基于電子鼻分析包裝材料對即食水竹筍冷藏品質的影響

湯滌洛，聶沫宇，涂修亮，王少華，丁坤明，何建軍，陳學玲*

（1.咸寧市農業科學院，湖北 咸寧 437100；2.湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北 武漢 430064）

水竹（Phyllostachys heteroclada）是禾本科、竹亞科、剛竹屬竹種，其筍呈黃白色或黃綠色，不僅脆嫩爽口，而且營養豐富[1-2]。水竹筍富含蛋白質和無機元素，蛋白質含量高達4.00%，無機元素含量為1.12%～1.21%，其中磷含量為920 mg/kg，高于大部分筍用竹和蔬菜[3]。湖北咸寧竹海的竹筍資源豐富，其中以水竹筍深受當地人喜愛。每年4 月底至5 月初為水竹筍收獲初期，歷時40 d 左右，鮮筍可貯藏3～4 d[4-5]。目前，水竹筍多以菜肴烹飪或腌制或曬干，加工方式簡單，產品種類單一，產品附加值低，因此急需新型加工產品提高其附加值。

本實驗室前期采用真空冷凍干燥技術將水竹筍加工成一種新型休閑食品，其特點是口感酥脆、開袋即食。但是在貯藏期間，發現常見的聚乙烯包裝袋易引起其品質劣變。不同種類食品通常因其自身特點需要不同的包裝條件，尤其是果蔬干制品受包裝材料和方式的影響較大。王輝等[6]研究了7 種包裝材料、2 種包裝方式對脫水馬鈴薯片品質的影響，發現真空或充氮包裝對水分含量、色度、硬度和脆度的保持效果最好。胡霞等[7]將凍干楊梅置于鋁箔袋、聚對苯二甲酸類（polyethylene terephthalate，PET）塑料瓶和玻璃瓶中，避光貯存90 d 后，發現鋁箔包裝更適于包裝凍干楊梅，水分含量最低、色澤最紅，維生素C、總酚和花色苷保持最好。景娜娜[8]采用保鮮袋、真空袋及玻璃瓶包裝干燥花椒，以真空包裝花椒貯藏品質較好。王丹等[9]采用鋁箔真空、鋁箔非真空、塑料真空、塑料非真空包裝脫水青椒，發現鋁箔包裝的脫水青椒外觀品質、水分活度、復水性保持優于塑料包裝。前述研究關注了包裝材料、包裝方式對干制果蔬水分、色澤、質構等品質的影響，而對干制果蔬風味的影響鮮見報道。

風味是食品品質的主要組成部分，其中揮發性物質對其品質的影響至關重要。電子鼻是一種針對揮發性物質的快速、無損檢測技術[10]。利用電子鼻技術，可以將不同品種、成熟度的果蔬區分開[11-13]，還可以鑒定不同食品的特征風味、風味變化規律[14-15]。

本試驗以凍干水竹筍為試材，研究真空包裝袋、高溫蒸煮袋、復合鋁箔袋對其貯藏期間的水分含量、水分活度等指標的影響規律，結合電子鼻分析揮發性物質的變化，以期獲得適宜的包裝材料，為即食水竹筍新食品的產業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水竹筍采于湖北省咸寧市咸安區白云山，采摘4 h之內運回實驗室，4 ℃冷藏。挑選長約30 cm、直徑約0.8 cm、無蛀蟲、無腐爛的水竹筍備用。

復合鋁箔袋（尼龍+聚丙烯）、高溫蒸煮袋（尼龍+聚乙烯）、真空包裝袋（聚對苯二甲酸乙二酯+鋁箔+聚乙烯）（26 cm×38 cm）：廈門天益包裝材料有限公司。

大豆油：中糧福臨門食品營銷有限公司；石油醚、三氯甲烷、冰醋酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Delta 1-24 真空冷凍干燥機：德國Christ 公司；BS-210 分析天平：德國賽多利斯公司；Labmaste-aw 水分活度測定儀：瑞士Novasina 公司；PEN-3 電子鼻：德國Airsense 公司。

