面各種菌落的生長與繁殖，延長鮮切蓮藕的貨架期。

(2)超聲-熱處理對霉菌和酵母菌的影響。處理方式對鮮切蓮藕霉菌和酵母菌的影響如圖2所示。由圖2可以看出，貯藏期間，各種方法處理下的鮮切蓮藕被霉菌和酵母菌污染的程度均在上升。貯藏第9 d時，超聲-熱處理下蓮藕的霉菌和酵母菌總數比CK組少0.775 CFU/g(P<0.05)，抑制了霉菌和酵母菌污染。與葛枝等[5]的研究結果一致，超聲波處理10 min，櫻桃番茄表面的霉菌和酵母總數降低了0.68 CFU/g，使其在貯藏過程中保持了較低程度的微生物污染。試驗結果表明超聲-熱處理的聯合使用對霉菌和酵母菌的殺滅效果有增強作用，該處理可以顯著提高貯藏期間鮮切蓮藕的微生物安全性。

圖1 處理方式對鮮切蓮藕菌落總數的影響 圖2 處理方式對鮮切蓮藕霉菌和酵母菌的影響

2.2 超聲-熱處理對鮮切蓮藕營養物質的影響

(1)超聲-熱處理對可溶性蛋白質含量的影響。處理方式對鮮切蓮藕可溶性蛋白質的影響如圖3所示。由圖3可以看出，鮮切蓮藕中的可溶性蛋白含量在整個貯藏期間呈下降趨勢。超聲-熱處理組的可溶性蛋白質含量高于其他組。在貯藏9 d時，超聲-熱處理下鮮切蓮藕的可溶性蛋白質含量為0.60 mg/g FW，高出對照組13.21%(P<0.05)。

蛋白質是生物體內重要的生物聚合物之一，為人類提供有益的營養物質。蛋白質不僅是生物結構的重要組成部分，在生物體的各種生理生化代謝中也發揮著重要作用。可溶性蛋白質的合成與衰減可以間接反映果蔬細胞各種代謝活動的強度[14]。鮮切蓮藕在貯存期間的新陳代謝和能量消耗會導致其可溶性蛋白被降解。進行超聲-熱處理會抑制鮮切蓮藕的新陳代謝速率，減緩可溶性蛋白質的降解和細胞的老化。此外，可溶性蛋白含量下降還可能與超聲-熱處理引起的保護性應激反應有關。

(2)超聲-熱處理對抗壞血酸含量的影響。果蔬品質與抗壞血酸的含量密切相關，往往作為食品新鮮度的標志性成分[15]。處理方式對鮮切蓮藕抗壞血酸含量的影響如圖4所示。由圖4可以看出，鮮切蓮藕抗壞血酸的含量在整個貯藏階段呈現逐漸下降的趨勢，但從第3 d開始，US和超聲-熱處理組始終顯著高于對照組和Heat處理組(P<0.05)。這與Cruz等[16]的結果一致，低溫熱處理聯合超聲波能使豆瓣菜過氧化物酶失活，并且抗壞血酸含量保持在較高水平。

超聲的氧化應激效應[7]提高了鮮切蓮藕的抗氧化能力，減少自由基的產生，抑制抗壞血酸含量的下降，從而延緩蓮藕細胞衰老，延長蓮藕貨架期。此外，研究表明低溫熱處理不影響抗壞血酸的含量[17]。因此超聲與低溫熱處理聯合使用可以有效抑制鮮切蓮藕中抗壞血酸的流失，提高蓮藕在加工和貯藏過程中的品質。與Ali等[18]研究一致，經過超聲-熱處理的無籽番石榴中保留的維生素C含量較高。

