聚乳酸薄膜包裝袋對(duì)楊桃保鮮效果的研究

駱文杰,張偉陽(yáng),程樹(shù)軍

(華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200237)

聚乳酸薄膜包裝袋對(duì)楊桃保鮮效果的研究

駱文杰,張偉陽(yáng),程樹(shù)軍*

(華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200237)

楊桃分別用聚乳酸(PLA)和聚乙烯(PE)包裝袋包裝,包裝方式采用氣調(diào)包裝和真空方式兩種,處理好后將樣品置于20 ℃,相對(duì)濕度95%的環(huán)境中貯藏,以未包裝楊桃為對(duì)照,測(cè)定了楊桃貯藏過(guò)程中包裝袋中O2和CO2含量,失重率、褐變度、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、多酚氧化酶(PPO)活性、抗壞血酸等變化,研究PLA薄膜包裝袋包裝楊桃的保鮮效果。結(jié)果表明,在真空包裝對(duì)照組中,各項(xiàng)數(shù)據(jù)差別很小,但其對(duì)楊桃的保鮮效果普遍優(yōu)于氣調(diào)包裝。在氣調(diào)包裝對(duì)照組中,氣相色譜分析顯示PLA袋中CO2體積分?jǐn)?shù)比PE高,O2體積分?jǐn)?shù)低。11 d后,PLA氣調(diào)包裝袋中楊桃褐變度和PPO活性為11.4%和2.3 U/min.g,低于PE氣調(diào)包裝的55.2%和2.9 U/min.g;有機(jī)酸分解為0.14%,pH為4.74,酸值高于PE氣調(diào)包裝;同時(shí),PLA包裝中楊桃的可溶性固體物和VC含量均高于PE包裝袋中楊桃。由此說(shuō)明,PLA包裝確實(shí)可以有效延長(zhǎng)楊桃的貨架期。

果蔬保鮮,楊桃,氣調(diào)包裝,真空包裝,PLA薄膜

楊桃是一種口味獨(dú)特、外形美觀、營(yíng)養(yǎng)豐富的水果,具有很高的商業(yè)價(jià)值。然而楊桃大多生長(zhǎng)在熱帶地區(qū),易腐爛,易受損,所以如何貯存保鮮成為楊桃進(jìn)一步推廣的一個(gè)大問(wèn)題。目前楊桃的保鮮方法有化學(xué)保鮮、涂膜保鮮、主動(dòng)氣調(diào)保鮮等[1],但是化學(xué)保鮮和涂膜保鮮存在著一定的食品安全隱患,而主動(dòng)氣調(diào)保鮮比較復(fù)雜,成本較高。

聚乳酸(PLA)作為一種生物可降解材料有很大應(yīng)用潛力。其透明性好,對(duì)氧氣和二氧化碳的阻隔性高,在包裝領(lǐng)域大有作為[2]。PLA作為包裝材料已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[3],而PLA薄膜包裝對(duì)果蔬保鮮還鮮有報(bào)道,我們實(shí)驗(yàn)室前期研究了聚乳酸薄膜對(duì)金針菇保鮮效果的影響[4],Antonis等用新型PLA薄膜建立了圣女果保鮮的氣調(diào)包裝模型[5]。

本文用PLA、聚乙烯(PE)兩種包裝袋包裝楊桃,測(cè)試了楊桃外觀和營(yíng)養(yǎng)組分的變化,并以真空包裝和未包裝楊桃作對(duì)比,研究了PLA薄膜對(duì)楊桃保鮮效果的影響,對(duì)比PLA薄膜與傳統(tǒng)包裝材料相比的優(yōu)越性,為PLA薄膜包裝袋在果蔬保鮮方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮楊桃(采后4 ℃預(yù)冷12 h) 中國(guó)福建;PLA保鮮袋(25 cm×35 cm,單層膜厚10 μm) 上海自然盾新材料有限公司。PE保鮮袋(25 cm×35 cm,單層膜厚10 μm) 沃爾瑪超市,脫普日用化學(xué)品(中國(guó))有限公司。表1是本實(shí)驗(yàn)采用的PLA保鮮袋和PE保鮮袋的氣體透過(guò)率[6],可以發(fā)現(xiàn)PLA對(duì)O2和CO2的透過(guò)率比PE低,對(duì)水蒸氣透過(guò)率高于PE。

表1 不同包裝袋的氣體透過(guò)率(kg·m/m2·s·Pa)

NaOH、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液、草酸、2,6-二氯酚靛酚、冰醋酸、酚酞等 分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

