收稿日期 2024 08 06 基金項目 本文系冷庫用殺菌保鮮裝備技術研發(fā) HXDK202405 研究成果 通信作者 付亞波 第 32 卷 第 12 期 Vol 32 No 12 北京印刷學院學報 Journal of Beijing Institute of Graphic Communication 2024年 12月 Dec 2024 等離子體氣體處理對草莓保鮮效果的研究 李燕奇1 李晨奧1 張新林1 孫運金2 王聰瑤1 付亞波1 1 北京印刷學院 北京 102600 2 北京農(nóng)學院 北京 100096 摘 要 為探究等離子體氣體 PPA 處理技術在水果保鮮中的應用效果 以 紅顏 草莓為試材 采用PPA對草 莓分別進行了10s 20s 30s不同時間的殺菌保鮮處理 研究了在4 貯藏過程中草莓的菌落總數(shù) 硬度 顏色 失 重率 總可溶性固形物和pH值等生理指標變化規(guī)律 結果表明 與未PPA處理的對照組相比 處理組儲藏草莓 的硬度 顏色 失重率和總可溶性固形物等生理指標均無顯著差異 P 0 05 而草莓表面菌落總數(shù)顯著下降 P 0 05 其中PPA處理30s組草莓表面的菌落總數(shù)降低90 7 可將草莓儲藏保鮮期延長至18d PPA處理技 術在草莓等新鮮果蔬保鮮領域具有廣闊的應用潛力 可以有效抑制表面的微生物的繁殖 延長貯藏保鮮期 并且 對果實品質無不良影響 關鍵詞 等離子體氣體處理 草莓 儲藏 生理指標 保鮮期 中圖分類號 S609文獻標識碼 A文章編號 1004 8626 2024 12 0017 06 草莓風味可口 富含多種營養(yǎng) 具有抗癌 抗氧 化 抗炎等功能 深受消費者喜愛 1 2 然而采摘后 草莓表面附著的細菌 酵母和霉菌會導致其腐爛變 質 降低其經(jīng)濟價值 3 目前 針對草莓腐爛變質 的問題 常見的殺菌方法包括化學殺菌劑 紫外輻 射 臭氧和電場處理 但它們各自存在著化學殘留 效率低 處理成本高和影響果實品質等缺點 4 為了確保食品的微生物安全 同時對感官和營 養(yǎng)品質產(chǎn)生最小影響 許多研究集中在非熱技術 上 例如高壓 脈沖電場 超聲波和低溫等離子體技 術 5 等離子體是物質存在的第4種狀態(tài) 是氣體 在高能作用下部分或完全電離形成的電中性導電 流體 等離子體中含有大量的活性物質 包括活性 氧 活性氮 紫外光子 正離子 負離子和自由電子 等 6 這些活性物質具有強氧化還原性 能夠與微 生物細胞壁或核酸中的有機分子發(fā)生反應 導致細 胞壁破裂或核酸結構損傷 從而實現(xiàn)微生物的滅活 效果 7 然而 在大多數(shù)等離子體殺菌保鮮研究 中 果蔬通常直接暴露在等離子體中 草莓等缺乏 果皮保護的水果容易造成損傷 8 等離子體氣體 plasma processed air PPA 是一種間接非熱的遠 程處理技術 具有殺菌效率高 溫度低 環(huán)境友好 開放連續(xù)操作 能效高和操作簡單等優(yōu)點 近年來 作為農(nóng)產(chǎn)品保鮮領域的新型殺菌技術備受 青睞 9 目前在草莓保鮮領域應用的低溫等離子體技 術多為介質阻擋放電裝置直接處理 如Giannoglou 等和Li等采用了介質阻擋放電方式直接處理新鮮 草莓 10 11 然而 鮮有研究者使用PPA這種間接 處理技術對草莓進行保鮮研究 Yang等研究了 PPA對新鮮草莓的影響 但其研究集中在處理前 后草莓表面的微生物變化情況 未考慮處理后草莓 在貯藏期間的品質變化 12 因此 本實驗使用了 PPA對草莓進行處理 通過測定處理后草莓在貯 藏期間的菌落總數(shù) 硬度 顏色 失重率 總可溶性 固形物和pH值等生理指標變化規(guī)律 探究了新穎 的PPA技術對草莓采后貯藏的殺菌保鮮效果 1 材料與方法 1 1 材料與設備 1 1 1 材料與試劑 紅顏草莓 于北京市農(nóng)產(chǎn)品市場購買后立刻運 至實驗室 挑選外觀相同的果實放入保鮮柜中預冷 