可食性涂膜在果蔬保鮮中的現(xiàn)狀及研究進展

傅琰琰，梅 闖，王衍鵬，王繼勛，盧春生，閆 鵬，張付春，馮貝貝

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 311300；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100)

0 引 言

【研究意義】目前有多糖、蛋白質(zhì)、脂類和復(fù)合材料等涂膜材料用于果蔬及食品的保鮮，而由此做成的涂膜材料通常來自植物，對果蔬涂膜后，既可以在貯藏期保持較好的品質(zhì)，還能夠延長貨架期，并且可直接食用而對人體安全[1-3]。近年來，應(yīng)用多糖、蛋白質(zhì)、脂類等對果蔬涂膜的研究較多且廣泛，從果蔬保鮮到肉類保鮮都有應(yīng)用。通過對涂膜保鮮材料及保鮮效果進行比較、概括和總結(jié)，對食品涂膜保鮮的方法有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】果蔬等在經(jīng)過不同種類和濃度的涂膜劑進行涂膜后，能夠顯著的延緩品質(zhì)下降，降低了腐爛率，并且能夠保持果蔬在貯藏期間的感官品質(zhì)[4-5]。比如，涂膜能夠減少由于呼吸速率的增加和水分的蒸發(fā)造成的貨架期縮短，增加果實和蔬菜光澤[6-7]。而有些涂膜材料如殼聚糖具有良好的抗菌性，涂膜能夠減少有害微生物造成的果蔬的腐敗，保持果蔬采后品質(zhì)[8-10]?，F(xiàn)階段，涂膜主要應(yīng)用于以草莓、葡萄、藍莓、番茄等容易腐爛、不易貯存的水果和蔬菜；以及鮮切蘋果、鮮切哈密瓜等常見的鮮切水果[11-12]?！颈狙芯壳腥朦c】關(guān)于涂膜材料和保鮮特性，前人的研究主要集中在以多糖類、蛋白質(zhì)類、脂類和復(fù)合材料為主的涂膜材料上，涂膜對象也主要集中在易腐爛的的果蔬和鮮切水果。研究對不同的果蔬品種進行涂膜處理后的品質(zhì)效果進行整理和歸納?！緮M解決的關(guān)鍵問題】收集并整理應(yīng)用比較廣泛的涂膜材料和果蔬品種，對目前應(yīng)用最多的涂膜材料(如多糖類)在果蔬保鮮現(xiàn)狀的研究，進行匯總和比較，為果蔬涂膜保鮮提供參考。

1 材料與分析

1.1 材 料

國內(nèi)外果蔬涂膜保鮮的相關(guān)文獻、國內(nèi)外官網(wǎng)信息：包括Science Direct、中國知網(wǎng)、NCBI、谷歌學(xué)術(shù)等。主要對近10余年的涂膜保鮮文獻進行綜述。

1.2 方 法

對收集的材料進行匯總、整理和對比，并用統(tǒng)計學(xué)方法對果蔬保鮮的涂膜材料及效果進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 可食性涂膜保鮮研究現(xiàn)狀與進展

2.1.1 多糖的涂膜

多糖是一種天然聚合物，包括淀粉(Starch)、果膠(Pectin)、纖維素及其衍生物(Cellulose and derivatives)，普魯蘭多糖(Pullulan)，海藻酸鹽(Alginate)、殼聚糖和(Chitosan)魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan, KGM)。由于其良好的成膜性及形成涂層后對水分散失的阻隔，無色無味，熱量低等優(yōu)點多糖涂膜被廣泛用于果蔬保鮮[11-12]。

