殼聚糖/納米二氧化鈦涂膜對休眠后期馬鈴薯品質(zhì)及生理指標(biāo)的影響

刁小琴，關(guān)海寧，喬秀麗，李 楊，陳曉東

(綏化學(xué)院 食品與制藥工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

馬鈴薯是茄科茄屬的一種草本植物，是世界五大糧食作物之一，其營養(yǎng)豐富，被稱為全營養(yǎng)糧食作物[1]。馬鈴薯中含有大量的維生素和礦物元素，這些營養(yǎng)成分甚至比一般水果蔬菜含量高，而且一般糧食中沒有抗壞血酸和胡蘿卜素，但在馬鈴薯中卻很多。而且，馬鈴薯中含有較多的纖維素，能量低，可作為一種理想的減肥食品[2]。馬鈴薯在貯藏中會(huì)進(jìn)入休眠期，休眠期結(jié)束后即為萌芽期，萌芽期間薯塊發(fā)芽迅速，呼吸旺盛，塊莖中的淀粉迅速轉(zhuǎn)化，失水嚴(yán)重，進(jìn)而出現(xiàn)表皮皺縮，品質(zhì)下降，同時(shí)發(fā)芽的馬鈴薯還會(huì)產(chǎn)生龍葵素等有毒物質(zhì)，從而失去食用價(jià)值[3-4]。因此，有必要探索出一種既安全又簡便的技術(shù)來控制休眠后期馬鈴薯的發(fā)芽及腐敗變質(zhì)，從而延長馬鈴薯的貨架期。

殼聚糖又稱殼多糖，通常為顏色較淡的半透明狀固體，是甲殼質(zhì)的二次加工產(chǎn)品。殼聚糖具有成膜性、抑菌性和透氣性等優(yōu)良性能，并且安全、無污染、使用操作方便簡單，可以噴刷、浸泡，不需特殊的技術(shù)和設(shè)備[5-6]。殼聚糖涂膜后可減少果蔬組織內(nèi)自由基的積累，一定程度上保護(hù)了細(xì)胞，推遲了細(xì)胞的衰老。由于殼聚糖具有特殊的生理功能，被廣泛應(yīng)用在各類果蔬的保鮮方面。楊玉紅等[7]用殼聚糖和維生素C(Vc)復(fù)合對草莓進(jìn)行涂膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.5%的殼聚糖結(jié)合2%的Vc或1.5%的殼聚糖結(jié)合1.5%的Vc涂膜液對草莓均起到一定的保鮮效果；張舉印等[8]研究發(fā)現(xiàn)，0.75%的殼聚糖+4%的氯化鈣涂膜處理紅富士蘋果60 s，能夠顯著延緩果實(shí)衰老，起到良好的保鮮效果；馬肖靜等[9]研究了不同濃度殼聚糖涂膜對無花果果實(shí)保鮮效果的影響，結(jié)果表明，用1.5%的殼聚糖涂膜處理無花果，并將其置于1～3 ℃下，貨架期可維持6～8 d；任旭琴等[10]發(fā)現(xiàn)，1%的殼聚糖涂膜對辣椒具有一定的保鮮效果。

納米二氧化鈦(TiO2)，多為白色粉末狀，因此也叫鈦白粉，直徑在100 nm以下，且高溫下不變色、不分解[11]，納米TiO2具有良好的抗菌效果。龍小藝等[12]研究了納米TiO2對貯藏期南豐蜜桔的抑菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其具有一定的抑菌性能；Li等[13]將納米TiO2制成的包裝材料應(yīng)用在棗保鮮方面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該包裝材料能夠有效延長棗的貨架期，且品質(zhì)并未改變。目前，關(guān)于納米TiO2研究較多的是將其添加到塑料中對其進(jìn)行改性，而對于將納米TiO2添加到殼聚糖涂膜液中對馬鈴薯進(jìn)行保鮮的研究較少。為延長休眠后期馬鈴薯的貨架期，將納米TiO2加入到殼聚糖溶液中制成不同濃度的涂膜液，分別對馬鈴薯進(jìn)行涂膜處理，探討殼聚糖/納米TiO2涂膜對休眠后期馬鈴薯的品質(zhì)及生理指標(biāo)的影響，旨在為延緩馬鈴薯發(fā)芽及衰老進(jìn)程、延長馬鈴薯的貨架期提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯品種為綏化產(chǎn)黃麻子，塊莖在農(nóng)戶地下窖貯藏3個(gè)月后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于2 ～4 ℃條件下貯藏備用。隨機(jī)挑選大小均勻、無機(jī)械傷、無發(fā)芽綠變的馬鈴薯為供試材料。納米TiO2購自上海依夫?qū)崢I(yè)有限公司，殼聚糖購自河北興之和生物科技有限公司，無水乙醇、乙醚、濃鹽酸、甲醇等均為分析純。

