PLA/TiO2納米復(fù)合膜對香菇保鮮效果的研究

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(1.紅河學(xué)院理學(xué)院化學(xué)系,云南蒙自 661199;2.云南省高?！暗胤教厣Y源利用與新材料”重點實驗室,云南蒙自 661199)

PLA/TiO2納米復(fù)合膜對香菇保鮮效果的研究

曾麗萍1,2,樊愛萍1,2,楊桃花1,徐世娟1,2,劉衛(wèi)1,2,*

(1.紅河學(xué)院理學(xué)院化學(xué)系,云南蒙自 661199;2.云南省高?！暗胤教厣Y源利用與新材料”重點實驗室,云南蒙自 661199)

為研究納米復(fù)合材料對采后香菇的保鮮效果,以未包裝的香菇為對照,探討了添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、1%、2%、3%納米TiO2的PLA/TiO2納米復(fù)合膜對香菇保鮮效果的影響。在(4±1) ℃條件下,每4 d測定香菇貯藏期間理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)。結(jié)果表明,PLA/TiO2納米復(fù)合膜能更好地維持香菇貯藏期間的感官品質(zhì),抑制呼吸強度,減緩水分流失,維持較高VC及還原糖含量。納米TiO2添加量與香菇的保鮮效果成正比,其中3% PLA/TiO2納米復(fù)合膜對香菇的保鮮效果最佳。

香菇,保鮮,聚乳酸,納米二氧化鈦,復(fù)合膜

香菇(Lentinusedodes),又名冬菇,是一種藥食同源的食用菌,由于香氣獨特、味道鮮美、營養(yǎng)豐富而深受人們喜愛,目前我國是世界第二大人工食用菌[1]。但是采摘后的新鮮香菇含水量高,呼吸和蒸騰作用強烈,在非酶及酶促褐變下容易變色、變味及開傘,且表面沒有任何保護(hù)結(jié)構(gòu),容易受到微生物的侵染,從而影響其貨架期[2]。近年來,眾多科研工作者對食用菌的保鮮工藝進(jìn)行了大量研究。吳寧等[3]研究表明一定濃度葡萄籽提取物可以延長香菇貨架期;Yuyue Qin等[4]研究表明，聚乳酸/聚己內(nèi)酯/肉桂醛復(fù)合膜通過維持組織整體性、抑制微生物等提高蘑菇的貯藏時間;夏苗等[5]通過檢測甲醛含量,探討了不同氣調(diào)包裝對香菇的保鮮效果影響。因此,為了延長香菇的貨架期,研制一種效果良好、成本低、污染小的保鮮技術(shù)具有十分重要的實際意義。

聚乳酸(PLA)由可再生資源制得,其來源廣泛,具有無毒、可降解等性能,是一種新型綠色食品包裝材料,但因其氣體阻隔性差,熱塑造性及力學(xué)性能不理想限制了其應(yīng)用[6]。隨著科技的發(fā)展,納米材料被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的材料之一,將納米材料與聚乳酸復(fù)合,可以有效地提高聚乳酸的抑菌性、透氣性、機(jī)械性強度等綜合性能[7],因此納米材料廣泛應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域。

本實驗以PLA為基材,添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米TiO2制備出PLA/TiO2納米復(fù)合膜,以未包裝的香菇為對照,研究在低溫貯藏條件下納米包裝材料處理對新鮮香菇生理與品質(zhì)的影響,探索PLA/TiO2納米復(fù)合膜延緩香菇老化的機(jī)理,為PLA/TiO2納米復(fù)合膜在食用菌保鮮中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

鮮香菇 購于蒙自市觀音橋市場,挑選菇體完整、大小均一(約25 g/個)、無機(jī)械損傷新鮮的香菇;葡萄糖、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、結(jié)晶酚、亞硫酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、胰蛋白胨、酵母浸膏、瓊脂、磷酸 均為分析純(AR),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;PLA顆粒 美國奈琪沃克公司;納米TiO2(粒徑≤30 nm) 阿拉丁試劑公司;其他實驗室用水 均使用蒸餾水。