備用 LB營養(yǎng)瓊脂 來自北京奧博星生物科技有 限公司 氯化鈉 分析純 來自上海阿拉丁生化科 技股份有限公司 氫氧化鈉標準溶液 來自山東科 DOI 10 19461 ki 1004 8626 2024 12 005 源生化有限公司 酚酞 質量分數(shù)為98 來自上 海阿拉丁生化科技股份有限公司 碘化鉀 分析 純 來自天津聚恒達化工有限公司 可溶性淀粉 分析純 來自天津福晨化學試劑有限公司 1 1 2 儀器與設備 Lab V1型等離子體保鮮裝置 實驗室自制 GHP型恒溫培養(yǎng)箱 來自上海一恒有限公司 G型 果實硬度計 來自樂清艾德堡儀器公司 DS 200 型色差儀 來自浙江彩譜科技有限公司 Check Point型頂空氣體分析儀 來自上海阿美特克商貿(mào) 公司 MTB5000D型天平 來自深圳美孚電子有限 公司 PAL 型數(shù)顯折光儀 廣州愛宕科學儀器公 司 FE28型pH計 來自梅特勒 托利多科技公司 1 2 方法 1 2 1 實驗設計 將挑選好的草莓隨機分裝在聚丙烯托盤中 對 照組不做任何處理 記為CK 處理組使用等離子 試驗電源制備PPA 將其通入裝有草莓的密閉腔 室進行處理 處理時間分別為10s 20s和30s 依次 記為PPA10 PPA20和PPA30 對照組和處理組 的果實均使用聚乙烯薄膜包裝 然后置于4 保鮮 柜中貯藏 每組設3個平行樣 每隔3d取樣檢查 1 2 2 測定指標與方法 1 2 2 1 包裝內氧氣 二氧化碳含量 使用頂空氣體分析儀檢測包裝內氧氣 O2 與 二氧化碳 CO2 的體積分數(shù) 1 2 2 2 硬度 參考Yang等的方法 8 使用果實硬度計測定 草莓硬度 1 2 2 3 顏色 采用CIE Lab法 12 使用色差儀測定草莓 顏色 1 2 2 4 失重率 使用電子天平測量草莓的重量 草莓的失重 率由貯藏前后的重量差異決定 13 其計算公式為 失重率 M0 Mn M0 100 式中 M0為第0天的草莓的重量 Mn為貯存 第n天的草莓重量 1 2 2 5 總可溶性固形物 可滴定酸 抗壞血酸含 量 pH值 參照Yi等的方法 14 用折光儀測量總可溶性 固形物 total soluble solids TSS 含量 參考曹建 康等的方法 15 采用氫氧化鈉溶液滴定法測定草 莓中可滴定酸 Titratable acid TA 含量 采用碘酸 鉀滴定法測定草莓中抗壞血酸 Ascorbic acid AsA 含量 使用pH計測量草莓果汁的pH值 1 2 2 6 菌落總數(shù) 參照GB4789 2 2016 測定草莓表面菌落 總數(shù) 1 2 2 7 感官評價 參考Giannoglou等的方法 10 以外觀 氣味 硬度以及評價者的自身整體感受為依據(jù) 給CK組 和處理組草莓打分 設定保鮮期內的最低分為 5分 1 2 3 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)結果以平均數(shù) 標準誤差表示 在IBM SPSS Statistics 27 0中 采用單因素方差分析方法 在P 0 05水平下使用Duncan s test評估PPA處 理對草莓指標影響的顯著性 使用Origin 2022繪 圖分析 圖中不同字母 a b c 代表同一貯藏時間 下不同組別之間的差異顯著 P0 05 不同字母為顯著差異 P 0 05 圖1 PPA處理不同時間后草莓的菌落總數(shù) 2 2 PPA處理后草莓在貯藏期間的品質參數(shù) 變化 2 2 1 包裝內頂空氣體 新鮮果蔬在采摘后仍保持生命活動 需要通過 呼吸作用產(chǎn)生能量 17 貯藏期間 草莓的呼吸作用 會消耗包裝內部的O2并產(chǎn)生CO2 導致包裝內O2 含量下降 CO2含量升高 18 各組樣品包裝內的O2 和CO2含量變化如圖2所示 處理組的O2體積 分數(shù)高于CK組 CO2體積分數(shù)低于CK組 說明 