主要儀器：TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)、80-2B臺(tái)式離心機(jī)(湖南星科科學(xué)儀器有限公司)、HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司)、ATC-32手持式折光儀(上海淋譽(yù)貿(mào)易有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 將稱好的殼聚糖溶于1%的乙酸水溶液，得到0.1%的殼聚糖醋酸溶液。將此溶液在45～60 ℃條件下水浴2 h，并不斷攪拌至固體完全溶解。將TiO2粉末按照不同比例加入到殼聚糖溶液中，每攪拌1 h用超聲波處理15 min，使其全部均勻分散，最終得到0%、1%、2%、3%的納米TiO2殼聚糖溶液。將馬鈴薯分別放入不同濃度的涂膜溶液中，浸泡30 s后取出，以不做處理為對照，在空氣中晾干，裝袋避光保存，每2 d隨機(jī)取樣測定相關(guān)指標(biāo)，每次測定重復(fù)3次。

1.2.2 測定項(xiàng)目及方法 馬鈴薯塊莖芽長度≥0.2 cm時(shí)計(jì)為一個(gè)發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽率=發(fā)芽塊莖數(shù)/調(diào)查總莖數(shù)×100%；淀粉含量測定采用碘比色法[14]；抗壞血酸含量測定采用2,6-二氯靛酚溶液滴定法[14]；總酚含量測定采用福林-酚比色法[15]；多酚氧化酶(PPO)活性測定用鄰苯二酚比色法[16]，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[17]，其中，1個(gè)酶活力單位(U)定義為測定條件下每分鐘變化0.01個(gè)吸光值所需的酶量[酶活力表示為U/(g·min)]；可溶性固形物含量采用手持折光儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Statistix 8.0(Analytical Software Inc.,USA)的Linear Models程序進(jìn)行，用Tukey HSD程序進(jìn)行差異顯著性分析，采用Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯發(fā)芽率的影響

發(fā)芽是造成馬鈴薯貯藏過程中營養(yǎng)物質(zhì)損失的主要原因之一，而且發(fā)芽會(huì)造成營養(yǎng)流失以及有害物質(zhì)的生成，同時(shí)表面的大量水分蒸騰，進(jìn)而使塊莖失質(zhì)量。由圖1可知，對照與涂膜處理組馬鈴薯在前2 d均沒有發(fā)芽現(xiàn)象，然而在隨后的2～8 d除0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的馬鈴薯沒有發(fā)芽外，其余處理馬鈴薯的發(fā)芽率均呈上升趨勢，且第8天，對照馬鈴薯的發(fā)芽率達(dá)到62.5%，顯著高于其他處理(P<0.05)，說明不同濃度的納米TiO2殼聚糖溶液涂膜均能夠抑制馬鈴薯的呼吸作用，進(jìn)而減緩其發(fā)芽，其中以0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜效果最佳，這可能是因?yàn)檫m宜濃度的涂膜能夠使馬鈴薯表面形成半透膜，進(jìn)而調(diào)節(jié)塊莖內(nèi)外的氣體交換，使其內(nèi)部形成一個(gè)低O2高CO2的環(huán)境，使塊莖進(jìn)行緩慢的有氧呼吸，而當(dāng)涂膜濃度較高時(shí)，可能會(huì)阻斷塊莖與外界的物質(zhì)交換，導(dǎo)致無氧呼吸，從而引起發(fā)芽率的升高。

