聚己內(nèi)酯自發(fā)氣調(diào)包裝薄膜對菠菜貯藏品質(zhì)的影響

成培芳

董同力嘎

春 艷

胡 健

云雪艷

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

菠菜(SpinaciaolerceaL.)屬于藜科菠菜屬，又叫波斯菜、赤根菜，是中國南北方早春普遍栽培的一、兩年生耐寒性綠葉類蔬菜之一[1]。鮮嫩的葉片和葉柄是菠菜的可實用部分，因其富含營養(yǎng)豐富的植物粗纖維、胡蘿卜素、VC和鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，備受消費者青睞[2]。然而，由于菠菜葉片具有較大的比表面積，采后極易失水萎蔫，同時由于旺盛的呼吸代謝作用[3]，使其在采后貯藏過程中極易褪綠黃化以及腐爛，嚴重影響其食用品質(zhì)和商品價值。在常溫貯藏條件下，未經(jīng)處理的菠菜貯藏2～4 d就會出現(xiàn)明顯的品質(zhì)劣變現(xiàn)象[4]，尤其表現(xiàn)為采后失水萎蔫，葉片皺縮。

目前關(guān)于菠菜保鮮技術(shù)的研究主要有主動氣調(diào)包裝法[5-6]、低溫及低溫結(jié)合氣調(diào)包裝法[7]、物理保鮮法[8]、化學(xué)保鮮法[9]、活性包裝保鮮法[10]等。低溫冷藏、主動氣調(diào)包裝雖然可以延長菠菜的貨架期，但存在設(shè)備投資費用高、工藝復(fù)雜等缺陷?；瘜W(xué)保鮮劑雖然有較好的防腐保鮮作用，但隨著人們對安全食品要求和意識的不斷提高，化學(xué)保鮮劑的使用也開始受到人們的質(zhì)疑。

自發(fā)氣調(diào)包裝，又叫被動氣調(diào)包裝，利用薄膜的透氣、透濕及選擇透過性，結(jié)合果蔬自身的呼吸作用，自發(fā)地調(diào)節(jié)包裝袋內(nèi)氣體組分和相對濕度，從而控制包裝袋內(nèi)果蔬的呼吸代謝活動，以達到延長果蔬保鮮期的目的[11]，但是，目前菠菜氣調(diào)保鮮包裝大多采用聚乙烯薄膜(PE)[12-13]，石油基材料的使用給環(huán)境帶來很大的壓力，因此，從環(huán)保和安全的角度來看，可生物降解薄膜的自發(fā)氣調(diào)保鮮包裝對果蔬的保鮮有著重要的現(xiàn)實意義。

聚己內(nèi)酯 (PCL) 是一種以己酸為重復(fù)單元的脂肪族聚酯高分子材料[14]，由于其結(jié)構(gòu)中含有酯基，所以具有良好的生物降解性[15]，與其他幾種通用的塑料包裝材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等相比，由于其不依賴石油資源，且降解產(chǎn)生二氧化碳和水等小分子物質(zhì)，是一種新型的綠色環(huán)保高分子材料。

聚己內(nèi)酯目前主要被應(yīng)用于如醫(yī)學(xué)支架[16]、組織工程和藥物輸送系統(tǒng)[17]、包裝材料粘合劑等領(lǐng)域。但因其熔點較低不利于成型加工，并且原材料成本較高，因此，還未在食品尤其是果蔬的保鮮包裝中得到廣泛應(yīng)用。然而，由于聚己內(nèi)酯薄膜具有較高的水蒸氣透過率和良好的選擇透過性，已被用于草莓的保鮮包裝，在草莓貯藏第28天時，仍具有良好的感官品質(zhì)和風(fēng)味[18]。然而，關(guān)于采用生物可降解材料用于菠菜采后的自發(fā)氣調(diào)保鮮包裝的研究，還鮮有報道。因此，本試驗采用聚己內(nèi)酯自發(fā)氣調(diào)包裝，擬研究其對菠菜感官品質(zhì)的影響，以期開發(fā)和研究一種能更好地保持菠菜采后品質(zhì)的環(huán)境友好型的自發(fā)氣調(diào)保鮮包裝材料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮菠菜：當(dāng)天從呼和浩特市綠聯(lián)種植專業(yè)合作社采收，4 ℃預(yù)冷4 h，剔除有機械傷的，選擇大小、成熟度基本一致且無病害的菠菜作為試驗材料；

