Ag-SiO2-TiO2納米包裝對新鮮綠竹筍儲藏品質(zhì)的影響

張冬梅，王素雅*，楊茉，王瓅，周芹芹

1(南京財經(jīng)大學 食品科學與工程學院，江蘇 南京，210023) 2(江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京，210023)3(江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇 南京，210023)

綠竹筍水分含量約為90%，脂肪含量約1%[1]，其氣味香甜、口感脆嫩、富含膳食纖維，是一種低脂健康的綠色食品。綠竹筍產(chǎn)期集中在每年的6～10月，填補了毛竹春筍下市后竹筍市場供應的缺口。由于收獲季節(jié)高溫高濕，綠竹筍在儲運過程中容易老化、變色和變味[2]，從而制約了竹筍產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，影響了綠竹筍的經(jīng)濟價值。目前，對綠竹筍保鮮的方法有沙藏法，氣調(diào)法，保鮮劑法等[3]，但這些方法均存在著缺陷。因此，探尋能有效延緩綠竹筍老化、延長保質(zhì)期限的保鮮方法具有重要意義。

納米復合材料膜制作簡單，應用便捷，可批量包裝產(chǎn)品。有研究發(fā)現(xiàn)納米包裝可以延緩雙孢菇木質(zhì)素的積累[4]；抑制胚芽米中大腸埃希氏菌與大米霉菌的生長[5]；保障了胚芽米的口感和色澤[6]；還可以延緩白蓮藕風味品質(zhì)的劣變[7]。納米包裝的抑菌保鮮效果，主要體現(xiàn)在納米Ag、納米TiO2可以抑制部分微生物生長[8-9]，納米硅氧化物可以調(diào)節(jié)O2、CO2含量，抑制樣品呼吸，從而起到保鮮作用[10]。目前，尚無納米材料包裝袋在竹筍保鮮中應用的報道。本研究采用Ag-SiO2-TiO2納米材料包裝(NP)及普通聚乙烯包裝(AP)，探討不同包裝材料在真空條件下對綠竹筍的保鮮效果，通過感官評分、理化分析及微生物計數(shù)等方法分析綠竹筍品質(zhì)，確定其保藏期限。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 竹筍

新鮮綠竹筍采購于福建省古田縣，儲存于低溫泡沫箱內(nèi)，當天運回實驗室并進行處理。

1.1.2 包裝

AP組使用聚乙烯材料，NP組使用Ag-SiO2-TiO2納米材料，制作方法見文獻[4]。按照納米Ag 30%，納米SiO210%，納米TiO235%，凹凸棒土25%(均為質(zhì)量分數(shù))制備納米復合粉體；再按照納米復合粉體15.55%，偶聯(lián)劑2%、潤滑劑1%、分散劑9%、低密度聚乙烯49.01%與線性低密度聚乙烯23.44%(均為質(zhì)量分數(shù))制作出納米母粒；最后按照納米母粒7.5%、復合塑料粒子92.5%(均為質(zhì)量分數(shù))吹塑成Ag-SiO2-TiO2納米包裝膜。按照相同工藝制作普通聚乙烯包裝，配料中不使用納米母粒。2種包裝袋尺寸均為40 cm×15 cm×100 μm。

1.1.3 試劑

KOH、硼酸鈉、對氨基苯磺酸，阿拉丁試劑有限公司；亞鐵氰化鉀，麥克林試劑公司；乙酸鋅，冰乙酸，鹽酸萘乙二胺，國藥集團化學試劑有限公司；纖維素酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒、木質(zhì)素酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒，江萊生物公司；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基、孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基，青島海博生物技術有限公司。

1.2 主要儀器與設備

VS30D真空包裝機，德清拜杰電器有限公司；BSC-250恒溫恒濕箱，上海迅博有限公司；U-3900紫外可見分光光度計，日本日立公司；OXYBABY氧氣分析儀，上海眾林機電設備有限公司；CM-5色差儀，日本柯尼卡美能達公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

新鮮綠竹筍經(jīng)清理并切除底部不可食部分，分別采用AP和NP兩種包裝袋，單支筍包裝并完全抽真空，同時設置無包裝處理對照組(CK)。3組均置于4 ℃、相對濕度85%恒溫恒濕箱儲藏，每4 d取樣分析相關指標。

1.3.2 感官評定

參考DB35/T 1006—2010《地理標志產(chǎn)品 尤溪綠竹筍》制定綠竹筍感官評價10個指標，見表1。各指標最高10分，總分100分，低于60分定義為不合格。8位感官評定者打分取平均值。

