納米銀抗菌膜對(duì)白菜的保鮮效果

汪 敏， 趙永富， 侯喜林， 馮 敏， 王合葉， 蔣希芝

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所，江蘇南京 210014； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210095)

銀離子具有廣譜抗菌、殺菌效率高、不易產(chǎn)生抗藥性、安全性高等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用效果較好的抗菌劑[1]。由于納米銀粒子的比表面積比常規(guī)的銀離子大得多，使銀與微生物接觸概率大大增加，具有高效防腐功能，添加納米銀的包裝材料在延長(zhǎng)食品貨架期上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[2-3]。

葉菜富含維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，在人類食譜中占有重要的位置，深受消費(fèi)者的喜愛[4]。但新鮮葉菜收獲周期短，且難以貯藏。白菜生理代謝水平高，水分蒸騰速率快，采收后極易失水萎蔫[5]。因呼吸作用旺盛會(huì)較快消耗其養(yǎng)分，產(chǎn)生大量的呼吸熱，導(dǎo)致貯藏過程中迅速退綠黃化，加之組織脆嫩，易受機(jī)械損傷，進(jìn)而被微生物侵染而霉變腐爛[6-7]。目前，有關(guān)白菜的保鮮研究主要涉及低溫貯藏、氣調(diào)保鮮、涂膜保鮮等[8-10]，關(guān)于白菜抗菌包裝貯藏的報(bào)道幾乎沒有。本試驗(yàn)以不同納米銀含量的聚乙烯(polyethylene，簡(jiǎn)稱PE)薄膜為研究對(duì)象，考察其抗菌性能及對(duì)白菜的保鮮效果，確定納米銀的最佳添加量，為納米銀PE膜在果蔬保鮮中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 納米銀薄膜的制備

將輻照法制備的以SiO2為載體的納米銀顆粒與PE薄膜復(fù)合，以納米銀作為分散相，PE基材作為連續(xù)相，納米銀分散到宏觀層面的PE基材中。通過共混改性-擠出造粒-制品成型(薄膜)工藝，制得納米銀含量分別為0、2%、3%、4%、5%、6%、7%的PE薄膜，分別編號(hào)為1～7。

1.2 抗菌性能測(cè)試

將薄膜樣品剪成50 mm×50 mm大小，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31402—2005/ISO 22196：2007《塑料 塑料表面抗菌性能試驗(yàn)方法》，通過貼膜法使薄膜樣品與一定量的菌懸液作用 24 h 后培養(yǎng)，進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，測(cè)定薄膜的抗菌性能。菌落總數(shù)用瓊脂培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)測(cè)定，瓊脂培養(yǎng)基由筆者所在實(shí)驗(yàn)室配制。

白菜上菌群的菌懸液配制：將白菜剪碎與生理鹽水混合(質(zhì)量比為1 ∶1)，研磨，用紗布過濾至燒杯中，用生理鹽水依次做10倍遞增稀釋液。

抗菌率計(jì)算公式為

式中：R為抗菌率，%；B為空白對(duì)照樣品平均回收菌數(shù)，CFU/片；C為試驗(yàn)抗菌樣品平均回收菌數(shù)，CFU/片。

1.3 保鮮性能測(cè)試

1.3.1 試驗(yàn)方案 試驗(yàn)設(shè)包裝1(CK)、包裝2、包裝3、包裝4、包裝5、包裝6以及包裝7共7組。于06：00開始采摘大棚內(nèi)的白菜，去根去泥，裝于塑料框內(nèi)，立即運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室用薄膜樣品包裝。每袋白菜250 g，每組12袋，全部樣品置于室溫下貯藏。整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度為(25±2) ℃，濕度為(65±5)%。觀測(cè)時(shí)間為4 d，每天隨機(jī)抽取3份平行樣品進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.2.1 白菜失質(zhì)量率。