恒溫恒濕箱 上海源長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠;阿貝折光儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司;SINBO真空包裝機(jī) 香港康奈家電用品有限公司;氣相色譜儀 上海天普分析儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 準(zhǔn)備和包裝 材料:挑選成熟均勻、大小一致、無(wú)損傷、無(wú)蟲(chóng)害的楊桃,將表面擦拭干凈。真空包裝:在PLA和PE包裝袋中每袋放入約(300±10)g楊桃,抽真空后熱封;氣調(diào)包裝:在PLA和PE包裝袋中每袋放入約(300±10)g楊桃,抽真空后熱封,再充入200 mL空氣。將真空包裝、氣調(diào)包裝和未包裝的楊桃置于20 ℃,相對(duì)濕度95%的恒溫恒濕箱中貯藏,開(kāi)始計(jì)算放置時(shí)間。每隔24 h進(jìn)行抽樣實(shí)驗(yàn),測(cè)試楊桃的失重率、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、VC含量、褐變度等[7]。

1.2.2 袋內(nèi)氣體含量變化 O2、CO2的體積分?jǐn)?shù)用帶有TCD檢測(cè)器氣相色譜測(cè)定[8],重復(fù)6次。

1.2.3 失重率測(cè)定 本實(shí)驗(yàn)失重率測(cè)定采用稱重法,重復(fù)3次:W(%)=(w0-wt)/w0×100

式中:W為失重率;w0為楊桃初始質(zhì)量;wt為t天以后楊桃的質(zhì)量。

1.2.4 可滴定酸含量的測(cè)定 采用酸堿滴定法。以蘋果酸為換算系數(shù)計(jì)算,可滴定酸含量以鮮重的百分率表示,重復(fù)3次。

1.2.5 pH的測(cè)定 使用pH計(jì)測(cè)量,重復(fù)3次。

1.2.6 可溶性固形物的測(cè)定 取5 g楊桃研磨成勻漿,然后使用阿貝折光儀法測(cè)定,重復(fù)3次。

1.2.7 VC含量的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[9]使用2,6-二氯酚靛酚滴定法,重復(fù)3次。

1.2.8 褐變度的測(cè)定 用圖片軟件Image-Pro Plus處理褐變后的楊桃照片[10],計(jì)算出總的褐變面積S1,楊桃總面積S,褐變度(%)=S1/S×100,重復(fù)3次。

1.2.9 多酚氧化酶(PPO)活性的測(cè)定 參照文獻(xiàn)采用分光光度計(jì)比色法[11],重復(fù)3次。計(jì)算公式為:

式中:U表示酶活性,ΔOD420表示每分鐘反應(yīng)混合液吸光度變化值,V表示樣品提取液總體積,VS表示測(cè)定時(shí)所取樣品提取液體積,m表示樣品質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 袋內(nèi)氣體含量變化

圖1為PLA和PE氣調(diào)包裝內(nèi)部O2和CO2氣體體積分?jǐn)?shù)的變化。從圖中得知,PLA袋中氣體體積分?jǐn)?shù)在10%O2和6%CO2下達(dá)到平衡;PE包裝袋中氣體則在17%O2和3%CO2達(dá)到平衡。這說(shuō)明在氣體近似平衡時(shí),PLA袋中的O2含量比PE保鮮袋內(nèi)低,CO2含量則比PE保鮮袋內(nèi)高,形成了低O2、高CO2的貯藏環(huán)境,這種環(huán)境能夠有效抑制楊桃的呼吸強(qiáng)度從而降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗,也可以延緩后熟作用。薄膜內(nèi)這種氣體組分形成的主要原因是PLA和PE薄膜對(duì)O2、CO2不同的滲透率,PLA薄膜對(duì)O2、CO2的滲透率均小于PE,隨著楊桃的呼吸作用進(jìn)行,袋內(nèi)O2減少,CO2增加,外部的O2和CO2不能及時(shí)滲透進(jìn)來(lái),在薄膜內(nèi)自發(fā)形成低氧高二氧化碳的環(huán)境,有利于楊桃的貯藏,而PE對(duì)O2與CO2透過(guò)率高,薄膜內(nèi)部的O2與CO2易與外界交換,無(wú)法形成低氧高二氧化碳的環(huán)境[12]。

圖1 氣調(diào)PLA(a)和PE(b)包裝袋中氣體體積分?jǐn)?shù)的變化Fig.1 Volume fraction of O2 and CO2in PLA(a)and PE(b)packaging bags