表1 感官評價指標Table 1 Sensory evaluation index

1.3.3 綠竹筍切面色度分析

從綠竹筍底部切取1 cm厚度圓片測定亮度L*，每組取3支綠竹筍，測定3次取平均值。

1.3.4 失重率測定

失重率按照公式(1)計算，每組取3支綠竹筍，測定3次取平均值。

(1)

式中：ρ,失重率;m1,貯藏前綠竹筍質(zhì)量;m2,貯藏后綠竹筍質(zhì)量。

1.3.5 呼吸強度測定

將單支筍置于燒杯中，用保鮮膜和透明膠帶封口，一段時間后測定相關指標呼吸強度按公式(2)計算，測定3次取平均值。

(2)

式中：R,呼吸強度,mL/(kg·h);V1,燒杯體積,mL;V2,竹筍體積,mL;t,測定時間,h;φ,CO2體積百分數(shù)變化值，%；m,綠竹筍質(zhì)量，g。

1.3.6 總酸測定

按照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》進行測定，每個樣品平行測定3次，取平均值。

1.3.7 纖維素含量測定

使用纖維素酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒測定，測定4次取平均值。

1.3.8 木質(zhì)素含量測定

使用木質(zhì)素酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒測定，測定4次取平均值。

1.3.9 亞硝酸鹽含量測定

按照GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》進行測定，測定4次取平均值。

1.3.10 微生物計數(shù)

依據(jù)GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》進行菌落總數(shù)計數(shù)，GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數(shù)》進行霉菌數(shù)計數(shù)。

1.3.11 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析包括SPSS 19.0版的鄧肯檢驗和方差分析。數(shù)據(jù)差異顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 感官評定

經(jīng)感官評分判斷綠竹筍的儲藏期限，結果見表2。CK組在儲藏12 d時呈現(xiàn)嚴重的收縮萎蔫及表層纖維化(圖1-a)，感官評分61.75分(表2)；AP組儲藏16 d時竹筍纖維化明顯并散發(fā)酸腐味，筍體結構軟化(圖1-b)，感官評分62.45分；而NP組竹筍儲藏20 d 時仍保持形態(tài)飽滿、筍體干燥、切口平整白亮，并散發(fā)清甜香氣(圖1-c)，感官評分75.25分。根據(jù)感官評分判斷低溫儲藏綠竹筍可儲藏12 d，低溫真空包裝袋綠竹筍可儲藏16 d，低溫納米真空包裝樣品可儲藏20 d。

表2 綠竹筍儲藏期間感官評分 單位：分

a-無包裝組12 d;b-普通包裝16 d;c-納米包裝20 d圖1 綠竹筍儲藏期外觀圖Fig.1 Appearance of green bamboo shoots during storage

2.2 儲藏期間綠竹筍的質(zhì)量損失

竹筍因水分蒸發(fā)及營養(yǎng)物質(zhì)消耗等造成質(zhì)量降低[11]，而包裝可有效降低綠竹筍儲藏期間的水分散失。由圖2可知，包裝竹筍的失重率顯著低于CK組(P<0.05)。儲藏4 d時CK組竹筍失重率已達17.77%，而AP組竹筍儲藏16 d時失重率僅為4.89%，NP組失重率更低，在儲藏20 d時為2.03%，表明包裝可有效阻礙竹筍的水分散失，該結果與納米抗菌包裝抑制金針菇、無花果儲藏期失重一致[12-13]。

圖2 包裝對綠竹筍失重率的影響Fig.2 Effect of packaging on the weight loss rate of greenbamboo shoots

納米TiO2具有超親水性和防霧滴功能[14]，利于維持筍體表面潔凈干燥的狀態(tài)，保證了袋內(nèi)穩(wěn)定的高濕環(huán)境[15]。納米包裝防止水分蒸發(fā)積聚后形成霧滴，不會造成袋內(nèi)環(huán)境濕度下降，避免了竹筍的進一步失重[16]。納米材料還可防止微生物感染，減少因微生物生長而出現(xiàn)的竹筍根部軟爛、汁液外滲現(xiàn)象。由此可見，納米材料包裝既能防止筍體水分蒸發(fā)，又能抑制微生物生長，從而保證了竹筍的品質(zhì)。

