纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓的保鮮效果

張群利,崔琳琳2,鄭 權(quán),鄔澤凱,丁云閃,覃懿琴,張佳俐,何美杉,陳鈞浦

(1.東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150040;2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076)

藍(lán)莓是一種呈藍(lán)色的小漿果,有極高的藥用價(jià)值及營(yíng)養(yǎng)保健功能,具有防止腦神經(jīng)老化、保護(hù)視力、強(qiáng)心、抗癌、軟化血管、增強(qiáng)機(jī)體免疫等功能,國(guó)際糧農(nóng)組織將其列為人類五大健康食品之一[1]。然而藍(lán)莓屬于漿果類水果,保質(zhì)期較短,如不及時(shí)進(jìn)行保鮮處理,極易腐敗變質(zhì),因此如何延長(zhǎng)藍(lán)莓貨架期是現(xiàn)今亟待解決的問題。

近年來(lái),隨著人們的生活水平不斷提高,食品安全和環(huán)保問題日漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),對(duì)易腐敗變質(zhì)水果的保鮮有了更高的要求,不僅要求起到保鮮效果,還要求不會(huì)對(duì)保鮮水果造成侵害。目前,水果保鮮包裝的主要形式是保鮮膜,水果保鮮膜主要分為普通保鮮膜、功能性保鮮膜和涂膜[2-4]。傳統(tǒng)的普通保鮮膜已不能滿足人們對(duì)食品安全和環(huán)保的需求[5]。因此,直接來(lái)源于生物體自身組成成分或其代謝產(chǎn)物所制成的天然保鮮膜越來(lái)越被消費(fèi)者所接受[6]。其不僅具有良好的抗菌作用、機(jī)械性能,而且對(duì)人體的安全性高,對(duì)環(huán)境不會(huì)造成負(fù)擔(dān),綠色環(huán)保,可以用于果蔬保鮮,延緩果蔬腐敗和變質(zhì),有效延長(zhǎng)果蔬貯藏保鮮貨架期[7]。

本文擬通過以玉米秸稈微晶纖維素為原料,蒲公英提取物和茶多酚為保鮮劑,制備不同纖維素保鮮膜;用不同保鮮劑的纖維素保鮮膜包覆在裝有水果的包裝盒上,在4 ℃條件下保存,分別測(cè)試?yán)w維素保鮮膜包覆的水果的硬度、腐爛率、失重率、可溶性固形物、VC含量、丙二醛、花青素等,探究不同纖維素保鮮膜的保鮮效果,以期獲得一種具有良好力學(xué)性能、阻隔性和抗菌保鮮性能的包裝膜材料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍(lán)莓 哈爾濱哈達(dá)果蔬批發(fā)市場(chǎng),同一批次購(gòu)買的鮮果;玉米秸稈 購(gòu)自吉林省舒蘭市吉舒鎮(zhèn);離子液體([BMIM]C1) 林州科能材料科技有限公司;茶多酚 江西富之源生物科技有限公司;蒲公英干菜 購(gòu)自吉林舒蘭市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng);酚酞 天津光復(fù)精細(xì)化工研究所;抗壞血酸、2,6-二氯酚靛酚鈉 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;草酸 天津凱通化學(xué)試劑有限公司;2-硫代巴比妥酸 天津大茂化學(xué)試劑廠;三氯乙酸 天津天力化學(xué)試劑有限公司;石英砂 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

TGL-20B高速臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;PHS-3E精密PH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;VFD-2000真空冷凍干燥箱 上海比朗儀器制造有限公司;FA2004B電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;L5S紫外可見分光光度計(jì) 上海儀電分析儀器有限公司;FG-113手持式折光儀 永康喜尚工貿(mào)有限公司;CT3 10K質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)BROOKFIELD公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 纖維素的提取制備 參考張冬麗[8]的提取方法,將玉米秸稈,去葉、切段、蒸餾水清洗處理后,放入沸水中蒸煮1 h,蒸煮后在臺(tái)式鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60 ℃條件下烘干,粉碎器打碎,過40目篩,即得到玉米秸稈粉末,儲(chǔ)存?zhèn)溆?稱取100 g的玉米秸稈粉末與2000 mL 40 g/L NaOH溶液混合,80 ℃攪拌反應(yīng)2 h,蒸餾水離心洗滌至中性。濾渣轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中,加入17 g/L的亞氯酸鈉溶液(固液比1∶20),30%的醋酸調(diào)節(jié)pH為4.0,80 ℃處理2 h,離心洗滌至中性,60 ℃干燥粉碎得到玉米秸稈纖維素。在硫酸濃度8%、酸解時(shí)間60 min和酸解溫度85 ℃條件下,將玉米秸稈纖維素與硫酸以固液比1∶20 (g/mL)進(jìn)行酸解反應(yīng),在8000 r/min的條件下,離心并洗滌至中性,真空冷凍干燥24 h,研磨粉碎,過篩(200目)得到玉米秸稈微晶纖維素,測(cè)定微晶纖維素含量[9]。

