领学术科研之先,创食品科技之新
—— 中国食品杂志社
资讯动态
甘肃省农业科学院冯毓琴研究员等:基于温度条件的西兰花硅窗自发气调硅窗面积的筛选及验证
2022-11-01 15:44:03 食品科学杂志 457
字体 A+ A A-

西兰花不仅营养成分全面,其具有保健作用的硫代葡萄糖苷及其衍生物萝卜硫素等活性成分含量也要高于其他十字花科蔬菜,有“蔬菜皇冠”之称。然而采后西兰花生理代谢旺盛,在常温下极易黄化、失水萎蔫,营养成分迅速流失,导致其商品价值降低。传统的保鲜剂虽然能够延长西兰花的贮藏期,但存在二次残留。气调保鲜技术绿色安全,是现今国内外广泛应用的现代化果蔬贮藏保鲜手段之一。

图片

自发气调保鲜是将果蔬密封在具有特定透气性能的塑料薄膜制成的容器中,利用果蔬自身的呼吸作用和塑料薄膜的透气性能,在一定的温度条件下,自行调节密封环境中的O2和CO2含量,使之符合贮藏的要求。硅窗气调属于自发气调的一种,是在包装容器上镶嵌一定面积的硅橡胶膜,利用硅橡胶膜对不同气体的选择透过性来调节包装环境中的气体比例。甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,甘肃省果蔬贮藏加工技术创新中心的魏丽娟、冯毓琴*等以耐寒优秀西兰花为材料,拟通过设置不同的贮藏温度和硅窗面积包装处理西兰花,探讨贮藏温度及硅窗面积对西兰花硅窗气调保鲜效果的影响,确定西兰花硅窗自发气调最优参数组合,以期有效抑制西兰花采后黄化,延迟西兰花在贮藏期内品质劣变,为西兰花硅窗自发气调保鲜技术提供理论依据。


1、不同贮藏温度结合理论硅窗面积值的包装袋和普通PE包装袋对西兰花保鲜效果的影响


呼吸速率和相对电导率的变化

图片

如图1A所示,西兰花属于呼吸跃变型蔬菜,其呼吸速率在贮藏期间总体呈先上升后下降趋势,有呼吸峰出现(以CO2计,下同),各组均在5 d时出现呼吸峰,硅窗袋包装处理组的呼吸峰值均低于各无硅窗对照处理组,2 ℃硅窗袋包装处理组的呼吸峰值最低,分别比4 ℃硅窗、4 ℃无硅窗、2 ℃无硅窗、0 ℃硅窗、0 ℃无硅窗低26.0%、68.4%、36.9%、5.1%、53.8%。呼吸高峰过后各处理组的呼吸速率均有不同程度回落,其中2 ℃硅窗袋包装处理组的呼吸速率在10、20 d和贮藏结束时最低,并在10、20 d时显著低于其他各组(P<0.05),0 ℃硅窗袋包装处理对呼吸速率的抑制效果次于2 ℃硅窗袋包装处理;0 ℃无硅窗组贮藏过程中的呼吸速率整体上也大于2 ℃无硅窗组,这可能是0 ℃处理组的环境温度由于系统误差降至西兰花冰点温度以下导致西兰花冻伤所致。4 ℃无硅窗包装处理组的呼吸速率在整个贮藏期都最高。

由图1B可知,各处理组的相对电导率随着贮藏时间的延长呈逐渐上升趋势,其中4 ℃无硅窗对照组迅速上升,并在10 d以后显著高于其他处理组(P<0.05);贮藏后期硅窗袋包装处理组相对电导率低于各无硅窗对照处理组。2 ℃硅窗袋包装处理组的相对电导率在5 d以后至贮藏期结束都处于最低,贮藏期结束时分别低于4 ℃硅窗、4 ℃无硅窗、2 ℃无硅窗、0 ℃硅窗、0 ℃无硅窗11.2%、30.1%、12.1%、1.2%、15.9%。0 ℃硅窗袋包装处理组的相对电导率增加速率快于2 ℃硅窗袋包装处理,2 ℃和0 ℃无硅窗对照组有相似的变化趋势,这是因为0 ℃处理组过低的环境温度造成了西兰花细胞膜的损坏。


