等离子体气体处理对草莓保鲜效果的研究.pdf

收稿日期 2024 08 06 基金项目 本文系冷库用杀菌保鲜装备技术研发 HXDK202405 研究成果 通信作者 付亚波 第 32 卷 第 12 期 Vol 32 No 12 北京印刷学院学报 Journal of Beijing Institute of Graphic Communication 2024年 12月 Dec 2024 等离子体气体处理对草莓保鲜效果的研究 李燕奇1 李晨奥1 张新林1 孙运金2 王聪瑶1 付亚波1 1 北京印刷学院 北京 102600 2 北京农学院 北京 100096 摘 要 为探究等离子体气体 PPA 处理技术在水果保鲜中的应用效果 以 红颜 草莓为试材 采用PPA对草 莓分别进行了10s 20s 30s不同时间的杀菌保鲜处理 研究了在4 贮藏过程中草莓的菌落总数 硬度 颜色 失 重率 总可溶性固形物和pH值等生理指标变化规律 结果表明 与未PPA处理的对照组相比 处理组储藏草莓 的硬度 颜色 失重率和总可溶性固形物等生理指标均无显著差异 P 0 05 而草莓表面菌落总数显著下降 P 0 05 其中PPA处理30s组草莓表面的菌落总数降低90 7 可将草莓储藏保鲜期延长至18d PPA处理技 术在草莓等新鲜果蔬保鲜领域具有广阔的应用潜力 可以有效抑制表面的微生物的繁殖 延长贮藏保鲜期 并且 对果实品质无不良影响 关键词 等离子体气体处理 草莓 储藏 生理指标 保鲜期 中图分类号 S609文献标识码 A文章编号 1004 8626 2024 12 0017 06 草莓风味可口 富含多种营养 具有抗癌 抗氧 化 抗炎等功能 深受消费者喜爱 1 2 然而采摘后 草莓表面附着的细菌 酵母和霉菌会导致其腐烂变 质 降低其经济价值 3 目前 针对草莓腐烂变质 的问题 常见的杀菌方法包括化学杀菌剂 紫外辐 射 臭氧和电场处理 但它们各自存在着化学残留 效率低 处理成本高和影响果实品质等缺点 4 为了确保食品的微生物安全 同时对感官和营 养品质产生最小影响 许多研究集中在非热技术 上 例如高压 脉冲电场 超声波和低温等离子体技 术 5 等离子体是物质存在的第4种状态 是气体 在高能作用下部分或完全电离形成的电中性导电 流体 等离子体中含有大量的活性物质 包括活性 氧 活性氮 紫外光子 正离子 负离子和自由电子 等 6 这些活性物质具有强氧化还原性 能够与微 生物细胞壁或核酸中的有机分子发生反应 导致细 胞壁破裂或核酸结构损伤 从而实现微生物的灭活 效果 7 然而 在大多数等离子体杀菌保鲜研究 中 果蔬通常直接暴露在等离子体中 草莓等缺乏 果皮保护的水果容易造成损伤 8 等离子体气体 plasma processed air PPA 是一种间接非热的远 程处理技术 具有杀菌效率高 温度低 环境友好 开放连续操作 能效高和操作简单等优点 近年来 作为农产品保鲜领域的新型杀菌技术备受 青睐 9 目前在草莓保鲜领域应用的低温等离子体技 术多为介质阻挡放电装置直接处理 如Giannoglou 等和Li等采用了介质阻挡放电方式直接处理新鲜 草莓 10 11 然而 鲜有研究者使用PPA这种间接 处理技术对草莓进行保鲜研究 Yang等研究了 PPA对新鲜草莓的影响 但其研究集中在处理前 后草莓表面的微生物变化情况 未考虑处理后草莓 在贮藏期间的品质变化 12 因此 本实验使用了 PPA对草莓进行处理 通过测定处理后草莓在贮 藏期间的菌落总数 硬度 颜色 失重率 总可溶性 固形物和pH值等生理指标变化规律 探究了新颖 的PPA技术对草莓采后贮藏的杀菌保鲜效果 1 材料与方法 1 1 材料与设备 1 1 1 材料与试剂 红颜草莓 于北京市农产品市场购买后立刻运 至实验室 挑选外观相同的果实放入保鲜柜中预冷 备用 LB营养琼脂 来自北京奥博星生物科技有 限公司 氯化钠 分析纯 来自上海阿拉丁生化科 技股份有限公司 氢氧化钠标准溶液 来自山东科 DOI 10 19461 ki 1004 8626 2024 12 005 源生化有限公司 酚酞 质量分数为98 来自上 海阿拉丁生化科技股份有限公司 碘化钾 分析 纯 来自天津聚恒达化工有限公司 可溶性淀粉 分析纯 来自天津福晨化学试剂有限公司 1 1 2 仪器与设备 Lab V1型等离子体保鲜装置 实验室自制 GHP型恒温培养箱 来自上海一恒有限公司 G型 果实硬度计 来自乐清艾德堡仪器公司 DS 200 型色差仪 来自浙江彩谱科技有限公司 Check Point型顶空气体分析仪 来自上海阿美特克商贸 公司 MTB5000D型天平 来自深圳美孚电子有限 公司 PAL 型数显折光仪 广州爱宕科学仪器公 司 FE28型pH计 来自梅特勒 托利多科技公司 1 2 方法 1 2 