2.3 儲藏期間綠竹筍切面色澤的變化

綠竹筍切面色澤與其新鮮度呈正相關[17]，儲藏期間綠竹筍切面亮度值L*的變化見圖3。由圖3可知，包裝儲藏可有效緩解綠竹筍色澤劣變。在儲藏20 d內(nèi)，NP組竹筍切面色澤變化最小，L*值由89.91(0 d)緩慢降至86.85(20 d)。而CK組竹筍在儲藏12 d時L*值已降至77.61，AP組樣品儲藏16 d時L*值則降至77.03。NP組L*值顯著高于同時期的CK組與AP組(P<0.05)，說明納米材料包裝利于竹筍色澤的保持。竹筍色澤劣變的主要原因是木質(zhì)素與氧氣反應形成發(fā)色基團[18]，以及酚類物質(zhì)的酶促氧化褐變等。真空包裝降低了筍體周圍O2濃度，抑制酶促褐變的發(fā)生[19]，減少色素沉積，故包裝使綠竹筍保持較好的色澤?？追泊旱萚20]研究發(fā)現(xiàn)雷竹筍細胞的膜系統(tǒng)被破壞后，酚類底物與酶相互接觸引起褐變。分析認為，NP可以防止儲藏后期的筍體軟化及細胞通透性增加，減少酚類物質(zhì)與酶的接觸，可有效防止酚類物質(zhì)發(fā)生酶促褐變。因此NP組竹筍切面亮度優(yōu)于AP組，即納米包裝可有效延長綠竹筍的儲藏期。

圖3 包裝對綠竹筍切面亮度的影響Fig.3 Effect of packaging on the brightness of greenbamboo shoots

2.4 儲藏期間綠竹筍呼吸強度的變化

儲藏中的植物產(chǎn)品如呼吸強度高則營養(yǎng)物質(zhì)損耗快，儲藏期限短[21-22]。由圖4可知，新采綠竹筍的呼吸強度為21.88 mL/(kg·h)，NP組竹筍在20 d儲藏期內(nèi)呼吸強度基本平穩(wěn),均在22 mL/(kg·h)左右，維持了樣品的生命活力。而CK組竹筍的呼吸強度在儲藏第4天達到峰值，至儲藏第8天后迅速降低，第12天時呼吸速率驟降至10.87 mL/(kg·h)，說明竹筍生命力下降，營養(yǎng)物質(zhì)損耗較多已不宜儲藏。AP包裝雖然有效延緩了竹筍呼吸強度的升高，但儲藏8 d后樣品呼吸強度呈快速上升趨勢，NP組呼吸強度顯著低于同時期AP組(P<0.05)。由此可見，NP可保持竹筍較低呼吸水平，延長了竹筍儲藏期。Ag-SiO2-TiO2納米材料包裝袋透氧率低于普通材料，能營造低氧環(huán)境抑制綠竹筍呼吸，延緩了呼吸峰的出現(xiàn)，從而達到其保鮮效果。

圖4 包裝對綠竹筍呼吸強度的影響Fig.4 Effect of packaging on the respiratory intensity ofgreen bamboo shoots

2.5 儲藏期間綠竹筍總酸含量的變化

竹筍在儲藏過程中常因無氧呼吸和微生物生長而變酸[23]。由圖5可知，CK組竹筍在儲藏第4天時總酸含量由0.38 g/kg迅速增加到1.44 g/kg，AP組樣品則在儲藏8 d后迅速增加，儲藏16 d時其總酸含量高達4.49 g/kg，已有明顯酸腐味。而NP組竹筍的總酸含量在儲藏期間保持平穩(wěn)(基本維持在0.57 g/kg以下)，明顯低于CK組儲藏過程中總酸含量，也與儲藏8～16 d時AP組竹筍總酸含量差異顯著(P<0.05)。綠竹筍儲藏8 d后，NP組總酸含量低于AP組，說明納米包裝能抑制竹筍的無氧呼吸，該結果與竹筍儲藏期間呼吸強度的變化一致。納米包裝的抗菌性也可防止微生物在筍體上生長，有效減少有機酸產(chǎn)生，從而保證了竹筍的正常生命狀態(tài)，利于其儲藏。

圖5 包裝對綠竹筍總酸含量的影響Fig.5 Effect of packaging on total acidity content of greenbamboo shoots

