百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜在芒果保鮮中的應(yīng)用

蔡晨晨，馬瑞佳，劉 濤，鄧永飛，陸登俊

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004）

天然抗菌涂膜是利用抗菌物質(zhì)和天然生物基質(zhì)制備的可降解保鮮劑，將其涂覆在食品表面，風(fēng)干后可形成結(jié)構(gòu)致密的薄膜，能夠抑制食物表面菌物的生長以及阻止食物與外界的物質(zhì)交換，從而能夠有效的延長食品保質(zhì)期[1-3]。許多研究直接將抗菌物質(zhì)與天然生物基質(zhì)復(fù)合，但這會影響抗菌物質(zhì)的利用率，生產(chǎn)成本也會增加[4-5]。因此，開發(fā)成本效益好、抗菌物質(zhì)利用率高并且應(yīng)用方便、范圍廣的保鮮劑成為一種選擇。

芒果是一種熱帶水果，富含維生素、礦物質(zhì)和營養(yǎng)，但由于采收時節(jié)正值夏季，采后代謝旺盛，在貯藏過程中易遭受病菌侵染腐爛，貨架期短，不易貯藏和運輸[6-7]。因此市場急需綠色安全且低成本的芒果保鮮劑。利用天然成膜劑淀粉、殼聚糖和膨潤土等涂膜材料[8]，具有綠色、安全等優(yōu)點，如楊華等[9]將殼聚糖/納米TiO2復(fù)合涂膜應(yīng)用于芒果保鮮，涂膜處理可以保持芒果果實硬度、VC及可滴定酸含量，延緩果膠的降解速度，保持細胞膜的功能活性。陳勇[10]將超聲波改性膨潤土涂膜應(yīng)用在芒果采后保鮮，能明顯降低芒果的呼吸強度,延緩呼吸高峰。百里香精油（Thyme essential oil, TEO）是一種淡黃色透明液體，其主要成分是具有抑菌作用的香芹酚和百里香酚，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥界和食品防腐保鮮等領(lǐng)域[11-13]。目前，精油用于芒果采后保鮮，多為將其與天然成膜材料直接復(fù)合[14]，由于精油的易揮發(fā)性，降低了精油的利用率。因此，本研究以淀粉為成膜基質(zhì)，百里香精油微膠囊為添加劑，研究了百里香精油微膠囊涂膜對芒果保鮮品質(zhì)的影響，為復(fù)合保鮮涂膜的應(yīng)用及芒果采后貯藏保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芒果（Mangifera indicaL.Tainnung NO.1） 采自中國廣西百色某果園，選用無機械損傷，大小均勻（60～80 g/果），無明顯缺陷和感染的芒果；玉米淀粉（純度≥98%）、百里香精油、阿拉伯膠、β-環(huán)糊精上海源葉生物科技有限公司；無水乙醇（AR） 天津市富宇精細化工有限公司；PDA培養(yǎng)基 杭州百思生物技術(shù)有限公司；大腸桿菌（Escherichia coli）、枯草桿菌（Bacillus subtilis） 廣西大學(xué)輕工與食品過程學(xué)院微生物實驗室提供；炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioidesPenz）、蒂腐菌（Botryodiplodia theobromaePat） 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供。

BSA224S型分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HH-6J磁力攪拌器 中國高德儀器有限公司；S-3400N型掃描電子顯微鏡 日本日立公司；Necus傅立葉紅外分析儀 美國惠普公司；TG-16W離心機

濟南歐萊博科學(xué)儀器有限公司；UV-1100 紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；GY-2硬度計 浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司；WAY-2S阿貝折光儀 上海儀電科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 百里香精油微膠囊的制備 將1 g的β-環(huán)糊精和0.3 g阿拉伯膠溶于100 mL蒸餾水中，60 ℃水浴下600 r/min持續(xù)攪拌2 h，冷卻到室溫；0.1 g百里香精油溶于經(jīng)40 ℃預(yù)熱的10 mL無水乙醇中，將百里香精油無水乙醇溶液滴入冷卻后的β-環(huán)糊精/阿拉伯膠混合溶液中，在60 ℃水浴中進行攪拌6 h，之后在4 ℃條件下進行沉淀24 h；用0.22 μm微濾膜進行抽濾，用乙醇洗3次，經(jīng)真空冷凍干燥，得固體百里香精油微膠囊[15-16]。

1.2.2 百里香精油微膠囊表征分析 將微膠囊噴金，采用場發(fā)射掃描電鏡觀察涂膜表面和斷面的微觀形貌；將微膠囊進行研磨處理，采用KBr壓片法測定FT-IR光譜，波長范圍為800～4000 cm-1。每個樣掃描16次，分辨率為4 cm-1。