近年來，殼聚糖在果蔬保鮮中的研究較多，其在保持果蔬采后品質(zhì)、降低失水率、保持果實營養(yǎng)品質(zhì)和感官品質(zhì)中效果顯著，在以多糖為涂膜材料中研究較多，如：用0.95%的殼聚糖+1.25%的明膠+0.4%的甘油可降低南果梨采后果實失重(weight loss, WL)和硬度下降，使保鮮期延長至20 d仍有較高的可溶性固形物(TSS)和VC(Vitamin C, VC)含量[13]。在1.5%的殼聚糖中加入了3%的沸石(zeolite)和0.1%的吐溫對番茄進行涂膜可延緩果實成熟，但對降低WL無顯著效果[14]。以哈密瓜為材料，用20 g/L的殼聚糖進行涂膜可降低采后呼吸速率和腐爛率的的上升，保持了硬度、VC和TSS含量[15]。用1%的殼聚糖或與0.05%的茶樹油復(fù)配對香蕉進行涂膜可延緩呼吸速率，降低機械損傷和延緩成熟[3,16]。對草莓進行殼聚糖單一或與檸檬烯復(fù)配涂膜可減緩WL和真菌感染，但對可滴定酸(TA)、pH值和TSS含量無顯著影響[17-18]。用添加了薄荷精油的羧甲基纖維素和殼聚糖的涂料對草莓進行涂膜，可在貯藏12 d時仍保持較高的感官品質(zhì)和降低微生物數(shù)量[19]。殼聚糖與葡萄糖酸鈣對草莓進行涂膜處理，可保持冷藏期間的硬度，并減少真菌造成的腐爛率的上升[20]。以殼聚糖為載體，添加抗菌藥物對果蔬進行涂膜可保持自身品質(zhì)和減少腐爛，如：在殼聚糖中加入納他霉素對草莓和蘭州百合進行包衣可降低耗氧量，保持TSS含量，并且有顯著的抑菌效果[21-22]。其他防腐劑的使用也能夠降低果實發(fā)?。喝缬锰砑恿?%的食品防腐劑苯甲酸鈉的羥丙基甲基纖維素和蜂蠟對櫻桃番茄進行涂膜并結(jié)合5℃低溫貯藏21 d，20℃的貨架期4 d，可降低櫻桃番茄的黑斑病發(fā)生率和嚴重程度[23]。以淀粉為涂膜材料的處理中，也有比較好的保鮮效果，如：用卡拉膠或木薯淀粉作為基本材料，添加鐵和抗壞血酸對南瓜進行涂膜，可有效保持南瓜色澤和硬度[24]。

以多糖為材料的涂膜也廣泛應(yīng)用于鮮切水果，減少由切口帶來的褐變，從而保持了果蔬品質(zhì)，延長貨架期。用海藻酸鹽、果膠和結(jié)冷膠對‘Piel de Sapo’鮮切甜瓜進行涂膜，并結(jié)合4℃低溫貯藏15 d后發(fā)現(xiàn)，3個涂膜處理均可抑制乙烯的生成、減少呼吸躍變造成的果實衰老腐??；以果膠涂膜處理對保持感官品質(zhì)最好[25]。用甘油加入以淀粉為基礎(chǔ)材料對球芽甘藍進行涂膜處理，并用聚氯乙烯薄膜進行覆蓋，處理42 d可使切塊區(qū)域的褐變、重量和硬度的損失降到最低[26]。以1%的普魯蘭多糖為基材，加入0.8%的谷胱甘肽和1%的殼聚糖對蘋果切片進行涂膜處理，可有效減緩褐變、降低WL，保持硬度，抑制微生物生長和呼吸速率，從而延長鮮切蘋果的貨架期[27]。用0.5%、1%或2%的殼聚糖對芒果進行涂膜處理并用PVDC薄膜包覆可提高TSS、TA和抗壞血酸的含量，并能抑制微生物的生長[28]。用2%的殼聚糖，1%的果膠和2%的反式肉桂醛對鮮切哈密瓜進行涂膜，4℃環(huán)境下進行貯藏，可有效保持其硬度，維持較好的生理特性和感官品質(zhì)長達9 d[29]。1%的殼聚糖處理對鮮切蘋果有較好的護色作用，并可以保持較高的感官品質(zhì)[30]。

以多糖為基本材料進行單一涂膜，或與其他材料復(fù)配涂膜還廣泛應(yīng)用在其他的水果上。表1

表1 基于多糖的涂膜材料在果蔬中的應(yīng)用Table 1 Application of polysaccharide-based coatings in fruits and vegetables