(3)超聲-熱處理對可溶性固形物的影響。處理方式對鮮切蓮藕可溶性固形物含量的影響如圖5所示。由圖5可以看出，各方法處理下鮮切蓮藕在貯藏過程中的可溶性固形物含量呈相似的變化趨勢，均呈先上升后降低的趨勢。貯藏前3 d，可溶性固形物含量呈上升趨勢，第3 d達到峰值，此時超聲-熱處理組的可溶性固形物含量顯著高于其他組(P<0.05)，3 d后鮮切蓮藕中可溶性固形物持續下降，并且各處理間無顯著差異(P>0.05)。貯藏至第9 d時，超聲-熱處理組鮮切蓮藕的可溶性固形物的含量為5.88%，明顯高于其他處理組(P<0.05)。

圖3 處理方式對鮮切蓮藕可溶性蛋白質的影響 圖4 處理方式對鮮切蓮藕抗壞血酸含量的影響

可溶性固形物是糖、酸、維生素以及礦物質等多種營養物質綜合體現的品質指標，與果實后熟和呼吸作用密切相關。可溶性固形物含量在剛開始貯藏時增加，這是因為貯藏初期淀粉分解導致可溶性糖含量也表現出增加；貯藏后期，植物細胞加快代謝和呼吸速率，糖等成分消耗速率也隨之增大，因此可溶性固形物含量降低[19]。通常，熱處理會導致可溶性固形物含量降低，研究表明，用熱水燙漂處理西葫蘆，其TSS含量顯著降低[20]。然而，超聲處理能降低鮮切蓮藕的呼吸代謝速率，抑制了腐敗，從而減少了可溶性固形物的損失[21]。因此超聲-熱處理能夠起到延緩可溶性固形物損耗的作用。

(4)超聲-熱處理對果膠含量的影響。果膠含量的降低與果蔬品質的退化有關[22]。處理方式對鮮切蓮藕果膠含量的影響如圖6所示。由圖6可以看出，在整個貯藏過程中，果膠含量一直呈下降趨勢，這可能是因為鮮切蓮藕中的原果膠在果膠酶的作用下不斷轉化成可溶性果膠[23]。從第3 d起US和超聲-熱處理組果膠含量顯著高于Heat和對照組(P<0.05)，這可能是由于超聲波對果膠酶的滅活作用減緩了果膠的分解。研究表明在高振幅、高強度且溫度高于42 ℃的處理中，果膠酶活性降低[24]。同時，超聲處理對細胞膜和生物大分子等的損傷較小，這使得蓮藕能保持較高的果膠含量，并且細胞損傷程度較小，蓮藕品質的下降得到了抑制。

圖5 處理方式對鮮切蓮藕可溶性固形物含量的影響 圖6 處理方式對鮮切蓮藕果膠含量的影響

(5)超聲-熱處理對淀粉含量的影響。淀粉作為大分子物質不但是主要營養物質，還起到支撐細胞的作用[25]，因而導致植物細胞膨壓下降，果實軟化的主要原因之一是淀粉含量的降低。處理方式對鮮切蓮藕淀粉含量的影響如圖7所示。由圖7可以看出，隨著貯藏時間的延長，鮮切蓮藕的淀粉含量呈下降趨勢，超聲-熱處理下鮮切蓮藕淀粉含量顯著高于其他處理組(P<0.05)，這是由于淀粉在貯藏過程中受到淀粉酶的作用發生了水解[26]。本研究中，單一Heat處理對細胞造成的損傷較大，細胞失水嚴重，淀粉等大分子物質流出，所以其他處理組相較于熱處理組淀粉含量下降緩慢。在超聲-熱處理的作用下淀粉含量最高，這可能是由于超聲-熱處理的協同作用對淀粉酶的滅活作用，使得淀粉含量下降緩慢。