FA2004型電子天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司;RW20 digital型數(shù)顯機(jī)械攪拌器 德國AKI公司;FR-770型多功能自動塑料薄膜封口機(jī) 溫州市凱馳包裝機(jī)械有限公司;LB90A型手持糖度計 廣州市銘睿電子科技有限公司;XK97-A型菌落計數(shù)器 金壇市康華電子儀器制造廠;SY-1022型果蔬呼吸測量儀 石家莊世亞科技有限公司;SX-620型筆式pH計 上海三信儀表廠;LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;SW-CJ-1F型潔凈工作臺 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;TGL20M型臺式高速冷凍離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司;BC/BD-519HK型臥式冷柜 青島海爾特種電冰柜有限公司;HWS26型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司;TU-1901/1900型雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2實驗方法

1.2.1 復(fù)合膜的制備 稱取2 g PLA顆粒溶于60 mL二氯甲烷中,攪拌均勻,將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、1%、2%、3%(w/w,TiO2/PLA)的納米TiO2與PLA溶液充分混勻,把混合均勻的PLA/TiO2混合溶液靜置數(shù)分鐘后(無氣泡),在聚四氟乙烯板(20 cm×20 cm)上流延成膜,自然干燥,揭膜,置于干燥器中保存。

1.2.2 原料的處理 將挑選后的鮮香菇在4 ℃冰箱中預(yù)冷24 h,用剪刀剪去菇柄下端帶泥部分,抽真空后包裝于添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、1%、2%、3%納米TiO2的PLA/TiO2納米復(fù)合膜中,以未包裝香菇作為對照。每袋(100±2) g,置于(4±1) ℃貯藏16 d,每4 d取香菇蓋樣品測定各項理化指標(biāo)。

1.2.3 香菇貯藏期間理化及微生物指標(biāo)的測定方法

1.2.3.1 呼吸強度 采用SY-1022型果蔬呼吸測量儀測定。

1.2.3.2 失重率 采用稱量法測定[8]。

1.2.3.3 pH和可溶性固形物(TSS)含量 稱取10.0 g樣品,剪碎后研磨成漿,離心20 min(5000 r/min,4 ℃),取上清液測pH,用糖度計測定TSS含量[9]。

1.2.3.4 還原糖含量 采用3,5-二硝基水楊酸法測定[10]。稱取1.0 g樣品,加入10 mL的蒸餾水,研磨成勻漿后,于80 ℃恒溫水浴30 min,冷卻后于8000 r/min離心30 min,吸取2.0 mL上清液,加入1.5 mL的3,5-二硝基水楊酸試劑,沸水浴加熱5 min,測定540 nm處的吸光值,通過葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=5.118x-0.399,R2=0.999),計算香菇還原糖含量。

1.2.3.5 VC含量 參照謝麗源等人方法略作修改[11]。稱取2.0 g樣品,加入5 mL 1%鹽酸研磨勻漿并定容至10 mL,離心20 min(10000 r/min,4 ℃),取0.2 mL上清液,加入盛有0.2 mL 10%鹽酸的10 mL容量瓶中,定容后以蒸餾水為空白,于243 nm處測定其吸光值,通過抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=1.1417x+0.0138,R2=0.999),計算VC的含量。

1.2.3.6 菌落總數(shù) 參照GB 4789.2-2010的方法。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 所有實驗均重復(fù)測定3次,結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s,n=3);使用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行顯著性分析,p<0.05時差異顯著,利用Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1香菇的呼吸強度

采摘后的鮮香菇在呼吸過程中消耗自身的營養(yǎng)物質(zhì)為其子實體提供生命活動所需的能量。呼吸強度越大,營養(yǎng)物質(zhì)消耗和組織衰老越快,耐貯性也就越差[12]。如圖1所示,在4 ℃條件下,隨著貯藏時間的延長,香菇的呼吸強度均呈現(xiàn)上升后下降的趨勢。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PLA/TiO2復(fù)合膜均不同程度地抑制了香菇的呼吸作用,推遲呼吸峰值到來時間。其中,未包裝的香菇貯藏至在第8 d時,呼吸強度達(dá)到峰值。包裝后的香菇均貯藏至第12 d時,呼吸強度達(dá)到峰值,且隨著納米TiO2添加量的增多,呼吸強度越低。由此可見,PLA/TiO2復(fù)合膜可以有效抑制香菇的呼吸強度,且在貯藏過程中,3% PLA/TiO2復(fù)合膜抑制香菇呼吸強度的效果最好。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇呼吸強度的影響Fig.1 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on respiratory intensity of Lentinus edodes

