射频与热水烫漂对鲜切牛蒡保藏品质的影响

Effects of Radio Frequency and Hot Water Blanching on the Storage Quality of Fresh-Cut Burdock

摘要

牛蒡是我国重要的出口产品，在产品运输、保藏、销售过程中，为保持牛蒡的商品价值，需尽可能保留鲜切牛蒡的营养成分，以提高产品附加值。为了防止鲜切牛蒡褐变，以鲜切牛蒡为试验材料，设射频处理6 min（T1）、90 ℃热水烫漂30 s（T2）、75 ℃热水烫漂6 min（T3）共3个处理，以不进行任何处理作为对照（CK）。将不同材料放入4 ℃冰箱存放30 d，每隔5 d取一部分样品测定牛蒡微生物、色泽、总酚、丙二醛含量、总抗氧化能力等指标。结果表明，T1、T3处理牛蒡呈现出优良的色泽状态，而T2处理牛蒡在色泽表现方面未能达到理想效果。牛蒡中的总酚含量、总抗氧化能力均下降，但T1处理牛蒡的总抗氧化能力高于T2、T3处理和CK，总酚含量略低于CK，但高于T2、T3处理。3个处理牛蒡的褐变度、丙二醛含量均低于CK，保藏30 d时，T1处理牛蒡的褐变度、丙二醛含量显著低于其他处理。综上，射频处理6 min较好地减少了鲜切牛蒡的褐变，验证了射频处理在鲜切牛蒡加工中使用的可行性。

Abstract

Burdock is an important export product in China. To maintain the commercial value of products during transportation, storage, and sales, it is essential to preserve the nutritional components of fresh-cut burdock as much as possible and enhance the added value of burdock products. In this study, aimed to control the browning of fresh-cut burdock, fresh-cut burdock samples were taken as the experimental materials, three treatments including radio frequency(RF) treatment for 6 min(T1), hot water blanching at 90 ℃ for 30 s(T2), and hot water blanching at 75 ℃ for 6 min(T3) were set, taking no treatment as the control(CK). The different materials were stored in a refrigerator at 4 ℃ for 30 days. During this period, a portion of the materials was taken every 5 days to measure the indicators such as microorganisms, color, total phenolic content, malondialdehyde content, and total antioxidant capacity. The results revealed that burdock treated with T1 and T3 exhibited excellent color quality, whereas burdock treated at T2 failed to achieve satisfactory color performance. The total phenolic content and total antioxidant capacity in burdock decreased, however, the total antioxidant capacity of T1 was higher than that of T2, T3 and CK. Meanwhile, the total phenolic content of T1 was slightly lower than that of CK but higher than that of T2 and T3. The browning degree and MDA content in burdock of all the three treatments were all lower than those of CK, at 30 d of storage, T1 treatment was significantly lower than the other treatments. Notably, the T2 treatment exhibited the smallest changes in both browning degree and MDA content. In summary, the treatment of radio frequency treatment for 6 min reduced browning of fresh-cut burdock, validating the feasibility of radio frequency treatment in the processing of fresh-cut burdock.

Graphical abstract

关键词

鲜切牛蒡 / 射频 / 热水烫漂 / 微生物 / 总酚含量 / 总抗氧化能力

Key words

fresh-cut burdock / radio frequency / hot water blanching / microorganism / total phenolic content / total antioxidant capacity