圖1 不同處理對馬鈴薯發(fā)芽率的影響

2.2 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯總酚含量的影響

大量的酚類物質(zhì)存在于果蔬組織中，它們與果蔬的外觀、風(fēng)味形成、成熟衰老過程、健康狀況以及組織褐變等關(guān)聯(lián)密切，是果蔬組織內(nèi)一種重要的物質(zhì)[18]。由圖2可知，隨著貨架期的延長，對照與涂膜處理組馬鈴薯的總酚含量均逐漸下降。貨架期第8天，對照馬鈴薯的總酚含量下降幅度最大，說明涂膜處理能有效抑制馬鈴薯總酚含量的下降，0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的馬鈴薯總酚含量為0.292 mg/g，顯著高于對照(0.142 mg/g)(P<0.05)，較對照提高了105.6%?？梢?，0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜能更好地保持馬鈴薯品質(zhì)，間接保持了馬鈴薯的風(fēng)味、色澤以及商品性價(jià)值，延長了貨架期。

2.3 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯PPO活性的影響

PPO屬于一種銅結(jié)合酶，在植物中廣泛存在。

圖2 不同處理對馬鈴薯總酚含量的影響

通常情況下，細(xì)胞內(nèi)的PPO活性并不高；當(dāng)外界環(huán)境惡化時(shí)，PPO可以提高植物體的抗病性。若植物體受到損傷，PPO會(huì)大量激活，細(xì)胞內(nèi)的多酚類物質(zhì)氧化成醌，植物組織就會(huì)產(chǎn)生褐變現(xiàn)象[19]。由圖3可知，隨著貨架期的延長，各處理馬鈴薯的PPO活性呈上升趨勢。貨架期第8天，0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的馬鈴薯PPO活性為43.2 U/(g·min)，較對照[60.1 U/(g·min)]降低了28.1%，而對照與0.1%殼聚糖處理組[57.9 U/(g·min)]差異不顯著(P>0.05)，0.1%殼聚糖結(jié)合1%TiO2處理[52.3 U/(g·min)]與0.1%殼聚糖結(jié)合3%TiO2處理[49.8 U/(g·min)]差異也不顯著(P>0.05)。此外，從圖3還可以看出，4種涂膜處理均能有效抑制馬鈴薯PPO活性的增強(qiáng)，其中以0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理延緩馬鈴薯PPO活性增強(qiáng)的效果最好，更能有效地維持馬鈴薯的感官性狀以及商品價(jià)值，減少馬鈴薯因氧化而造成的營養(yǎng)損失。

圖3 不同處理對馬鈴薯PPO活性的影響

2.4 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯POD活性的影響

POD與植物體的代謝有著密切關(guān)系。POD具有雙重性，既能參與活性氧的生成，也可作為植物體的一種保護(hù)酶，使組織內(nèi)積累的具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)分解，從而起到減少氧化損害的作用[20]。由圖4可知，隨著貨架期的延長，各處理馬鈴薯POD活性不斷升高。POD活性越高，馬鈴薯衰老越嚴(yán)重。貨架期第8 天，對照馬鈴薯的POD活性上升至96.4 U/(g·min)，而0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理馬鈴薯的POD活性僅為75.4 U/(g·min)，比對照降低了21.8%，說明0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜能有效抑制馬鈴薯POD活性的升高，從而延緩馬鈴薯衰老，更好地達(dá)到保鮮效果。

圖4 不同處理對馬鈴薯POD活性的影響

2.5 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量能反映果蔬的成熟程度和品質(zhì)情況。果蔬在成熟過程中，其可溶性固形物含量呈上升態(tài)勢，衰老階段反之。由圖5可知，隨著貨架期的延長，各處理馬鈴薯的可溶性固形物含量下降，可能是因?yàn)轳R鈴薯呼吸作用消耗一些可溶性糖類所致。貨架期第8天，對照可溶性固形物含量降低至4.8%，而0.1%殼聚糖結(jié)合1%TiO2涂膜、0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜、0.1%殼聚糖結(jié)合3%TiO2涂膜3個(gè)處理馬鈴薯的可溶性固形物含量分別為6.1%、7.1%、6.6%，均顯著高于對照(P<0.05)，說明0.1%殼聚糖結(jié)合納米TiO2涂膜均能有效抑制馬鈴薯可溶性固形物含量的下降，其中以0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理效果最好。