1.2.3 百里香精油微膠囊抑菌實驗

1.2.3.1 百里香精油微膠囊對大腸桿菌與枯草桿菌的抑菌試驗 采用抑菌圈法[17]，將濃度為106～108CFU/L的大腸桿菌菌懸液與濃度為106～108CFU/L的枯草桿菌菌懸液分別涂布于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基表面，用直徑為6 mm的經(jīng)高溫滅菌的打孔器于培養(yǎng)基表面打孔，并將百里香精油微膠囊放置于孔中。37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后，測定抑菌圈直徑。

1.2.3.2 百里香精油微膠囊對炭疽菌和蒂腐菌的抑菌試驗 根據(jù)盧燕霞等[18]方法，將炭疽菌與蒂腐菌在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA）中，28 ℃恒溫培養(yǎng)7 d。將百里香精油微膠囊與液態(tài)20 mL的PDA培養(yǎng)基混合均勻，倒入90 mm×10 mm培養(yǎng)皿；用直徑為6 mm的經(jīng)高溫滅菌的打孔器于無菌條件下制備菌塊。將菌塊放置于PDA培養(yǎng)基中心位置；28 ℃恒溫培養(yǎng)48 h，十字交叉法量取菌塊直徑。

1.2.4 百里香精油微膠囊涂膜的制備及涂膜方法

1.2.4.1 百里香精油微膠囊涂膜的制備 玉米淀粉、甘油與蒸餾水以質(zhì)量比3:1:100進行混合，攪拌均勻，90 ℃進行加熱處理30 min；冷卻至室溫后，加入不同質(zhì)量分數(shù)百里香精油微膠囊（w/w, TEOM/Starch），50 ℃攪拌60 min。

1.2.4.2 涂膜處理 選擇大小、外觀、顏色和形狀相似且沒有明顯的機械損傷或真菌感染跡象的芒果。實驗前，清洗水果，自然風(fēng)干。然后分為三組，每組15個；第一組不做處理，第二組使用質(zhì)量分數(shù)為0%TEOM的百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜進行浸涂，第三組使用質(zhì)量分數(shù)為3% TEOM百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜進行浸涂。芒果在涂膜溶液中進行三次浸涂，每次浸涂30 s，間隔為10 s，并滴下多余的涂膜溶液，晾干；在25±1 ℃，相對濕度為65%條件下進行貯藏，每2 d測定果實的失重率、硬度、可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量。

1.2.5 測定指標及方法

1.2.5.1 失重率 失重率根據(jù)Chi等[19]的方法，以百分比表示。

式中：M0是第一天的芒果質(zhì)量，g；M1每個測定日的芒果的質(zhì)量，g。

1.2.5.2 硬度 根據(jù)李輝[20]的方法，采用硬度測試儀測試，該測試儀配有直徑為（3.5±0.02） mm的圓柱形探頭，起始力為0.2 N，測試速度為70 mm/min，回程速度為70 mm/min，測試距離為8 mm；去除果皮，取芒果三個點測定，取平均值，單位為N。

1.2.5.3 可滴定酸 將10 g芒果樣品與30 mL蒸餾水進行研磨，再放置于80 ℃水浴中加熱30 min，然后冷卻，過濾。使用滴定法測定可滴定酸（TA）[21]。

式中：V：消耗 NaOH 量，mL；C：NaOH的濃度，mol/L；K：蘋果酸換算系數(shù)，0.067；P：稀釋倍數(shù)；M：芒果重量，mg。

1.2.5.4 可溶性固形物 芒果去皮，取芒果（10 g）進行研磨，過濾，取濾液，用折光儀測定[22]。

1.2.5.5 維生素C測定 將10 g芒果樣品在冰水浴中用50 mL 2%草酸研磨并過濾；用2，6-二氯苯酚法測定維生素C含量。結(jié)果表示為維生素C mg/kg提取物[21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復(fù)測定3次，結(jié)果表示為平均值±標準差（x±s, n=3）；使用SPSS Statistics 19.0軟件進行顯著性分析，P＜0.05時差異顯著，采用Origin 2018軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 百里香精油微膠囊結(jié)構(gòu)表征分析

