丁香油殼聚糖及其復合涂膜方式對鮮切甜瓜品質的影響

時 月，李 玥，王宇濱，3，馬 越，3，趙曉燕，4， 張 超

（1.北京市農林科學院 蔬菜研究中心，北京 100097；2.江南大學，江蘇 無錫 214000；3.果蔬農產品保鮮與加工北京市重點實驗室，北京 100097；4.農業(yè)農村部蔬菜產后處理重點實驗室，北京 100097）

0 引言

厚皮甜瓜口感甜脆，氣味令人愉悅，富含維A、維C 及葉酸和β -胡蘿卜素等組分，深受消費者喜愛[1]。但厚皮甜瓜在采摘后不方便直接食用，而鮮切甜瓜將果實去皮去籽，方便食用和攜帶，消費需求迅速增長。但是，鮮切加工技術使果實內部暴露于環(huán)境，微生物暴露風險顯著提高。鮮切甜瓜表面汁液豐富，含糖量高，易發(fā)生微生物引起的變質問題[2]。

殼聚糖涂膜處理可在果實表面形成一層無形薄膜，從而阻隔水分、氧氣、微生物等，減緩由微生物引起的變質進程，具有良好的保鮮效果[3]。在殼聚糖膜內部進一步加入抑菌因子，提升涂膜處理抑菌性能的方法已經(jīng)獲得廣泛應用。丁香油作為一種廣譜抑菌植物精油，已經(jīng)廣泛應用于食品的抑菌處理中。但是，丁香油揮發(fā)性強、疏水性強，難以直接進行涂膜處理[4]。有2 種方式可以間接將丁香油應用于涂膜處理，一是將丁香油包裹于殼聚糖膜內部形成雙層膜，另一種是將丁香油與殼聚糖乳化后形成復合膜，從而發(fā)揮丁香油的抑菌能力。但是，上述涂膜方式對鮮切甜瓜品質的影響還鮮有報道。

因此，以無菌水涂膜作為對照組，比較丁香油、殼聚糖、丁香油-殼聚糖-雙層-涂膜、丁香油-殼聚糖復合膜4 種涂膜方式對鮮切甜瓜的失重率、電導率、硬度、顏色、菌落總數(shù)、pH 值、可溶性固形物和維C 含量的影響，以期延長鮮切甜瓜的貨架期。

1 材料與方法

1.1 材料

厚皮甜瓜，西州蜜17 號，在果蔬超市選擇新鮮果實，采購后放在10 ℃的冷庫備用。

試劑：殼聚糖，浙江金殼藥業(yè)有限公司提供；其他試劑，國藥集團化學試劑有限公司提供。

儀器：TA-XT Plus 型物性測試儀，英國Stable Micro Systems 公司產品；電導率儀、pH 計、電子天平，瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；DF-101S 型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；高壓均質機，意大利GEA Niro Soavi 公司產品；高速分散機T18，德國IKA 公司產品；榮事達紅外爐、BXS-400S 型恒溫恒濕箱，上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司產品；色彩色差計，日本柯尼卡美能達科技有限公司產品；便攜式可溶性固形物測定儀，廣州愛宕科學儀器有限公司產品；Agilent 1200 型高效液相色譜儀，美國安捷倫公司產品。

1.2 涂膜處理及試驗設計

使用蒸餾水清洗甜瓜表面灰塵，再使用150 μL/L次氯酸鈉溶液中鼓泡清洗2 min，蒸餾水漂洗2 次，靜置瀝水。在超凈工作臺下，將甜瓜縱向切成瓜瓣，去除果腔內部物質，再切成2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的小果塊，混合均勻，進行涂膜處理。涂膜處理分為5 組，第1 組：CK（無菌水）；第2 組：丁香油（丁香油乳液）；第3 組：殼聚糖（殼聚糖溶液）；第4 組：雙層膜（丁香油-殼聚糖雙層膜）；第5 組：復合膜（丁香油-殼聚糖復合膜）。其中，殼聚糖溶液是將殼聚糖在60 ℃水溶液中攪拌溶解，冷卻至室溫后定容至1.5%（W/V）的濃度；丁香油乳液是將1%吐溫80 和0.5%（V/V）丁香油加入蒸餾水中，使用高速分散機以轉速10 000 r/min 離心3 min，在40 MPa 高壓均質4 次；丁香油-殼聚糖雙層膜是先使用丁香油乳液涂膜處理，經(jīng)過5 min 瀝水處理，再使用殼聚糖溶液涂膜處理；丁香油-殼聚糖復合膜：在1.5%殼聚糖溶液中加入1% 吐溫80 和0.5%丁香油，使用高速分散機以轉速10 000 r/min 離心3 min，在40 MPa 高壓均質4 次。涂膜方法是將鮮切甜瓜塊浸泡到相應溶液中30 s 后，取出瀝水，置于托盤中，常溫下貯藏24 h，測定相關指標。

