1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實貯藏品質的影響

周嘉佳，吳艷明，張文樂，李學文，包曉瑋，王 英,

（1.新疆農業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農業(yè)大學化學工程學院，新疆烏魯木齊 830052）

杏（Prunus armeniacaL.）是一種典型的呼吸躍變型水果，采收后能很快達到呼吸高峰，并迅速軟化，從而限制了杏果實的采后貯藏期[1?2]。如今，使用乙烯抑制劑來延緩果實的成熟是現(xiàn)在的普遍做法，1-甲基環(huán)丙烯（1-Methylcyclopropene，1-MCP）作為一種乙烯受體的抑制劑，具有延緩果實成熟和采后軟化、減少冷害、提高抗病性等多種功能[3?5]。研究發(fā)現(xiàn)，用1.0 μL·L?11-MCP熏蒸處理杏果實并冷藏可抑制杏果實的呼吸速率，延緩呼吸強度峰值的到來，延緩杏果實的軟化過程并保持杏果實可接受的硬度，有效延長杏果實的采后貯藏期[6?7]。

目前，1-MCP主要是通過熏蒸的方式來處理果蔬，而將1-MCP與包裝材料相結合的簡便易行的活性包裝方法也正在研究中，含1-MCP的水果保鮮活性包裝的開發(fā)也獲得了越來越多的關注[8]。1-MCP粉末可以嵌入包裝材料中，從而提高1-MCP對氧氣、溫度和水分的穩(wěn)定性[9]。Vicente等[10]開發(fā)了一種含有1-MCP的大豆蛋白可降解生物膜，發(fā)現(xiàn)這種生物膜延遲了番茄的軟化和果膠的增溶作用，減少了腐爛率和番茄紅素的積累，這使得其可以作為一種合適的番茄采后包裝方法。Ariyanto等[8]使用紫膠作為涂料生產(chǎn)了一種1-MCP涂層紙，研究發(fā)現(xiàn)，在4 ℃時，將蘋果存儲在放入1-MCP涂層紙后的帶孔膨脹聚苯乙烯（EPS）盒中會抑制乙烯的產(chǎn)生并延長蘋果的保質期。

將1-MCP做成緩釋包裝材料，并通過果蔬自身呼吸作用產(chǎn)生的濕度使1-MCP從包裝材料中緩慢釋放出來的方法，是一種經(jīng)濟又方便的做法?？煽鼐忈尠b紙中1-MCP的動態(tài)釋放主要受濕度的影響，濕度通過吸濕機制影響1-MCP的釋放速率常數(shù)[8,10]。但是，關于包裝紙中1-MCP釋放規(guī)律、釋放速率的研究及其對果蔬等農產(chǎn)品質量影響的研究非常有限[11]。因此，通過簡易的方法制造一種能結合各種水果在貯藏期間不同要求來調控緩釋速率的1-MCP可控緩釋包裝紙，能有望改善水果的常規(guī)包裝方式，并在水果貯藏的經(jīng)濟和時間方面做出貢獻。

本項工作將1-MCP粉末和不同比例的聚丙烯酸（Polyacrylic acid，PAA）、乙基纖維素（Ethyl cellulose ether，EC）混合勻漿后涂布制成1-MCP涂布紙，通過觀察1-MCP在紙基上的持續(xù)釋放行為和釋放過程來選取一種合適比例制成1-MCP可控緩釋包裝紙應用于賽買提杏果實的冷藏，并分析1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實在低溫貯藏期間品質的影響。探討1-MCP可控緩釋包裝紙應用于杏果實采后貯運的可行性，同時為1-MCP可控緩釋包裝紙應用于其他呼吸躍變型果實提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

賽買提杏 于6月20日在新疆伊寧市當?shù)氐墓麍@采摘，采摘時挑選沒有受到損傷且大小形狀相似的杏果實，以確保杏果實的形狀，顏色和大小的一致性，杏果實在采摘后于24 h內運輸至實驗室，并在冷藏室（5 ℃，95% RH）中預冷24 h后開始進行后續(xù)處理；1-MCP 為有效成分0.14%的1-MCP/α-環(huán)糊精復合物，美國AgroFresh公司；乙基纖維素 化學純，國藥集團化學試劑有限公司；無水乙醇、異丙醇 分析純，天津市鑫鉑特化工有限公司；過硫酸銨、丙烯酸 分析純，天津市福晨化學試劑廠；氫氧化鈉 分析純，天津市致遠化學試劑有限公司。