1.3 方法

1.3.1 即食水竹筍的制備

工藝流程：水竹筍剝殼→清洗→切分→漂燙（100 ℃，30 s）→冷卻→調味（糖漬、噴油）→預凍（-40 ℃，12 h）→真空冷凍干燥（20 h）→包裝→貯藏。

包裝：凍干后出倉的即食水竹筍，分別用復合鋁箔袋、真空包裝袋、高溫蒸煮袋包裝，封口。

貯藏：上述制備的樣品于4 ℃貯藏，每5 d 測1 次指標，水分含量、水分活度、脂肪含量及過氧化值。

1.3.2 水分含量的測定

稱取試樣2～3 g，根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》[16]中直接干燥法測定試樣中的水分含量。

1.3.3 水分活度的測定

試樣切成約3 mm×3 mm×3 mm 小塊，迅速放入樣品皿中，參照GB 5009.238—2016《食品安全國家標準食品水分活度的測定》[17]測定試樣的水分活度。

1.3.4 脂肪含量的測定

根據GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》[18]中索氏提取法測定試樣中的脂肪含量。

1.3.5 過氧化值的測定

根據GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》[19]中滴定法測定試樣的過氧化值。

1.3.6 風味物質的測定

稱取2 g 試樣，加入頂空瓶內密封，25 ℃水浴10 min。利用直接頂空吸氣法將測試針、補氣針針頭插入頂空瓶中，測試120 s，每個樣品重復3 次平行。采用電子鼻系統對揮發性成分進行測定。PEN 3 型電子鼻各傳感器的響應特性如表1 所示。

表1 PEN 3 型電子鼻各傳感器的響應特性Table 1 Response characteristics of sensors in PEN 3 electronic nose

1.4 數據處理與分析

所測指標均重復3 次，采用平均值±標準差表示，采用Excel 2013 及SPSS 17.0 軟件對數據進行處理及分析。利用PEN 3 型傳感器配套的Winmuster 軟件對數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）[20]。

2 結果與分析

2.1 即食水竹筍水分含量的變化

水分含量是影響食品品質的一個重要因素，較低水分含量有利于維持食品品質，延長貨架期。貯藏期間即食水竹筍水分含量的變化見表2。

表2 貯藏期間即食水竹筍水分含量的變化Table 2 Changes of water content of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表2 可知，隨著貯藏期的延長，3 種包裝材料包裝的樣品水分含量均呈上升趨勢，不同的包裝材料對即食水竹筍水分含量的影響不一樣，這與胡霞等[7]研究不同材料儲存凍干楊梅中水分含量變化的結果一致；復合鋁箔袋即食水竹筍的水分含量相較于其他2種包裝材料的水分含量增加較少。貯藏30 d 時，真空包裝袋、高溫蒸煮袋、復合鋁箔袋的水分含量分別上升34.8%、50.0%、33.3%，此時，復合鋁箔袋水分含量（2.8 g/100 g）比其他2 種包裝低，與真空包裝袋、高溫蒸煮袋包裝的水竹筍水分含量之間差異顯著（P＜0.05）。貯藏期間，3 種材料包裝的即食水竹筍水分含量的上升情況有差異，這與材料本身的阻隔性有關[21]，復合鋁箔袋很好地阻隔了水分的進入，而高溫蒸煮袋防潮的效果較差。可見，復合鋁箔袋能更好地減緩袋內即食水竹筍食品的水分含量上升，有助于提高產品貯藏期的穩定性。

2.2 即食水竹筍水分活度的變化

食品的水分活度描述的是食品中的自由水，自由水是參與化學反應和微生物生長的溶劑，是食品質量控制中的一個重要指標[22]。控制水分活度能提高食品品質和延長保藏期[23]。不同包裝材料與貯藏溫度對水竹筍休閑食品水分活度的影響如表3 所示。

