壳聚糖涂膜对南湖菱果实贮藏生理及品质的影响

詹丽娟，庞凌云，胡金强*

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002；2.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450002)

壳聚糖涂膜对南湖菱果实贮藏生理及品质的影响

詹丽娟1，庞凌云1，胡金强2,*

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002；2.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450002)

以新鲜南湖菱果实为试材，研究壳聚糖涂膜对南湖菱果实贮藏期间品质和生理的影响。用1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖溶液对果实涂膜后，4℃±1℃、相对湿度(90±2)%条件下贮藏15d，测定果实贮藏期间质量损失率、VC、总酚、可溶性总糖、蔗糖、还原糖和可溶性固形物含量变化与多酚氧化酶(PPO)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)比活力以及丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明：1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜显著减少果实表面失水，减缓VC、总酚、可溶性总糖、蔗糖、还原糖和可溶性固形物含量下降，维持果实营养品质；同时抑制褐变酶PPO比活力，减缓抗氧化酶APX和SOD比活力上升，减少膜脂过氧化产物MDA积累。因此，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜能够有效地保存果实营养物质，延缓果实衰老，可以作为安全廉价的保鲜方法应用于南湖菱果实贮藏保鲜。

南湖菱；壳聚糖；涂膜；品质；生理

近年来，国内外对新鲜果蔬主要通过低温冷藏、气调包装、化学试剂处理等方式进行保鲜，最近一些新的冷杀菌技术如射线辐射、紫外线照射、臭氧水浸泡、超高压处理等方法也在果蔬保鲜中得到应用，并都取得了满意的保鲜效果[1]，但这些保鲜技术往往存在投资大、能耗高、操作难度大、有化学残留、对环境造成一定的污染或对操作人员有一定的伤害作用等不足之处，不能满足现代消费者对廉价、安全、环保型食品的需求。因此，安全环保的可食性天然物质涂膜技术成为当前果蔬保鲜研究的热点，其中壳聚糖以其无毒、无污染、来源丰富、成膜性好、具有抗菌防腐作用及生物降解等优点在多种果蔬保鲜中得以应用，并取得良好的保鲜效果[2]。

南湖菱(Trapa acornisNakano)是我国特产水生蔬菜，因产浙江省嘉兴市南湖而得名，现分布于嘉兴市郊区及其附近水域，是国家地理标志保护产品[3]。其果肉甘甜多汁，清凉解渴，含有多种氨基酸、维生素和矿物质[4-5]，生熟皆可食用，而且菱还含有抗癌活性物质[6]，因此南湖菱是一种很好的药食同源蔬菜，深受广大消费者喜爱。然而南湖菱果实采后易发生褐变、腐烂，其主要原因是南湖菱果实中多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)导致的酶促褐变[7]。据本实验组调查，南湖菱果实采后不做任何处理，在室温(25℃)贮藏2～3d、低温(4℃)贮藏3～5d后，果皮就发生褐变、腐烂，且有不愉快气味产生，从而导致其颜色、风味和质量下降，直接影响其营养品质和商品价值。目前，关于南湖菱果实采后贮藏保鲜研究国内外至今尚未见报道，为此本实验研究在低温(4℃)冷藏条件下，不同质量浓度壳聚糖溶液涂膜对南湖菱果实保鲜效果的影响，以期延长南湖菱果实保鲜期，同时也为壳聚糖在南湖菱果实保鲜中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南湖菱商品成熟度果实 浙江省嘉兴市马厍镇丁家浜村南湖菱种植区；壳聚糖(分子质量50～190kD，脱乙酰度≥75%) Sigma生工生物工程(上海)有限公司；其他试剂均为市售分析纯。

1.2 仪器与设备

UV2401PC可见-紫外分光光度计 日本岛津公司；数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；台式高速冷冻离心机 力康发展有限公司。