FEI Quanta 250掃描電子顯微鏡 美國俄勒岡州希爾斯伯勒FEI公司；SP-3240A氣相色譜儀 北京北分瑞利分析儀器（集團）有限公司；ASU-2超聲波清潔機 日本ASONE株式會社；KFC-20型全自動微量水分測定儀 山東淄博艾吉電氣有限公司；三恩馳SC-10色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司；GY-4硬度計 中國樂清市艾德堡儀器有限公司；折光儀 日本愛宕光學工廠有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 1-MCP可控緩釋包裝紙的制作 前期實驗表明，直接使用乙基纖維素成膜時，1-MCP乙基纖維素膜干燥時間較長，會導致有效成分1-MCP損失較大，而直接使用聚丙烯酸制成的緩釋膜極脆易碎，導致緩釋膜不易保存，所以考慮將其涂布在紙上制成1-MCP可控緩釋包裝紙。

分別將0.5 g的1-MCP/α-環(huán)糊精復合物添加到1.6 g不同比例的乙基纖維素和聚丙烯酸中（20%、40%、60%、80%，以PAA含量計算），溶于40 mL的99%乙醇（V/V），然后使用超聲波清潔機溶解并分散以制成1-MCP漿液。

使用常規(guī)輥將1-MCP漿液均勻涂布到200 cm2含90%以上纖維素的牛皮紙上，使每張2 cm×5 cm牛皮紙中包含0.025 g 1-MCP粉末。然后將1-MCP涂布紙放入干燥箱中，在50 ℃下干燥75 min以蒸發(fā)掉溶劑，從而制得1-MCP可控緩釋包裝紙。真空包裝1-MCP可控緩釋包裝紙，并將其存放在干燥器中直至使用。

1.2.2 1-MCP可控緩釋包裝紙形態(tài)的觀察 通過掃描電子顯微鏡分別觀察剛干燥完成時（0 h）和在相對濕度為95%的密閉空間內放置24 h后的1-MCP可控緩釋包裝紙中1-MCP粉末形態(tài)。噴涂金后，將1-MCP可控緩釋包裝紙的樣品放置在樣品架上，調節(jié)樣品高度（樣品不應高于樣品架的上邊緣），然后將其固定，抽真空后開始拍攝。通過掃描電鏡圖進行對比，觀察1-MCP粉末前后的形態(tài)變化。

1.2.3 1-MCP在紙基上的釋放行為 1-MCP響應濕度變化的釋放實驗方法參考Ariyanto等[8]和Rodríguez-Pérez等[12]的方法并進行改進。處理組：分別將包含約0.025 g 1-MCP粉末不同PAA含量（20%、40%、60%、80%）的1-MCP可控緩釋包裝紙（2 cm×5 cm）放在密封容器中的樣品架上。對照組：將0.025 g 1-MCP粉末加入到含有10 mL蒸餾水的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿放在密封容器中的樣品架上作為熏蒸處理。密閉容器底部放置飽和硝酸鉀溶液使密閉容器空間中產(chǎn)生所需的95% RH，并使用KFC-20型全自動微量水分測定儀測量相對濕度。將所有密閉容器置于2 ℃的溫度下存儲。

1-MCP使用頂空氣相色譜檢測法檢測：每隔6 h用氣密注射器通過密閉容器頂部的橡膠隔墊將容器中部的氣體抽出，然后將其快速注入到配備有火焰電離檢測器（FID）和KB-TVOC毛細管柱（100%二甲基聚硅氧烷（PDMS），30 m×320 μm，1 μm）的氣相色譜儀中，測定1-MCP含量。進樣器、檢測器及柱溫分別為130、150和100 ℃，載氣流速為25 mL/min，氫氣流速為20 mL/min，空氣流速為300 mL/min，進樣量為0.2 mL。

1-MCP從紙基上釋放的釋放動力學行為可通過數(shù)學模型Avrami方程進行模擬[8,13?14]：

式中：Mt和M∞是在時間t（s）和無限時間處轉移的物質的總量，g；R是釋放率，%；為了縮短實驗時間，將蒸餾水中釋放的1-MCP粉末的量用作實驗中轉移的物質總量。k是1-MCP釋放速率常數(shù)[s?1]；t是釋放時間[s]；n是釋放機制的參數(shù)[?]。k越大，1-MCP的釋放過程越快[15?16]。

1.2.4 1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚硇庸麑?將杏果實隨機分組并放入密封袋中，每袋杏果實重1 kg?；谇叭藢?-MCP處理杏果實的研究[6,17]，在裝有杏果實的密封袋中放入1-MCP可控緩釋包裝紙（2 cm×5 cm，1.0 μL·L?1l-MCP）作為處理組；對照組則在含有杏果實的密封袋中放入同樣規(guī)格的牛皮紙。將各組在2 ℃和95%的相對濕度的環(huán)境中密封放置4 d后，在密封袋兩側各打一個直徑為1 mm的小孔并繼續(xù)貯藏過程。