2.6 儲藏期間綠竹筍纖維素含量的變化

竹筍采后因細胞次生壁變厚，纖維素含量增加而老化[24]，降低其食用性。綠竹筍儲藏期間纖維素含量變化的速率為CK>AP>NP(圖6)，儲藏第12天時竹筍纖維素含量分別為3.72(CK組)、2.94(AP組)及2.66 mg/g(NP組)。儲藏期間包裝組與CK組纖維素含量有明顯差異(P<0.05)，NP組纖維素含量略低于AP組。分析認為，抑制呼吸強度可以降低纖維素合成速率，包裝能抑制綠竹筍呼吸從而有效延緩竹筍的老化；相比AP，NP包裝抑制呼吸強度效果更好，兩者差異不顯著(P>0.05)(除儲藏第12天外)，這是因為綠竹筍表面含有從土壤中攜帶的高產(chǎn)纖維素酶微生物，微生物產(chǎn)生的纖維素酶可以降解竹筍細胞壁的纖維素[25]，從而減少了AP組纖維素含量。

圖6 包裝對綠竹筍纖維素含量的影響Fig.6 Effect of packaging on cellulose content of greenbamboo shoots

2.7 儲藏期間綠竹筍木質(zhì)素含量的變化

竹筍采后木質(zhì)化從根部逐漸向頂尖推進，造成竹筍硬度增加而無法食用[26-27]。由圖7可知，儲藏期間NP組綠竹筍的木質(zhì)素含量增加緩慢，儲藏20 d時其木質(zhì)素含量為0.72 mg/g，明顯低于儲藏12 d的CK組樣品(1.30 mg/g)和儲藏16 d的AP組樣品(1.05 mg/g)，說明NP包裝能有效降低綠竹筍中木質(zhì)素的合成速率，延緩其老化進程。NP包裝可抑制綠竹筍呼吸強度，降低竹筍新陳代謝速率，防止植物組織因受損產(chǎn)生的抗非生物脅迫能力[28]，從而減少木質(zhì)素合成。

圖7 包裝對綠竹筍木質(zhì)素含量的影響Fig.7 Effect of packaging on lignin content of greenbamboo shoots

2.8 儲藏期間綠竹筍中亞硝酸鹽含量的變化

蔬菜中的亞硝酸鹽主要由硝酸鹽經(jīng)微生物的硝酸鹽還原酶作用而產(chǎn)生[29]，亞硝酸鹽在人體酸性環(huán)境中可形成具有強致癌作用的亞硝胺而影響人類健康[30]。從圖8可知，綠竹筍儲藏過程中，NP組竹筍亞硝酸鹽含量基本穩(wěn)定，而AP組與CK組樣品的亞硝酸鹽含量均隨儲藏時間延長而顯著增加，其中AP組亞硝酸鹽含量增加最快。分析認為，AP組筍體表面可能含有酵母菌及乳酸菌，這些菌發(fā)酵導致綠竹筍亞硝酸鹽的積累[31]，同時造成乳酸等積累引起筍體總酸含量增加。儲藏期間NP組綠竹筍亞硝酸鹽含量遠低于DB 1303/T147—2003《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 蔬菜安全要求》中對蔬菜亞硝酸鹽含量的限量標準(4 mg/kg)，表明綠竹筍亞硝酸鹽含量仍在質(zhì)量允許范圍內(nèi)。NP包裝不僅抑制綠竹筍的呼吸作用，也能抑制微生物的生長，減少亞硝酸鹽和有機酸的產(chǎn)生，具有良好的抗菌效果。

圖8 包裝對綠竹筍亞硝酸鹽含量的影響Fig.8 Effect of packaging on nitrite content of greenbamboo shoots

2.9 儲藏期間綠竹筍微生物計數(shù)

由圖9可知，竹筍表面菌落總數(shù)與霉菌數(shù)均呈增加趨勢，NP組樣品在儲藏第20天時菌落總數(shù)為6.00 lg CFU/g，遠低于CK組儲藏12 d的6.92 lg CFU/g和AP組儲藏16 d時的8.26 lg CFU/g(圖9-a)。由圖9-b可知，NP組竹筍在儲藏第20天時霉菌數(shù)為2.48 lg CFU/g，低于CK組儲藏12 d時的3.95 lg CFU/g和AP組儲藏16 d時的3.48 lg CFU/g。由此可知，綠竹筍儲藏期間NP組微生物感染量最少，說明納米包裝具有良好的抑菌效果。有研究認為納米包裝防止竹筍營養(yǎng)物質(zhì)外流，不利于微生物繁殖[18]，納米TiO2材料對大腸桿菌、李斯特菌等具有較好的抑制作用[32]。納米Ag破壞大部分微生物膜系統(tǒng)的完整性，改變細胞膜的通透性，致使微生物新陳代謝基礎物質(zhì)大量流失，最終殺死微生物[3,33-34]，因此，納米包裝對綠竹筍起到抑菌保鮮的作用。

a-菌落總數(shù)；b-霉菌數(shù)圖9 包裝對綠竹筍表面微生物的影響Fig.9 Effect of packaging on the surface microbes ofgreen bamboo shoots