式中：W為失質(zhì)量率，%；m0為白菜貯藏前質(zhì)量，g；m1為白菜貯藏后質(zhì)量，g。

1.3.2.2 白菜色差值 采用CR 400便攜式色差儀直接測(cè)定白菜的黃度值(b*)，每份白菜測(cè)定3次取平均值。

1.3.2.3 白菜新鮮度 根據(jù)表1打分并計(jì)算平均值。

1.3.2.4 包裝袋內(nèi)CO2、O2含量測(cè)定 保鮮袋內(nèi)CO2、O2含量采用CYES-Ⅱ型CO2/O2氣體測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，用取樣注射器抽取50 mL左右新鮮空氣注入儀器進(jìn)行儀器校準(zhǔn)(O2含量為21%、CO2含量為0%)后，將注射器針頭插入試驗(yàn)組包裝袋內(nèi)取50 mL左右袋內(nèi)氣體，注入儀器，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，讀出CO2與O2的體積占比。

表1 白菜新鮮度評(píng)分情況

2 結(jié)果與分析

2.1 不同納米銀含量保鮮膜的抗菌性能

不同納米銀含量的PE膜對(duì)白菜上所攜帶微生物的抗菌效果和抗菌率分別見圖1、圖2。納米銀薄膜接觸過的菌液經(jīng)過培養(yǎng)得到的菌落總數(shù)明顯小于對(duì)照組，當(dāng)PE薄膜中納米銀含量達(dá)4%時(shí)，僅有很少量的菌落長(zhǎng)出。具體抗菌率由圖2可知，2%納米銀含量的薄膜對(duì)白菜菌群的抗菌率為 67.1%，3%納米銀含量的薄膜對(duì)白菜菌群的抗菌率為 75.5%。4%和5%納米銀含量的薄膜對(duì)白菜菌群的抗菌率分別達(dá)91.2%、97.5%，對(duì)絕大多數(shù)的菌落有抑制作用。

帶根白菜不經(jīng)過任何處理，附帶著田間的各種微生物，白菜菌群中微生物種類多樣化，納米銀-PE膜對(duì)其抗菌效果仍然很顯著，說明納米銀材料的確具有廣譜抗菌、強(qiáng)效抗菌的特點(diǎn)。

2.2 不同納米銀含量薄膜的保鮮性能

2.2.1 不同納米銀含量PE膜包裝對(duì)白菜失質(zhì)量率的影響 白菜采后的呼吸作用和蒸騰作用是導(dǎo)致其失水、失質(zhì)量的生理機(jī)制。失水導(dǎo)致白菜品質(zhì)降低，白菜的失質(zhì)量率即可表征白菜的失水情況。從表2可以看出，白菜的失質(zhì)量率在測(cè)定周期中隨著貯藏天數(shù)的增加逐漸增大，而納米銀組白菜的失質(zhì)量率要略微低于對(duì)照組。在貯藏4 d時(shí)，對(duì)照組白菜的失質(zhì)量率最大，為3.77%，納米銀含量為2%、3%、4%的試驗(yàn)組白菜的失質(zhì)量率分別為3.58%、3.32%、2.98%，呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。而納米銀含量大于4%的試驗(yàn)組白菜的失質(zhì)量率基本穩(wěn)定，沒有明顯的變化規(guī)律。說明納米銀PE膜有一定的抑制白菜水分流失和呼吸消耗的作用，納米銀顆粒的存在可加強(qiáng)白菜的保鮮效果。但是納米銀含量并不是越高越好，當(dāng)納米銀含量>4%時(shí)，白菜的失質(zhì)量率沒有明顯的變化。

白菜的失質(zhì)量主要由水分蒸發(fā)引起，保水效果與膜的透濕性有關(guān)，水蒸氣透過率(water vapour transmission rate，簡(jiǎn)稱WVTR)是考察膜的透濕性的重要指標(biāo)，WVTR值越低，說明水分遷移量越少，水蒸氣越不容易通過，白菜越不容易失水。在納米銀PE膜中，納米銀存在于PE膜的三維結(jié)構(gòu)之間，在一定程度上阻礙了水分子的透過。添加納米銀后膜的透濕性下降，達(dá)到延長(zhǎng)白菜保鮮期的效果。