2.1.2 脂質(zhì)的涂膜

用于果蔬的蠟質(zhì)的涂膜材料主要有基于蠟質(zhì)和石蠟薄膜及涂料；乙酰甘油薄膜和涂料以及紫膠樹脂基薄膜及涂料。其主要的應(yīng)用有：用小燭樹蠟單獨或者與枯草芽孢桿菌HFC103菌株結(jié)合對草莓進行涂膜貯藏保鮮發(fā)現(xiàn)，兩者均可以在第3 d降低果實的腐爛率和WL，并對根霉病真菌具有抑制作用，從而延長草莓貨架期[50]。用小燭樹蠟+礦物油+甘油+鈣復(fù)配劑對番石榴進行涂膜保鮮，20℃環(huán)境下貯藏15 d可有效降低呼吸速率和保持單果重，與對照相比WL降低30%[51]。用67%的小燭樹蠟與33%的礦物油做涂膜劑對波斯橙進行涂膜可降低貯藏過程的WL，提高光澤度，同時能夠提高TSS含量，降低TA含量[52]。以大戟提取的天然蠟與0.01%的抗氧化劑鞣花酸對金冠蘋果進行涂膜，可減少蘋果顏色的變化，減少WL和總固形物含量的下降，并能抵抗球藻炭疽桿菌、尖孢鐮刀菌和青霉菌3種真菌的感染[53]。用木薯淀粉與巴西棕櫚蠟作為可食性膜對鮮切蘋果進行涂膜可提高耐水汽性、減少WL[54]。以豌豆淀粉和乳清蛋白分離物為基材，與巴西棕櫚蠟(1∶1∶1)復(fù)合對核桃涂膜，可顯著改善核桃的鮮嫩度和口感，但是如果將此比例調(diào)整為1∶1∶2則會導(dǎo)致核桃變黃、無法接受[55]。用1%的巴西棕櫚蠟或0.5%的蜂蠟分別對金柑進行涂膜，可有效降低貯藏過程中的WL[1]。

2.1.3 基于蛋白質(zhì)涂膜

基于蛋白質(zhì)的涂膜材料主要有基于玉米醇溶蛋白薄膜和涂料；明膠涂料和薄膜；小麥蛋白薄膜和涂料及乳清蛋白薄膜和涂料。但是，這一類主要用于肉類的保鮮，像牛肉、魚肉、雞胸肉、魚類，但是對果蔬研究較少[56-59]。用酪蛋白鈣乙酰化單甘油酯水乳劑涂膜的西葫蘆可以在貯藏期間減少呼吸速率和乙烯產(chǎn)生，降低水分蒸發(fā)[60]。用酪蛋白酸鈉對仙人掌進行涂膜可延緩多酚的下降，但對抗氧化能力沒有影響[61]。

2.1.4 復(fù)合材料涂膜

近年來，果蔬保鮮在不斷探索新型涂膜劑的基礎(chǔ)上，為了彌補單一涂膜材料在果蔬保鮮中的應(yīng)用，對于涂膜復(fù)合材料或多成分復(fù)配的研究也越來越多[62-63]。如羥丙基甲基纖維素與硬脂酸復(fù)合涂膜；蜂蠟與甲基纖維素的復(fù)合涂膜；甲基纖維素/玉米玉米蛋白-脂肪酸膜和甲基纖維素復(fù)合涂膜，SiO2修飾的卡拉膠/魔芋膠復(fù)合涂膜，阿拉伯膠與白色玫瑰茄提取物復(fù)合涂膜保鮮等[64-68]。表2

表2 基于復(fù)合材料的涂膜材料在果蔬中的應(yīng)用Table 2 Application of composite coatings-based coatings in fruits and vegetables

2.1.5 其他涂膜劑涂膜

蜂膠具有安全無毒、廣譜抗菌等特性，因為易成膜也被用來對水果進行涂膜保鮮，其在保持水果外觀品質(zhì)和降低腐爛率的效果被認為是一種天然的防腐保鮮劑。近年來，隨著對蜂膠的認識，蜂膠及其提取物涂膜也逐漸進入果品保鮮者的視野，越來越多的水果在采后用蜂膠處理后，其品質(zhì)得到提升。表3

表3 其他涂膜材料在果蔬中的應(yīng)用Table 3 Application of other coatings in fruits and vegetables