1.3 失重率的測定

貯藏前甜瓜塊與托盤總質量記為m0（g），貯藏后的質量記為m1（g），托盤質量為m2（g），根據(jù)公式（1）計算失重率。分別測定4，8，12，16，24 h后的果實質量。

1.4 硬度的測定

采用TA.XTPlus 物性測試儀測定果肉硬度，使用5 mm 柱形探頭，設置測前速度1 mm/s，測后速度10 mm/s，測試深度5 mm，每組測定5 次平行，硬度單位為牛頓（N）。

1.5 顏色的測定

使用色彩色差計測定L，a，b 值，L 值為明亮度，a 值代表顏色從綠色到紅色的變化，b 值代表顏色從藍色到黃色的變化，每組測定5 次平行。

1.6 微生物總菌落數(shù)的測定

根據(jù)GB 4789.2—2016 測定貯藏過程中的菌落總數(shù)，并略作修改。將樣品榨汁，配制10%（W/W）的生理鹽水溶液，按照1×10-1到1×10-8進行梯度稀釋，倒平板，于37 ℃下培養(yǎng)48 h，選擇合適梯度的平板（菌落數(shù)為30～300 個）進行計數(shù)，并按照公式（2）計算菌落總數(shù)。

式中：N——樣品中菌落數(shù)；

∑C——平板（含適宜范圍菌落數(shù)的平板）菌落數(shù)之和；

n1——第一稀釋度（低稀釋倍數(shù)）平板個數(shù)；

n2——第二稀釋度（高稀釋倍數(shù)）平板個數(shù)；

d——稀釋因子（第一稀釋度）。

1.7 pH 值和可溶性固形物含量的測定

隨機選擇果塊200 g，用榨汁機打漿，獲得果漿，取果漿20 g 與20 mL 去離子蒸餾水混合均勻，2 min后用pH 計測定混合液的pH 值。將果漿少許滴在糖度計棱鏡并迅速合上蓋板，使汁液分布于棱鏡表面，朝向光源明亮處，視野內出現(xiàn)明暗分界線的讀數(shù)作為樣品的可溶性固形物含量。

1.8 相對電導率的測定

稱取2 g 甜瓜切成3 mm 厚的薄片放入燒杯中，加入蒸餾水40 mL，在20～25 ℃恒溫下放置0.5 h 后用電導儀測定組織液電導值（R1）。之后放入100 ℃沸水浴中加熱15 min，以殺死植物組織，取出后放入自來水中冷卻，在20～25 ℃恒溫下測其煮沸電導率（R2），按公式（3）計算相對電導率（R）。

1.9 維C 含量的測定

隨機選擇果塊200 g，用榨汁機打漿，獲得果漿，稱取1 g 甜瓜打漿樣品，加入約0.1%的磷酸水溶液85 mL 超聲提取10 min，轉移至容量瓶定容至100 mL，以轉速6 000 r/min 離心5 min，取上清液過0.45 μm 濾膜，利用液相進行定量分析。

色譜條件：Diamosil C18型色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），流動相：甲醇∶0.05% H3PO4溶液=5∶95，檢測波長245 nm，柱溫30 ℃，流速1.0 mL/min，進樣體積10 μL。

繪制維C 標準曲線為Y=4.938X+1.286，Y 為維C峰面積，A；X 為維C 的質量濃度，μg/mL；相關系數(shù)為R2=0.999 4。

1.10 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行處理，SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，組間均值比較使用單因素方差分析，用Origin 9.0 進行繪圖。除硬度和色度外，其余指標測定每個樣品均重復測定3 次，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 涂膜方式對鮮切甜瓜菌落總數(shù)的影響