牛蒡（Arctium lappa L.）是一种2年生菊科草本植物，因其药用特性而被国家列为药食同源的食物，享有“东洋参”的美誉^[1]。牛蒡的根部是主要食用部位，其外观呈黄褐色，内部呈灰白色，口感爽脆、味道甘甜，富含氨基酸、多酚、维生素及菊糖等多种营养成分，还具有清肠通便、抗肿瘤、降血糖、降血压、抑菌等药理作用，深受消费者喜爱^[2-5]。近年来，预制菜产业蓬勃发展，鲜切果蔬作为即烹、即食类便捷食品，因品质上乘、口感新鲜、食用方便、干净卫生等特点备受青睐，鲜切牛蒡也成为牛蒡加工的主要形式之一。这类产品经消毒、切分、包装等工序，可有效降低微生物风险、提升产品利用率与商品价值，但鲜切造成的机械损伤会破坏组织细胞结构，使牛蒡内富含的酚类物质与多酚氧化酶接触，极易引发酶促褐变反应，不仅会导致产品色泽劣变、营养流失、营养价值降低，更会影响感官品质、缩短保质期，造成商品价值下降^[6-7]。因此，褐变问题已然成为影响鲜切牛蒡品质的关键因素。

鲜切牛蒡在多酚氧化酶的作用下，其内酚类物质会生成邻苯二醌，继而导致褐变，会影响鲜切牛蒡的加工品质^[8]。抑制褐变的传统方法包括加热、pH调节、气调和化学品浸泡。CHUNG等^[9]研究发现，利用氯化钠、半胱氨酸、柠檬酸和乙酸钠处理鲜切牛蒡根可以有效抑制褐变。GUAN等^[10]采用气态二氧化氯处理新鲜苹果，在不损害苹果并延缓保藏过程中的腐败情况下，菌落总数和酵母菌总数均有所减少，其中，李斯特菌减少了60%以上。FAN等^[11]用超声处理气调包装的鲜切黄瓜，可有效抑制菌落总数、霉菌和酵母，并降低失质量率和丙二醛含量，保持良好的色泽和风味。然而，大部分消费者担心添加抑制剂可能会影响果蔬的品质，若剂量超标，食用后身体还会产生不良反应^[12]。鲜切果蔬的热加工通常用于延长保质期，并且避免食品中的化学残留。研究发现，热水烫漂虽可有效灭酶，但果蔬在焯水过程中也会因为颜色变化、质地软化和水溶性营养物质损失而对产品质量产生不利影响^[13]。

射频（Radio Frequency，RF）处理是一种易于规模化应用的介电电热方式，在农产品干燥、果蔬烫漂、肉制品解冻和病虫害防治方面均有广泛应用^[14-15]，其原理是通过电磁场直接激发分子运动产热，实现快速升温。这种快速加热方式最大限度地缩短了食品暴露于高温的时间，对诸如维生素C和B族维生素等热敏性营养素起到了有效的保护作用。GONG等^[16]研究发现，与热水烫漂相比，经过射频处理的胡萝卜具有更好的复水能力、色泽和质地，其维生素C含量也更高。这可能是由于传统热水烫漂是由外向内加热，热传递速度较慢，并且物料表面温度过高，出现影响物料品种的现象^[17]。而射频处理是由内向外加热，物料内部升温快于外部，可在短时间内达到加热效果，兼具快速和节能的特点，尽可能保持食品品质^[17]。传统热水烫漂工艺普遍存在水耗量大、能耗高、加工时间长等不足，而射频处理技术作为一种新型非热加工方式，可显著降低水资源与能源消耗，缩短加工周期，更符合绿色加工与高效生产的产业发展趋势。

射频技术在果蔬加工领域的规模化应用仍存在一定局限性，一方面设备购置成本较高，产业化推广需兼顾产品商业价值与生产成本控制；另一方面该技术的工业化应用案例相对有限，成熟工艺与参数体系仍有待完善，急需开展针对性研究以挖掘其在果蔬保鲜中的应用潜力。为此，本研究以鲜切牛蒡为对象，对比研究射频处理与2种水浴热处理（75、90 ℃）条件下产品的品质稳定性，通过为期30 d的保藏试验，系统分析不同处理对鲜切牛蒡微生物数量及关键理化指标变化的影响，旨在明确各处理方式的保鲜效果特色，为鲜切牛蒡新型绿色加工与保藏技术的开发优化提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试鲜切牛蒡，购自徐州智科食品有限公司。

