功能性紙質(zhì)材料在水果保鮮中的應(yīng)用

沙力爭,肖功年,趙會芳

(浙江科技學(xué)院 a.輕工學(xué)院;b.生物與化學(xué)工程學(xué)院,杭州 310023)

據(jù)統(tǒng)計,中國每年約有8 000萬t的水果腐爛[1],該數(shù)據(jù)居世界榜首,這種情況嚴(yán)重影響了果農(nóng)的增收。其中,造成水果腐爛損失最重要的原因是保鮮無術(shù)。在發(fā)達國家,借助有效的儲藏保鮮技術(shù),可使果蔬的產(chǎn)后損失率降至1.7%～5%[2],遠遠低于中國水果高達20%～25%的損失率。由此可見,中國的水果保鮮技術(shù)領(lǐng)域還有很大的潛力可挖。保鮮是水果產(chǎn)業(yè)鏈中極重要的環(huán)節(jié),同時也是國內(nèi)外水果產(chǎn)業(yè)的研究熱點,目前取得的一些成果主要集中在新型保鮮劑、新型保鮮材料及方法等研究。紙質(zhì)材料在水果的保鮮中已獲得較廣泛應(yīng)用,尤其是一些功能性紙質(zhì)保鮮材料開始得到高度重視。本文主要介紹功能紙板及紙箱在水果保鮮包裝和儲運包裝中的應(yīng)用前景。

1 水果的保鮮技術(shù)

采收后的水果仍是一個生命的有機體,其新陳代謝活動都與水果鮮度密切相關(guān),影響和制約著水果的儲藏壽命。國內(nèi)外研究者對水果保鮮的技術(shù)處理著重于:減少失水,抑制生物呼吸作用和細菌生長,除去促使水果老化的乙烯氣體等。目前水果保鮮主要有物理方法和化學(xué)方法兩類。

1.1 物理法保鮮

1.1.1 物理法保鮮機理

影響水果新陳代謝活動及儲藏效果的主要外界因素有溫度、氣體組分和濕度。低溫可以抑制水果呼吸和其他的代謝活動,從而延長水果儲藏時間。氣體組分對水果保鮮也有重要影響,降低周圍環(huán)境中氧氣含量、增加二氧化碳含量可以減緩新陳代謝速度;另外,保持一定的濕度,減少水分損失,對于保持水果鮮度和質(zhì)量同樣起著重要的作用。所以物理法保鮮的機理是通過物理參數(shù)的改變來控制影響水果新陳代謝的溫度、氣體組分和濕度等外界因素而實現(xiàn)保鮮。

1.1.2 物理法保鮮特點

常用的物理保鮮方法主要有:低溫儲藏、氣調(diào)儲藏、減壓儲藏、電磁輻射儲藏等。較先進的物理保鮮技術(shù)主要有臨界低溫高濕保鮮、臭氧氣調(diào)保鮮、低劑量輻射預(yù)處理保鮮、高壓保鮮等[3],這些物理的保鮮方法雖然具有較好的保鮮效果,但是一般需要專門的設(shè)備,投資大、操作復(fù)雜、運行費用高、大范圍第一時間內(nèi)使用有很大的困難。尤其是中國具有廣闊的農(nóng)村,果園面積相對小而分散,水果采后至物理法保鮮處理的流通過程中已有部分水分和養(yǎng)分流失而影響其品質(zhì),所以物理法保鮮技術(shù)不適合水果采后第一時間的保鮮。

1.2 化學(xué)法保鮮

1.2.1 化學(xué)法保鮮機理

化學(xué)法保鮮技術(shù)應(yīng)用較廣泛,其機理主要是利用殺菌保鮮劑噴灑于水果表面,或直接浸泡水果,或在其表面涂上一層保鮮涂膜,達到抑制水果呼吸或殺菌防腐的作用。