低密度聚乙烯(LDPE)保鮮袋：30 cm×21 cm，單層膜厚41.2 μm，義烏市勝昌塑料制品有限公司；

聚己內(nèi)酯(PCL)：數(shù)均分子量Mn=1.3×106，深圳光華偉業(yè)責(zé)任有限公司；

PCL包裝袋：30 cm×21 cm，單層膜厚39.6 μm，自制；

丙酮：分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司；

三氯乙酸：分析純，廣東光華科技股份有限公司；

硫代巴比妥酸：分析純，南京奧多福尼生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

O2/CO2精密頂空氣體分析儀：6600型，英國希仕代公司；

紫外分光光度計：UV2450型，日本島津公司；

多功能薄膜封口機：DBF-900型，溫州市鼎力包裝機械制造有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9053A型，上海一恒儀器有限公司；

低速離心機：SC3610型，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；

高速冷凍離心機：HC-2518R型，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；

電子天平：JA-5003B型，上海精天電子儀器有限公司；

立式冷藏柜：SC300型，青島海爾特種電冰柜有限公司。

1.2 薄膜制備及樣品處理

1.2.1 聚己內(nèi)酯(PCL)薄膜的制備 將PCL母粒置于溫度為30 ℃的真空干燥箱中干燥24 h。將干燥好的PCL母粒注入雙螺桿擠出流延機組，螺桿組溫度依次調(diào)整在100～190 ℃，擠出溫度為190 ℃。通過調(diào)節(jié)移動輥和固定輥轉(zhuǎn)速，在170 ℃下得到厚度約40 μm的薄膜。

1.2.2 菠菜處理及包裝 挑選無機械損傷、大小基本均勻一致的、無病害的菠菜100 g分裝至已制備好的PCL和LDPE包裝袋內(nèi)，封口后于4 ℃、相對濕度(RH)65%的立式冷藏柜中進行貯藏，同時，設(shè)置無包裝的菠菜(每組約100 g)作為對照，標記為CK。每隔1 d進行1次感官品質(zhì)和理化指標的測定，每個處理設(shè)3個重復(fù)。

1.3 試驗方法

1.3.1 包裝內(nèi)部氣體含量的測定 每隔1 d每組包裝隨機抽取3袋，利用O2/CO2精密頂空分析儀進行包裝內(nèi)部O2、CO2含量的測定。調(diào)零后，在包裝袋外表面粘貼橡膠墊，將針頭插入，儀器即可直接顯示袋內(nèi)O2和CO2含量。

1.3.2 失重率的測定 采用稱重法，按式(1)計算：

(1)

式中：

W——菠菜的失重率，%；

M0——菠菜初始質(zhì)量，kg；

Mt——貯藏第t天時菠菜的質(zhì)量，kg。

1.3.3 葉綠素含量的測定 采用分光光度法[19]。

1.3.4 丙二醛含量的測定 采用紫外分光光度法[20]。

1.3.5 菠菜感官評價 根據(jù)文獻[5]，修改如下：由10人組成感官評定小組，采用數(shù)字化的評分方法(1～5分)，分別對菠菜的外觀(包括色澤、形態(tài)和包裝袋內(nèi)是否有冷凝水)和質(zhì)地進行打分，滿分10分(每項各5分)，每項打分后計算總分和平均值，具體評分標準見表1。

表1 菠菜的感官評分標準?Table 1 Criteria for sensory evaluation of spinach

? 感官評分低于5.5分即認為失去商品價值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

每組設(shè)3個重復(fù)，利用Microsoft Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理，計算平均值和標準偏差；利用Originpro 8.0軟件繪圖，應(yīng)用SPSS Statistics 19進行差異顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對菠菜感官品質(zhì)的影響