包装袋内氧气、二氧化碳体积分数的变化


图片

硅窗可以有效调节包装袋内气体组成,由图2可知,各硅窗包装袋内O2和CO2体积分数的变化趋势要比各无硅窗包装袋内的平稳,无硅窗包装袋因透气性差,袋内O2体积分数急剧降低,CO2体积分数积累过多,不利于西兰花贮藏。2 ℃硅窗袋包装处理组在5~25 d内的O2体积分数保持在2.3%~4.1%之间,CO2体积分数保持在8.7%~11.0%之间,袋内气体比例达到动态平衡,最接近西兰花最佳贮藏气体环境。


叶绿素、VC、可溶性蛋白和芥子油苷含量的变化


图片

图片

图片

图片

图片

由图3A可知,各处理组西兰花的叶绿素含量在贮藏期间总体呈下降趋势;整个贮藏期内,各硅窗袋包装处理组叶绿素含量一直高于各无硅窗处理对照组,其中2 ℃硅窗袋包装处理组最高,贮藏结束时分别高于4 ℃硅窗、4 ℃无硅窗、2 ℃无硅窗、0 ℃硅窗、0 ℃无硅窗35.4%、174.6%、80.7%、16.9%、68.1%。不同温度的3 个对照组中,4 ℃对照组的叶绿素含量下降最快,2 ℃对照组保持得最好。
由图3B可知,各组VC含量总体呈现出升-降-升的趋势,可能的原因是贮藏初期西兰花由于后熟其VC含量小幅上升,随着贮藏时间的延长VC开始分解,而到后期西兰花失水较多导致VC的相对含量升高。10~20 d之间2 ℃硅窗袋包装处理组西兰花的VC含量最高,贮藏期结束时0 ℃硅窗袋包装处理组高于2 ℃硅窗袋包装处理组,但二者无显著差异(P>0.05)。4 ℃无硅窗对照组西兰花的VC含量在整个贮藏期都处于最低水平,且显著低于2 ℃硅窗袋包装处理组(P<0.05);2 ℃无硅窗对照组要高于0 ℃无硅窗对照组。
如图3C所示,各组的可溶性蛋白含量在整个贮藏期间呈逐渐上升趋势,这可能是西兰花受低温贮藏及失水胁迫的结果,贮藏期间硅窗袋包装处理组的可溶性蛋白含量要高于各无硅窗处理组,说明硅窗袋包装可使西兰花维持较低的代谢强度。0 ℃处理组的可溶性蛋白含量在贮藏前期的增长幅度要高于2 ℃处理组,在贮藏末期逐渐低于2 ℃处理组,说明0 ℃处理组过低的环境温度使西兰花合成了相关的蛋白来对抗低温胁迫,但随着低温贮藏时间的延长合成逐渐受损。
由图3D可知,各处理组西兰花的芥子油苷含量在贮藏期间呈先上升后缓慢下降的趋势,这可能是由吲哚族芥子油苷的合成以及脂肪族芥子油苷的降解引起。在整个贮藏期,硅窗袋包装处理组的芥子油苷含量要高于各无硅窗处理组,4 ℃无硅窗组最低,2 ℃硅窗袋包装组最高并在贮藏结束时显著高于其他各组(P<0.05)。

