振動(dòng)脅迫下PVA基微孔減振包裝對(duì)草莓品質(zhì)的影響

張壹?xì)J 郜海燕 韓延超 吳曉蒙 陳晶晶 李紹振 劉晨星 穆宏磊*

（1 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州310021 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院 北京100083 3 海通食品集團(tuán)有限公司 浙江寧波315300 4 北京匯源飲料食品集團(tuán)有限公司 北京100044）

草莓（Fragaria ananassa Duch）屬薔薇科草莓屬，其香氣濃郁、顏色鮮亮、香甜多汁，是一種富含多種營(yíng)養(yǎng)與活性成分的漿果，具有抗氧化、抗腫瘤等生理功能，享有“水果皇后”的美譽(yù)[1-3]。然而，草莓表皮組織在運(yùn)輸振動(dòng)中極易受機(jī)械損傷而加快其品質(zhì)劣變，受損部位又容易被微生物侵染出現(xiàn)灰霉病、炭疽病等，加上草莓果實(shí)成熟后呼吸強(qiáng)烈，在常溫下放置1～2 d 即干癟軟化，失去商品性，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4-5]。草莓運(yùn)輸中的減振材料成為其保鮮領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題。

近年來，減振材料的研究主要集中在聚苯乙烯[4]、聚氯乙烯[5]、珍珠棉[6]等方面，且在草莓、獼猴桃、哈密瓜等果品上均有應(yīng)用，而以聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）為基材制備的PVFM 減振材料在果品運(yùn)輸中還少有應(yīng)用，其除了具有普通泡沫質(zhì)輕隔熱、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)外，還可調(diào)節(jié)的開孔結(jié)構(gòu)，具有極好的減振性能和生物可降解性[7]。草莓在長(zhǎng)途運(yùn)輸中極易腐爛，而AITC 具有廣譜抑菌性，是芥末油的主要成分且天然無毒，對(duì)草莓采后主要致病菌（灰葡萄孢、黑根霉、尖孢炭疽菌等霉菌）有很強(qiáng)的抑制作用[8]。其稀釋后滲透于PVFM 材料的孔隙中被緩釋，也能較好地解決味道大，效用短的缺點(diǎn)[9-10]。目前，具有抑菌性能的PVFM 減振材料在果品運(yùn)輸中的應(yīng)用尚未見報(bào)道。

本文應(yīng)用市售聚苯乙烯、自主研制的PVFM和抑菌PVFM 這3 種材料減振包裝和模擬公路運(yùn)輸振動(dòng)的方法，以無減振包裝為對(duì)照，研究這些材料在草莓貯運(yùn)中的減振、保鮮效果，測(cè)定果實(shí)在貯藏期間的品質(zhì)指標(biāo)變化，以期為草莓貯藏運(yùn)輸和物流配送提供可靠的包裝方法和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草莓，品種為“越紅”，采自浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡基地。

泡沫箱（外徑29 cm×17 cm×19 cm，內(nèi)徑25 cm×13 cm×15 cm，壁厚2 cm），臨浦泡塑工廠；減振襯墊（尺寸22 cm×12 cm×4 cm，內(nèi)置草莓果形凹槽的直徑3.8 cm，高3.5 cm），聚苯乙烯襯墊定制于臨浦泡塑工廠；PVFM 和抑菌PVFM 襯墊，均為自主研制；濃硫酸，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；考馬斯亮藍(lán)G-250，上海麥克林生化科技有限公司；苯酚，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；福林酚，上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

物性測(cè)定質(zhì)構(gòu)儀 （TA.XT.plus 型），英國(guó)Stable Micro System 公司；電導(dǎo)率儀（DDS-307A型），上海儀電科學(xué)儀器；UV-9000 紫外-可見分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；電子恒溫水浴鍋（XMTD-8222 型），上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；高速攪拌機(jī)（SXJQ-1 型），鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；模擬運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)（M/MN-100 型），睦尼實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；高速冷凍離心機(jī)（Bifugo stratos型），美國(guó)Thermo 公司。

1.3 方法

1.3.1 PVFM 和抑菌PVFM 減振材料制備 參照陳永等[11]的方法，稱取適量PVA 于95 ℃水浴攪拌得到PVA 水溶液；待其降溫至65 ℃，依次加入馬鈴薯淀粉、表面活性劑、甲醛和硫酸并充分混勻；高速攪拌（1 800 r/min）此體系5～10 min 至發(fā)泡體積恒定，注入含草莓果形凹槽的模具，將注入發(fā)泡體系后的模具置于65 ℃烘箱進(jìn)行固化反應(yīng)，完成后即得PVFM 減振材料。將PVFM 減振材料完全浸泡在一定濃度AITC-酒精溶液中3 h，使其自由吸取AITC，恒定后于65 ℃烘至AITC 含量1%時(shí)，即得抑菌PVFM 減振材料。