1 实验设计 将挑选好的草莓随机分装在聚丙烯托盘中 对 照组不做任何处理 记为CK 处理组使用等离子 试验电源制备PPA 将其通入装有草莓的密闭腔 室进行处理 处理时间分别为10s 20s和30s 依次 记为PPA10 PPA20和PPA30 对照组和处理组 的果实均使用聚乙烯薄膜包装 然后置于4 保鲜 柜中贮藏 每组设3个平行样 每隔3d取样检查 1 2 2 测定指标与方法 1 2 2 1 包装内氧气 二氧化碳含量 使用顶空气体分析仪检测包装内氧气 O2 与 二氧化碳 CO2 的体积分数 1 2 2 2 硬度 参考Yang等的方法 8 使用果实硬度计测定 草莓硬度 1 2 2 3 颜色 采用CIE Lab法 12 使用色差仪测定草莓 颜色 1 2 2 4 失重率 使用电子天平测量草莓的重量 草莓的失重 率由贮藏前后的重量差异决定 13 其计算公式为 失重率 M0 Mn M0 100 式中 M0为第0天的草莓的重量 Mn为贮存 第n天的草莓重量 1 2 2 5 总可溶性固形物 可滴定酸 抗坏血酸含 量 pH值 参照Yi等的方法 14 用折光仪测量总可溶性 固形物 total soluble solids TSS 含量 参考曹建 康等的方法 15 采用氢氧化钠溶液滴定法测定草 莓中可滴定酸 Titratable acid TA 含量 采用碘酸 钾滴定法测定草莓中抗坏血酸 Ascorbic acid AsA 含量 使用pH计测量草莓果汁的pH值 1 2 2 6 菌落总数 参照GB4789 2 2016 测定草莓表面菌落 总数 1 2 2 7 感官评价 参考Giannoglou等的方法 10 以外观 气味 硬度以及评价者的自身整体感受为依据 给CK组 和处理组草莓打分 设定保鲜期内的最低分为 5分 1 2 3 统计分析 数据结果以平均数 标准误差表示 在IBM SPSS Statistics 27 0中 采用单因素方差分析方法 在P 0 05水平下使用Duncan s test评估PPA处 理对草莓指标影响的显著性 使用Origin 2022绘 图分析 图中不同字母 a b c 代表同一贮藏时间 下不同组别之间的差异显著 P0 05 不同字母为显著差异 P 0 05 图1 PPA处理不同时间后草莓的菌落总数 2 2 PPA处理后草莓在贮藏期间的品质参数 变化 2 2 1 包装内顶空气体 新鲜果蔬在采摘后仍保持生命活动 需要通过 呼吸作用产生能量 17 贮藏期间 草莓的呼吸作用 会消耗包装内部的O2并产生CO2 导致包装内O2 含量下降 CO2含量升高 18 各组样品包装内的O2 和CO2含量变化如图2所示 处理组的O2体积 分数高于CK组 CO2体积分数低于CK组 说明 PPA处理减少了包装内O2的消耗和CO2的积累 能够抑制草莓在贮藏期间的呼吸作用 对比处理 组之间的顶空气体含量 PPA30组的O2体积分数 最高 CO2体积分数最低 PPA20组次之 PPA10 组则是O2体积分数最低 CO2体积分数最高 此 外 PPA10组的气体成分与CK组的差异不显著 PPA20和PPA30组与CK组差异显著 表明PPA 对草莓呼吸作用的抑制效果与处理时间呈正相关 注 图中不同小写字母代表同一贮藏时间下不同组别之间的差异显著 P 0 05 图3 7同 图2 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间包装内O2体积分数 A 和CO2体积分数 B 的影响 2 2 2 硬度 硬度是反映草莓成熟度和贮藏品质的主要指 标 19 由图3可以看出 贮藏期间 各组草莓的硬 度呈现出先轻微上升再逐步下降的变化趋势 这 可能是由于部分草莓采摘时未完全成熟 贮藏期间 果实继续后熟 内部细胞壁和果胶逐渐强化 18 或 者果实水分损失导致硬度上升 然后随着贮藏时 间延长 草莓过熟 细胞壁在酶类物质作用下被分 解 使得硬度逐渐下降 对比贮藏期间处理组与 CK组 发现各组草莓间的硬度无显著差异 这说 明PPA处理对草莓在贮藏期间的硬度变化无显著 影响 然而 Alison等在处理蓝莓表面微生物时注 意到等离子体处理会导致果实硬度下降 这可能是 图3 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间硬度的影响 因为所处理的时间较长 或者与采用的等离子射流 91第 12 期李燕奇 李晨奥 张新林 等 等离子体气体处理对草莓保鲜效果的研究 装置具有较强的蚀刻作用有关 20 2 2 3 颜色 草莓的颜色是消费者购买时的重要参考 通过 测定果实的亮度 L 和红度 a 可以评估草莓 贮藏期间颜色的变化 如图4所示 贮藏期间草莓 的L 和a 呈缓慢下降趋势 与CK组相比 处理 组草莓的L 和a 略高 