SOD和CAT活力的变化


图片

图片

如图4A所示,在5 d时各处理组SOD活力达到第1个峰值,其中0 ℃硅窗袋包装处理组最高,其次是2 ℃硅窗袋包装处理组,5 d后各组SOD活力下降,第20天时,各组SOD活力又出现峰值,SOD活力变化呈“双峰”曲线,此时2 ℃硅窗袋包装处理组最高,0 ℃硅窗袋包装处理组在此过后迅速下降,贮藏结束时显著低于2 ℃硅窗袋包装处理组(P<0.05),2 ℃和0 ℃无硅窗对照组的SOD活力有相似的变化趋势,表明0 ℃处理组的SOD先对低温逆境作出响应,但随着逆境时间的延长SOD活力受到了一定程度的破坏。整个贮藏期硅窗袋包装处理组的SOD活力都高于无硅窗对照组,4 ℃无硅窗对照组的SOD活力最低,说明硅窗袋包装结合低温贮藏对SOD的激活更明显。

如图4B所示,各组CAT活力均呈先上升后下降的趋势,各组在贮藏第15天时出现峰值,2 ℃和0 ℃处理组CAT活力随贮藏时间的变化趋势接近SOD活力,相对对照组,硅窗袋包装处理表现出优越性


2、理论硅窗面积值的合理性验证实验结果


呼吸速率和相对电导率的变化


图片

各处理组均在第5天出现呼吸峰(图5A),硅窗面积6 cm2处理组的峰值最低,但随着贮藏时间的延长,硅窗面积8 cm2硅窗袋包装处理组的呼吸速率下降幅度大,15 d后其呼吸速率显著低于其他处理组(P<0.05)。各处理组的相对电导率随着贮藏时间的延长呈逐渐上升趋势(图5B),其中硅窗面积8 cm2硅窗袋包装处理组的相对电导率在整个贮藏期一直处于最低,贮藏期结束时显著小于其他处理组(P<0.05),说明硅窗面积8 cm2硅窗袋包装处理组的西兰花在贮藏期衰老速率相对缓慢。

包装袋内氧气、二氧化碳体积分数的变化


图片

如图6A所示,贮藏5 d后硅窗面积8 cm2硅窗袋包装处理组的袋内O2体积分数最接近西兰花贮藏最佳O2体积分数区间,且变化平稳;硅窗面积6 cm2硅窗袋包装处理组的袋内O2体积分数变化趋势平稳但不接近最佳体积分数区间,硅窗面积10 cm2处理组接近最佳体积分数区间但变化趋势不平稳。对照组西兰花进行呼吸作用消耗O2,因包装袋透气性差其内O2体积分数过低不利于西兰花贮藏。
如图6B所示,贮藏5 d后硅窗袋包装处理组袋内的CO2体积分数均接近西兰花贮藏最佳CO2体积分数区间,其中8 cm2组变化趋势最平稳,说明其袋内CO2体积分数达到动态平衡。对照组西兰花进行呼吸作用产生CO2,因包装袋透气性差其内CO2体积分数过高也不利于西兰花贮藏。

叶绿素、VC、可溶性蛋白和芥子油苷含量的变化


图片

图片

图片

图片

图片

由图7A可知,各处理组西兰花的叶绿素含量在贮藏期间总体呈下降趋势,其中硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组最高,在0~20 d期间显著高于其他组(P<0.05),贮藏期结束时高于10 cm2组2.85%,显著高于6 cm2组和对照组(P<0.05)。
由图7B可知,贮藏10 d后硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组的VC含量最高,贮藏结束时比10 cm2处理组高3.6%,且显著高于6 cm2组和对照组(P<0.05)。
由图7C可知,贮藏期间硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组的可溶性蛋白含量一直高于其他处理组,且在贮藏期结束时差异显著(P<0.05)。对照组的可溶性蛋白含量在整个贮藏期显著低于硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组(P<0.05)。
由图7D可知,各处理组西兰花的芥子油苷含量在贮藏期间呈先上升后下降的趋势,硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组的芥子油苷含量在整个贮藏期都最高,且在第10天时显著高于其他处理组(P<0.05),在贮藏期结束时分别高于6 cm2组、10 cm2组和对照组30.1%、11.3%、94.5%。

