菠蘿葉纖維素膜對(duì)青棗和鮮切菠蘿的保鮮效果研究

那廣寧，紀(jì)海鵬，李航，吳涵溪，劉倍汐，陳存坤，張銳

（1.沈陽(yáng)工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順113122；2.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津），農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)試驗(yàn)室，天津300384；3.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品與加工研究所，遼寧沈陽(yáng)110161）

保鮮膜由于適度的透氧性和透濕度，能夠調(diào)節(jié)果蔬貯藏微環(huán)境的氣體組分和濕度變化，隔絕空氣中的灰塵，從而延長(zhǎng)果蔬采后保鮮期?；瘜W(xué)合成塑料保鮮膜因其價(jià)格便宜、性質(zhì)穩(wěn)定而廣泛應(yīng)用于食品包裝及果品保鮮。但是在高分子塑料薄膜給人們的生活帶來方便的同時(shí)，這些廢棄的塑料包裝袋難以降解，對(duì)生活及環(huán)境造成了不容忽視的影響[1-3]。以天然纖維素為原料制備出的纖維素膜，具有合適的強(qiáng)度、優(yōu)良的生物相容性和可降解性，對(duì)濕度和氧氣有一定的阻隔作用，且成膜特性良好，因而備受青睞[4-5]。Nathalie Lavoine等利用微晶纖維素涂布，抑制了水中咖啡因分子的擴(kuò)散和釋放，這為纖維素膜在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能[6]。胡云峰等將纖維素膜率先應(yīng)用于幾種果蔬的采后保鮮，在果蔬護(hù)綠和防褐變方面取得很好的效果[7]。

菠蘿在我國(guó)年產(chǎn)量豐富，菠蘿葉纖維具有抑菌、消臭等性能[7-9]。因此，菠蘿葉纖維的開發(fā)利用有著巨大的發(fā)展前景。本文以菠蘿葉纖維膜為研究對(duì)象，主要研究該纖維膜的降解性能及其對(duì)青棗和鮮切菠蘿的保鮮效果，一方面為菠蘿葉纖維的高值化應(yīng)用提供了新的思路，另一方面為開發(fā)新型可降解膜材料開辟了新的途徑[10-11]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 主要材料

菠蘿和青棗：當(dāng)?shù)厮l(fā)市場(chǎng)，確保未經(jīng)任何保鮮處理；菠蘿葉纖維：中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所；聚乙烯（polyethylene，PE）保鮮膜：國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津）。

1.1.2 主要試劑

灰霉菌：中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心；纖維素酶（酶活力50 000 U/g）：德國(guó)Merck公司；草酸、抗壞血酸、2，6-二氯靛酚鈉、葡萄糖、蒽酮、98%濃硫酸均為分析純：廣州化學(xué)試劑廠。

1.2 主要儀器與設(shè)備

PL 1002 E電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WZS 80手持糖度計(jì)：上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；CT 3質(zhì)構(gòu)儀：美國(guó)Brookfield公司；VCX500超聲波破碎儀：美國(guó)SONICS公司；WFJ2000紫外可見分光光度計(jì)：江蘇金壇市金城國(guó)勝試驗(yàn)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 菠蘿葉纖維素膜的制備

參考魏曉奕等的方法[12]。將經(jīng)超聲處理的菠蘿葉纖維素/離子液體均相溶液25 g，均勻平鋪于事先涂布聚四氟乙烯的不銹鋼板上，待涂層平整后，將其浸入5℃的1.5%甘油水溶液中浸泡16 h，待膜凝固成型并析出后，以去離子水替換，一定時(shí)間后將膜干燥后備用。

1.3.2 纖維素酶和灰霉菌對(duì)纖維素膜的降解性能試驗(yàn)

于無菌條件下，將邊長(zhǎng)2 cm的正方形纖維素膜和PE保鮮膜分別平鋪于馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（potato dextrose agar，PDA）固體培養(yǎng)平板中心，再將纖維素酶均勻涂布在平板培養(yǎng)基上，將灰霉直接劃線接種到平板培養(yǎng)基上，置于28℃恒溫箱培養(yǎng)，保證膜面濕潤(rùn)，每處理3次重復(fù)，每隔24 h觀察一次膜降解情況[13]。

1.3.3 包裝和貯藏試驗(yàn)

挑選大小一致、顏色均勻、無損傷的青棗，選取無傷無病的菠蘿去皮切片，分別以塑料托盤盛裝，再分別以纖維素膜和PE保鮮膜進(jìn)行外包裝，青棗和鮮切菠蘿片均500 g/包，設(shè)未使用保鮮膜包裝的樣品為空白對(duì)照，于25℃、相對(duì)濕度70%的環(huán)境條件下貯藏，每隔12 h測(cè)定各項(xiàng)感官和理化指標(biāo)[14-15]。