涂膜方式對甜瓜菌落總數(shù)的影響見圖1。

圖1 涂膜方式對甜瓜菌落總數(shù)的影響

菌落總數(shù)表征產品受到微生物污染的程度。由圖1 可知，丁香油組、雙層膜組和復合膜組的菌落總數(shù)均顯著性低于CK 組，而殼聚糖組菌落總數(shù)與CK 組未見顯著性差異；復合膜組的菌落總數(shù)最低，顯著性低于其他各處理組。原因在于丁香油作為一種廣譜抑菌劑，具有中等的抑菌能力[5]；另一方面，殼聚糖的交聯(lián)作用將丁香油乳化和固定在復合膜中，降低丁香油的揮發(fā)速率，延長丁香油抑菌的時效性。在殼聚糖-丁香油復合膜對鮮切蘋果的研究中也發(fā)現(xiàn)，復合膜具有更優(yōu)的抗菌性能[6]。與復合膜不同，丁香油組中的丁香油缺少殼聚糖乳化和包埋作用，揮發(fā)速率較快，在貯藏后期已經(jīng)不再具有抑菌能力，而雙層膜的丁香油主要被殼聚糖膜包裹，難以揮發(fā)出來，所以抑菌能力低于復合膜處理組。

2.2 涂膜方式對鮮切甜瓜失重率和相對電導率的影響

涂膜方式對鮮切甜瓜失重率（a）和相對電導率（b）的影響見圖2。

圖2 涂膜方式對鮮切甜瓜失重率（a）和相對電導率（b）的影響

由圖2 可知，在貯藏24 h 時，CK 組的失重率最高，為14.91%，各處理組失重率均顯著性低于CK組，其中殼聚糖組、丁香油組、雙層膜和復合膜組分別比CK 組的失重率降低了16.2%，10.6%，18.1%和18.8%。涂膜處理降低鮮切甜瓜的蒸騰作用，降低了鮮切甜瓜的水分散失。由于殼聚糖具有較強的成膜特性[6]，因而復合膜涂膜處理的鮮切甜瓜失重率較低。

相對電導率表征細胞膜的通透性，當細胞膜結構被破壞，細胞膜通透性增大，使細胞內電解質外滲，引起細胞浸提液電導率提高，從而相對電導率提高[7]。因而，細胞膜通透性的改變，也與樣品失重率密切相關，相對電導率提高，則會引起失重率提高。殼聚糖、雙層膜和復合膜組的相對電導率均顯著性低于CK 組，復合涂膜具有最低的相對電導率，而丁香油組的相對電導率與CK 組未見顯著性差異。該結果與失重率的結果一致，進一步說明了CK 和丁香油組失重率較高的原因在于缺少殼聚糖組分成膜保護。

因此，丁香油-殼聚糖復合膜涂膜處理顯著性降低鮮切甜瓜失重率和相對電導率，減輕貯藏期間細胞膜損傷，延緩果實老化。

2.3 涂膜方式對鮮切甜瓜硬度的影響

涂膜方式對鮮切甜瓜硬度的影響見圖3。

圖3 涂膜方式對鮮切甜瓜硬度的影響

硬度是影響鮮切甜瓜感官品質的重要因素，隨著貯藏時間延長，甜瓜的成熟會引起原果膠被果實內部果膠酶酶解為可溶性果膠和果膠酸，導致細胞壁破壞，果肉細胞分離，發(fā)生自溶軟化[8-9]。由圖3可知，鮮切甜瓜的初始硬度為（26.50±1.55）N，貯藏后果實的硬度均出現(xiàn)顯著性下降，其中CK 組硬度下降速率最快。丁香油組果肉硬度與CK 組的硬度相似，而殼聚糖組、雙層膜和復合膜組的硬度顯著性高于CK 組。與該研究結果一致，殼聚糖涂膜延緩鮮切甜瓜貯藏期間果實硬度下降[10]，主要是因為殼聚糖膜減少氣體、水分和微生物的交換[11]，可以降低甜瓜的呼吸作用和水分蒸騰作用，維持保護細胞壁結構，從而延緩果實軟化。