1.3 方法

1.3.1 壳聚糖涂膜

壳聚糖溶液配制：分别按质量浓度称取0.0(对照)、1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖，溶于相应体积pH5.6的冰醋酸水溶液(含0.1mL/100mL吐温-80)中，并加热连续搅动，使壳聚糖充分溶解。

果实预处理：南湖菱果实人工采收后立即带回实验室，挑选大小、形状、颜色和成熟度一致、无病虫害、无伤害的正常果实，用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗2～3遍，吸干水后，去掉果柄，浸入0.2mL/100mL NaClO溶液中表面灭菌30s后，取出晾干。

涂膜：将晾干后的果实分别浸入上述准备好的0.0(对照)、1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖溶液，1min后取出，室温晾干后，放入0.05mm厚的聚乙烯袋内，封口用橡皮筋套两圈，置于温度为4℃±1℃，相对湿度(90±2)%的贮藏柜内。分别在贮藏后的0、3、6、9、12、15d取样，测定相关品质和生理指标。每个处理重复3次，以不加壳聚糖溶液处理的果实为对照。

1.3.2 测定方法

1.3.2.1 VC、质量损失率、总酚含量和多酚氧化酶比活力测定

VC测定：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[8]对鲜果进行测定，结果以mg/100g表示；质量损失率：采用称量法，质量损失率/%＝(贮藏前质量－贮藏后质量)/贮藏前质量×100；总酚含量(以干质量计)：采用福林试剂法[9]，用目食子酸做标准曲线；PPO提取和比活力测定：参照Zhan等[10]和詹丽娟等[7]方法，一个酶活力单位(U)定义为每分钟使OD值升高0.001所需的酶量，结果用每克新鲜果实中酶活力单位表示，即U/g。

1.3.2.2 可溶性总糖、蔗糖、还原糖、可溶性固形物和可溶性蛋白质的测定

可溶性总糖、蔗糖(以干质量计)测定：采用蒽酮比色法；还原糖测定：采用3,5-二硝基水杨酸比色法；可溶性固形物测定：用手持折光仪测定；可溶性蛋白质测定：参照Bradford[11]法。

1.3.2.3 抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、总超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)比活力和丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量的测定

APX、CAT和SOD提取：称取5g果肉，加30mL 25mmol/L磷酸缓冲液(含0.2mmol/L EDTA，pH7.8)和2g/100mL不溶性聚乙烯吡烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)，冰浴匀浆，在4℃条件15000×g离心20min，上清液用作酶比活力测定。APX和CAT比活力测定：参照史庆华等[12]方法，APX比活力以单位时间内每毫克蛋白质消耗还原性抗坏血酸(ascorbic acid，AsA)的量来表示，即μmol/(mg·min)，CAT比活力用单位时间内每毫克蛋白质中消耗的过氧化氢量表示，即μmol/(mg·min)

SOD酶液的提取同1.3.2.1节，测定参照Cakmak等[13]方法，以抑制氮蓝四唑(NBT)光还原50%为1个酶活力单位(1U)，结果用每毫克蛋白质中酶活力单位表示，即U/mg。

MDA提取和测定采用硫代巴比妥酸法[14]，取果肉3g加20mL 5g/100mL三氯乙酸研磨成浆，1000×g离心10min，取2mL上清液，加2mL 0.67g/100mL硫代巴比妥酸，沸水浴30min，冷却后离心，取上清液分别在450、532nm和600nm波长比色，并记录OD值，根据下式计算MDA含量：

MDA含量/(μmol/g)＝6.45×(A532－A600)－0.56A450

1.4 数据分析

试验按完全随机设计，每个处理重复测定3次，结果用3次测定值的平均值±标准误差(图中的垂直线)表示。数据统计分析采用SPSS 11.0分析软件，在0.05水平进行最小显著差数法(least significant difference，LSD)检验。图表用 Excel 2007软件制作。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖涂膜对南湖菱果实VC和质量损失的影响