PCL包裝處理組對菠菜感官品質(zhì)的影響見圖1。由圖1可知，隨著貯藏時間的延長，各處理組樣品的感官評分都呈逐漸降低的趨勢，其中無包裝對照組的感官評分下降的速度最快，在貯藏第4天時，總的感官評分為5.2分，與另外兩處理組差異顯著(P<0.05)，菠菜已發(fā)生較為嚴重的失水萎蔫，葉片失去堅挺，有輕微異味，葉片部分黃花，總的感官評分已超過市場接受范圍，失去商品價值；LDPE薄膜包裝處理組在貯藏第8天后部分葉片表面開始出現(xiàn)輕微水浸狀腐爛，袋內(nèi)出現(xiàn)“結(jié)露”現(xiàn)象，貯藏至第12天時，葉片開始大面積腐爛變質(zhì)，達到市場銷售極限；PCL薄膜包裝處理組的感官評分最高，貯藏至第12天時感官評分為6.5分，仍在市場接受范圍。這可能是LDPE薄膜具有較低的水蒸氣透過率，導(dǎo)致袋內(nèi)水分大量滯留，助長了微生物的繁殖。此結(jié)果與Koide等[21]的研究相一致。

2.2 對O2和CO2含量的影響

由圖2可以看出，隨著貯藏時間的延長，包裝袋內(nèi)O2和CO2含量分別呈現(xiàn)逐漸降低和增加的變化趨勢。貯藏至第4天時，兩處理組內(nèi)部的氣體達到近似平衡的狀態(tài)。此時，PCL包裝袋內(nèi)O2含量為6.0%～8.5%，CO2含量為2.0%～4.5%；而PE袋中O2含量為15%～17.5%，CO2含量為1.5%～2%。說明在氣體近似達到氣調(diào)平衡時，PCL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，形成了相對低氧、高二氧化碳的貯藏氣體環(huán)境。這可能是兩組包裝材料具有不同的O2和CO2氣體透過性和選擇透過性(見表2)，范新光等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，相對低氧、高二氧化碳的貯藏環(huán)境能夠有效抑制菠菜的呼吸作用，從而降低有機物等營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，也可以延緩后熟作用。從表2可以看出，PCL薄膜對O2、CO2的滲透系數(shù)均小于PE，并且有較PE高的CO2/O2選擇透過比，因此，隨著貯藏時間的延長，會在包裝內(nèi)部形成一個相對低氧、高二氧化碳的貯藏環(huán)境，從而抑制菠菜的采后呼吸和延緩衰老，利于菠菜的貯藏；而PE薄膜由于具有較高的O2和CO2透過率，所以在菠菜貯藏過程中，外部O2會不斷地透過材料進入包裝內(nèi)部，形成了相對的高氧環(huán)境，加速了菠菜葉片的呼吸和衰老，不利于菠菜貯藏。

圖1 聚己內(nèi)酯薄膜包裝對菠菜感官品質(zhì)的影響Figure 1 Effect of PCL film packaging on the sensory quality score of spinach

2.3 對失重率的影響

菠菜屬于葉菜類，含有占其總質(zhì)量90%以上的水分，并且由于其葉片有較大的比表面積，在采后貯藏過程中極易通過旺盛的呼吸作用和蒸騰作用而快速喪失水分[23]，從而使菠菜出現(xiàn)失水萎蔫現(xiàn)象而失去商品價值。據(jù)資料[24]報道，當(dāng)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的失水率在3%～10%時，仍具有商品價值，超過10%即可視為貨架期結(jié)束。從圖3可以看出，隨著貯藏時間的延長，所有處理組的失重率總體均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。在貯藏第4天對照組和處理組差異顯著(P<0.05)，失重率達到12.5%，同時結(jié)合圖1可以看出，對照組在第4天葉片即開始失去堅挺質(zhì)感，葉片嚴重萎蔫；兩處理組失重率從第2天開始出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，貯藏至第12天，LDPE處理組的失重率為2.34%，而PCL處理組為9.89%。這可能是LDPE薄膜對水蒸氣有較高的阻隔性(見表2)，包裝內(nèi)部水蒸氣不易散失，而PCL薄膜有較高的水蒸氣透過性，從而導(dǎo)致其失重率增加。雖然LDPE包裝降低了菠菜的失重率，但是由于其較低的水蒸氣透過率，導(dǎo)致其內(nèi)部凝結(jié)成水珠，結(jié)合圖1可知，菠菜部分葉片出現(xiàn)水浸狀腐爛現(xiàn)象。PCL處理組雖然在保持菠菜水分方面的能力稍有不足，但卻減緩了菠菜因包裝內(nèi)部的高濕度引起的腐敗變化，從而延長了其貨架期。