1.2 试验设计

将完整牛蒡洗净去皮，采用切片机切成2~3 mm的圆片，设射频处理6 min（T1）、90 ℃热水烫漂30 s（T2）、75 ℃热水烫漂6 min（T3）共3个处理，3次重复，同时以不进行任何处理作为对照（CK）。在超净工作台中将处理后的鲜切牛蒡装袋，置于4 ℃保藏30 d，期间每隔5 d取一部分进行测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 菌落总数测定

参考国标《食品微生物学检验菌落总数测定》（GB 4789.2—2016）^[18]规定方法进行取样、培养和计数。

1.3.2 总酚测定

参考UBEDA等^[19]方法并稍作修改。制备1 mg/mL没食子酸溶液，将样品放入甲醇中，50 ℃恒温振荡2 h，离心取上清。将上清液与福林酚溶液混匀，加入Na₂CO₃溶液避光反应2 h，使用酶标仪测定吸光度。

1.3.3 丙二醛测定

参照XU等^[20]方法并稍作修改。取2 g牛蒡样品、5 mL TCA，离心后加入TBA水浴30 min。通过计算得到浓度，单位为μmol/L。

1.3.4 褐变度测定

采用吸光值法，将2 g样品与20 mL纯水匀浆，离心测吸光值A，结果为10×A。

1.3.5 总抗氧化能力测定

参考DENG等^[21]方法，测定牛蒡的总抗氧化能力。

1.3.6 色泽稳定性评价

拍照记录保藏期间牛蒡的色泽，评价货架期内的色泽稳定程度。

1.3.7 电导率测定

将牛蒡放入等渗溶液中，振荡反应2 h，测定电导率。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0进行统计分析，所有检验的统计显著性定义为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对鲜切牛蒡抑菌程度的影响

由图1可知，随保藏时间延长，各处理菌落总数均呈上升趋势，且组间差异显著（P<0.05）。T1处理鲜切牛蒡菌落总数较其他处理和CK增长较快。保藏30 d时，菌落总数达到1.5 lg cfu/g。T2、T3处理均能显著抑制微生物生长，其中，T2处理的抑菌效果最优，保藏30 d时菌落总数显著低于CK、T1、T3处理（P<0.05），可有效延缓鲜切牛蒡的腐败进程。

2.2 不同处理对鲜切牛蒡色泽稳定性的影响

不同处理对鲜切牛蒡保藏期间外观色泽的影响如图2所示。

由图2可知，随保藏时间延长，各处理鲜切牛蒡切片均发生不同程度的褐变与色泽劣变。CK与T2处理色泽劣变进程最快，CK自15 d起，切片色泽开始明显暗沉，30 d时整体呈灰褐色；T2处理褐变程度最为严重，保藏10 d后切片明显发黄褐变，后期颜色显著加深，外观劣变最突出，商业价值较低。T1处理可有效延缓鲜切牛蒡的褐变进程，保藏30 d时切片仍维持较浅的色泽状态，能较好地维持鲜切牛蒡的外观品质。T3处理虽也能一定程度延缓褐变，但后期色泽劣变程度略高于T1处理。

2.3 不同处理对鲜切牛蒡保藏生理稳定性的影响

由表1可知，随保藏时间延长，各处理鲜切牛蒡的电导率均呈缓慢上升趋势。保藏10 d时，T2处理电导率显著高于T1处理（P<0.05），T3处理与T1、T2处理差异不显著，自15 d起，3个处理间电导率差异均不显著，但T1处理电导率在保藏时间内最低，T2处理最高，说明射频处理可在保藏前期显著减轻细胞损伤，而高温烫漂对细胞的初始损伤更大，随保藏延长各处理细胞膜损伤差异逐渐消失。