南湖菱果实贮藏期间，VC含量随着贮藏时间的延长迅速降低。与对照相比，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜能显著延缓VC含量的降低，贮藏15d后，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理的果实中VC含量分别由贮藏前15.8mg/100g分别下降到9.1mg/100g和10.6mg/100g，分别下降了42%和33%，而对照果实中的VC含量则下降了56%(图1A)。

随着贮藏时间的延长，南湖菱果实表面失水迅速增加，壳聚糖涂膜能够减缓南湖菱果实表面水分的散失，质量浓度为1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理的果实质量损失率显著低于对照，且它们之间差异不明显。在贮藏末期，对照果实质量损失率达到5.1%，显著高于1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实的质量损失率(2.5% 和 1.92%)(图 1B)。

2.2 壳聚糖涂膜对南湖菱果实总酚含量和PPO比活力的影响

和对照相比，壳聚糖涂膜显著维持南湖菱果实中总酚含量。在贮藏前12d，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理的果实中，总酚含量几乎保持恒定不变，而对照果实中总酚含量下降约15%。在贮藏第15天，无论是对照还是壳聚糖处理果实中总酚含量都明显下降，但壳聚糖处理果实中总酚含量下降速率显著低于对照。对照、1.0、2.0g/100mL壳聚糖处理果实中总酚含量分别下降了约46%、23%和12%(图1C)。

PPO比活力在贮藏期间呈先上升后下降趋势，壳聚糖处理在贮藏第3～12天显著抑制PPO比活力的增加。对照果实中PPO最大比活力出现在第6天，分别是1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实PPO最大比活力的1.5 倍和1.4 倍(图 1D)。

PPO是引起果蔬酶促褐变的关键酶，PPO在氧的参与下能将酚类物质氧化成醌，醌进一步生成了褐色聚合物，从而形成酶促褐变。逆境如机械伤害也会诱导酚类化合物的合成和多酚氧化酶比活力增加，加速褐变反应的发生[15]。壳聚糖处理果实中PPO比活力在贮藏的第6～12天显著低于对照果实，表明壳聚糖涂膜能显著抑制PPO比活力，具有降低果实褐变的潜在能力。

图1 壳聚糖涂膜对南湖菱果实VC(A)、质量损失率(B)、总酚含量(C)和PPO比活力(D)的影响Fig.1 Effect of chitosan coating on vitamin C content (A), weight loss(B), total phenol content (C), and PPO activity (D) of Trapa acornis fruits during storage

2.3 壳聚糖涂膜对南湖菱果实可溶性总糖、蔗糖和还原糖的影响

南湖菱果实在贮藏期间可溶性总糖含量呈迅速下降趋势，壳聚糖涂膜处理有效地阻止其下降。经过15d贮藏后，对照果实中可溶性总糖含量(以干质量计)从贮藏前0.23g/g迅速下降到0.09g/g，下降了约61%。而1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实可溶性总糖含量分别下降了约32%和56%，下降程度显著低于对照(图 2A)。

与可溶性总糖变化趋势相似，蔗糖含量也是随着贮藏时间的延长逐渐降低，和对照相比，壳聚糖处理能显著延缓这种降低，维持蔗糖含量(图2B)。

还原糖含量在贮藏期间变化类似于可溶性总糖和蔗糖，在贮藏过程中也呈下降趋势，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理在贮藏前12d能显著延缓还原糖降低，较好地保持还原糖含量。在贮藏末期，壳聚糖处理果实和对照果实中还原糖含量无显著差异(图2C)。

2.4 壳聚糖涂膜对南湖菱果实可溶性固形物的影响

果蔬中可溶性固形物是果蔬汁中能溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等物质总称。随着糖含量的下降，可溶性固形物含量也随贮藏时间的延长逐渐下降，和对照相比，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜在贮藏12d后显著减少可溶性固形物下降，但两个处理之间无显著差异(图 2D)。