表3 貯藏期間即食水竹筍水分活度的變化Table 3 Changes of water activity of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表3 可知，在貯藏期內，雖然3 種包裝材料包裝的樣品水分活度整體上均呈緩慢上升趨勢，但是不同包裝材料對即食水竹筍的影響表現有差異，這與Henriquez 等[24]研究不同包裝材料對蘋果皮粉的品質影響中得出水分活度變化結論相一致。貯藏30 d 時，復合鋁箔袋樣品的水分活度明顯低于高溫蒸煮袋和真空包裝袋，達到顯著性差異（P＜0.05）。比較分析貯藏0 d和30 d，水分活度增量由小到大排序為復合鋁箔袋（0.04）、真空包裝袋（0.08）、高溫蒸煮袋（0.09）。可見復合鋁箔袋包裝能更好地控制食品水分活度上升，保證即食水竹筍貯藏期的穩定性。

2.3 即食水竹筍脂肪含量的變化

油脂不僅能使食品變松脆，有助于產生食品香味，而且還利于開胃，調理很多食品的組織及口感，讓食品風味更加豐富[25-27]。即食水竹筍在加工過程中噴灑了大豆油，賦予了產品酥性質感和獨特風味。貯藏期間即食水竹筍脂肪含量的變化見表4。

表4 貯藏期間即食水竹筍脂肪含量的變化Table 4 Changes of fat content of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表4 可知，不同包裝材料與脂肪的含量有一定的關系，這與包裝材料的阻隔性有關。材料的透氣性與透濕性容易使得空氣中的氣體進入包裝袋中從而導致食品中的脂肪氧化，而使脂肪含量下降[28]。隨著貯藏期的延長，3 種包裝材料包裝的即食水竹筍脂肪含量不斷減少，同一包裝材料0 d 與30 d 的樣品脂肪含量都達到了顯著性差異（P＜0.05）；貯藏30 d 時，真空包裝袋、高溫蒸煮袋、復合鋁箔袋的脂肪含量分別下降16%、18%、10%，其中高溫蒸煮袋脂肪損失最多為4.6%，復合鋁箔袋脂肪損失最少為2.6%，說明復合鋁箔袋能減緩即食水竹筍中脂肪的氧化，包裝效果更好。

2.4 即食水竹筍過氧化值的變化

食品在貯存初始階段，脂肪氧化生成氫過氧化物，氫過氧化物非常不穩定，易裂解成小分子的醛、酮、酸等物質，氫過氧化物的量可用過氧化值來衡量[29-32]。不同包裝材料對水竹筍過氧化值的影響如表5 所示。

表5 貯藏期間即食水竹筍過氧化值的變化Table 5 Changes of peroxide value of ready-to-eat Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由表5 可知，隨著貯藏時間的延長，水竹筍的過氧化值逐漸升高，氧化程度逐漸加深，并隨時間增加而不斷累積，這與戢得蓉等[33]研究不同包裝材料對怪味雞絲品質的影響中過氧化值隨著時間變化的結果一致。貯藏20、25、30 d 時，3 種包裝的水竹筍過氧化值含量間均差異顯著（P＜0.05）。貯藏期30 d 內，高溫蒸煮袋包裝的水竹筍的過氧化值增加最多（10.2 g/100 g），其次是真空包袋裝（8.9 g/100 g），最少為復合鋁箔袋包裝（5.2 g/100 g）。可見，低溫復合鋁箔袋包裝更適合休閑食品即食水竹筍的貯藏。

2.5 電子鼻檢測即食水竹筍的揮發性物質

2.5.1 電子鼻RADAR 分析

電子鼻測定貯藏0、15 d 和30 d 的不同包裝水竹筍揮發性物質的響應值如圖1 所示。

圖1 貯藏期間不同包裝的水竹筍揮發性物質雷達圖Fig.1 Radar map of volatile compounds in Phyllostachys heteroclada bamboo shoots during storage