1.3.4 商品性指標(biāo)測(cè)定

感官評(píng)定采用直接外觀檢驗(yàn)法，對(duì)兩種水果貯藏前后的樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并與空白組對(duì)照；失重率采用差重法測(cè)定，對(duì)貯藏前后的樣品進(jìn)行稱量，計(jì)算失重率。硬度采用質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地剖面分析模式進(jìn)行測(cè)定，采用圓柱型TA39探頭，測(cè)試速度0.5 mm/s，壓縮距離5mm，每個(gè)樣品取中間平整均勻部分進(jìn)行[16-17]。

1.3.5 理化指標(biāo)測(cè)定

可溶性固形物含量采用手持式折光儀直接測(cè)定（GB/T 12295-1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測(cè)定折射儀法》）；總糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定[18-19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 菠蘿葉纖維素膜的降解性能

纖維素酶對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性比較見表1和圖1。

表1 纖維素酶對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性比較Table 1 Comparison of the degradation of cellulase on cellulose membrane and PE cling film

圖1 纖維素酶對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性外觀照片F(xiàn)ig.1 External photos of the degradation of cellulase on cellulose membrane and PE cling film

由表1和圖1可以看出，纖維素酶對(duì)纖維素膜有較強(qiáng)的降解作用，且效果較顯著，3 d后均已破裂成片，而纖維素酶對(duì)PE保鮮膜無明顯降解效果，10 d后仍保持完整外形。以上說明，纖維素酶對(duì)纖維素膜具有良好的降解性。

灰霉對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性比較見表2和圖2。

表2 灰霉對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性比較Table 2 Comparison of the degradation of grey mould on cellulose membrane and PE cling film

圖2 灰霉對(duì)纖維素膜和PE保鮮膜的降解性外觀照片F(xiàn)ig.2 External photos of the degradation of grey mould on cellulose membrane and PE cling film

由表2和圖2可以看出，灰霉對(duì)纖維素膜有較明顯的降解作用，5 d后逐漸破裂，12 d后破裂成片，但灰霉對(duì)PE保鮮膜無明顯降解作用，12 d后仍保持完整外形。以上說明，灰霉對(duì)纖維素膜具有良好的降解性。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維素膜具有良好的可降解性和生物相容性，且不同微生物對(duì)纖維素膜的降解速率具有較大差別。

2.2 貯藏前后青棗和菠蘿的外觀變化

貯藏前后青棗的外觀變化見圖3。

圖3 保鮮前后青棗的外觀變化Fig.3 Appearance change of jujube before and after preservation

由圖3可以看出，經(jīng)過5 d的常溫貯藏，青棗均有一定程度的萎蔫，空白對(duì)照組的青棗已出現(xiàn)較大面積褐變，PE保鮮膜組和纖維素膜保鮮組表觀比較完好未出現(xiàn)褐變，青棗果實(shí)仍具有較好的商品性，可以食用。

貯藏前后菠蘿的外觀變化見圖4。

圖4 保鮮前后菠蘿的外觀變化Fig.4 Appearance change of pineapple before and after preservation

由圖4可以看出，經(jīng)過3 d的常溫貯藏，菠蘿都有很大程度的失水皺縮，其中空白對(duì)照組皺縮最為嚴(yán)重，PE保鮮膜組和纖維素膜保鮮組的商品性也有一定程度下降，但優(yōu)于空白對(duì)照組。

2.3 青棗和菠蘿失重率的變化

失重是水果貯藏過程中影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一，保鮮膜的透濕性對(duì)果蔬的保鮮效果有一定程度的影響。若透濕性不好，呼吸產(chǎn)生的水分累積在包裝內(nèi)，濕度過大會(huì)引起微生物的生長(zhǎng)，使果蔬腐敗變質(zhì)；若透濕性太好，又會(huì)使果蔬因失水而影響品質(zhì)，產(chǎn)生皺縮現(xiàn)象，影響其商品性。貯藏前后青棗和菠蘿失重率的變化見圖5。

圖5 不同貯藏方式下青棗和菠蘿失重率的變化Fig.5 Weight-loss rate change of jujube and pineapple under different storage modes

由圖5可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，青棗和菠蘿在常溫貯藏過程中的失重率都呈上升趨勢(shì)，其中空白對(duì)照組的失重率明顯高于PE保鮮膜組和纖維素膜保鮮組，纖維素膜保鮮組的失重率略高于PE保鮮膜組。以上結(jié)果表明，纖維素膜能在一定程度上降低青棗和菠蘿在常溫貯藏過程中的水分散失，但是因?yàn)槔w維素膜的氣孔比PE保鮮膜的大，透濕性能比較好，導(dǎo)致青棗和菠蘿有一定程度失重，對(duì)果蔬的保水性不如PE保鮮膜的效果好。