圖5 不同處理對馬鈴薯可溶性固形物含量的影響

2.6 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯抗壞血酸含量的影響

抗壞血酸作為一種天然成分，能抗壞血病、降低癌癥發(fā)病率，是廣泛存在的一種不可或缺的維生素。抗壞血酸含量是評價(jià)果蔬營養(yǎng)品質(zhì)以及貯藏效果的主要指標(biāo)之一[21]。由圖6可知，各處理馬鈴薯抗壞血酸含量在0～8 d呈下降趨勢，可能是由于馬鈴薯自身進(jìn)行的生理代謝消耗掉一部分抗壞血酸，使其含量持續(xù)下降。貨架期第8天，0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的馬鈴薯中抗壞血酸含量為0.137 mg/g，比對照馬鈴薯的抗壞血酸含量(0.116 mg/g)提高了18.1%。整個(gè)貨架期間，添加TiO2涂膜處理的馬鈴薯抗壞血酸含量均顯著高于對照(P<0.05)，說明涂膜處理均能有效抑制抗壞血酸含量的下降，加強(qiáng)馬鈴薯的抗氧化能力，從而保證馬鈴薯的品質(zhì)。

圖6 不同處理對馬鈴薯抗壞血酸含量的影響

2.7 殼聚糖/納米TiO2涂膜對馬鈴薯淀粉含量的影響

淀粉是植物體內(nèi)的能量貯藏物質(zhì)，大量的淀粉存在于馬鈴薯中，影響馬鈴薯產(chǎn)品的質(zhì)量。由圖7可知，隨著貨架期的延長，各處理馬鈴薯的淀粉含量均呈下降趨勢。貨架期第8天，對照馬鈴薯的淀粉含量降至12.2%，而0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的馬鈴薯淀粉含量為14.0%，顯著高于對照(P<0.05)。而且，從圖7中還可以看出，涂膜處理均能有效抑制馬鈴薯淀粉含量的下降，其中以 0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理的抑制效果最佳，該處理在一定程度上減少了馬鈴薯營養(yǎng)物質(zhì)的流失，對延長馬鈴薯貨架期具有積極作用。

圖7 不同處理對馬鈴薯淀粉含量的影響

3 結(jié)論與討論

本研究比較了不同濃度納米TiO2結(jié)合殼聚糖涂膜對休眠后期馬鈴薯品質(zhì)及生理指標(biāo)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.1%殼聚糖結(jié)合2%TiO2涂膜處理能有效延緩馬鈴薯塊莖可溶性固形物、淀粉、抗壞血酸及總酚含量的下降，保持較高的塊莖品質(zhì)；同時(shí)，該處理可以抑制馬鈴薯PPO、POD活性以及發(fā)芽率的升高，延緩塊莖的衰老進(jìn)程。

殼聚糖涂膜作為果蔬保鮮劑，無毒、無污染，不僅可以抑制果蔬內(nèi)部水分的蒸發(fā)，有效阻止果蔬內(nèi)外氣體的交換，延緩果蔬呼吸及生理衰老，而且還可以防止病菌的侵入，表現(xiàn)出較好的抗菌防霉效果，但殼聚糖形成的膜強(qiáng)度不高、韌性較差[22]，進(jìn)而影響其保鮮效果。納米TiO2是一種既廉價(jià)又無毒且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無機(jī)納米材料，其在光照下具有殺菌作用，而且可以分解乙烯。有研究者將納米TiO2應(yīng)用于金秋梨和冬棗果蔬表面，不僅表現(xiàn)出較好的保鮮效果，還表現(xiàn)出高效安全性[13,23]，同時(shí)，毒理學(xué)試驗(yàn)也證實(shí)，納米TiO2對高等動(dòng)物是安全的[24]。本研究將納米TiO2添加到殼聚糖涂膜液中，其易與殼聚糖結(jié)合，不僅提高了膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度和抗老化性能，還改善了膜的透氣性，同時(shí)提高了復(fù)合膜的抑菌性和阻水性。在本研究試驗(yàn)條件下，對照及涂膜處理組在貨架期8 d內(nèi)均未出現(xiàn)霉變腐爛現(xiàn)象，因此，關(guān)于該復(fù)合保鮮膜的抗菌防霉效果則需進(jìn)一步研究。隨著人們對食品安全的日益重視，這種無公害的保鮮技術(shù)將會(huì)受到越來越多人的青睞，將會(huì)用于更多的食品保鮮領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn):

[1] 屈冬玉,謝開云,金黎平,等.中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展與食物安全[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38(2):358-362.