3 討論

綠竹筍在儲藏期間易木質(zhì)化、失水、褐變及霉變，這與綠竹筍生長特性、高含水量(約90%)及儲藏方式有關。無包裝綠竹筍在4 ℃條件下,儲藏因嚴重失水和呼吸旺盛引起品質(zhì)劣變，儲藏第4天即出現(xiàn)呼吸峰。綠竹筍不僅因呼吸消耗了大量營養(yǎng)物質(zhì)而導致營養(yǎng)損失，而且纖維素和木質(zhì)素的合成也造成竹筍老化。因暴露于空氣中易受環(huán)境微生物侵襲，產(chǎn)品表面微生物繁殖較快，其代謝產(chǎn)物有機酸含量增加。感官品質(zhì)劣變表現(xiàn)為筍殼顏色變淺、剝落，筍肉萎蔫、色澤變暗，失去原有風味，可食用率降低。使用包裝可防止水分散失并降低竹筍的呼吸強度。在儲藏前8 d，AP組綠竹筍呼吸強度緩慢上升但低于無包裝組，因而抑制了竹筍的木質(zhì)化與纖維化進程，維持了竹筍良好的營養(yǎng)品質(zhì)。但是普通包裝綠竹筍表面的微生物生長繁殖快，造成竹筍中亞硝酸鹽和有機酸積累，一些微生物因代謝產(chǎn)生纖維素酶、果膠酶等從而降解竹筍細胞壁，造成了綠竹筍失水及酶促褐變。感官表現(xiàn)為竹筍散發(fā)酸味、色澤降低、組織汁液流出及筍體軟爛。Ag-SiO2-TiO2納米材料真空包裝綠竹筍在儲藏期內(nèi)一直保持低呼吸速率，纖維素和木質(zhì)素含量較低、水分含量高、色澤正常，同時筍體表面微生物數(shù)量相對較少，筍體中亞硝酸鹽和總酸含量較低，儲藏20 d內(nèi)的食用品質(zhì)較高。

納米材料發(fā)揮抑菌保鮮作用主要有三方面的原因。(1)納米復合材料膜透濕率低，納米TiO2具有防霧滴功能。包裝袋內(nèi)表面不易出現(xiàn)凝露，保證袋中的水蒸氣形成高濕環(huán)境，抑制綠竹筍的水分蒸發(fā)。(2)納米包裝袋內(nèi)氧氣含量較低。納米材料袋的透氧率較低，并且硅氧化物通過硅氧鍵調(diào)節(jié)空氣中的O2和CO2比例，從而抑制竹筍呼吸，降低包括纖維素、木質(zhì)素合成在內(nèi)的各類生化反應的速率。綠竹筍在抽真空納米材料袋中不易氧化、不易褐變而保持較高的切面亮度。(3)納米Ag、納米TiO2具有抑菌、殺菌作用[35]。納米粒子可以減少綠竹筍表面微生物的數(shù)量，防止微生物發(fā)酵及霉變從而影響綠竹筍品質(zhì)。因此，Ag-SiO2-TiO2納米材料真空包裝可以保障綠竹筍的儲藏品質(zhì)。

4 結論

包裝袋的使用可以有效防止綠竹筍水分大量蒸發(fā)，隔絕環(huán)境中微生物對樣品的污染，但普通真空包裝只能維持綠竹筍16 d的儲藏期限。Ag-SiO2-TiO2納米材料具有低透氧率、抑菌的特點，納米包裝通過控制袋內(nèi)氧氣的含量抑制綠竹筍的呼吸作用，并破壞微生物膜結構來抑制微生物生長。4 ℃條件下，納米真空包裝利于竹筍保持原有色澤，防止筍體水分蒸發(fā)，抑制綠竹筍呼吸、延緩呼吸峰的出現(xiàn)，保持筍體較低的總酸含量，抑制綠竹筍纖維化過程，減少木質(zhì)素含量，抑制微生物生長，減少亞硝酸鹽含量，保證綠竹筍的良好感官品相和可食用性，延長綠竹筍的儲藏期限至20 d。因此，Ag-SiO2-TiO2納米材料真空包裝處理是一種良好的綠竹筍儲藏保鮮方法。