2.4 涂膜方式對鮮切甜瓜顏色的影響

涂膜方式對鮮切甜瓜ΔE 的影響見圖4。

圖4 涂膜方式對鮮切甜瓜ΔE 的影響

鮮切甜瓜的顏色與色差（ΔE）表征產品外觀和顏色變化的程度，由圖4 可知，CK、殼聚糖、丁香油、雙層膜和復合膜的ΔE 分別為2.31，3.26，6.96，3.19，3.84。丁香油組的ΔE 最高，顏色差異顯著性高于其他處理組，而殼聚糖、雙層膜和復合膜組的ΔE 相似。該現(xiàn)象產生的原因可能在于丁香油的成膜性和穩(wěn)定性較差，露置于空氣中，存在自身氧化的可能性，顏色會變深，呈棕黃色[12]，從而引起了最顯著的顏色改變。而殼聚糖成膜性強，將丁香油包埋在殼聚糖分子交聯(lián)結構內部[13]，且復合薄膜的表面結構均勻，沒有單獨的基體或混合界面，使丁香油得到了保護[6]。雙層膜和復合膜組與殼聚糖組相似，ΔE 數(shù)值較低。因此，殼聚糖涂膜處理能更好地維持香蕉表面原有的顏色[14]。

2.5 涂膜方式對鮮切甜瓜可溶性固形物含量和pH 值的影響

涂膜方式對鮮切甜瓜可溶性固形物含量（a）和pH 值（b）的影響見圖5。

圖5 涂膜方式對鮮切甜瓜可溶性固形物含量（a）和pH 值（b）的影響

圖5（a）顯示涂膜方式對鮮切甜瓜可溶性固形物含量和pH 值的影響。殼聚糖和復合膜組的可溶性固形物含量顯著性高于CK 組，分別比CK 組提高了3.94%和10.4%，而丁香油和復合膜組的可溶性固形物含量與CK 組相似。該現(xiàn)象主要由以下2 個方面原因，一方面殼聚糖和復合膜具有較強成膜性，降低了鮮切甜瓜的呼吸速率，減少糖分消耗[15-16]；另一方面是殼聚糖涂膜減少了胞內汁液外流，從而減少可溶性固形物含量降低。由圖5（b）可知，各處理組的pH 值未見顯著性差異。因此，復合膜涂膜處理組有效維持樣品的可溶性固形物，對pH 值無顯著性影響，具有較好的保鮮作用。

2.6 涂膜方式對鮮切甜瓜維C 含量的影響

涂膜方式對鮮切甜瓜維C 含量的影響見圖6。

維C 是甜瓜中重要的營養(yǎng)組分，其含量與貯藏期間的果實成熟度及貯藏條件密切相關。由圖6 可知，殼聚糖、雙層膜和復合膜組的維C含量均顯著性高于CK 組，而丁香油組的維C含量與CK 組相似。該現(xiàn)象主要由于維C 作為果實抗逆反應的代謝產物之一，會與外界的氧氣和自由基發(fā)生反應，殼聚糖、雙層膜和復合膜組形成完整的保護膜結構，減少果實與外界氧氣的接觸，從而維C 發(fā)生化學反應的幾率降低[17-18]。相關研究表明，丁香油不但有抑菌作用，也有較強的抗氧化性[19-20]，但丁香油易于揮發(fā)，單獨使用效果不明顯，也不能形成完整的保護膜結構，無法降低維C 與氧氣的接觸幾率[21-24]。因而，殼聚糖、雙層膜和復合膜處理均可抑制維C 含量降低，保持甜瓜的營養(yǎng)組分。

3 結論

研究評價涂膜方式對鮮切甜瓜品質的影響，通過比較產品的8 種品質特性，結果發(fā)現(xiàn)丁香油涂膜處理抑菌性能較強，殼聚糖涂膜處理抑菌性能較弱，而丁香油-殼聚糖復合膜通過兩種基質相互作用，展示較強的抑菌性能和保鮮性能。與對照組相比，丁香油-殼聚糖復膜涂膜處理組抑菌效果最佳，失重率降低18.8%，可溶性固形物含量提高10.4%，并且有效維持果肉中維C 含量，延緩果實軟化和顏色改變，有效維持了鮮切甜瓜的品質。因此，丁香油-殼聚糖復合膜涂膜處理可以應用于鮮切甜瓜的品質維持中。