PPA處理減少了包裝內O2的消耗和CO2的積累 能夠抑制草莓在貯藏期間的呼吸作用 對比處理 組之間的頂空氣體含量 PPA30組的O2體積分數(shù) 最高 CO2體積分數(shù)最低 PPA20組次之 PPA10 組則是O2體積分數(shù)最低 CO2體積分數(shù)最高 此 外 PPA10組的氣體成分與CK組的差異不顯著 PPA20和PPA30組與CK組差異顯著 表明PPA 對草莓呼吸作用的抑制效果與處理時間呈正相關 注 圖中不同小寫字母代表同一貯藏時間下不同組別之間的差異顯著 P 0 05 圖3 7同 圖2 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間包裝內O2體積分數(shù) A 和CO2體積分數(shù) B 的影響 2 2 2 硬度 硬度是反映草莓成熟度和貯藏品質的主要指 標 19 由圖3可以看出 貯藏期間 各組草莓的硬 度呈現(xiàn)出先輕微上升再逐步下降的變化趨勢 這 可能是由于部分草莓采摘時未完全成熟 貯藏期間 果實繼續(xù)后熟 內部細胞壁和果膠逐漸強化 18 或 者果實水分損失導致硬度上升 然后隨著貯藏時 間延長 草莓過熟 細胞壁在酶類物質作用下被分 解 使得硬度逐漸下降 對比貯藏期間處理組與 CK組 發(fā)現(xiàn)各組草莓間的硬度無顯著差異 這說 明PPA處理對草莓在貯藏期間的硬度變化無顯著 影響 然而 Alison等在處理藍莓表面微生物時注 意到等離子體處理會導致果實硬度下降 這可能是 圖3 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間硬度的影響 因為所處理的時間較長 或者與采用的等離子射流 91第 12 期李燕奇 李晨奧 張新林 等 等離子體氣體處理對草莓保鮮效果的研究 裝置具有較強的蝕刻作用有關 20 2 2 3 顏色 草莓的顏色是消費者購買時的重要參考 通過 測定果實的亮度 L 和紅度 a 可以評估草莓 貯藏期間顏色的變化 如圖4所示 貯藏期間草莓 的L 和a 呈緩慢下降趨勢 與CK組相比 處理 組草莓的L 和a 略高 但是差異在統(tǒng)計學上并不 顯著 因此 PPA處理對草莓在貯藏期間的亮度 和紅度無顯著影響 對草莓貯藏期間的顏色變化無 顯著影響 另外 Giannoglou等在研究冷大氣等離 子和脈沖電磁場對草莓品質和貨架期的影響中也 發(fā)現(xiàn)等離子體對草莓的顏色變化無顯著影響 10 圖4 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間L A 和a B 的影響 2 2 4 失重率 失重率是確定草莓新鮮度的重要指標之一 代 表草莓在貯藏過程中的水分損失情況 由圖5可 見 在整個貯藏期間 隨著時間的延長 草莓的失重 率逐漸升高 但PPA處理組的失重率與CK組相 比無顯著差異 這表明PPA處理對草莓在貯藏期 間的失重率變化沒有顯著影響 圖6 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間TSS和pH值的影響 圖5 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間失重率的影響 2 2 5 總可溶性固形物和pH值 草莓的總可溶性固形物含量是反映果實含糖量 的重要指標 21 各組樣品的總可溶性固形物含量見 圖6 a 整體上 TSS含量隨著時間的推移而下降 這可能是由于果實在貯藏期間呼吸作用和微生物代 謝消耗了部分可溶性固形物 22 處理組的TSS含量 與CK組的差異不顯著 但是在第9d后略高于CK 組 這可能與第9d后處理組草莓的呼吸作用低于 CK組有關 因此可以推斷出PPA處理有利于維持 貯藏期間草莓的TSS含量 這與趙瑩等采用低溫等 離子體處理草莓所得的研究結果一致 4 此外 pH值在評價水果品質時也起著重要作 用 因為它通常影響著產(chǎn)品所需的加工條件 