貯藏期間每7 d取樣一次，分析1-MCP可控緩釋包裝紙對儲存期間杏果實理化性質的影響。

1.2.5 杏果實呼吸速率和理化指標的測定

1.2.5.1 杏果實呼吸速率的測定 根據(jù)程曦等[18]的研究，使用“靜置”方法，根據(jù)CO2吸收的基礎，將杏果實在貯藏期間的呼吸速率變化確定為CO2mg·kg?1·h?1。

1.2.5.2 杏果實理化指標的測定 果實硬度的測定：參照張夢媛等[19]的方法，沿每個果實赤道線取3個隔著相同距離的點，用裝有標準硬度計探針（SS，直徑5 mm）的硬度計測量每個杏果實3個點的硬度，取平均值。

可溶性固形物含量的測定：參考張鵬等[20]的方法并做修改，將杏果實打漿后取勻漿用4層紗布過濾，取濾液0.2 mL使用折光儀直接測量可溶性固體SSC，結果表示為°Brix。

可滴定酸含量的測定：參考曹建康等[21]的方法，用0.1 mol/L NaOH滴定分析可滴定酸度（TA）。

每個處理中使用10個水果，重復3遍。

1.2.6 杏果實色澤的測定 用比色計測量杏果實表面的顏色。每組隨機取10個杏果實沿赤道以120°的間隔選擇3個點進行測量，重復3次。水果的顏色由L*（亮度）、a*（a*值表示紅綠色度，a*值為正代表紅色，a*值越大表示顏色越紅）和b*（b*值表示黃藍色度，b*值為正代表黃色，b*值越大表示顏色越黃）評估。

1.2.7 杏果實商品率的測定 杏果實中具有商業(yè)價值的杏果實數(shù)量定義為杏果實的商品率，具有商業(yè)價值的杏果實標準：腐爛率<10%[腐爛率（%）=（腐爛個數(shù)/總個數(shù)）×100]，褐變面積<20%（褐變面積按果皮已經(jīng)褐變的面積占果皮面積的百分比計算），并具有獨特的杏果實味（成立10人的品評小組，評價兩種處理杏果實香氣和味感特征）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均進行三次重復實驗，數(shù)據(jù)表示為平均值和標準差。使用Tukey的HSD（顯著差異）檢驗對數(shù)據(jù)進行分析，采用SPSS ver. 18.0軟件進行統(tǒng)計分析（SPSS Inc., Chicago, Il, USA）。

2 結果與分析

2.1 1-MCP可控緩釋包裝紙的微觀形態(tài)

圖1 顯示了在95% RH濕度下不同時間時1-MCP可控緩釋包裝紙的結構和形態(tài)。圖1(a)顯示了1-MCP粉末的顆粒在開始時仍保持完整的形態(tài)，但是在24 h后，1-MCP粉末在95% RH時變成聚集顆粒圖1(b)。這種聚集塌陷現(xiàn)象表明，水分滲透到1-MCP粉末中并改變其結構。

圖1 涂有1-MCP的紙張在不同時間的形態(tài)Fig.1 Morphology of paper coated with 1-MCP at different time

聚丙烯酸通常用作吸水劑，其通過吸收水分而引起環(huán)糊精表面的破裂，從而引起1-MCP的釋放[22?23]。Ariyanto等[8]的研究也有著類似的發(fā)現(xiàn)，水分子影響1-MCP涂布紙基紫膠溶液的變化結構，水分的吸收改變并破裂了環(huán)糊精的表面，并且1-甲基環(huán)丙烯包合物粉末（1-methylcyclopropene inclusion complex，1-MCP IC）的顆粒在80% RH下變成聚集顆粒。說明PAA作為一種吸水劑，它吸收環(huán)境中的水分會導致α環(huán)糊精表面破裂，從而改變1-MCP可控緩釋包裝紙中封裝的1-MCP粉末的形態(tài)結構，從而觸發(fā)1-MCP的釋放。而不同PAA和EC比例的涂層可以控制水分的吸附和滲透，因此可以利用不同PAA比例控制1-MCP的釋放速率，從而制造出符合需要的1-MCP可控緩釋包裝紙。