2.4 青棗和菠蘿硬度的變化

硬度是果實(shí)貯藏保鮮的一個(gè)重要指標(biāo)，由于青棗和菠蘿在貯藏過程中淀粉酶活性的不斷上升，導(dǎo)致淀粉含量下降，所以果實(shí)會(huì)逐漸變軟。貯藏前后青棗和菠蘿硬度的變化見圖6。

圖6 不同貯藏方式下青棗和菠蘿硬度的變化Fig.6 Rigidity change of jujube and pineapple under different storage modes

由圖6可以看出，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，青棗和菠蘿的硬度呈下降趨勢(shì)，但是纖維素膜保鮮組和PE保鮮膜組的整體下降率比空白對(duì)照組較為緩慢。這可能是在貯藏過程中，纖維素膜通過影響淀粉酶的活性代謝來緩解淀粉的水解，使淀粉的水解和轉(zhuǎn)化為可溶性糖這一過程受到影響。

2.5 青棗和菠蘿可溶性固形物含量的變化

可溶性固形物是果蔬中能溶于水的糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等，在貯藏過程中會(huì)發(fā)生降解轉(zhuǎn)化。果實(shí)中可溶性固形物的含量不僅影響果實(shí)的風(fēng)味，同時(shí)也反應(yīng)果實(shí)的衰老過程[3]。貯藏前后青棗和菠蘿可溶性固形物含量的變化見圖7。

由圖7可以看出，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，青棗和菠蘿中可溶性固形物的含量均先下降，至第3天和第1.5天左右再不同程度地增加，這應(yīng)該與果實(shí)中H+濃度增加，酸性轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)部分糖轉(zhuǎn)化為酸有關(guān)，致使可溶性固形物的總含量增加。最后可溶性固形物的含量又下降，這是因?yàn)橘A藏后期果實(shí)品質(zhì)下降，蔗糖、有機(jī)酸分解轉(zhuǎn)化速度加快，同時(shí)維生素含量也下降。

圖7 不同貯藏方式下青棗和菠蘿可溶性固形物含量的變化Fig.7 Content change of soluble solids of jujube and pineapple under different storage modes

2.6 青棗和菠蘿總糖含量的變化

總糖不僅是水果的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且能夠反映果實(shí)貯藏過程中品質(zhì)的變化。由于在果實(shí)貯藏過程中淀粉酶活性不斷上升，使淀粉分解產(chǎn)生糖，使果實(shí)中糖含量上升。貯藏前后青棗和菠蘿總糖含量的變化見圖8。

由圖8可以看出，青棗和菠蘿在常溫貯藏過程中總糖含量均呈上升趨勢(shì)，但是纖維素膜保鮮組和PE保鮮膜組的整體上升率相對(duì)緩慢。這可能是由于纖維素膜的低透濕性和低透氧率，引起了細(xì)胞膨脹力的變化，影響了淀粉酶的代謝，從而緩解了淀粉的水解，抑制總糖含量的上升。

圖8 不同貯藏方式下青棗和菠蘿總糖含量的變化Fig.8 Content change of total sugar of jujube and pineapple under different storage modes

2.7 青棗和菠蘿維生素C含量的變化

青棗和菠蘿中富含維生素C，維生素C是重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化生理活性物質(zhì)，其含量的高低既能反應(yīng)果實(shí)品質(zhì)的好壞，也能反應(yīng)采后衰老程度[20]。貯藏前后青棗和菠蘿維生素C含量的變化見圖9。

圖9 不同貯藏方式下青棗和菠蘿維生素C含量的變化Fig.9 Content change of Vitamin C of jujube and pineapple under different storage modes

由圖9可以看出，青棗和菠蘿在常溫貯藏過程中維生素C的含量均呈明顯的下降趨勢(shì)，但是相對(duì)于空白對(duì)照組，纖維素膜保鮮組和PE保鮮膜組整體下降率較為緩慢。可能是由于青棗和菠蘿呼吸作用產(chǎn)生的CO2被纖維素膜所隔離，導(dǎo)致膜內(nèi)部的CO2濃度增高，呼吸強(qiáng)度下降，抑制了果實(shí)內(nèi)氧化酶的活性，從而抑制了維生素C的氧化。以上結(jié)果表明，纖維素膜能有效延緩貯藏過程中維生素C的損失，有利于果實(shí)中維生素C含量的保存。

3 結(jié)論

纖維素膜具有良好的可降解性和生物相容性，且不同微生物對(duì)纖維素膜的降解速率有很大差異。

纖維素膜能在一定程度上降低青棗和菠蘿在常溫貯藏過程中的水分散失，能夠抑制果實(shí)硬度的下降，有利于果實(shí)硬度的保持，且能在一定程度上抑制果實(shí)可溶性固形物和總糖含量的上升，保持果實(shí)良好的糖酸比，能有效延緩貯藏中維生素C的損失，有利于果實(shí)維生素C含量的保存，從而提高果實(shí)的保鮮品質(zhì)。