1.2.2 蒲公英提取物制備 將蒲公英粉碎,過40目篩。蒲公英粉末和40%乙醇水溶液以1∶20的比例混合,超聲20 min后,在70 ℃下水浴加熱2 h,用漏斗過濾分離提取液后,殘余物再加3倍水同樣70 ℃條件下水浴加熱2 h后分離提取液。將兩次的提取液合并,過濾殘?jiān)?靜止沉降,將濾液在4 ℃下過夜保存,第2 d,將濾液在8000 r/min下離心20 min,取上清液抽濾,濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮,干燥粉碎,制得蒲公英提取物[10-11]。

1.2.3 纖維素保鮮膜制備 取適量玉米秸稈微晶纖維素溶于[BMIM]C1中,攪拌一定時(shí)間,觀察到纖維素溶解,即制得纖維素溶液[12];將不同組分的保鮮劑加入纖維素溶液中,共混得到粘稠狀纖維素保鮮膜液;靜置1 h,以除去氣泡;利用刮膜器將纖維素抗菌膜液平鋪于潔凈玻璃板上;將纖維素抗菌膜浸泡于去離子水中去除[BMIM]C1,形成再生纖維素濕膜(對(duì)照);在60 ℃下烘干12 h,得到再生纖維素保鮮膜。根據(jù)前期對(duì)保鮮劑溶解度的實(shí)驗(yàn)研究,分別為30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜(15%蒲公英提取物+15%茶多酚)、30%蒲公英提取物的纖維素抗菌膜、30%茶多酚的纖維素保鮮膜。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)分組 挑選無(wú)損傷、果實(shí)飽滿、無(wú)腐敗變質(zhì)、顏色及大小基本一致的新鮮藍(lán)莓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)保鮮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分組,根據(jù)保鮮劑種類分組,具體分組為再生纖維素膜包覆的藍(lán)莓為對(duì)照組、加入30%茶多酚的纖維素保鮮膜包覆的藍(lán)莓、加入30%蒲公英提取物的纖維素保鮮膜包覆的藍(lán)莓、加入30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包覆的藍(lán)莓為實(shí)驗(yàn)組。將50 g藍(lán)莓放入托盤中,用制備的不同纖維素保鮮膜包覆托盤,使其密封,通過保鮮膜作用;隨后放入溫度為4 ℃的冰箱中儲(chǔ)藏,儲(chǔ)藏期為14 d,每2 d測(cè)試一次,每次重復(fù)三遍取平均值。

1.3 指標(biāo)及測(cè)定方法

1.3.1 藍(lán)莓的穿刺測(cè)試 利用CT3 質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行穿刺測(cè)試,測(cè)試果實(shí)硬度(N)[13]。

1.3.2 藍(lán)莓腐爛率的測(cè)定 感官判斷腐爛藍(lán)莓的個(gè)數(shù),計(jì)算藍(lán)莓腐爛率的公式如下:

腐爛率(%)=單個(gè)樣品的腐爛藍(lán)莓的個(gè)數(shù)×100/單個(gè)樣品的藍(lán)莓總數(shù)

式(1)

1.3.3 藍(lán)莓失重率的測(cè)定 計(jì)算藍(lán)莓失重率的公式如下:

失重率(%)=(保鮮前質(zhì)量-保鮮后質(zhì)量)×100/保鮮前質(zhì)量

式(2)

1.3.4 藍(lán)莓可溶性固形物含量的測(cè)定 采用手持式折光儀進(jìn)行測(cè)試[14]。

1.3.5 藍(lán)莓維生素C含量的測(cè)定 采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[15-16]。

1.3.6 藍(lán)莓丙二醛含量的測(cè)定 采用硫代巴比妥酸比色法[17]。

1.3.7 藍(lán)莓花青素含量的測(cè)定 采用溶劑提取法[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過測(cè)試的數(shù)據(jù),利用Excel軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,繪制散點(diǎn)折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓果實(shí)硬度的影響