1.2.2 化學(xué)法保鮮特點

用于水果保鮮的殺菌防腐劑主要有硼砂、碳酸鈉、二氧化硫、鄰苯基酚鈉、促丁胺、聯(lián)苯、氨及胺化合物、苯并咪唑類殺菌劑、噻菌靈、多菌靈和甲基托布津等[1]。如用聯(lián)苯、抑霉唑等殺菌劑處理,可起到很好的保鮮效果,其對果蔬中常見的青霉病、綠霉病[4-6]等有很好的防治作用,主要用于柑橘、葡萄、草莓等水果的保鮮[7-9]。殺菌劑通過殺滅細菌達到防腐保鮮的目的,但由于其本身具有生物毒性效應(yīng),故其在水果中的殘留會直接影響食用者的健康。涂膜保鮮劑常用多糖類蔗糖脂、聚乙烯醇、蠟、中草藥及殼聚糖化合物等。研究表明,殼聚糖是一種具有較強的抑菌抗菌作用和保鮮能力的防腐劑。用殼聚糖在水果表面涂膜,具有較好的抑制過氧化酶和多酚氧化酶的活性,能顯著提高維生素C的保存率和減緩果肉組織中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和水分的蒸發(fā),延長水果的儲存期[10-14]。國內(nèi)一些研究單位曾利用蔗糖酯的成膜、乳化抑菌等作用對桃子進行涂膜保鮮,也取得了較好的保鮮效果[15-16]。浸漬法和涂膜法保鮮由于大量使用化學(xué)物質(zhì),且全是接觸型保鮮,對人體健康存在較嚴(yán)重的安全隱患,不屬于綠色保鮮包裝。在對食品衛(wèi)生更加嚴(yán)格要求的當(dāng)今世界,浸漬法和涂膜法將會逐漸趨向于綠色環(huán)保,如近年來國外也研究出了一些新型浸漬或涂膜型保鮮劑,如:復(fù)合維生素C衍生物保鮮劑、磷蛋白類高分子蛋白質(zhì)保鮮膜等,但由于成本的大幅提高并不適合大規(guī)模使用。對中國的果農(nóng)來說,由于生產(chǎn)成本及操作的限制,多數(shù)水果沒經(jīng)過采摘后第一時間的保鮮處理,浸漬法和涂膜法也是在水果經(jīng)流通渠道至加工或經(jīng)銷商時才進行大規(guī)模的保鮮處理,而此時已失去第一保鮮時間,水果的水分及養(yǎng)分已有部分流失,且浸泡后需干燥等處理,此一系列過程水果會失去部分營養(yǎng)成分而影響其品質(zhì)。

2 保鮮紙在水果保鮮中的應(yīng)用

2.1 保鮮紙的保鮮機理

將保鮮劑混入或涂布于紙質(zhì)基材并制成各種保鮮紙或紙袋后包裝水果,也是一種較常用的保鮮方法。其機理是利用保鮮紙或紙袋中的保鮮劑對水果進行防腐殺菌或在相對密封的小空間內(nèi)控制水果周圍的氣氛環(huán)境而起到保鮮作用。

2.2 保鮮紙的應(yīng)用

保鮮紙或紙袋的基材主要是50～80 g/m2的各類包裝紙、書寫紙等,保鮮劑常用殺菌類和氣氛控制類兩類。如二氧化硫保鮮紙、電氣石保鮮紙、中草藥保鮮紙、活性炭保鮮紙等均采用上述保鮮機理。日本高知縣紙業(yè)試驗場發(fā)明了一種保持采摘后西紅柿、水果鮮度的保鮮紙,該保鮮紙在造紙工序中加入活性炭,活性炭粒子固有磷酸、碘酸鉀能使水果放出的乙烯氣體惰性化,控制水果的成熟[17]。國內(nèi)楊壽清用AF型氣氛保鮮紙包裹的無錫水蜜桃,在常溫下能顯著延長無錫水蜜桃的保藏期[18]。德力格爾桑等采用普通白紙擦以混有復(fù)合殺菌劑的蠟液制成水果保鮮紙,通過對幾種水果的反復(fù)試驗,發(fā)現(xiàn)有明顯的保鮮效果[19]。景宜等在牛皮紙袋和聚乙烯塑料薄膜之間加入一定量的保鮮劑,制成復(fù)合保鮮紙袋,當(dāng)水果裝進紙袋,該保鮮劑在密閉的紙容器中能均勻放出一定量的二氧化硫或山梨酸氣體,可保持水果的新鮮口味[20]。保鮮紙和紙袋有較好的保鮮效果,但由于生產(chǎn)過程較復(fù)雜,且使用時需逐個套袋包裝,有操作不方便、耗時、成本高等缺點。

3 功能紙板和紙箱保鮮技術(shù)

3.1 功能紙板和保鮮

水果采后需經(jīng)過運輸和儲存2個主要的流通環(huán)節(jié),如用發(fā)泡塑料箱、竹框、紙箱等包裝后運輸和儲存,其中發(fā)展最快的是用瓦楞紙箱包裝和運輸。上述經(jīng)化學(xué)法保鮮或紙和紙袋保鮮的水果仍需瓦楞紙箱或發(fā)泡塑料箱進行包裝運輸和儲存,增加了保鮮和包裝的程序及成本。而更多的水果是沒有經(jīng)過處理,直接用保鮮功能非常有限的普通瓦楞紙箱包裝的,不利于水果的保鮮。近年來,一些新型功能性保鮮紙板和紙箱的研究和開發(fā)為水果的保鮮提供了更好的選擇,既具有保鮮功能同時又能滿足儲藏和運輸需要的一體化的功能性保鮮紙箱是水果保鮮包裝發(fā)展的主要趨勢。功能性保鮮紙板一般以廢紙纖維(植物纖維)為主體原料,其來源豐富且具有可再生性,可多次重復(fù)循環(huán)使用,也可生物降解,相比聚苯乙烯(EPS)類發(fā)泡塑料具有優(yōu)越的環(huán)境相容性。