2.2 外觀分析

2.2.1 楊桃的外觀變化 圖2是楊桃包裝前的外觀圖片;圖3是未包裝、PLA氣調(diào)包裝、PE氣調(diào)包裝、PLA真空包裝、PE真空包裝的楊桃在第5 d和第11 d的外觀變化。圖2中可以看出剛采摘下的楊桃果實(shí)飽滿、無(wú)損傷。圖3顯示隨著時(shí)間推移,各種包裝方式的楊桃都出現(xiàn)不同程度的變色、干癟,未包裝和PE氣調(diào)包裝的楊桃在第11 d開(kāi)始長(zhǎng)霉腐爛,而氣調(diào)PLA袋中楊桃卻能保持比較好的外觀;與氣調(diào)包裝相比,真空包裝的楊桃11 d后保持更好的外觀;造成這些楊桃外觀的差異可能與失水、成熟度、褐變度等因素有關(guān),由于未包裝和PE包裝袋中楊桃在第11 d已經(jīng)喪失商品價(jià)值,所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比僅維持到第11 d。

圖2 楊桃包裝前(第一天)的外觀Fig.2 Sensory quality of unpacked carambolas on the first day

圖3 不同包裝方式下的楊桃在第5 d(a)和第11 d(b)時(shí)的外觀變化Fig.3 Effect of different packaging methods on sensory quality of carambolas in the 5th(a)and 11th(b)day

2.2.2 失重率的變化 圖4為不同包裝方式對(duì)楊桃失重的影響。不同包裝方式中的楊桃都有不同程度的失重,這是由于采摘后楊桃能繼續(xù)進(jìn)行蒸騰作用和呼吸作用,造成一定量的水分流失和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗,其中水分流失造成楊桃質(zhì)量下降的主要原因[13]。未包裝的水果由于未受到保護(hù)失重最多,在第11 d時(shí)失重率達(dá)到14%;氣調(diào)包裝對(duì)照組中,PLA包裝的楊桃失重率約為7%,PE包裝中失重率約為2%,這是由于PE對(duì)水蒸氣透過(guò)率低,呼吸作用產(chǎn)生的水汽很難透過(guò)薄膜,在薄膜上會(huì)形成小水珠,失重率較小,而PLA材料對(duì)水蒸氣的透過(guò)率高[14],使得水分能夠通過(guò)薄膜釋放到空氣中,從而導(dǎo)致PLA包裝的水果失重大于PE包裝的水果失重。與氣調(diào)包裝相比,真空PLA包裝中的楊桃失重率更大,其原因是真空PLA包裝使薄膜有效透過(guò)面積變大,使其失重率增加[15]。研究表明,適當(dāng)脫水可以減少果蔬的腐爛,因此PLA對(duì)水蒸氣的透過(guò)率高使水果表面能夠保持相對(duì)的干燥,不容易霉變[16]。

圖4 不同包裝方式對(duì)楊桃失重的影響Fig.4 Effect of different packaging methods on weight loss of carambolas

2.2.3 褐變度 圖5為不同的包裝方式對(duì)楊桃褐變的影響。從圖中可以看出,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),各種包裝方式的楊桃褐變程度都加劇。在開(kāi)始貯藏的7 d里,褐變度變化不明顯。7 d后,PE氣調(diào)包裝內(nèi)的楊桃褐變度最高,在第11 d褐變度達(dá)到55.24%,這是由于PE袋中水蒸氣凝結(jié)導(dǎo)致楊桃腐爛加劇,褐變度急速升高,PLA氣調(diào)包裝中的楊桃褐變度小于PE氣調(diào)包裝和未包裝的楊桃,這說(shuō)明氣調(diào)包裝PLA袋內(nèi)楊桃衰老較緩慢,其原因可能是PLA袋內(nèi)較為干燥,低O2、高CO2的貯藏環(huán)境使楊桃衰老緩慢,而PE包裝水蒸氣透過(guò)率低,袋內(nèi)潮濕導(dǎo)致楊桃發(fā)生霉變,使得果實(shí)的褐變度增加。與氣調(diào)包裝相比,真空包裝的褐變度普遍較小,這是由于真空條件下楊桃呼吸緩慢,延緩衰老,所以褐變度較低。

圖5 不同包裝方式下楊桃的褐變情況Fig.5 Effect of different packaging methods on browning degree of carambolas