1.3.2 模擬運(yùn)輸試驗(yàn)處理 預(yù)冷后挑揀大小成熟度相同、無腐爛無機(jī)械損傷的草莓，用不同的減振材料包裝，每個(gè)泡沫箱疊放3 層，每層11 顆，以無減振包裝為對(duì)照。將泡沫箱密封后固定于振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬草莓運(yùn)輸過程的振動(dòng)（設(shè)計(jì)PSD 隨機(jī)振動(dòng)參數(shù)[12-13]，加速度均方值擴(kuò)大倍，時(shí)間1 h模擬10 h 公路運(yùn)輸，見表1）。振動(dòng)結(jié)束后立即測(cè)定其品質(zhì)和生理指標(biāo)，同時(shí)將剩余樣品貯藏于10℃恒溫箱，每天取樣測(cè)定指標(biāo)。每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3 次。

1.3.3 草莓品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

1.3.3.1 失重率的測(cè)定 用電子天平稱重，以貯藏期草莓質(zhì)量和0 d 的質(zhì)量差與0 d 質(zhì)量的百分比（%）為失重率。

表1 模擬公路運(yùn)輸?shù)碾S機(jī)振動(dòng)功率參數(shù)表Table 1 Parameters of random vibration power at simulated transport conditions

式中，m0——草莓貯藏前質(zhì)量，g；mt——草莓貯藏時(shí)間為t 時(shí)的質(zhì)量，g。

1.3.3.2 硬度的測(cè)定 隨機(jī)取10 顆草莓，采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定果實(shí)赤道處硬度[14]。探頭型號(hào)P/2，測(cè)定深度為5 mm，測(cè)試前速、中速、后速分別為2，1，5 mm/s，以峰值力（Fmax）作為草莓硬度指標(biāo)并取平均值，單位為N。

1.3.3.3 可溶性蛋白含量的測(cè)定 參照考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法[15]，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可溶性蛋白含量，結(jié)果表示為mg/g。

1.3.3.4 抗壞血酸（VC）含量的測(cè)定 參照曹建康等[15]測(cè)定方法并稍作修改。用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算草莓果實(shí)中抗壞血酸含量，以100 g 樣品（鮮重）中含有的VC 質(zhì)量表示，即mg/100 g。

1.3.3.5 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定 用電導(dǎo)儀測(cè)定外果層草莓果肉圓片浸提液的電導(dǎo)率值，煮沸后再測(cè)定浸提液的電導(dǎo)率值。以煮沸前、后的電導(dǎo)率百分比（%）來表示細(xì)胞膜滲透率。

1.3.3.6 丙二醛含量的測(cè)定 參照曹建康等[15]的方法，稱取經(jīng)液氮研磨的草莓樣品1.0 g 于離心管，加入100 g/L 三氯乙酸（TCA）溶液5 mL，于4℃、10 000 r/min 離心20 min，收集上清液，置于4℃冰箱備用。測(cè)定時(shí)依次加入上清液2 mL，6.7 g/L硫代巴比妥酸（TBA）溶液2 mL，混勻后沸水浴20 min，冷卻后同樣條件再次離心，分別測(cè)定上清液在波長(zhǎng)450，532 nm 和600 nm 處的吸光值。計(jì)算果實(shí)中丙二醛含量，表示為μmol/g。

式中，c——反應(yīng)混合液中丙二醛濃度，μmol/L；V——樣品提取液總體積，mL；Vs——測(cè)定時(shí)所用樣品提取液體積，mL；m——樣品質(zhì)量，g。

1.3.3.7 總酚含量的測(cè)定 參照李巨秀等[16]的Folin Ciocalteau 方法并稍作修改。稱取1.0 g 草莓研磨樣品于離心管中，加入60%乙醇5 mL，浸提2 h 后于10 000 r/min 離心20 min，取上清液0.2 mL于25 mL 具塞試管中，加入1 mol/L 福林酚2 mL搖勻，靜置5 min 后加入4 mL 7.5% Na2CO3，用蒸餾水定容至刻度，室溫下在暗處放置2 h，于波長(zhǎng)760 nm 處測(cè)定吸光度，含量表示為mg/g。