3.2 功能紙板和紙箱的保鮮機理

功能紙板及紙箱保鮮的原理是通過對箱內(nèi)水果調(diào)節(jié)氣氛、抑制微生物防止腐爛、降低呼吸強度和防止氧化等多種作用而達到保持水果新鮮的目的。當(dāng)今歐美及日本等發(fā)達國家都在積極研究和開發(fā)新型功能性保鮮紙板和保鮮紙箱,如通過漿內(nèi)添加或表面涂布保鮮劑的方法生產(chǎn)功能紙板,通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計或輔以各種助劑制造具保鮮功能的氣氛調(diào)節(jié)紙箱等。在紙箱內(nèi)部設(shè)置具有吸氧、吸收乙烯等功能的墊塊和隔板,通過對紙箱的孔洞布置調(diào)節(jié)箱內(nèi)氣氛環(huán)境,通過紙箱與各種塑料薄膜的結(jié)構(gòu)組合調(diào)節(jié)箱內(nèi)氣體含量,通過往箱內(nèi)注入氣氛調(diào)節(jié)劑控制水果的氣氛環(huán)境等各種氣氛調(diào)節(jié)技術(shù)的研究已獲得了長足的進展。如D.Valero等研究者將李子、柿子等水果裝入紙箱中,將紙箱密封后,用塑料注射器注入少量乙烯控制劑1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP),結(jié)果表明儲存過程中與熟化相關(guān)的物理化學(xué)變化都延緩了,如延遲了軟化,降低了可滴定酸及色度的變化,增加了可溶性固含量[21-24]。M.T.Pretel等研究了葡萄、荔枝等水果在包裝紙箱內(nèi)二氧化碳和氧氣濃度的變化對其保鮮效果的影響,結(jié)果表明在二氧化碳富集同時配置有二氧化硫發(fā)生器的環(huán)境下儲存,葡萄的保存期延長;相對較高的二氧化碳濃度有利于延長荔枝的保存期[25-26]。

用漿內(nèi)添加或表面涂布保鮮劑的方法生產(chǎn)功能紙板,用作瓦楞紙箱的內(nèi)層,制成不同保鮮功能的紙箱,是水果保鮮包裝和儲運包裝發(fā)展的主要方向之一。其保鮮機理是:在箱內(nèi)形成一個微環(huán)境,利用保鮮涂層吸收促使水果老化的乙烯氣體,制造一個抑制生物呼吸作用和細菌生長的環(huán)境,并通過控制水果的新陳代謝速度而起保鮮作用。保鮮紙板起保鮮作用的關(guān)鍵是功能性保鮮涂層,其主要成分為乙烯吸收劑及抗菌防腐劑等。乙烯是一種調(diào)節(jié)生長、發(fā)育和衰老的植物激素。水果采摘后有大量的乙烯產(chǎn)生[27],乙烯量的增加能加快水果的成熟和腐爛,且僅僅0.1 mg/L的乙烯就能加快水果的成熟[28]。所以通過對乙烯的吸收而達到減緩水果老化成為一種重要的保鮮方法。乙烯吸收劑可以用白硅石、活性炭、沸石、高錳酸鉀、溴酸鉀等,如研究表明高錳酸鉀對乙烯有較好的吸收作用,可延長水果的保鮮期[29-30]?？咕捎萌樗徭溓蚓?、納他霉素、聚賴氨酸等較安全的生物類防腐劑。乙烯吸收劑及抗菌防腐劑可以混合后一次涂布而成,也可將2種主要功能組分分次涂敷于紙板表面。

3.3 功能紙板和紙箱保鮮的特點

功能紙板和紙箱保鮮技術(shù)的最大特點是可對水果進行第一時間保鮮。果農(nóng)可用保鮮紙板制作的瓦楞紙箱在水果采后的第一時間內(nèi)直接入箱進行保鮮包裝,無需進行另外的處理,操作方便;同時第一時間的保鮮可減少水果的脫水、保持色香味和營養(yǎng)成分,保證了水果的品質(zhì),這些都是一般的物理法保鮮技術(shù)和化學(xué)法保鮮技術(shù)難以達到的。若結(jié)合目前廣泛使用的物理保鮮技術(shù),就可以大大延長水果的保鮮周期,不僅能使遠距離運輸高新鮮度的水果成為可能,而且也在一定程度上降低了水果的保鮮和儲運成本。由于保鮮紙板制作的瓦楞紙箱是通過整體間接保鮮的方法,所以涂敷于紙面上的保鮮功能組分與水果的接觸面積很小,減輕了水果的污染,提高了水果食用的安全性。保鮮紙板的主體材料是植物纖維,其產(chǎn)品使用后可回收用作造紙的原料,符合循環(huán)經(jīng)濟的特點,所以保鮮紙板是一種環(huán)境友好型包裝材料。

4 結(jié) 語

總體看,國內(nèi)市場的水果保鮮和儲運包裝仍用普通瓦楞紙箱,水果基本處于自然保鮮和儲運狀態(tài),且其真正的作用主要是儲運包裝而非保鮮包裝。利用表面涂布技術(shù)生產(chǎn)保鮮紙板可在造紙機上在線連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn),成本低;用其制作的瓦楞紙箱具有保鮮效果好、使用方便、便于第一時間對水果保鮮等優(yōu)點。通過改變紙板的結(jié)構(gòu)性能及涂料的配方,可適用于各種不同水果、蔬菜及其他農(nóng)產(chǎn)品的包裝,是一種極具市場潛力的保鮮材料。

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