5 并 且果蔬的pH值受各種有機酸調節(jié) 對果蔬風味和 貯藏品質有重要影響 23 圖6 b 顯示 貯藏期間 處理組草莓的pH值與CK組相比無顯著變化 這 說明PPA處理對貯藏期間草莓的pH值變化無顯 著影響 與Giannoglou等的研究結果一致 10 2 2 6 菌落總數(shù) 草莓表面攜帶的微生物是危害食品安全的主 02北京印刷學院學報2024年 要原因之一 同時也是導致草莓腐敗變質的關鍵因 素 4 如圖7所示 貯藏期間各組草莓樣品的菌落 總數(shù)隨著時間的推移呈上升趨勢 然而 經(jīng)過 PPA處理的草莓樣品的菌落總數(shù)顯著低于對照 組 其中PPA30組的菌落總數(shù)最低 其次是PPA20 和PPA10組 貯藏期間 PPA30和PPA20處理組 草莓的菌落總數(shù)始終顯著低于CK組 而PPA10 組草莓的菌落總數(shù)與CK組的差異在第9 d后變?yōu)?不顯著 這些結果表明 PPA處理對草莓的殺菌 效果能在貯藏期間得到較好的保持 尤其是處理時 間為20 s和30 s的樣品 圖7 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間菌落總數(shù)的影響 圖8 不同PPA處理時間對草莓貯藏期間感官評價的影響 2 2 7 感官評價 草莓的感官評價是一種綜合性的評估指標 它 融合了評價者的視覺 觸覺和嗅覺等感官體驗 以 揭示草莓在貯藏和運輸過程中的整體品質 18 24 如圖8所示 隨著貯藏時間的延長 各組草莓樣品 的感官評價不斷降低 在9d后CK組的感官評價 分值低于最低限 5分 而PPA處理組分別在 12d 16d和18d后低于最低限 貯藏期間 PPA處 理組的草莓樣品在感官評價上始終優(yōu)于對照組 這 表明PPA處理能夠有效延緩草莓在貯藏期間品質 的下降 進一步比較不同處理組之間的感官評價 觀察到不同PPA處理組對草莓在貯藏期間品質下 降的延緩效果存在顯著差異 PPPA20 PPA10 這與前文中不同PPA處 理時間對草莓表面菌落總數(shù)的抑制效果一致 此 外 許多研究者的相關研究中也得出了類似結果 在一定時間范圍內 PPA對樣品的殺菌保鮮效果 與處理時間呈正相關 20 25 3 結語 本研究通過使用滑動弧放電產(chǎn)生的等離子活 化氣體 對草莓分別進行了10s 20s和30s的殺菌 保鮮處理 研究結果顯示 相比于未PPA處理的 對照組 處理組草莓表面微生物的數(shù)量得到顯著下 降 P0 05 貯藏期間 處理組草莓的菌落總數(shù)顯著低于對照組 硬度 顏 色 失重率和總可溶性固形物等生理指標與對照組 無顯著差異 P 0 05 在4 條件下PPA處理30s 可延長草莓保鮮期至18d 等離子體氣體 PPA 作為一種新型的非熱處理技術 在保持草莓本身品 質的前提下 可有效滅活草莓表面的微生物 在果 蔬保鮮領域具有廣闊的應用前景 參考文獻 1 楊濤 郜海燕 張潤光 等 加壓氮氣對草莓采后生理及貯藏 品質的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學報 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 不同貯藏處理對草莓果實品質及貯藏期的影響 D 沈陽 沈陽農(nóng)業(yè)大學 2023 4 趙瑩 嚴龍飛 嚴文靜 等 低溫等離子體活化水與介質阻擋 放電聯(lián)合處理對草莓冷殺菌效果及品質的影響 J 食品科 學 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 呂嘯野 低溫等離子體滅活Salmonella typhimurium研究及草 莓保鮮應用 D 廣東 華南理工大學 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 責任編輯 周宇 22北京印刷學院學報2024年