1.3.3.8 總黃酮含量的測(cè)定 參照亞硝酸納-氫氧化鈉顯色法[17]，含量表示為mg/g。

1.3.3.9 可溶性糖含量的測(cè)定 參照曹建康等[15]苯酚-硫酸法并稍作修改，含量表示為mg/g。

1.3.3.10 還原性糖的測(cè)定 參照曹建康等[15]的3，5-二硝基水楊酸法，含量表示為mg/g。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3 次，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示測(cè)定結(jié)果。用Microsoft excel 2017 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Origin 2017 作圖，采用SPSS 17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性等方面分析。其中P＞0.05 表示無顯著差異，P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示顯著極差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)草莓失重率與硬度的影響

草莓貯藏期的質(zhì)量損失主要是表皮水分蒸發(fā)和呼吸作用消耗[18]。如圖1所示，各組草莓的失重率均呈上升趨勢(shì)，其中對(duì)照組最明顯，這是因?yàn)檎駝?dòng)累積的機(jī)械傷對(duì)其表皮結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重，導(dǎo)致水分損失最快，是減振處理組的2～3 倍。減振處理的3 組草莓在前2 d 質(zhì)量損失相差不大，第3 天起聚苯乙烯組草莓的失重率顯著高于PVFM 組與抑菌PVFM 組（P＜0.05），這是由于草莓中霉菌迅速生長(zhǎng)繁殖，加劇了果實(shí)表皮組織的損壞，水分蒸發(fā)和營(yíng)養(yǎng)消耗增加，導(dǎo)致質(zhì)量下降較快。抑菌PVFM 組草莓的失重率在整個(gè)貯藏期維持在較低水平，貯藏5 d 時(shí)失重率僅為2.57%。

草莓采后極易軟化而致食用口感變差，其質(zhì)構(gòu)變化與衰老密切相關(guān)。如圖1所示，整個(gè)貯藏期草莓表面硬度呈下降趨勢(shì)，對(duì)照組硬度始終低于減振處理各組。第5 天對(duì)照組硬度降至19.36N，與聚苯乙烯組硬度下降差異顯著（P＜0.05），與抑菌PVFM 組差異極顯著（P＜0.01）。各減振組草莓失重率在第5 天依次保持在35.58，43.94，43.24N，該結(jié)果表明抑菌PVFM 在維持草莓貯藏期硬度方面表現(xiàn)較好。

圖1 不同減振包裝對(duì)草莓失重率和硬度的影響Fig.1 Effects of different vibration damping packages on weight loss rate and hardness of strawberry

2.2 對(duì)草莓可溶性蛋白與VC 含量的影響

逆境脅迫環(huán)境中，草莓果實(shí)會(huì)合成可溶性蛋白以維持細(xì)胞正常代謝和增強(qiáng)抗逆性，其含量變化可反映果實(shí)的成熟衰老狀況。由圖2可知，貯藏期草莓果實(shí)的可溶性蛋白含量下降明顯，對(duì)照組由0.38 降至0.21 mg/g，而各減振處理組果實(shí)的可溶性蛋白含量從第2 d 起開始迅速下降，第5 d 分別下降至0.23，0.24，0.26 mg/g，推測(cè)可能是成熟衰老使蛋白質(zhì)合成受阻和分解加速造成。整個(gè)貯藏期減振處理組可溶性蛋白含量相對(duì)于對(duì)照組維持在較高水平，表明減振處理能抑制草莓蛋白質(zhì)的下降，且抑菌PVFM 組可溶性蛋白下降最慢，耐貯性最強(qiáng)。

草莓中含有豐富的VC，其強(qiáng)還原性能消除果實(shí)活性氧而延緩衰老，由于貯藏過程中VC 易氧化損失，所以其含量可用于判定草莓保鮮品質(zhì)。如圖2所示，貯藏前2 d 草莓處于后熟階段，VC 含量有所增加，第3 天后隨呼吸消耗含量下降明顯，對(duì)照組與各減振處理組草莓VC 含量下降差異顯著（P＜0.05），對(duì)照組草莓的VC 含量由112.5 降至68.7 mg/100 g，僅為初始的61.0%，聚苯乙烯、PVFM 減振處理組分別下降了10.1，20.4 mg/100 g，而抑菌PVFM 組VC 含量相對(duì)于0 d 變化不大，僅降低0.1 mg/100 g，表明抑菌PVFM 減振材料可顯著抑制草莓貯藏過程中VC 含量的下降。