SOD和CAT活力的变化

图片

如图8A所示,SOD活力变化呈“双峰”曲线,在贮藏5 d时各处理组SOD活力达到第1个峰值,5 d后回落,贮藏至20 d时出现第2个峰值,此时硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组最高,且与其他处理组差异显著(P<0.05);硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组的SOD活力在10~25 d期间一直最高。
如图8B所示,各组的CAT活力在贮藏第15天时出现峰值,且呈先上升后下降的趋势,整个贮藏期硅窗面积8 cm2的硅窗袋包装处理组的CAT活力最高,在10、15 d时与其他各组差异显著(P<0.05),贮藏期结束时分别高于6、10 cm2硅窗袋包装处理组和对照组16.5%、6.8%、35.5%。

结 论

西兰花硅窗自发气调关键参数筛选结果表明,硅窗自发气调贮藏效果优于普通无硅窗自发气调;考虑贮藏环境温度误差可能带来的不良保鲜效果,西兰花贮藏温度为2 ℃,并采用质量与硅窗面积比例为5 kg/8 cm2有最好的保鲜效果。西兰花硅窗气调理论硅窗面积设置合理性验证实验结果表明,在最适宜的贮藏温度2 ℃下,硅窗面积为8 cm2的包装袋的保鲜效果优于6 cm2和10 cm2,参数筛选实验中理论硅窗面积值的设置是具合理性的。西兰花硅窗自发气调系统中O2/CO2最终动态平衡点的确定是系统设计的关键,若系统参数设计不合理,包装内部出现过低的O2体积分数和过高的CO2体积分数,将造成果蔬处于厌氧状态或造成二氧化碳伤害,达不到延长果蔬贮藏期的目的。本研究中西兰花质量与硅窗面积比例采用5 kg/8 cm2,并于2 ℃下贮藏有最好的保鲜效果,结果对于延缓西兰花衰老黄化、提升西兰花贮藏品质、指导西兰花硅窗自发气调贮藏具有一定的实际意义,为西兰花硅窗自发气调提供理论依据。


通信作者简介

图片

冯毓琴,研究员,甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,加工原料与质量控制研究室主任。
教育经历:

(1) 2003-09 至 2007-06, 甘肃农业大学, 牧草育种, 博士;
(2) 2000-09 至 2003-06, 甘肃农业大学, 牧草育种, 硕士;
(3) 1987-09 至 1991-06, 甘肃农业大学, 园艺, 学士。
科研与学术工作经历:
(1) 2017-01 至 今, 甘肃省农业科学院, 农产品贮藏加工研究所, 研究员;
(2) 2007-01 至 2016-12, 甘肃省农业科学院, 农产品贮藏加工研究所, 副研究员;
(3) 1991-07 至 2006-12, 甘肃省农业科学院, 粮食作物研究所, 无。


第一作者简介

图片

魏丽娟,助理研究员,甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所。

教育经历:
(1) 2011-09 至 2014-06, 甘肃农业大学, 农业机械化工程, 硕士;
(2) 2007-09 至 2011-06, 甘肃农业大学, 机械设计制造及其自动化, 学士。
科研与学术工作经历(博士后工作经历除外):
(1) 2018-12 至 今, 甘肃省农业科学院, 农产品贮藏加工研究所, 助理研究员;
(2) 2015-01 至 2018-11, 甘肃省农业科学院, 农产品贮藏加工研究所, 研究实习员。



本文《基于温度条件的西兰花硅窗自发气调硅窗面积的筛选及验证》来源于《食品科学》2022年43卷15期236-244页,作者:魏丽娟,冯毓琴,李翠红,李长亮,于嘉文。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210729-339。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/2022-43-15-028.html即可查看文章相关信息。

电话: 010-87293157 地址: 北京市丰台区洋桥70号

版权所有 @ 2023 中国食品杂志社 京公网安备11010602060050号 京ICP备14033398号-2