其他天然的大分子材料也用于果蔬的保鮮，如：天然蘆薈膠與5%的抗壞血酸混合對草莓進行涂膜處理可延緩果實成熟，并能有效減少酵母菌和霉菌等數(shù)量[8]。用涂膜材料A和B(濃度和組分有差異)對新疆庫買提杏進行涂膜，并進行保鮮袋與冷藏處理可保持果實硬度和TSS含量，降低腐爛率，保持果實色澤和外觀品質(zhì)，以B膜涂膜效果最好[81]。腰果膠作為一種水溶性的多糖，在添加了羧甲基纖維素后對鮮切番石榴進行涂膜可降低失水率和果肉顏色褐變[82-83]。2.5 g/L的黃原膠與1 g/L的肉桂酸復(fù)配對鮮切亞洲梨和歐洲梨進行涂膜，4℃下進行貯藏，能夠降低褐變，延緩抗壞血酸、總酚和抗氧化能力，分別延長其貨架期到4和8 d[84]。

2.2 可食性涂膜保鮮的研究機理

經(jīng)過殼聚糖涂膜的草莓能夠延長貨架期，其主要原因是殼聚糖涂膜能夠保持較高的酚類物質(zhì)、花青苷及類黃酮類物質(zhì)含量，同時提高了抗氧化物酶如：過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-POD)和愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(G-POD)活性[4]。用殼聚糖處理可提高甜椒和番石榴在貯藏過程中的過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性，并減少過氧化物自由基(O2-)含量，從而延緩果實的成熟和衰老延長了貨架期[85-86]。用殼聚糖與改性納米SiO2復(fù)合涂膜或甲氧基果膠涂膜可提高哈密瓜和藍莓果實中CAT和POD活性，通過對H2O2和O2-的清除，減少丙二醛(MDA)含量達到延長保鮮期的效果[87-88]。殼聚糖與改性納米TiO2復(fù)合涂膜，可提高金秋梨貯藏過程中SOD和POD活性，同時降低PPO活性[89]。番石榴用2%和3%的殼聚糖涂膜可以延緩在常溫貯藏下的成熟，主要是由于抗氧化物酶活性(POD)的增強和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的降低[90]。殼聚糖涂膜除了可以降低PAL活性外，2%的殼聚糖和1%的殼聚糖+0.2%的姜精油對李子和草莓進行涂膜還可以降低MDA含量，降低細胞膜透性，從而延長貨架期[91-92]。用海藻酸鹽對櫻桃進行涂膜可保持較高的總酚和總抗氧化物酶活性，從而在貯藏期2℃環(huán)境下延長16 d，20℃環(huán)境下延長貨架期2 d[93]。2%的海藻酸鹽與1%的殼聚糖復(fù)合涂層對番石榴進行涂膜，可通過保持較高的抗壞血酸、總酚、總類黃酮和抗氧化活性下10℃低溫貯藏20 d[94]。以淀粉和甘油對球芽甘藍進行涂膜能夠保持抗壞血酸和總黃酮含量，提高自由基清除活性來延長貯藏期[26]。1%的羧甲基纖維素或1%的羧丙基甲基纖維素與1%的殼聚糖對草莓涂膜可保持果皮中較高的總酚和花青素濃度，從而減緩過度成熟和衰老帶來的品質(zhì)下降和貨架期的縮短[95]。以殼聚糖和羧甲基纖維素為基材，采用逐層靜電沉積法對草莓進行涂膜能夠在貯藏過程中保持較低的代謝物含量，以此達到草莓品質(zhì)的保鮮效果[7]。

3 討 論

3.1 很多的涂膜材料在保持果蔬良好的果蔬品質(zhì)的同時，也對品質(zhì)的某些方面造成影響，如：以0.8%殼聚糖和10%蜂蠟作為涂膜劑處理草莓可保持果實品質(zhì)、提高抗菌能力，延長了貨架期，但是對感官品質(zhì)有影響[5]。用殼聚糖和橄欖油殘基對草莓進行涂膜，盡管降低了腐爛率，但是能夠在貯藏中逐漸降低總酚、類黃酮和抗氧化物酶活性[9]。為提高涂層性能，在羧甲基纖維素中添加甘油、油酸和硬脂酸涂膜則導(dǎo)致柑橘品質(zhì)的下降[96]。用羧甲基纖維素和殼聚糖雙層涂膜會使‘Or’和‘Mor’柑橘的感官接受性逐漸下降，并增加異味的產(chǎn)生[6]。殼聚糖對鮮切蘋果進行涂膜會促使PPO和POD活性的提高，反而使蘋果褐變指數(shù)增大[97]。使涂膜材料在符合安全為前提的條件下，對果蔬品質(zhì)的貯藏和保鮮保持達到最優(yōu)，促進消費者的購買產(chǎn)品，是果品保鮮者遇到的問題。