2.2.2 不同納米銀含量PE膜包裝對(duì)白菜葉片黃化的影響 白菜貯藏過程中，隨著失水萎蔫以及腐爛，顏色由綠色逐漸轉(zhuǎn)變成黃色。在色差測(cè)量中，b*值表示黃度值，b*值越大顏色越黃，因此用b*值表征白菜的顏色變化。由表3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，白菜逐漸萎蔫發(fā)黃，表現(xiàn)為b*值逐漸升高。納米銀組黃化程度低于對(duì)照組，在貯藏4 d時(shí)，對(duì)照組b*值最大，為27.03，納米銀含量為2%、3%、4%的試驗(yàn)組白菜的b*值分別為25.41、24.60、22.25，呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。而納米銀含量大于4%的試驗(yàn)組白菜b*值基本穩(wěn)定，沒有明顯的變化規(guī)律。說明納米銀PE膜在抑制白菜腐爛、黃化方面有一定的效果。原因?yàn)榧{米銀PE膜具有抗菌作用，延緩了白菜的腐敗和萎蔫黃化的過程。但是納米銀含量并不是越高越好，當(dāng)納米銀含量達(dá)到4%后，白菜的b*值沒有明顯的變化。

表3 不同納米銀含量的PE膜對(duì)白菜葉片黃化的影響

2.2.3 不同納米銀含量PE膜包裝對(duì)白菜新鮮度的影響 按表1中新鮮度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常溫貯藏的白菜內(nèi)葉、外葉光澤、萎蔫、氣味、腐爛情況進(jìn)行綜合打分，結(jié)果見表4。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，白菜新鮮度值逐漸降低，納米銀組新鮮度高于對(duì)照組。在貯藏3 d時(shí)，對(duì)照組和2%納米銀組新鮮度評(píng)分最低，僅為3分，3%納米銀組為4分，4%、5%、6%、7%納米銀組新鮮度評(píng)分仍達(dá)6分。在貯藏4 d時(shí)，對(duì)照組、2%和3%納米銀組白菜均失去食用價(jià)值，4%、5%、6%、7%納米銀組白菜新鮮度評(píng)分達(dá)4分，仍然具有一定的食用價(jià)值。說明納米銀PE膜在保持白菜新鮮度上有一定的效果。分析原因是因?yàn)榧{米銀PE膜的抗菌作用延緩了白菜的腐爛過程。

表4 不同納米銀含量的PE膜對(duì)白菜新鮮度的影響

2.2.4 不同納米銀含量PE包裝袋內(nèi)CO2、O2氣體含量的變化 在空氣組成的體積占比中，O2約占21%，CO2約占 0.03%。白菜包裝貯藏期間，由于白菜的呼吸作用，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各組袋內(nèi)O2含量均逐漸下降，CO2含量均逐漸上升。在貯藏4 d時(shí)，對(duì)照組O2和CO2的體積占比分別為8.31%、5.72%，7%納米銀組O2和CO2的體積占比分別為8.49%、5.98%。各組間O2和CO2的體積占比差別不大，沒有明顯的變化規(guī)律(表5)。原因?yàn)楸∧ぶ屑{米銀的添加量不大，對(duì)薄膜的透氣性沒有產(chǎn)生明顯的影響，各組白菜的呼吸作用帶來的袋內(nèi)氣體組成變化基本一致。

表5 不同納米銀含量PE包裝袋內(nèi)CO2、O2氣體含量的變化

3 結(jié)論

納米銀PE膜對(duì)白菜上所攜帶的微生物具有很好的抗菌效果，4%納米銀含量的薄膜已經(jīng)對(duì)絕大多數(shù)白菜上攜帶的菌群的菌落產(chǎn)生了抑制作用。納米銀PE膜有助于提升白菜常溫包裝保鮮效果，添加納米銀后的薄膜對(duì)降低白菜的失質(zhì)量率、葉片黃化，保持白菜的新鮮度有一定的效果。納米銀含量達(dá)4%的薄膜包裝的白菜在常溫貯藏4 d時(shí)仍具有一定的食用價(jià)值。而納米銀含量大于4%后，PE膜的保鮮效果不再提升。納米銀的添加對(duì)改善PE薄膜的氣調(diào)作用沒有效果。因此，在白菜保鮮中，PE薄膜中納米銀最佳添加量為4%。