細(xì)胞間結(jié)合度的大小和相關(guān)分解酶的變化直接影響著果實(shí)的硬度,在藍(lán)莓儲(chǔ)運(yùn)過程中對(duì)其硬度要求很高,所以藍(lán)莓的果實(shí)硬度是證明保鮮效果的重要指標(biāo)。由圖1可知,在儲(chǔ)藏期間各保鮮包裝的藍(lán)莓硬度變化趨勢(shì)均是先上升后下降。果實(shí)硬度先上升是因?yàn)楣麑?shí)采后表面水分充足,當(dāng)處理后第2 d時(shí)表皮水分流失,且內(nèi)層果肉自然固化形成對(duì)內(nèi)部成分的保護(hù),因此,藍(lán)莓的果實(shí)硬度有所提升,隨著成熟過程的加快和水分的流失,果皮變皺,硬度也就隨之逐漸降低。所以,在儲(chǔ)藏至第4 d時(shí),藍(lán)莓已開始流失水分,導(dǎo)致硬度開始降低,三種纖維素保鮮膜包裝藍(lán)莓的果實(shí)硬度明顯優(yōu)于再生纖維素膜,說明纖維素保鮮膜能減緩果實(shí)硬度的降低,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜效果最佳,第14 d時(shí)果實(shí)硬度仍高于剛開始保鮮時(shí)的果實(shí)硬度,為3.08 N,是對(duì)照組0.98 N的3.14倍,其他兩種單保鮮劑保鮮膜為2.28、2.61N,也都小于30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓,但效果優(yōu)于再生纖維素膜。主要是因?yàn)槔w維素保鮮膜有很好的抑菌性和抗氧化性,降低了微生物對(duì)藍(lán)莓的侵染和藍(lán)莓的氧化[10-11],減緩細(xì)胞壁纖維素、半纖維素的降解和細(xì)胞間果膠減少,從而有效地減緩了藍(lán)莓保鮮包裝后硬度的降低。

圖1 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間果實(shí)硬度變化Fig.1 Changes in fruit firmness during blueberry storage

2.2 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓感官腐爛率的影響

由圖2可知,各保鮮包裝的藍(lán)莓在貯藏期間腐爛率逐漸上升,且再生纖維素膜的上升速度最快,貯藏至14 d時(shí)腐爛率已達(dá)25.80%,大部分藍(lán)莓出現(xiàn)軟化和腐爛。對(duì)比再生纖維素膜發(fā)現(xiàn),30%蒲公英提取物的纖維素保鮮膜和30%茶多酚的纖維素保鮮膜,對(duì)果實(shí)腐爛率的抑制效果無(wú)顯著差異(P>0.05)。30%復(fù)合保鮮劑與再生纖維素膜相比抑制效果明顯,而且貯藏至14 d時(shí),對(duì)照組腐爛率是30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜的2倍,這說明保鮮膜能抑制果實(shí)腐爛,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜效果最佳。

圖2 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間腐爛率變化 Fig.2 Changes in rotting rates during blueberry storage

2.3 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓失重率的影響

由圖3可知,不同保鮮包裝的藍(lán)莓在貯藏期間失重率逐漸增加,再生纖維素膜的失重速度最快,貯藏至14 d時(shí),失重率為10.16%。其他各組藍(lán)莓失重率分別為7.22%、7.11%和6.00%,均小于對(duì)照組,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓失重率僅為再生纖維素膜的59.1%,這說明保鮮膜對(duì)藍(lán)莓的水分流失抑制有一定效果。

圖3 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間失重率變化Fig.3 Changes in weight loss rates during blueberry storage

2.4 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物的含量是測(cè)定果蔬品質(zhì)和保鮮效果的重要指標(biāo)?？扇苄怨绦挝锖吭礁?藍(lán)莓的口感越好[14]。由圖4可知,各保鮮包裝的藍(lán)莓可溶性固形物含量均先增加后減少,儲(chǔ)藏前期藍(lán)莓采后成熟過程會(huì)生成可溶性固形物使其含量上升,而后因呼吸作用的不斷消耗開始下降。可以看出,第4 d各保鮮包裝的藍(lán)莓的可溶性固形物含量為12.1%、12.9%、12.7%和13.5%,由于都處于生長(zhǎng)期,微生物作用小,無(wú)明顯差異。在儲(chǔ)藏中后期可以看出,藍(lán)莓的可溶性固形物含量開始下降,到第14 d,含量分別為9.2%、10.7%、11.1%、12.4%,其中,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓可溶性固形物含量下降趨勢(shì)減緩,較第4 d時(shí)下降了1.1%,而對(duì)照組下降了2.9%。這是因?yàn)楫?dāng)果實(shí)進(jìn)入腐爛變質(zhì)階段時(shí),纖維素保鮮膜的抗菌性抑制了微生物對(duì)果實(shí)的侵蝕,減緩了可溶性固形物含量的下降。所以,儲(chǔ)藏至14 d時(shí),30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝對(duì)抑制藍(lán)莓可溶性固形物降低效果更明顯,能延緩藍(lán)莓的腐爛。

圖4 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間可溶性固形物含量變化Fig.4 Changes in soluble solids contents during blueberry storage