3.2 生物聚合材料為涂膜劑存在很多的缺點，如機械性能差(如脂質(zhì))或水蒸氣阻隔性能差(如多糖)，因此，需要開發(fā)新的替代品來解決這些缺點[98]。近年來，納米技術(shù)方法可以通過設(shè)計低生物活性成分、更好的氣體和機械性能以及減少對水果和蔬菜感官質(zhì)量的影響的功能包裝材料作出貢獻。Barikloo等[10]研究表明，用粘土納米材料對草莓進行包衣能夠在貯藏期間保持最優(yōu)的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，其保鮮效果優(yōu)于殼聚糖和聚乙烯薄膜的包衣。用卡拉膠/魔芋膠/納米SiO2復(fù)合膜具有良好的透過性，能克服高分子生物膜機械性差和阻隔性能差的缺點[67]。Gorrasi等[69]研究表明，用基于果膠和甘油的活性納米材料能夠改善阻隔性能，對杏進行涂膜能延長其品質(zhì)。張娜娜等[87]研究表明，在殼聚糖與改性納米SiO2對哈密瓜進行涂膜可有效保持CAT和POD活性，從而延緩了由活性氧增加帶來的果實衰老。在1%殼聚糖為基質(zhì)材料，加入1%的納米纖維素纖維和1%的百里香油制備的活性納米復(fù)合材料對櫻桃進行涂膜可有效保持果實水分和花青苷含量[99]。納米材料在涂膜中的應(yīng)用被認為是較前沿的涂膜保鮮技術(shù)，但在安全性、成膜性和應(yīng)用上還需要更多的研究。

4 結(jié) 論

4.1 目前以多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和復(fù)合材料在果蔬中的研究最多，涂膜劑的種類也由傳統(tǒng)的殼聚糖、魔芋葡甘聚糖、淀粉等單一涂膜變成與其他材料，如抗生素、精油等的復(fù)合涂膜。果蔬品種也變得多樣，從藍莓、草莓、葡萄，到梨、桃、杏、柑橘、枇杷、芒果、蘋果(或鮮切)和哈密瓜(或鮮切)等。通過對涂膜材料的改良和涂膜技術(shù)的應(yīng)用，大大延緩了果蔬在貯藏保鮮中品質(zhì)的下降，延長了貨架期，保持了較高的感官品質(zhì)，更容易被消費者接受。

4.2 經(jīng)過涂膜劑處理的果實，能夠減少貯藏期間水分的散失，減少失重率；同時能夠保持果蔬品質(zhì)(TSS、TA和VC等)。通過對其生理生化進行研究發(fā)現(xiàn)，涂膜后能夠提高果蔬抗氧化酶(尤其是SOD和CAT)活性，減少由環(huán)境誘導(dǎo)的衰老(如活性氧等)的產(chǎn)生相關(guān)。有些涂膜材料，如殼聚糖單一或與魔芋葡甘聚糖等復(fù)配進行果蔬涂膜除保持較好的感官品質(zhì)外，還能減少有害菌群的發(fā)生，從而減少腐爛率。

4.3 隨著各種天然的草本植物(中草藥)及抗生素類化合物在涂膜劑中的應(yīng)用，新型的可食性膜和涂膜技術(shù)也不斷發(fā)展以適應(yīng)對新鮮果蔬的保鮮要求。以殼聚糖和魔芋葡甘聚糖為基材，加入蘆薈凝膠、檸檬草、迷迭香等中草藥的涂膜保鮮有很好的延長貯藏期和保持品質(zhì)的效果[8,47-48]。納米技術(shù)也是近年來很有前途和吸引力的研究領(lǐng)域，以納米乳液和納米顆粒作為涂膜劑對水果進行涂膜處理有更高的分布性和均勻性，且對水果表明形成保護屏障，在涂膜保鮮中發(fā)揮作用[89,98-99]。