2.3 營(yíng)養(yǎng)組分

2.3.1 可滴定酸和pH 楊桃中的有機(jī)酸種類和含量對(duì)果蔬的口味、風(fēng)味、酸糖比、pH、貯藏性、加工性質(zhì)都具有重要影響。隨著水果的呼吸作用,有機(jī)酸會(huì)被分解,pH會(huì)升高。圖6中,五組包裝中楊桃的可滴定酸含量都在下降,pH升高,這表明楊桃在貯藏過(guò)程中的酸度下降。在第11 d時(shí),氣調(diào)對(duì)照組中,PLA可滴定酸含量高于PE,pH含量低于PE包裝,這表明不同包裝方式對(duì)楊桃中的可滴定酸含量和pH會(huì)產(chǎn)生影響,PE袋中可滴定酸含量最少,pH最高,說(shuō)明了PE袋中楊桃的有機(jī)酸分解很快,而PLA袋中楊桃的有機(jī)酸則分解較為緩慢,主要原因是PLA包裝楊桃呼吸作用比PE包裝弱,營(yíng)養(yǎng)消耗慢。與氣調(diào)包裝相比,兩種真空包裝方式中的楊桃都表現(xiàn)出較高的可滴定酸含量(18%)和較低的pH,這可能是因?yàn)檎婵瞻b使生理活動(dòng)緩慢使得有機(jī)酸分解很少[17]。

圖6 不同包裝方式下楊桃的可滴定酸(a)和pH(b)的變化Fig.6 Effect of different packaging methods on total titratable acidity and pH of carambolas

2.3.2 可溶性固體物 果蔬里的可溶性固體物(主要是指可溶性糖)含量能直接反映果蔬的成熟程度和品質(zhì)狀況。一般情況下,在楊桃成熟過(guò)程中,儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖,可溶性固體物會(huì)逐漸增加,而在楊桃衰老過(guò)程中,由于可溶性糖的分解,使得可溶性固體物含量降低。如圖7所示,未包裝的楊桃中可溶性固形物含量在第3 d達(dá)到最高隨后開(kāi)始降低,而其他四種包裝方式中的可溶性固體物則在第5 d達(dá)到最高值,這表明包裝可以有效地減緩楊桃的成熟衰老速度。氣調(diào)包裝中,PLA包裝中楊桃的可溶性固體物含量高于PE包裝和未包裝,可見(jiàn)PLA中楊桃衰老比其他兩種緩慢。兩種真空包裝差別不明顯,但可溶性固體物含量均小于氣調(diào)包裝,這是由于真空包裝均抑制楊桃呼吸作用,減緩成熟和衰老;與氣調(diào)包裝相比,真空包裝中的楊桃可溶性固體物含量比較低,保鮮效果更好。

圖7 不同包裝方式下楊桃的可溶性固體物值變化Fig.7 Effect of different packaging methods on soluble solid of carambolas

2.3.3 多酚氧化酶(PPO)活性 多酚氧化酶能夠?qū)⑺械姆宇愌趸纬甚?這是水果褐變的主要原因,多酚氧化酶活性越強(qiáng),水果褐變的趨勢(shì)越大,所以多酚氧化酶的活性大小表示了楊桃衰老的趨勢(shì),由圖8可知,氣調(diào)包裝中,PE包裝的楊桃和未包裝楊桃一樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的PPO活性,從第1 d開(kāi)始提高到第7 d開(kāi)始下降,這是由于楊桃開(kāi)始代謝旺盛,PPO活性很高,當(dāng)楊桃開(kāi)始衰老以后,PPO活性會(huì)隨之降低;PLA包裝袋中楊桃PPO活性很低,PPO活性先緩慢降低至9 d以后活性才開(kāi)始升高,說(shuō)明PLA袋中的楊桃在一開(kāi)始褐變被抑制,第9 d以后褐變的趨勢(shì)變大,這是由于PLA包裝袋中特有的低氧高二氧化碳環(huán)境使楊桃的成熟和衰老受到抑制[18],但是隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),楊桃的褐變度還是會(huì)增加,開(kāi)始衰老。與氣調(diào)包裝相比,兩種真空包裝的楊桃因?yàn)楹粑徛?代謝緩慢,PPO活性保持很低并有降低的趨勢(shì),保鮮效果好。

圖8 不同包裝方式楊桃的PPO活性變化Fig.8 Effect of different packaging methods on polyphenol oxidase activity of carambolas

圖9 不同包裝方式下楊桃的VC值變化Fig.9 Effect of different packaging methods on VC of carambolas