2.2 1-MCP可控緩釋包裝紙的釋放特性

圖2 顯示了1-MCP從涂布紙中的釋放特性，在95% RH和2 ℃的冷庫條件下。1-MCP粉末在遇到水后會迅速釋放出來，而涂布紙中1-MCP會隨著時間的推移而逐步釋放出來，最終80%含量及丙烯酸的涂布紙在95% RH下36 h會達到釋放終點（6 h內濃度變化不超過5%），其釋放總量為粉末釋放總量的83%，這可能是由于生產(chǎn)涂布紙時涂布和分散等操作過程中造成的損失以及測試過程中的損耗。

圖2 1-MCP熏蒸和不同PAA含量可控緩釋包裝紙中1-MCP的累計釋放率Fig.2 1-MCP cumulative release rate of 1-MCP fumigation and different PAA content controlled release paper

在RH 95%和2 ℃下1-MCP的釋放參數(shù)機制n約為0.49，通過繪制從Avrami方程中獲得的lg k與PAA含量的關系，圖3擬合了在不同PAA含量條件下1-MCP氣體從緩釋紙中釋放的速率常數(shù)。lgk=0.017x?4.24（RAdj2=0.90）。較高的PAA濃度將增加牛皮紙的1-MCP氣體釋放速率[23?24]。Soottitantawat等[15]獲得了類似的結果，其發(fā)現(xiàn)水分活度對膠囊風味劑的釋放速率有影響，隨著顆粒表面水分含量的增加，風味物質從基質中的釋放速率也隨之增加。1-MCP緩釋紙紙基溶液的釋放行為響應吸水分子聚丙烯酸的逐漸變化，從而可以開發(fā)出可控制的水果緩釋功能包裝。

圖3 不同PAA含量可控緩釋包裝紙中1-MCP的釋放速率常數(shù)Fig.3 Release rate constants of 1-MCP controlled-release packaging paper with different PAA contents

2.3 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實呼吸強度的影響

杏果實是一種呼吸躍變型果實，呼吸強度是反映該果實食用品質和貯藏特性的關鍵指標[25]。如圖4所示，對照組（CK）和1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚斫M的杏果實均出現(xiàn)了呼吸躍變，但是開始時間和呼吸高峰不同。對照組的杏子呼吸高峰出現(xiàn)在第14 d，而1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚斫M的杏子呼吸峰出現(xiàn)在第21 d，該峰比對照組的峰值低31.4%（在第14 d）。說明處理組既可以抑制杏果實呼吸代謝速率，又可以推遲呼吸高峰的到來。王瑞慶等[26]的研究表明，1-MCP熏蒸處理可以延遲賽買提杏果實貯藏期間呼吸速率，推遲呼吸高峰的出現(xiàn)。1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚硪部梢葬尫懦?-MCP，延緩杏果實的衰老。

圖4 1-MCP緩釋紙?zhí)幚韺洳仄陂g杏果實呼吸速率的影響Fig.4 Effect of 1-MCP sustained-release paper treatment on the respiration rate of apricot fruits during cold storage

2.4 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量的影響

硬度是評價果實品質的重要基礎指標，可作為衡量杏果實貯運特性的重要參數(shù)[27]。圖5(a)顯示，在冷藏期間，杏的硬度顯示出逐漸降低的趨勢。對照杏的硬度從存儲開始時的12.86 N降低到第35 d的4.2 N，用1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚淼男庸麑嵉挠捕葹?.2 N，比對照提高了71.43%。結果表明在2 ℃下處理35 d后，1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚砟茱@著抑制水果硬度的降低（P<0.05）。范新光等[6]和吳斌等[28]在1-MCP對杏緊實度的研究中有著相類似的結果，因為1-MCP處理抑制了杏果實的乙烯生成并延遲了軟化過程。

圖5 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實貯藏期間硬度（a）、SSC（b）和可滴定酸（c）含量的影響Fig.5 Effect of 1-MCP controlled-release packaging paper on the hardness（a）, SSC（b） and titratable acid（c） content of apricot fruit during storage

圖5 (b)顯示了在各種處理下的杏果實儲存過程中可溶性固體的變化模式是相似的。SSC在預存儲期間逐漸增加，然后在達到最大值后逐漸減少。1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚淼男庸麑嵲谫A藏時可溶性固形物變化范圍小于對照組，貯藏期末可溶性固形物的含量為12.5%。在第14 d，1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚斫M與對照組的果實之間可溶性固形物含量的差異達到了顯著水平（P<0.05）。貯藏結束時，1-MCP保鮮紙組與對照組的果實可溶性固形物無顯著性差異（P>0.05）。說明1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚砟苡行У匮舆t了SSC的降低。