由圖1 可知，貯藏0 d，3 組樣品的W1C、W3C、W5C、W1W 和W2W 響應值高于其他傳感器的響應值。貯藏15 d 時，3 組樣品的傳感器W5S、W1W 和W2W 響應值明顯高于其他傳感器的響應值，且高于貯藏0 d，其余7 個傳感器響應值較低，且變化程度小。貯藏30 d 時，3 組樣品的傳感器W5S、W1W 和W2W 響應值明顯高于其他傳感器的響應值；與貯藏0 d 的響應值相比，高溫蒸煮袋（組1）樣品傳感器W5S、W1W和W2W 的響應值分別提高了2.6 倍、3.8 倍和2.2 倍，高溫蒸煮袋（組2）樣品傳感器W5S、W1W 和W2W 的響應值分別提高了2.8 倍、3.3 倍和1.8 倍，復合鋁箔袋（組3）樣品傳感器W5S、W1W 和W2W 的響應值分別提高了1.9 倍、2.7 倍和1.6 倍。由此可見，在貯藏期間，氮氧化合物、萜烯類、含硫化物和芳香族化合物是即食水竹筍主要的揮發性成分，且隨著貯藏時間延長，其釋放量不斷增加，W5S、W1W 和W2W 的響應值顯著提高。

2.5.2 電子鼻PCA 分析

將貯藏0、15、30 d 的3 組樣品的揮發性物質進行PCA 分析，結果見圖2。

圖2 貯藏期間不同包裝的水竹筍揮發性物質PCA 分析Fig.2 PCA analysis of volatile compounds in Phyllostachys heteroclada bamboo shoots in different packages during storage

由圖2 可知，第一主成分（PC1）貢獻率是96.52%，第二主成分（PC2）貢獻率2.48%，總貢獻率大于95%，說明PC1 和PC2 包含了主要的信息。從PC1 來看，貯藏0 d，3 組樣品間的揮發性物質區域交叉多，氣味成分區域相近；貯藏15 d，3 組間的揮發性物質區域交叉較少，氣味成分區域相差較大；貯藏30 d，3 組組間的揮發性物質區域的交叉更少，氣味成分區域不相同。因此，包裝材料對即食水竹筍的氣味物質的影響較大，且不同的貯藏期的氣味物質差異較大。王福成等[34]采用電子鼻分析不同包裝對黃瓜風味的影響，發現在不同的貯藏時間，3 種包裝的黃瓜基本分布在不同區域，表明樣品之間的揮發性物質存在差異。

從圖2 中可明顯看出，在橫坐標上，3 組組內樣品的揮發性物質無任何交叉，說明電子鼻能夠準確區分不同貯藏階段樣品的氣味物質。不同貯藏時間的復合鋁箔袋（組3）樣品在橫坐標上的距離相對最近，其次是真空包裝袋（組1），高溫蒸煮袋（組2）距離最遠。樣品間在橫坐標上的間距越大則表明樣品間的差異越大。在電子鼻分析鱘魚氣味物質的研究中，發現不同處理階段鱘魚樣品在橫坐標上的距離相對較大，說明3 個處理階段樣品的揮發性物質差異較大[35]。由此推論，在貯藏期間，復合鋁箔袋（組3）樣品的氣味物質變化最小，說明復合鋁箔袋更利于凍干水竹筍的風味保持。

3 結論

4 ℃條件下，采用真空包裝袋、高溫蒸煮袋、復合鋁箔袋3 種不同包裝材料包裝即食水竹筍，隨著貯藏時間的延長，3 種包裝材料包裝的即食水竹筍的水分含量、水分活度和過氧化值均逐漸上升，揮發性成分的釋放量隨著貯藏時間的延長逐漸提高，而脂肪含量隨著貯藏時間的延長不斷減少。4 ℃貯藏30 d 內，與真空包裝袋、高溫蒸煮袋相比，復合鋁箔袋包裝的水竹筍的水分含量、水分活度和過氧化值上升較小，脂肪損失最少，揮發性物質的變化量最小。綜上所述，4 ℃條件下采用復合鋁箔袋包裝能夠更好地保持即食水竹筍品質的穩定，能更好地解決即食水竹筍在貯藏期間的變質問題。