但是差异在统计学上并不 显著 因此 PPA处理对草莓在贮藏期间的亮度 和红度无显著影响 对草莓贮藏期间的颜色变化无 显著影响 另外 Giannoglou等在研究冷大气等离 子和脉冲电磁场对草莓品质和货架期的影响中也 发现等离子体对草莓的颜色变化无显著影响 10 图4 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间L A 和a B 的影响 2 2 4 失重率 失重率是确定草莓新鲜度的重要指标之一 代 表草莓在贮藏过程中的水分损失情况 由图5可 见 在整个贮藏期间 随着时间的延长 草莓的失重 率逐渐升高 但PPA处理组的失重率与CK组相 比无显著差异 这表明PPA处理对草莓在贮藏期 间的失重率变化没有显著影响 图6 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间TSS和pH值的影响 图5 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间失重率的影响 2 2 5 总可溶性固形物和pH值 草莓的总可溶性固形物含量是反映果实含糖量 的重要指标 21 各组样品的总可溶性固形物含量见 图6 a 整体上 TSS含量随着时间的推移而下降 这可能是由于果实在贮藏期间呼吸作用和微生物代 谢消耗了部分可溶性固形物 22 处理组的TSS含量 与CK组的差异不显著 但是在第9d后略高于CK 组 这可能与第9d后处理组草莓的呼吸作用低于 CK组有关 因此可以推断出PPA处理有利于维持 贮藏期间草莓的TSS含量 这与赵莹等采用低温等 离子体处理草莓所得的研究结果一致 4 此外 pH值在评价水果品质时也起着重要作 用 因为它通常影响着产品所需的加工条件 5 并 且果蔬的pH值受各种有机酸调节 对果蔬风味和 贮藏品质有重要影响 23 图6 b 显示 贮藏期间 处理组草莓的pH值与CK组相比无显著变化 这 说明PPA处理对贮藏期间草莓的pH值变化无显 著影响 与Giannoglou等的研究结果一致 10 2 2 6 菌落总数 草莓表面携带的微生物是危害食品安全的主 02北京印刷学院学报2024年 要原因之一 同时也是导致草莓腐败变质的关键因 素 4 如图7所示 贮藏期间各组草莓样品的菌落 总数随着时间的推移呈上升趋势 然而 经过 PPA处理的草莓样品的菌落总数显著低于对照 组 其中PPA30组的菌落总数最低 其次是PPA20 和PPA10组 贮藏期间 PPA30和PPA20处理组 草莓的菌落总数始终显著低于CK组 而PPA10 组草莓的菌落总数与CK组的差异在第9 d后变为 不显著 这些结果表明 PPA处理对草莓的杀菌 效果能在贮藏期间得到较好的保持 尤其是处理时 间为20 s和30 s的样品 图7 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间菌落总数的影响 图8 不同PPA处理时间对草莓贮藏期间感官评价的影响 2 2 7 感官评价 草莓的感官评价是一种综合性的评估指标 它 融合了评价者的视觉 触觉和嗅觉等感官体验 以 揭示草莓在贮藏和运输过程中的整体品质 18 24 如图8所示 随着贮藏时间的延长 各组草莓样品 的感官评价不断降低 在9d后CK组的感官评价 分值低于最低限 5分 而PPA处理组分别在 12d 16d和18d后低于最低限 贮藏期间 PPA处 理组的草莓样品在感官评价上始终优于对照组 这 表明PPA处理能够有效延缓草莓在贮藏期间品质 的下降 进一步比较不同处理组之间的感官评价 观察到不同PPA处理组对草莓在贮藏期间品质下 降的延缓效果存在显著差异 PPPA20 PPA10 这与前文中不同PPA处 理时间对草莓表面菌落总数的抑制效果一致 此 外 许多研究者的相关研究中也得出了类似结果 在一定时间范围内 PPA对样品的杀菌保鲜效果 与处理时间呈正相关 20 25 3 结语 本研究通过使用滑动弧放电产生的等离子活 化气体 对草莓分别进行了10s 20s和30s的杀菌 保鲜处理 研究结果显示 相比于未PPA处理的 对照组 处理组草莓表面微生物的数量得到显著下 降 P0 05 贮藏期间 处理组草莓的菌落总数显著低于对照组 硬度 颜 色 失重率和总可溶性固形物等生理指标与对照组 无显著差异 P 0 05 在4 条件下PPA处理30s 可延长草莓保鲜期至18d 等离子体气体 PPA 作为一种新型的非热处理技术 在保持草莓本身品 质的前提下 可有效灭活草莓表面的微生物 在果 蔬保鲜领域具有广阔的应用前景 参考文献 1 杨涛 郜海燕 张润光 等 加压氮气对草莓采后生理及贮藏 品质的影响 J 农业工程学报 2020 15 282 290 2 HUANG S LIM S Y