图2 壳聚糖涂膜对南湖菱果实可溶性总糖(A)、蔗糖(B)、还原糖(C)和可溶性固形物(D)含量的影响Fig.2 Effect of chitosan coating on total soluble sugar (A), sucrose (B),reducing sugar (C), and total soluble solid content (D) of Trapa acornis fruits during storage

2.5 壳聚糖涂膜对APX、总SOD、CAT比活力和MDA含量的影响

APX比活力随着贮藏时间的延长迅速升高。和对照相比，2.0g/100mL壳聚糖处理在贮藏期间显著延缓APX比活力上升，1.0g/100mL壳聚糖处理在贮藏9～12d显著抑制APX比活力(图3A)。南湖菱果实中CAT比活力很低，在贮藏过程中没有明显的变化规律，壳聚糖处理和对照差异不显著(图3B)。

SOD比活力在贮藏期间先升高，到达峰值后降低，在贮藏前3d，无论对照还是壳聚糖处理果实中SOD比活力都升高，且无显著差异，但在贮藏3d后，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实中SOD比活力均显著低于对照。其中在贮藏第6天，对照果实中SOD比活力达到最大值43.99U/mg，以后又缓慢下降，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实中SOD比活力分别在贮藏第9天和第12天达到最大值，分别为35.81U/mg和32.48U/mg，以后比活力也逐渐下降(图3C)。

MDA含量随着贮藏时间延长而增加，尤其是从贮藏第3天开始，对照果实中MDA积累迅速上升，在第15天达到6.55nmol/g。壳聚糖处理显著降低果实中MDA积累，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖处理果实中MDA含量在贮藏前12d上升较为缓慢，在贮藏第15天，积累量迅速增加，分别达到4.57nmol/g和4.82nmol/g，但仍显著低于对照果实(图3D)。

植物体内有效清除活性氧的保护机制可分为酶促系统和非酶促系统两类，酶促系统包括SOD、APX、CAT等相关氧化酶类。其中SOD是清除活性氧的重要酶之一，它能将O2－·歧化成H2O2和H2O，从而减少活性氧的形成，减弱膜脂过氧化作用，减少细胞膜损伤，延迟果实衰老。O2－·的积累能刺激SOD活性的上升，当O2－·和H2O2过量生成，超过防御系统的清除能力时，可导致酶的损伤，CAT和APX具有协同SOD清除活性氧作用[16]。1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜果实中抗氧化酶活性和MDA积累量显著低于对照，表明壳聚糖涂膜能减少活性氧的形成，减弱膜脂过氧化程度，从而缓解细胞膜损伤，维持细胞膜的稳定性和完整性，延缓了果实的衰老，达到保鲜的目的；另外，壳聚糖分子中的氨基也具有一定还原性，在一定程度上对果实体内的自由基起到清除作用，从而减少细胞膜脂过氧化程度[17]。相似结果在冬枣[18-19]、番木瓜[20]和葡萄[17]贮藏保鲜中也见报道。

图3 壳聚糖涂膜对南湖菱果实APX(A)、CAT(B)、SOD比活力(C)和 MDA(D)含量的影响Fig.3 Effect of chitosan coating on APX (A), CAT (B) and SOD (C)activities as well as MDA content (D) of Trapa acornis fruits during storage

3 结论与讨论

壳聚糖作为一种天然保鲜剂，具有良好的成膜性和广谱的抗菌性。壳聚糖涂膜保鲜的主要机理是在果蔬表面与外界环境之间形成一层半透膜，阻隔果蔬表面与环境直接接触，调节膜内外气体交换，利用果蔬自身呼吸作用，从而使果蔬表面膜内形成一个高CO2和低O2浓度的微环境，起到微环境气调作用[21-22]。本实验结果表明，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜能显著减少南湖菱果实水分蒸发、维持VC、总酚和可溶性糖类含量，这可能是由于壳聚糖膜阻止外界环境中的氧气进入膜内，在果实表面形成一个低O2环境，从而降低果实表面水分散失和抑制VC和总酚氧化代谢。此外，糖类代谢是植物体内物质代谢的主要底物。南湖菱果实在贮藏期间糖含量剧烈下降，表示果实在进行着旺盛的呼吸代谢活动。壳聚糖涂膜处理显著延缓果实内糖类含量下降，可能是由于膜内氧气含量较低，减缓呼吸作用，从而减少对糖类底物的消耗，进而延缓果实贮藏期。