2.2香菇的失重率

含水量是食用菌新鮮程度的重要指標(biāo)之一,當(dāng)失水超過5%時,菇體萎蔫變軟失去食用價值[13]。在貯藏過程中,香菇采后的質(zhì)量損失主要包括蒸騰作用引起的水分流失、呼吸作用形成CO2和有機(jī)物的損失[14]。如圖2所示,在4 ℃條件下,隨著貯藏時間的延長,香菇的失重率均逐漸上升。在第4 d時,所有香菇的質(zhì)量損失急劇增加。貯藏4～16 d時,包裝組的失重率明顯低于未包裝組(p<0.05),且添加納米TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,保鮮效果越佳。這是因為納米包裝材料具有相對較小的水分透過率,有效維持了包裝袋內(nèi)部較高的空氣濕度,進(jìn)而抑制了香菇子實體水分的進(jìn)一步蒸發(fā)[15]。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇pH和TSS含量的影響Table 1 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on pH or the soluble solids contents in Lentinus edodes

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇失重率的影響Fig.2 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the weight loss of Lentinus edodes

注:不同小寫字母表示在相同貯藏時間下不同包裝的香菇的pH或TSS含量差異顯著(p<0.05)。

2.3香菇的pH和可溶性固形物(TSS)含量

pH反映了菇體內(nèi)酶活性和微生物活動及褐變程度,TSS含量反映了香菇的品質(zhì)和成熟度[16]。如表1所示,在4 ℃條件下,在貯藏過程中,香菇的pH和TSS含量均呈現(xiàn)下降的趨勢。在第16 d時,未包裝與純PLA膜中香菇的pH差異不顯著(p>0.05),與1%、2%、3%的PLA/TiO2復(fù)合膜差異顯著(p<0.05)。這可能是在冷藏過程中,添加一定量TiO2的PLA復(fù)合材料對香菇表面的微生物和酶活性具有抑制作用[17]。在第16 d時,未包裝香菇的TSS含量為3.80%,其損失量相對較大。這可能是未包裝香菇未進(jìn)行抽真空處理和表面無保護(hù)措施,導(dǎo)致呼吸作用強、水分流失快、微生物活動頻繁從而引起TSS含量大量損失。由此可見,添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米TiO2的PLA膜可以維持較高的pH和TSS含量,且添加3%納米TiO2的復(fù)合膜保鮮效果最佳。

2.4香菇的還原糖含量

還原糖為呼吸基質(zhì),其含量影響香菇組織細(xì)胞的呼吸代謝強弱及菇體的腐爛程度[18]。如圖3所示,在4 ℃條件下,隨著貯藏時間的延長,香菇還原糖含量逐漸降低。在第16 d時,未包裝香菇的還原糖含量由貯藏前的1.19 mg/g降至0.65 mg/g(p<0.05),明顯低于包裝香菇的還原糖含量。由此可見,在整個貯藏過程中,添加納米TiO2包裝能夠降低香菇還原糖的消耗,納米TiO2添加量越多,香菇還原糖含量越高,3% PLA/TiO2復(fù)合膜能更好地保持香菇的還原糖含量。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇還原糖含量的影響Fig.3 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the reducing sugar content of Lentinus edodes

2.5香菇的VC含量

VC含量的高低是評價香菇營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)之一。如圖4所示,在4 ℃條件下,隨著貯藏時間的延長,香菇VC含量呈現(xiàn)下降的趨勢。在第4 d后,未包裝與添加納米TiO2復(fù)合膜中VC含量差異顯著(p<0.05)。Techavuthiporn等[19]人研究表明,呼吸作用也會引起抗壞血酸含量下降。這與之前的結(jié)論吻合,添加納米TiO2的復(fù)合膜可以有效的抑制香菇的呼吸率。由此可見,納米TiO2復(fù)合膜能更好地保持香菇中VC的含量。