2.4 不同处理对鲜切牛蒡酚类物质稳定性的影响

由图３可知，不同处理下鲜切牛蒡的总酚含量随保藏时间延长均呈下降趋势，且各处理间差异始终显著（P<0.05）。CK总酚含量始终最高，保藏30 d时仍显著高于其他处理（P<0.05）；T1处理次之，总酚含量显著高于T2、T3处理（P<0.05）。其中，T3处理的总酚损失最为严重，保藏全程含量均为最低，表明热处理会加速鲜切牛蒡中总酚的降解，而射频处理对总酚的保留效果更优。

2.5 不同处理对鲜切牛蒡抗氧化稳定性的影响

从图4可以看出，随保藏时间延长各处理鲜切牛蒡的总抗氧化能力均呈下降趋势，且不同处理间存在显著差异（P<0.05）。T1处理总抗氧化能力下降幅度最小，保藏全程均维持在较高水平，30 d时仍显著高于其他处理（P<0.05）；CK下降幅度最大，保藏后期总抗氧化能力显著低于各处理（P<0.05）。T2、T3处理的总抗氧化能力一般。表明射频处理能有效延缓鲜切牛蒡保藏过程中抗氧化活性的衰减。

2.6 不同处理对鲜切牛蒡褐变调控特性的影响

从图5可以看出，随保藏时间延长各处理鲜切牛蒡的褐变度均呈上升趋势，且不同处理间差异显著（P<0.05）。CK褐变度上升最快，保藏全程均显著高于其他处理（P<0.05），30 d时褐变度达最高；T3、T2处理次之，而T1处理的褐变度上升最为缓慢，保藏30 d时仍显著低于其他各处理（P<0.05），表明射频处理可有效抑制鲜切牛蒡保藏期间的褐变进程，维持较好的外观品质。

2.7 不同处理对鲜切牛蒡氧化稳定性的影响

不同处理下鲜切牛蒡丙二醛含量的变化如图6所示。

由图6可知，随保藏时间延长，各处理鲜切牛蒡的丙二醛含量均呈上升趋势。CK丙二醛含量始终显著高于其他处理（P<0.05），上升幅度最大，表明其脂质过氧化程度最为严重。各处理曲线先是不断上升，在25 d发生转折，随后呈下降趋势。保藏30 d，T1、T3处理的丙二醛含量接近，显著低于CK和T2处理（P<0.05）。

3 结论与讨论

褐变是鲜切果蔬采后保藏过程中普遍存在的生化反应，不仅影响产品外观色泽与风味特征，还会造成营养物质损耗，严重时可诱发微生物腐败，大幅缩短货架期。烫漂作为果蔬加工关键预处理手段，广泛应用于冷冻、干燥、保藏及油炸等加工环节，其核心作用主要体现在高温可快速钝化过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）等内源酶，有效抑制酶促褐变、营养损失与不良风味产生，维持产品固有色泽与品质；可有效降低原料表面微生物负载，提升保藏稳定性；排出组织细胞间隙气体，弱化氧化劣变进程，并适度软化组织结构，适配后续加工工艺需求^[22]。但传统热水烫漂依赖高强度热作用，易造成热敏性活性成分降解与细胞结构损伤，引发营养流失和质构劣变。KINALSKI等^[23]研究证实，热水与蒸汽烫漂均会显著降低大蒜中功能性含硫化合物及抗氧化活性（P<0.05），且活性成分损失程度与热处理时长呈正相关，与本研究中热水烫漂处理鲜切牛蒡品质劣变规律一致。而射频作为新型物理加热技术，依靠高频电磁场穿透式整体加热，可实现物料内外同步升温，规避传统热处理表面过热、内部受热不足的缺陷，在减少多酚、维生素C等水溶性营养组分流失的同时通过钝化酶达到灭菌效果，契合果蔬绿色保鲜加工需求。这种快速的加热过程有效抑制了美拉德反应和其他非酶促褐变反应，从而保护了食品中的营养成分^[24]。