理论上，在一定浓度范围内，壳聚糖溶液浓度越高，所成的膜越厚，阻隔果蔬表面与环境接触能力越强。以前研究数据也表明质量浓度2.0g/100mL壳聚糖溶液比质量浓度0.5g/100mL壳聚糖溶液对南湖菱果实贮藏期间营养品质保存效果更好。本实验结果显示，1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜对南湖菱果实贮藏期间生理和品质相关参数影响差异不明显，主要原因可能是1.0g/100mL壳聚糖溶液所成膜的厚度足以将果实与外界环境有效隔离。南湖菱果实的最佳壳聚糖质量浓度有待于进一步研究优化。

综上所述，南湖菱果实采后贮藏期间，果实失水严重，果实内营养物质下降。应用1.0g/100mL和2.0g/100mL壳聚糖涂膜能显著降低果实表面水分丢失，减缓果实内VC、总酚、可溶性糖类、可溶性固形物含量下降，抑制褐变酶PPO、抗氧化酶APX、SOD、CAT比活力，减少膜脂过氧化产物MDA积累，从而减轻果实膜脂过氧化程度，延缓果实衰老。然而壳聚糖涂膜延长南湖菱果实贮藏期只能作为一个短期的贮藏方法，因为实验发现，在贮藏第15天，南湖菱果实表面已经出现皱缩和褐化，严重地影响其感官品质。因此，如果要对南湖菱果实长期贮藏保鲜，还必须结合其他贮藏方法如热处理、气调包装等，以达到更好保鲜效果。

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Effect of Chitosan Coating on Physiology and Quality of Water Caltrop (Trapa acornisNakano)Fruits during Storage

ZHAN Li-juan1，PANG Ling-yun1，HU Jin-qiang2,*
(1. College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China；2. School of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

Fresh water caltrop (Trapa acornisNakano) fruits are very perishable and susceptible to browning, thus resulting in a short shelf life. In this study, fresh water caltrop fruits were coated with chitosan solutions at concentrations of 0.0, 1.0 g/100 mL and 2.0 g/100 mL, respectively, and stored at (4 ± 1 )℃ and relative humidity of (90 ± 2)% for 15 days. Fresh weight loss, and the contents of vitamin C, total phenolics, total soluble sugar, sucrose, reducing sugar, total soluble solid and malondialdehyde (MDA), as well as the activities of polyphenol oxidase (PPO), ascorbate peroxidase (APX), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) were determined periodically to evaluate the effect of chitosan coating on the quality and physiology of fresh water caltrop fruits during storage. The results showed that chitosan coating at concentrations of 1.0 g/100 mL and 2.0 g/100 mL significantly reduced the fresh weight loss of fruits, and retarded the decline of vitamin C, total phenolics,total soluble sugars, sucrose, reducing sugar and total soluble solid contents when compared with the control, thus maintaining fruit quality. Furthermore, chitosan coating at both concentrations also inhibited PPO activity, delayed the increase of APX and SOD activities, and decreased MDA accumulation when compared with the control. In conclusion, chitosan coating is effective in preserving the quality properties, delaying the senescence and prolonging the shelf life of water caltrop fruits.

Trapa acornisNakano；chitosan；quality；physiology

TS255

A

1002-6630(2012)16-0308-06

2011-09-06

詹丽娟(1978—)，女，讲师，博士，研究方向为果蔬贮藏保鲜与加工。E-mail：ljzhan@hotmail.com

*通信作者：胡金强(1979—)，男，讲师，博士，研究方向为食品安全。E-mail：hujq0702@hotmail.com