2.3.4 VC值的變化 圖9表示了不同包裝方式下楊桃的VC值變化。VC又名抗壞血酸,是一種人類必需的維生素,因此是果蔬的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和貯藏效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。新鮮的水果中VC含量較高,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,水果的VC含量下降,這是由于水果在成熟過(guò)程中VC被氧化破壞。如圖所示,五組楊桃中VC含量均隨時(shí)間增加而降低。氣調(diào)包裝對(duì)照組中,PLA包裝中的楊桃VC值高于PE和未包裝并且下降緩慢,這說(shuō)明PLA包裝減緩VC的消耗,這是由于PLA中的低氧成分對(duì)VC起到一定的保護(hù)作用;第11 d,PE包裝袋中VC的含量低于未包裝,這是由于PE包裝袋中水汽凝結(jié),楊桃快速衰老和腐爛,VC的含量降低。同理,真空包裝對(duì)照組中,楊桃會(huì)無(wú)氧呼吸,也能降低VC的消耗,所以真空包裝VC降低最緩慢,VC含量最高。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了不同氣體條件下,未包裝、PLA氣調(diào)包裝、PE氣調(diào)包裝、PLA真空包裝、PE真空包裝對(duì)楊桃保鮮效果的影響。實(shí)驗(yàn)表明,這種PLA薄膜包裝袋能夠很好的保存楊桃的外觀質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)組分,抑制楊桃的生理生化活動(dòng),減緩楊桃的衰老,延長(zhǎng)楊桃的貨架期。在溫度20 ℃,相對(duì)濕度95%的環(huán)境中貯存11 d后,真空包裝對(duì)照組中,PE和PLA包裝數(shù)據(jù)差別很小,但是真空包裝對(duì)楊桃的保鮮效果普遍優(yōu)于氣調(diào)包裝,這是由于真空包裝使袋內(nèi)楊桃呼吸緩慢,延緩了楊桃衰老。在氣調(diào)包裝對(duì)照組中,氣相色譜分析顯示PLA袋中CO2體積分?jǐn)?shù)比PE高,O2體積分?jǐn)?shù)低。11 d后,PLA氣調(diào)包裝袋中楊桃褐變度和PPO活性為11.4%和2.3 U/min.g,低于PE氣調(diào)包裝的55.2%和2.9 U/min.g;有機(jī)酸分解為0.14%,pH為4.74,酸值高于PE氣調(diào)包裝;同時(shí),PLA包裝中楊桃的可溶性固體物和VC含量均高于PE包裝袋中楊桃。這是由于PLA特有的氣體透過(guò)率,使得包裝袋內(nèi)易形成低O2、高CO2且相對(duì)干燥的貯藏環(huán)境,從而延長(zhǎng)楊桃貨架期。

這種新型PLA薄膜作為一種綠色可降解包裝,不僅包裝效果優(yōu)于傳統(tǒng)的包裝袋,而且有利于生態(tài)環(huán)境,在不斷地改進(jìn)中成本大大下降,以后應(yīng)用前景將會(huì)越來(lái)越廣闊。

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Effect of polylactic acid film bags on the preservation of Carambola

LUO Wen-jie,ZHANG Wei-yang,CHENG Shu-jun*

(College of Materials Science and Engineering,East China University of Science and technology,Shanghai 200237,China)

Carambolas were vacuum and modified atmosphere packaged with Polylactic acid(PLA)and Polyethylene(PE)bags,the packs were stored in temperature humidity chamber at temperature 20 ℃ and RH of 95%,unpacked carambolas were used as controls. The following fruit quality parameters were measured to study the effect of PLA film bags on the preservation of carambola in the experiment:volume fraction,weight loss,browning degree,total titratable acidity,pH,soluble solid,polyphenol oxidase(PPO)activity and ascorbic acid. Experimental results showed that data difference between PLA and PE vacuum packagings was small,but vacuum packaging had a better fresh-keeping effect than modified atmosphere packaging. In the control group of modified atmosphere packaging,gas chromatograph showed that the O2content of the PLA packaging was lower than PE packaging in all groups,while the CO2content was higher. On the 11th day,the browning degree and PPO activity of carambolas in PLA packaging were 11.4% and 2.3 U/min.g,lower than 55.2% and 2.9 U/min.g of PE packaging. The total titratable acidity was 0.14%,pH was 4.74,higher than that of PE packaging after 11 days. Furthermore,carambolas in PLA packaging exhibited high soluble solid and ascorbic acid content. The result showed that PLA packs could extend the sshelf life of carambolas.

fruits preservation;Carambola;modified atmosphere packaging;vacuum packaging;PLA film

2015-03-27

駱文杰(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：生物可降解材料，E-mail:luowenjie1991@163.com。

*通訊作者:程樹(shù)軍(1956-)，男，博士，副教授，研究方向：生物可降解材料，E-mail:chshj2003@126.com。

TS254.1

A

1002-0306(2015)23-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.056