本研究结果表明，4 ℃保藏30 d内各处理菌落总数均维持在较低水平，但射频处理菌落数量高于热水烫漂处理。究其原因，一方面是射频电磁场作用可使部分微生物进入亚致死状态，保藏过程中出现菌群复苏增殖；另一方面是射频加热存在热偏移与加热不均问题，物料冷点区域灭菌不彻底，残存微生物在保藏期内逐渐生长，致使菌落总数上升^[25]。而高温热水烫漂可彻底杀灭表面及组织附着微生物，保藏全程菌落基数维持在较低水平，抑菌稳定性更优。色泽与褐变是评价鲜切牛蒡商品品质的核心指标，果蔬保藏期间褐变主要由酶促褐变与非酶促褐变共同主导，也是制约鲜切产业发展的核心难题^[26]。PPO存在游离态与膜结合态2种形式，膜结合态PPO难以被短时处理完全钝化，组织内残留酶活会持续催化酚类物质氧化，加剧保藏后期褐变进程，该结果与YAO等^[27]研究结论一致。本研究中，T1、T3处理可有效维持鲜切牛蒡保藏期间色泽稳定性，褐变度上升幅度平缓，而T2处理高温短时烫漂处理褐变劣变最为明显。保藏过程中即便感官无明显黄变褐变迹象，仪器测定褐变度仍存在显著升高，说明仅依靠感官评价无法精准表征褐变程度，量化指标更具客观性。同时，射频处理较常规热水烫漂更利于维持果蔬色泽与组织结构完整性，这与射频处理可显著改善生菜茎部色泽质地的研究结论相一致^[27]。

细胞膜完整性可通过电导率变化直观反映，保藏全程各处理电导率呈小幅上升趋势且处理间差异不显著。电导率微幅升高主要源于保藏期内牛蒡体内大分子物质持续分解、细胞生理代谢缓慢紊乱，造成细胞膜透性轻微增大，电解质外渗量小幅增加^[28]。整体来看，射频处理对细胞结构损伤更小，能较好地维持细胞膜完整性，减少电解质外泄。

总酚含量与抗氧化活性变化规律显示，保藏过程中各处理总酚及总抗氧化能力均呈下降趋势，主要归因于酚类等还原性活性物质在保藏期间不断被氧化消耗，致使机体抗氧化体系逐步减弱。本研究中，射频处理总抗氧化能力显著优于热水烫漂处理与CK，总酚含量略低于CK但高于热水烫漂处理，表明射频可有效保留牛蒡内源活性成分与抗氧化能力。LÜ等^[29]在猕猴桃果浆研究中也发现，射频处理对维生素C、总酚及抗氧化活性的保留效果显著优于传统热处理，与本研究结果高度吻合，进一步证实射频在果蔬活性物质保留方面具备明显优势。丙二醛含量可表征组织膜脂过氧化程度，本研究中T1处理褐变度与丙二醛含量增幅均为各处理最低，说明射频处理能有效抑制膜脂过氧化进程，减轻细胞氧化损伤。而热水烫漂尤其是高温短时处理易破坏细胞膜结构，加速酚类物质释放与氧化褐变，膜脂过氧化程度更显著。

综上，相较于传统热水烫漂易造成营养损耗、色泽劣变及细胞损伤的弊端，射频处理6 min在维持鲜切牛蒡色泽品质、保留多酚类活性成分、抑制膜脂过氧化及维持细胞结构完整性方面优势突出，验证了射频技术应用于鲜切牛蒡钝酶护色与保鲜加工的可行性，具有良好的创新性。尽管目前射频技术仍存在设备成本偏高、工业化应用案例较少、加热均匀性及包装适配性受限等问题，但随着精准控温、智能化调控等技术迭代优化，射频在果蔬减损加工、营养保留、绿色保鲜领域具有广阔的应用潜力，可为鲜切牛蒡产业化加工及新型保鲜工艺开发提供理论依据与技术参考。

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基金资助

国家外国专家项目(G2022014078L)

白马未来食品研究院揭榜挂帅项目(JBGS-2021-004)