2.1.1 百里香精油微膠囊微觀形態(tài)β-環(huán)糊精相對疏水的空腔可容納各種客體分子，從而會形成形態(tài)各異的包合物；其中，以β-環(huán)糊精為壁材、精油為芯材通過共沉淀法制備得到的微膠囊會具有獨特的單斜晶結(jié)構(gòu)[22]；如圖1所示，大多數(shù)微膠囊呈現(xiàn)出單斜晶結(jié)構(gòu)、表面相對光滑、完整，平均尺寸在10～20 μm之間；但有少數(shù)微膠囊呈現(xiàn)出破裂，這可能是由于精油進入β-環(huán)糊精的空腔中時，會降低β-環(huán)糊精的致密性，以及攪拌、加熱等條件對β-環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)也造成一定的破壞。

圖1 百里香精油微膠囊微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Microstructure of the thyme essential oil microcapsules

2.1.2 百里香精油微膠囊的FT-IR分析 如圖2所示，β-環(huán)糊精的紅外光譜中，3345 cm-1處的吸收峰為O-H的伸縮振動吸收峰；2922 cm-1為C-H的伸縮振動吸收峰；1645 cm-1為O-H的彎曲振動；1154 和1026 cm-1為C-O-C的伸縮振動[22]；與β-環(huán)糊精紅外圖譜比較，并未發(fā)現(xiàn)新的吸收峰，而1645 cm-1的O-H的彎曲振動移動到1635 cm-1，可能是由于氫鍵的形成使得電子云密度平均化，從而使振動頻率降低，吸收峰向低波數(shù)移動[23]。同時精油的特征峰未出現(xiàn)在微膠囊的紅外圖譜中，表明精油已經(jīng)嵌入到環(huán)糊精疏水腔內(nèi)。

圖2 百里香精油微膠囊、β-環(huán)糊精及百里香精油的FT-IR譜圖Fig.2 FT-IR spectra of thyme essential oil microcapsules,β-cyclodextrin and thyme essential oil

2.2 百里香精油微膠囊的抗菌性分析

如圖3所示，抑菌效果隨著微膠囊的濃度增加呈增加趨勢。圖3（a）中，微膠囊對枯草桿菌的抑菌效果顯著高于微膠囊對大腸桿菌的抑菌效果（P＜0.05）；圖3（b）中，炭疽菌和蒂腐菌的菌塊直徑數(shù)值代表了抑菌效果[18]，菌塊直徑數(shù)值與抗菌作用負相關(guān)。從圖3（b）可以得到微膠囊對炭疽菌和蒂腐菌具有抑菌的作用，且其對炭疽菌的抑菌效果顯著高于蒂腐菌（P＜0.05）。對于百里香精油微膠囊，因為精油已經(jīng)嵌入到環(huán)糊精疏水腔內(nèi)，從而減慢了精油揮發(fā)的速率，微膠囊呈現(xiàn)出優(yōu)異的抑菌效果。精油的抗菌活性可能是由于精油能夠穿透細胞膜，破壞細胞膜，抑制細胞功能特性，最終導(dǎo)致細胞內(nèi)容物泄露導(dǎo)致細胞死亡[24-25]。

圖3 百里香精油微膠囊抑菌效果Fig.3 Antibacterial activity of thyme essential oil microcapsules

2.3 百里香精油微膠囊涂膜對芒果保鮮效果的影響

2.3.1 百里香精油微膠囊涂膜對芒果失重率的影響

如圖4，隨著貯藏時間的延長，每組芒果的失重率均不斷增加。整個貯藏期間，3%-TEOM/Starch組和0%-TEOM/Starch組芒果失重率呈現(xiàn)相似的趨勢，顯著低于未處理組（P＜0.05）。在第10 d時，3%-TEOM/Starch組果實失重率為2.2%，未處理組則為6.5%。涂膜處理在整個貯藏過程中起著重要的水屏障作用，從而使果實表面的水分流失減少，加入的精油微膠囊又有效地改善了水分的損失。

圖4 百里香精油微膠囊涂膜對貯藏芒果失重率的影響Fig.4 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on weight loss rates in mango fruits during storage

圖5 百里香精油微膠囊涂膜對貯藏芒果硬度的影響Fig.5 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on firmness in mango fruits during storage

2.3.2 百里香精油微膠囊涂膜對芒果硬度的影響如圖5所示，果實硬度在貯藏過程中不斷下降。整個貯藏期間，3%-TEOM/Starch組果實硬度均顯著（P＜0.05）高于0%-TEOM/Starch組與未處理組，更有效地延緩了果實硬度的降低。芒果貯藏4 d后，0%-TEOM/Starch組與未處理組果實硬度差異不顯著（P＞0.05）。芒果貯藏10 d后，3%-TEOM/Starch組、0%-TEOM/Starch組和未處理組果實的硬度分別為11.8、8.2和7.2 N，3%-TEOM/Starch組果實的硬度顯著高于其他各組（P＜0.05）。芒果的硬度與果膠和細胞物質(zhì)的降解有關(guān)，隨著果實的成熟，果膠和細胞物質(zhì)在整個貯藏期間被水解酶降解。另外，芒果中的水分流失會影響果實的柔軟度[26-27]。由于精油在一定程度上抑制了微生物的生長，降低了微生物分解芒果內(nèi)有機物的速率，因此起到了維持果實硬度的作用。