圖2 不同減振包裝對(duì)草莓可溶性蛋白和VC 的影響Fig.2 Effects of different vibration damping packages on soluble protein and Vitamin C of strawberry

2.3 對(duì)草莓相對(duì)電導(dǎo)率與丙二醛（MDA）含量的影響

電導(dǎo)率反映果肉膜透性與果實(shí)衰老相關(guān)[19]。由圖3可知，在振動(dòng)脅迫下，各處理組的電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)。貯藏前2 d，各組的上升趨勢(shì)無顯著差異，第3 天對(duì)照組草莓果實(shí)相對(duì)電導(dǎo)率上升加快，與減振處理各組上升差異顯著（P＜0.05），表明減振處理保護(hù)了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。第4 天，聚苯乙烯組和PVFM 組草莓電導(dǎo)率陡增，分析可能由于微生物侵染加速了細(xì)胞膜被破壞。第5 天，對(duì)照組的電導(dǎo)率達(dá)到61.27%，減振處理的3 組分別為52.31%，46.83%，41.56%，表明抑菌PVFM 組能保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整，抵御微生物侵染。

草莓受脅迫振動(dòng)發(fā)生膜脂過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生丙二醛等物質(zhì)使膜透性增加而加速衰老。由圖3所示，丙二醛含量呈先增后減的趨勢(shì)。第1 天各組草莓果實(shí)丙二醛含量均快速上升，說明振動(dòng)能促進(jìn)丙二醛的生成。PVFM 組和抑菌PVFM 組1 d 后呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，聚苯乙烯組2 d 后趨于平穩(wěn)，而對(duì)照組在第3 天才開始下降，且各組間變化趨勢(shì)存在顯著性差異（P＜0.05）。貯藏期間各組草莓丙二醛含量峰值為9.60，7.71，7.16，5.79 μmol/g，表明抑菌PVFM 減振材料可抑制由機(jī)械傷引發(fā)的丙二醛積累，降低細(xì)胞膜的損傷程度，也可延遲丙二醛峰值的到來，從而延緩草莓果實(shí)的成熟衰老。

2.4 對(duì)草莓總酚與總黃酮含量的影響

各處理組貯藏5d 后，對(duì)照組和聚苯乙烯組草莓總黃酮含量較最初無明顯變化，PVFM 組和抑菌PVFM 組草莓總黃酮含量較最初增加了0.25，0.24 mg/g。第1 天各組黃酮含量均有所降低，減振處理的3 組草莓含量顯著高出對(duì)照組 （P＜0.01），這可能是由于脅迫振動(dòng)加劇呼吸作用，消耗了大量黃酮物質(zhì)，表明減振處理能減緩草莓貯藏初期黃酮類物質(zhì)的降低。其后貯藏期，各組的黃酮含量均呈緩慢波動(dòng)上升趨勢(shì)，原因可能為脅迫振動(dòng)有利于草莓中總黃酮的積累[21]。

圖3 不同減振包裝對(duì)草莓相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的影響Fig.3 Effects of different vibration damping packages on relative conductivity and malondialdehyde of strawberries

圖4 不同減振包裝對(duì)草莓總酚和總黃酮的影響Fig.4 Effects of different vibration damping packages on total phenol and total flavonoids of strawberry

2.5 對(duì)草莓可溶性糖與還原性糖含量的影響

由圖5可知，各組草莓經(jīng)脅迫振動(dòng)后在貯藏第1 天可溶性糖含量均有所降低，這是由于草莓呼吸代謝消耗糖類物質(zhì)；第2 天起，可溶性糖含量開始上升，且抑菌PVFM 組上升顯著（P＜0.05）；第5 天，對(duì)照組和各減振組草莓果實(shí)的可溶性糖含量分別升至3.521，4.203，5.582，5.203 mg/g。在整個(gè)貯藏過程中，對(duì)照組草莓可溶性糖上升緩慢且保持在最低水平，表明抑菌PVFM 減振材料包裝能減緩可溶性糖的降解。