可滴定酸含量直接影響果實的酸度和口感，其主要來源于果實中的有機酸，一般果實發(fā)育完成后有機酸含量最高，隨著成熟與衰老其含量呈下降趨勢，主要原因是由于有機酸的分解大于合成，作為基質參與呼吸和糖異生作用等[29]。如圖5(c)所示，在整個貯藏期間，杏的TA顯示出總體下降的趨勢。1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚斫M中TA的降低率低于對照組，表明1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚斫M中TA的降低被從紙基中釋放出來的1-MCP有效抑制，這與Serradilla等[30]用1-MCP熏蒸甜櫻桃和Melnyk等[31]熏蒸蘋果的結果類似。

2.5 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實顏色的影響

果皮色澤的變化是反映果實的成熟度及新鮮度，也是消費者在購買時衡量的重要指標。而果蔬在采后貯藏中，往往由于呼吸作用，外觀表皮顏色會出現(xiàn)失綠發(fā)黃、果皮顏色暗淡等現(xiàn)象[7]。L*值反映為杏的果皮光澤度。杏L*值的變化示于圖6(a)。冷藏到第7 d時，對照組杏果實的L*值顯著增加（P<0.05），1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚淼男訜o明顯變化。7 d后，對照杏的L*值明顯下降，而1-MCP處理杏的L*值變化相對較小。在儲存結束時（35 d），經(jīng)1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚砗螅拥腖*顯著高于對照（P<0.05）。這表明1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚砜梢员３中悠さ牧炼取?/p>

a*值可表示果實成熟衰老過程顏色由綠到紅的變化。b*值表示從藍到黃的變化。圖6(b)~6(c)可見，隨著果實貯藏時間的延長，對照杏的a*和b*值顯著增加（P<0.05），表明果實顏色經(jīng)歷了從綠色到紅色的過程。1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚硌舆t了a*和b*值的上升速度（P<0.05），表明其對水果顏色的保存（綠色）具有顯著影響。

圖6 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實表面色度L*值（a）、a*值（b）和b*值（c）的影響Fig.6 Effect of 1-MCP controlled-release packaging paper on the L* value (a), a* value (b) and b* value (c) of the surface color of apricot fruit

2.6 1-MCP可控緩釋包裝紙對杏果實商品率的影響

商品率是儲存和保存的最終含義。圖7顯示，杏果實儲存35 d后，對照組的商品率是45.7%，而1-MCP可控緩釋包裝紙?zhí)幚淼纳唐仿蚀笥?2%。表明1-MCP可控緩釋紙?zhí)幚砜梢杂行У乇３中釉诶洳仄陂g的商業(yè)價值。

圖7 1-MCP涂布紙?zhí)幚韺洳仄陂g杏的商品率的影響Fig.7 Effect of 1-MCP coated paper treatment on rate of apricot during cold storage

3 結論

1-MCP可控緩釋包裝紙在95%RH和2 ℃的冷藏條件下，緩釋紙上1-MCP粉末的結構會逐漸崩潰形成聚集顆粒，同時緩慢釋放1-MCP氣體。通過研究不同PAA含量制作的1-MCP可控緩釋包裝紙中1-MCP的釋放過程發(fā)現(xiàn)，在PAA含量為80%的情況下，1-MCP氣體從紙基中釋放的釋放機制參數(shù)為0.49；其釋放速率隨著PAA含量的升高而增大，其原因可能是由于聚丙烯酸的吸水性能比乙基纖維素更好。研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP可控緩釋包裝紙在杏果實的低溫貯藏過程中有效釋放了1-MCP氣體，并能顯著抑制杏果實的呼吸代謝速率，延緩杏果實硬度以及TSS和TA的降低，有效緩減杏果實果皮顏色（L*、a*、b*）的變化，并保持商品率，提高杏果實的貯藏品質，綜上所述，1-MCP可控緩釋包裝紙可以替代1-MCP熏蒸來提升杏果實的貯藏品質。且可以依據(jù)1-MCP可控緩釋包裝紙中聚丙烯酸含量變化對1-MCP釋放速率的影響，根據(jù)果蔬的具體情況將1-MCP可控緩釋包裝紙的釋放速率進行相應調整，從而有望成為一種更加簡便快捷的方法應用到更多呼吸躍變型果蔬的貯運中。1-MCP處理濃度的選擇基于前人使用1-MCP熏蒸杏時采用的參數(shù)[6,17]，為了獲得最佳和/或最經(jīng)濟的商業(yè)保存效果，應進一步研究1-MCP處理不同果蔬時的時間和濃度。