[2] Teper-Bamnolker P,Dudai N,Fischer R,etal.Mint essential oil can induce or inhibit potato sprouting by differential alteration of apical meristem[J].Planta,2010,232:179-186.

[3] 蘇林富,蒙蕊學(xué),何國勤.西吉縣馬鈴薯貯藏期間損失規(guī)律研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2009(4):41-42.

[4] MR Afify A E,EI-Beltagi H S,Amina A A.etal.Antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation as biomarker for potato tuber stored by two essential oils from caraway and clove and its main component carvone and eugenol[J].Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine,2012,2(Z3):772-780.

[5] 趙鳳,李玲,楊小龍.水溶性殼聚糖在葡萄保鮮中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(10):294-296.

[6] 王穎,范春麗,范芳.殼聚糖和氯化鈣復(fù)合涂膜對楊桃的保鮮效果[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,41(3):125-128.

[7] 楊玉紅,康宗利.殼聚糖和Vc復(fù)合涂膜對草莓保鮮的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,15(2):131-133.

[8] 張舉印,饒景萍,董曉慶,等.殼聚糖復(fù)合涂膜對紅富士蘋果保鮮研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(5):354-358.

[9] 馬肖靜,余東坡,王蘭菊,等.殼聚糖涂膜冷藏?zé)o花果保鮮效果[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(12):111-113.

[10] 任旭琴,王連臻,趙明霞,等.不同黏度殼聚糖涂膜對辣椒保鮮及采后生理的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,46(6):57-61.

[11] Chau C F,Wu S H,Yen G C.The development of regulations for food nanotechnology[J].Trends in Food Science and Technology,2007,18(5):269-280.

[12] 龍小藝,劉玉英,余達(dá)歡.納米TiO2對貯藏期南豐蜜桔抑菌性能研究[J].生物災(zāi)害科學(xué),2012,35(1):61-65.

[13] Li H,Li F,Wang L,etal.Effect of nano-packing on preservation quality of Chinese jujube (ZiziphusjujubaMill.var.inermis(Bunge) Rehd)[J].Food Chemistry,2009,114(2):547-552.

[14] 曹建康,姜微波,趙玉梅.果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2007:34-36,76-78.

[15] 王芳,蒲金基,占魏,等.不同處理對芒果果皮總酚含量的影響[J].熱帶生物學(xué)報(bào),2012,3(1):59-61.

[16] Rocha A M C N,Morais A M M B.Characterization of polyphenoloxidase(PPO) extracted from Jonagored apple[J].Food Control,2001(12):85-90.

[17] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000:164-165.

[18] 王趙改,楊慧,朱廣成,等.復(fù)方保鮮劑對雙孢蘑菇保鮮效果的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,43(1):93-96.

[19] 蔡曉寧,尹紹東,張來林,等.丁香提取液對馬鈴薯保鮮效果的影響[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,36(4):74-79.

[20] Cai C,Xu C J,Li X,etal.Accumulation of lignin in relation to change in activities of lignification enzymes in loquat fruit flesh after harvest[J].Postharvest Biology and Technology,2006,40(2):163-169.

[21] 朱先波,任小林,劉硯璞.NO處理對馬鈴薯保鮮的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(2):237-240.

[22] 王明力,沈丹,王文平.改性殼聚糖保鮮涂膜透水率的研究[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2007,26(5):10-13.

[23] 陶希芹,王明力,袁志,等.殼聚糖/納米TiO2復(fù)合涂膜保鮮金秋梨的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(5):210 -213.

[24] Cai R X,Kubota Y,Shui N T,etal.Induction of cytotoxicity by photoexcited TiO2particles[J].Cancer Research,1992,52(8):2346-2348.