LAU H et al Effect of glycinebetaine on metabolite profiles of cold stored strawberry revealed by metabo lomics J Food Chemistry 2022 393 133452 3 王冬雪 不同贮藏处理对草莓果实品质及贮藏期的影响 D 沈阳 沈阳农业大学 2023 4 赵莹 严龙飞 严文静 等 低温等离子体活化水与介质阻挡 放电联合处理对草莓冷杀菌效果及品质的影响 J 食品科 学 2022 17 105 116 5 MA R N WANG G M TIAN Y et al Non thermal plasma ac tivated water inactivation of food borne pathogen on fresh produce J Journal of Hazardous Materials 2015 300 643 651 6 吕啸野 低温等离子体灭活Salmonella typhimurium研究及草 莓保鲜应用 D 广东 华南理工大学 2021 7 DHARINI M JASPIN S MAHENDRAN R Cold plasma reac tive species Generation properties and interaction with food biomolecules J Food Chemistry 2023 405 134746 8 YANG X ZHANG C Li Q F et al Physicochemical Properties of Plasma Activated Water and Its Control Effects on the Quality of Strawberries J Molecules 2023 6 2677 9 WU Q Y SHEN C Y LI J K et al Application of indirect plasma processed air on microbial inactivation and quality of yellow peaches during storage J Innovative Food Science 2 Beijing University of Agriculture Beijing 100096 China Abstract In this study the application effects of plasma processed air PPA treatment for 10s 20s and 30s on Hongyan strawberries were assessed and the total number of colonies hardness color weight loss total soluble solids pH and other physiological indexes of strawberries were studied during storage at 4 The results indicated that the number of colonies on the surface of strawberries in the treated group was significantly decreased compared with that of the control group P0 05 PPA treatment for 30s could extend the freshness period of strawberries to 18d In summary PPA treatment technology has broad application potential in the field of fresh fruits and vegetables such as strawberries which can effectively inactivate the microorganisms on the surface prolonging the period of freshness in storage and have no adverse effect on the fruits Key words plasma processed air treatment strawberry preservation physiological index freshness period 责任编辑 周宇 22北京印刷学院学报2024年