圖4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇VC含量的影響Fig.4 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the vitamin C contents of Lentinus edodes

2.6香菇的菌落總數(shù)

如圖5所示,隨著貯藏時間的延長,香菇的菌落總數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢。在整個貯藏期間,未包裝香菇的菌落總數(shù)明顯高于包裝組,且純PLA與1%、2%、3% PLA/TiO2復(fù)合膜中香菇的菌落總數(shù)差異顯著(p<0.05),2% PLA/TiO2與3% PLA/TiO2復(fù)合膜中香菇的菌落總數(shù)差異不顯著(p>0.05)。由此可見,在貯藏過程中,包裝處理在一定程度上能抑制微生物生長,添加具有抗菌作用的納米TiO2可以增強包裝袋的抑菌功能,其中，3% PLA/TiO2復(fù)合膜對香菇的抑菌效果最好。

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合膜包裝對香菇菌落總數(shù)的影響Fig.5 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on total number of colonies of Lentinus edodes

3 結(jié)論

在4 ℃條件下,以未包裝的香菇為對照,探討不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PLA/TiO2復(fù)合膜對香菇的保鮮效果。結(jié)果表明,納米材料對香菇的呼吸強度、失重率、pH、TSS含量、還原糖含量、VC含量、菌落總數(shù)均優(yōu)于對照組,且隨著納米TiO2添加量的增多,香菇的保鮮效果越好。其中,包裝可以抑制香菇的呼吸強度,延遲呼吸峰值的到來。貯藏末期,納米材料可以維持香菇良好的品質(zhì),減緩水分流失,維持較高VC及還原糖含量。包裝后香菇的菌落總數(shù)明顯低于未包裝(p<0.05),且在同一貯藏時期香菇中的菌落總數(shù)隨著納米TiO2添加量的增加而減少,但當(dāng)納米TiO2添加量為3%時,與納米TiO2為2%的復(fù)合膜添加量差異不明顯。綜上所述,選擇添加量為3%納米TiO2復(fù)合膜作為香菇保鮮膜。

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Thepreservationeffectofpolylacticacidnano-TiO2compositefilmpackagingonLentinusedodes

ZENGLi-ping1,2,FANAi-ping1,2,YANGTao-hua1,XUShi-juan1,2,LIUWei1,2,*

(1.Department of Chemistry,College of Science,Honghe University,Mengzi 661199,China; 2.Local Characteristic Resource Utilization and New Materials Key Laboratory of Universities in Yunnan,Honghe University,Mengzi 661199,China)

In order to study preservation effects of nano-composite materials to harvestedLentinusedodes,compared with unpacked ones,this article meaned to discuss the preservation effect of PLA composite films in which added different mass fractions of nanometer TiO2(the TiO2fractions:0%,1%,2% and 3%)toLentinusedodes.Lentinusedodes’ physical and chemical indexes,as well as microbiological indicators,were measured every 4 days when storing at the temperature of(4±1) ℃. The results demonstrated that polylactic acid nano-TiO2composite film could better maintain the sensory quality,reduce respiration intensity and the loss of moisture,keep VCand reducing sugars contents ofLentinusedodesin storage period. The additive amount of nano-TiO2was proportional to the preservation effect,and the preservation effect of polylactic acid with 3 percent fraction of nanometer TiO2toLentinusedodesachieved the optimal effect.

Lentinusedodes;preservation;PLA;nanometer TiO2;composite film

2017-02-13

曾麗萍(1990-)，女，碩士研究生，助教，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏，E-mail：825767453@qq.com。

*通訊作者:劉衛(wèi) (1962-)女，碩士，教授，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)及開發(fā)利用，E-mail：liuwei4728@126.com。

云南省自然科學(xué)基金應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2013FZ120)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)16-0225-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.042