圖2 聚己內(nèi)酯薄膜包裝對菠菜內(nèi)部O2和CO2含量的影響Figure 2 Effect of PCL film packaging on the level of oxygen & carbon dioxide

表2 包裝材料氣體透過性能參數(shù)Table 2 Gas permeability parameters of packaging material

圖3 聚己內(nèi)酯薄膜包裝對菠菜失重率的影響Figure 3 Effect of PCL film packaging on the weight loss ratio of spinach

2.4 對葉綠素含量的影響

生鮮葉菜中所含的葉綠素在采后貯藏過程中不穩(wěn)定易被氧化降解，從而使生鮮蔬菜無法進行正常的光合作用，造成葉菜脫綠黃化，影響其感官，從而影響其商品價值[25]。從圖4可知，新鮮菠菜初始的葉綠素含量為92.3 mg/100 g，隨著貯藏時間的延長，各處理組菠菜的葉綠素含量整體均呈現(xiàn)下降的趨勢，其中對照組的葉綠素含量下降最快，到第4天時對照組的葉綠素含量下降了40.3%，與其它處理組差異顯著(P<0.05)；在貯藏前8 d，PCL處理組的葉綠素下降最為緩慢，而LDPE處理組部分葉片顏色開始由原來的深綠色變?yōu)辄S色, 并伴有水浸狀爛葉出現(xiàn)，兩組間葉綠素含量存在顯著性差異(P<0.05)。其原因可能是PCL處理組在貯藏過程中形成相對低氧、高二氧化碳的氣體組分條件，而低氧環(huán)境能夠抑制葉綠素酶的活性[26-27]，從而延緩了葉綠素的降解，使其具有較好的保綠作用，而LDPE處理組由于包裝內(nèi)部相對較高的O2濃度，導(dǎo)致葉綠素被氧化分解，從而造成褪綠黃化。

圖4 聚己內(nèi)酯薄膜包裝對菠菜葉綠色含量的影響Figure 4 Effect of PCL film packaging on chlorophyll content of spinach

2.5 對丙二醛含量的影響

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化產(chǎn)物，是反應(yīng)細胞膜脂過氧化程度和衰老進程的一個重要指標[28]。由圖5可知，隨著貯藏時間的延長，各處理組菠菜的MDA 均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，其中對照組菠菜的MDA含量上升最快，說明其細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性被破壞得最快，衰老也最嚴重。在貯藏前6 d，PCL和LDPE包裝組菠菜葉片的MDA含量變化差異不顯著(P>0.05)，從第8天開始，隨著貯藏時間的延長，LDPE包裝組菠菜葉片的MDA含量開始持續(xù)上升。其原因可能是LDPE包裝膜內(nèi)部較高的氧氣濃度，加速了葉片的呼吸和氧化衰老，而PCL包裝處理組由于其低氧的氣氛環(huán)境，抑制了菠菜的呼吸強度，從而延緩了衰老，延長了貨架期。

圖5 聚己內(nèi)酯薄膜包裝對菠菜丙二醛含量的影響Figure 5 Effect of PCL film packaging on the MDA content of spinach

3 結(jié)論

從感官評分、氣體含量、失重率、葉綠素和丙二醛含量等指標的變化看，在4 ℃的低溫貯藏條件下，PCL包裝處理組可形成相對低O2和高CO2的自發(fā)氣調(diào)貯藏環(huán)境，貯藏第12天，仍可使菠菜保持較好的感官質(zhì)量，失重率低于10%，具有食用價值和商品價值，且PCL包裝處理組菠菜的葉綠素含量明顯高于其它2個處理組，說明PCL包裝處理組可以較好地保留菠菜中的葉綠素含量，延緩葉綠素的降解；同時，PCL包裝處理可以延緩丙二醛(MDA)含量的上升，較好地保持細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，延緩菠菜衰老。因此，生物可降解PCL包裝薄膜能更有效地保持菠菜采后的貯藏品質(zhì)和感官質(zhì)量，較傳統(tǒng)的LDPE包裝膜有更好的保鮮效果，而且制備工藝簡單，是一種環(huán)境友好型自發(fā)氣調(diào)包裝材料。

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