2.3.3 百里香精油微膠囊涂膜對芒果可滴定酸的影響 可滴定酸是芒果成熟的一個重要參數(shù)，它也決定了果實在成熟過程中的風(fēng)味和貯藏質(zhì)量。如圖6所示，研究了三組在整個貯藏期間對芒果可滴定酸含量的影響。在整個貯藏期間，隨著貯藏時間的延長，三組果實TA含量均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。貯藏前果實TA含量為0.72%，在貯藏第10 d時，3%-TEOM/Starch組果實TA含量顯著高于0%-TEOM/Starch組和未處理組（P＜0.05）。此外0%-TEOM/Starch組TA含量降為0.045%，而未處理組降為0.042%，兩組差異不顯著（P＞0.05）。結(jié)果表明，百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜對芒果的成熟有延緩作用。這可能是由于微膠囊的加入改變了涂膜的結(jié)構(gòu)，如涂膜在水蒸氣透過率等性能方面的優(yōu)勢。此外，水果的代謝速率和呼吸過程中有機酸的使用也對TA含量的變化有影響。

圖6 百里香精油微膠囊涂膜對貯藏芒果可滴定酸的影響Fig.6 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on titratable acidity in mango fruits during storage

2.3.4 百里香精油微膠囊涂膜對芒果可溶性固形物含量的影響 呼吸速率和代謝活動是影響果實可溶性固形物含量變化的關(guān)鍵因素；同時可溶性固形物的含量代表了果實成熟程度[28]。如圖7所示，在貯藏的前6 d，所有樣品的SSC均隨著代謝的進展而逐漸升高，特別是未處理組，后期隨著糖的消耗，SSC略有下降。對于貯藏前期，果實SSC的增加可能是由于不溶性多糖被水解成單糖；貯藏后期的下降，是由于呼吸過程中碳水化合物的再吸收和糖苷分解為亞單位所致。由于含有微膠囊的涂膜對芒果的成熟有延緩作用，對于百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜組芒果SSC的變化趨勢在整個貯藏期間最為穩(wěn)定。

圖7 百里香精油微膠囊涂膜對貯藏芒果可溶性固形物含量的影響Fig.7 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on soluble solids content in mango fruits during storage

2.3.5 百里香精油微膠囊涂膜對芒果維生素C的影響 維生素C是芒果中重要的營養(yǎng)和抗氧化活性物質(zhì)。從圖8可以看出，貯藏期間各組抗壞血酸的含量均有所下降。在整個貯藏期間，3%-TEOM/Starch組果實維生素C含量均高于其他組；在第6 d后，3%-TEOM/Starch組果實維生素C含量顯著高于0%-TEOM/Starch組和未處理組（P＜0.05）。貯藏第8 d時，0%-TEOM/Starch組和未處理組差異不顯著（P＞0.05）。貯藏第10 d，3%-TEOM/Starch組、3%-TEOM/Starch組和未處理組果實維生素C含量分別為41、53和73 mg/kg。這與以往研究果實保鮮材料中的精油與果實維生素C含量之間的關(guān)系是一致的，百里香精油中的酚類抗氧化劑化合物可以提高果實的抗氧化活性，果實可以保持較高的維生素C含量[29]。

圖8 百里香精油微膠囊涂膜對貯藏芒果維生素C的影響Fig.8 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on ascorbic acid in mango fruits during storage

3 結(jié)論

百里香精油微膠囊對大腸桿菌、枯草桿菌與芒果炭疽菌、芒果蒂腐菌具有抑菌效果；微膠囊濃度為0.6和16 mg/mL時呈現(xiàn)出最優(yōu)抑菌效果。芒果經(jīng)過百里香精油微膠囊復(fù)合涂膜處理后，可以較好地延緩果實重量、可溶性固形物含量的降低以及保持芒果果實硬度、維生素C及可滴定酸含量。相比于未處理組和0%-TEOM/Starch組，3%-TEOM/Starch組呈現(xiàn)出最優(yōu)保鮮效果。說明精油微膠囊復(fù)合涂膜對芒果在常溫貯藏條件下起到了較好的保鮮作用。