(6)超聲-熱處理對可溶性糖含量的影響。可溶性糖包括絕大部分的單糖和寡糖，并對于果蔬內部蛋白質維穩方面起到關鍵性影響[27]。不同果蔬中可溶性糖的種類、含量和比例都各不相同，因而表現出風味不一。處理方式對鮮切蓮藕可溶性糖含量的影響如圖8所示。由圖8可以看出，可溶性糖含量在貯藏前3 d呈上升趨勢，這可能是因為在貯藏前期鮮切蓮藕中部分淀粉分解成可溶性糖；第3 d后，鮮切蓮藕呼吸速率處于較高水平，可溶性糖的轉化速率增大，同時淀粉的分解率下降，淀粉的轉化速率小于糖的消耗速率，導致可溶性糖含量急劇下降。第6 d后，呼吸速率持續減慢，可溶性糖含量的下降速率減小[28]。從圖8中看到，超聲-熱處理鮮切蓮藕，其可溶性糖的含量沒有表現出顯著變化(P>0.05)，說明超聲以及熱處理的作用不對蓮藕可溶性糖的轉化產生積極影響。

圖7 處理方式對鮮切蓮藕淀粉含量的影響 圖8 處理方式對鮮切蓮藕可溶性糖含量的影響

(7)超聲-熱處理對可滴定酸含量的影響。在果蔬貯藏過程中，可滴定酸的變化也對其品質和風味產生重要影響。處理方式對鮮切蓮藕可滴定酸含量的影響如圖9所示。由圖9可以看出，在貯藏期間可滴定酸呈下降趨勢，貯藏第9 d，超聲-熱處理及單一US處理下鮮切蓮藕的可滴定酸含量顯著高于其他處理組(P<0.05)，表明超聲作用能抑制可滴定酸含量的下降。這與Cao等[29]的結果一致，一定功率的超聲能夠顯著抑制可滴定酸含量的下降。

2.3 超聲-熱處理對鮮切蓮藕總還原力的影響

處理方式對鮮切蓮藕總還原力的影響如圖10所示。由圖10可以看出，鮮切蓮藕的總還原能力在19.83～62.54 mmol/L·TE/g FW。鮮切蓮藕經超聲-熱處理后，其總還原力顯著高于對照組(P<0.05)。而無論采用何種處理方式，鮮切蓮藕的總還原力在整個貯藏過程中都逐漸降低。貯藏第9 d，經超聲-熱處理的樣品總還原力為39.25 mmol/L·TE/g FW，比對照組高1.98倍，其余處理方式的總還原力無顯著差異(P>0.05)。這是由于在超聲作用下，蓮藕中產生的多酚類等具有較高還原性的活性物質的量更多[30]，而熱作用的施加會加強超聲作用，因此超聲-熱處理能夠增強鮮切蓮藕的抗氧化能力。

圖9 處理方式對鮮切蓮藕可滴定酸含量的影響 圖10 處理方式對鮮切蓮藕總還原力的影響

超聲-熱處理可以提高鮮切蓮藕的總還原力，主要是由于超聲波產生的高能中間體能誘發鮮切蓮藕的抗氧化潛能[7]。Qiao等[31]證實單獨或作為聯合處理的一部分，US處理提高了鮮切土豆的抗氧化能力。同時超聲-熱處理提高了鮮切蓮藕酚類化合物含量，酚類物質含量越高，抗氧化能力越強[10]。但是，超聲-熱處理不能改變抗氧化能力的下降趨勢，只能起到延緩作用。超聲技術作為一種非生物脅迫，通過其海綿效應可能會改善傳質過程[32]，因此較低溫度比較高溫度的超聲處理對鮮切蓮藕具有更好的抗氧化能力提升效果。

3 結論

超聲-熱(Heat+US)處理降低了鮮切蓮藕貯藏期間的微生物污染程度，可在貨架期后期保持鮮切蓮藕中可溶性蛋白質、可溶性固形物和淀粉的較高水平，延遲抗壞血酸和可滴定酸的降低，維持較高的果膠含量，同時保持了較高的總還原力，提升抗氧化能力，進而延緩貯藏期間鮮切蓮藕的品質劣變，但該處理對可溶性糖含量影響不顯著。

對鮮切蓮藕進行超聲-熱處理，采用水浴式超聲設備，具有操作簡便、經濟實惠等優點，更適合工業化使用，是一種綠色、成本低廉、高效率的保持鮮切蓮藕新鮮的方法。