2.5 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓維生素C含量的影響

維生素C是果蔬中重要的營(yíng)養(yǎng)成分,藍(lán)莓被稱為“VC之王”。由圖5可知,各保鮮包裝藍(lán)莓的維生素C因被氧化分解,含量逐漸減少,但三種纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓維生素C含量明顯高于再生纖維素膜的維生素C含量,而且30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜能抑制藍(lán)莓維生素C含量降低,在第14 d,再生纖維素膜包裝的藍(lán)莓維生素C含量下降至20.10%,而30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓下降至34.10%。根據(jù)張軍寧的研究[10],茶多酚和蒲公英提取物均含抗菌、有抗氧化成分,可以減緩果實(shí)的維生素C被氧化,而30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜中有效成分較多,因此其效果最佳。

圖5 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間維生素C含量變化Fig.5 Changes in vitamin C contents during blueberry storage

2.6 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓丙二醛含量的影響

果蔬在采后貯藏期間其細(xì)胞膜脂發(fā)生過氧化反應(yīng)產(chǎn)生丙二醛(MDA),丙二醛含量越高,說明果實(shí)損傷越嚴(yán)重,所以,丙二醛含量是反映藍(lán)莓采后生理生化的重要指標(biāo)之一。從圖6可知,各包裝藍(lán)莓的丙二醛含量均逐漸增加,保鮮膜包裝的藍(lán)莓丙二醛含量低于再生纖維素膜包裝,儲(chǔ)存至14 d時(shí),各保鮮包裝藍(lán)莓的丙二醛含量分別為25.7、20.0、19.4、15.6 nmol/g?？梢钥闯?0%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓丙二醛含量明顯低于其他三組,另兩種保鮮膜包裝的藍(lán)莓丙二醛含量差異不大,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜的效果最佳,其為再生纖維素膜包裝的藍(lán)莓即對(duì)照組丙二醛含量的60.7%。根據(jù)方海峰的研究[13],具有抗氧化功能的抗菌劑能提高其抗過氧化性,而且能提升果實(shí)過氧化物酶活性,從而抑制細(xì)胞膜脂的過氧化,減緩了果實(shí)的過氧化損傷。

圖6 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間丙二醛含量變化Fig.6 Changes in malonaldehyde contents during blueberry storage

2.7 纖維素復(fù)合抗菌保鮮膜包覆對(duì)采后藍(lán)莓花青素含量的影響

花青素是藍(lán)莓重要的功能性成分之一。由圖7可知,各保鮮包裝藍(lán)莓的花青素含量變化均是先增加后減少的,因?yàn)樵趦?chǔ)藏前期藍(lán)莓采后成熟過程花青素快速生成,而后隨著藍(lán)莓果實(shí)衰老其含糖量、VC、pH變化導(dǎo)致花青素含量下降。儲(chǔ)藏的第14 d時(shí),再生纖維素膜包裝的藍(lán)莓即對(duì)照組的花青素含量為2.48 nmol/g,30%蒲公英提取物的纖維素保鮮膜、30%茶多酚的纖維素保鮮膜、30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜包裝的藍(lán)莓花青素含量分別為3.36、3.2、3.68 nmol/g,是對(duì)照組的1.35、1.29、1.48倍,所以,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜抑制藍(lán)莓黃青素分解效果最佳。張紀(jì)娟等[15]發(fā)現(xiàn)含有抗氧化物質(zhì)的纖維素保鮮膜可以抑制果實(shí)的呼吸作用和氧化速度,減緩藍(lán)莓花青素的氧化分解,與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖7 藍(lán)莓儲(chǔ)藏期間花青素含量變化Fig.7 Changes in anthocyanin contents during blueberry storage

3 結(jié)論

玉米秸稈微晶纖維素共混蒲公英提取物和茶多酚制備而成的纖維素保鮮膜可有效抑制藍(lán)莓的腐敗變質(zhì),藍(lán)莓果實(shí)硬度為再生纖維素膜即對(duì)照組包裝的3.14倍,腐爛率為對(duì)照組的50%,失重率為對(duì)照組的59.1%,可溶性固形物含量為對(duì)照組的1.3倍,VC含量為對(duì)照組的1.7倍,花青素的含量為對(duì)照組的1.48倍,丙二醛含量為對(duì)照組的60.7%,可抑制藍(lán)莓腐爛,減少失重,減緩可溶性固形物含量、維生素C含量、花青素含量和硬度的降低速率,抑制丙二醛含量的升高,效果優(yōu)于對(duì)照組及其他單保鮮劑保鮮膜包裝。所以,30%復(fù)合保鮮劑的纖維素保鮮膜的抗菌保鮮效果最佳,且具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境及安全無(wú)毒的特點(diǎn),是一種前景良好的新型包裝保鮮薄膜。