貯藏期各組草莓的還原性糖含量總體上升，各組分別升至53.14，53.13，82.23 和95.35 mg/g，推測(cè)原因可能是草莓轉(zhuǎn)紅后熟過程中，淀粉多糖經(jīng)淀粉酶催化轉(zhuǎn)變成還原糖，而抑菌PVFM 組AITC 的熏蒸作用可以誘導(dǎo)淀粉酶活性的上升，使淀粉轉(zhuǎn)化更充分。第1 天，對(duì)照組和聚苯乙烯組還原糖含量稍有下降，而PVFM 組和抑菌PVFM 組呈上升趨勢(shì)（P＜0.05），3 d 后由于草莓相關(guān)糖類降解酶作用，對(duì)照和聚苯乙烯組草莓的還原性糖含量上升速度減慢，表明PVFM 的減振效果能抑制草莓果實(shí)中還原性糖的降低。

圖5 不同減振包裝對(duì)草莓可溶性糖和還原性糖的影響Fig.5 Effects of different vibration damping packages on soluble sugar and reducing sugar of strawberry

3 討論

在實(shí)際運(yùn)輸過程中，果實(shí)受到隨機(jī)振動(dòng)，振動(dòng)的沖擊能轉(zhuǎn)換為減振材料的變形能，其較大時(shí)，果品受到的沖擊較小[22-23]。減振包裝對(duì)果實(shí)品質(zhì)、抗病性和抗氧化活性具有顯著影響，減振效果越好，果實(shí)衰老就越慢[24-26]。減振襯墊的內(nèi)部隔擋能降低果品損傷率，對(duì)貯藏品質(zhì)保持較好[27]。針對(duì)果品在運(yùn)輸中的減振包裝，張蕾等[28]發(fā)現(xiàn)瓦楞紙板結(jié)合緩沖襯墊能維持90%的油桃在運(yùn)輸中不受振動(dòng)損傷，而中、長(zhǎng)期運(yùn)輸時(shí)瓦楞紙板不利于低溫的保持，導(dǎo)致果品內(nèi)部品質(zhì)降低，聚苯乙烯包裝則可以減低這種負(fù)面效應(yīng)[4]。李春飛等[6]發(fā)現(xiàn)發(fā)泡珍珠棉包裝可有效降低振動(dòng)傳遞率，減少蘋果損傷，且能保持較低溫度，維持果實(shí)品質(zhì)。本試驗(yàn)研制的PVA基微孔減振材料——PVFM 作為一種可降解的高分子材料，其內(nèi)部豐富的微米級(jí)別的泡孔聯(lián)接形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提供了其良好的回彈和機(jī)械性能[11]，然而目前仍存在發(fā)泡不穩(wěn)定和制備繁瑣等問題。

草莓因脆弱的表皮，運(yùn)輸產(chǎn)生的脅迫振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致果實(shí)嚴(yán)重失水皺縮，硬度下降，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量降低，果肉膜透性增大和微生物侵染等問題而加速衰老和品質(zhì)劣變[29]。本研究中，采用3 種減振材料對(duì)“越紅”草莓模擬運(yùn)輸振動(dòng)，比較品質(zhì)指標(biāo)變化，其中抑菌PVFM 減振包裝組草莓貯藏期硬度、失重和VC 含量得到有效控制。黃斯等[5]研究了聚氯乙烯減振包裝在草莓上的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)也能維持較好的硬度，減少水分散失。草莓相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的上升速度減慢，總酚和總黃酮保持較高含量，這與許時(shí)星[30]和房祥軍[31]等的研究結(jié)果相類似。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，抑菌PVFM 減振材料對(duì)于草莓可溶性蛋白、糖類也有較好的保持效果，這可能是由于脅迫振動(dòng)的逆境下，草莓大量合成酶等功能蛋白，以維持細(xì)胞代謝，AITC 誘導(dǎo)淀粉酶活性上升也會(huì)產(chǎn)生大量糖類物質(zhì)[32]。通過貯藏期各品質(zhì)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)減振材料能減少草莓機(jī)械損傷的累積，對(duì)其品質(zhì)劣變有延緩作用。抑菌PVFM 減振材料包裝與其它包裝相比更有優(yōu)勢(shì)。綜合分析結(jié)果，草莓減振包裝的效果：抑菌PVFM＞PVFM＞聚苯乙烯＞無減振包裝。

4 結(jié)論

抑菌PVFM 減振包裝具有良好的減振抑菌效果，能明顯減輕草莓果實(shí)的運(yùn)輸振動(dòng)傷害，抵御微生物侵染，減緩硬度、可溶性蛋白和VC 含量的下降，促進(jìn)可溶性糖和還原性糖的合成，延緩丙二醛和相對(duì)電導(dǎo)率的上升，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)抵御逆境，從而延緩草莓的衰老，具有較好的應(yīng)用前景。