壳聚糖和海藻酸钠涂膜对鲜切荸荠褐变、腐烂和品质的影响

彭 勇，李云飞

(1.上海交通大学农业与生物学院，上海200240;2.菏泽学院园林工程系，山东菏泽274000)

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

荸荠 购于上海闵行农贸市场，用于实验的荸荠要求大小均匀，颜色和成熟度一致，无病虫害且没有机械损伤;壳聚糖(脱乙酰度:90.2%)购于山东奥康生物科技有限公司;冰乙酸，甘油，海藻酸钠 购于国药集团化学试剂有限公司。

HWS28型恒温水浴锅 上海一恒科技有限公司;JA2002型电子天平 上海精天电子仪器有限公司;90－3型磁力搅拌器 上海沪西分析仪器有限公司;SHZ－D型循环水式真空抽气气泵 上海羌强仪器设备有限公司;FE－20型pH计 上海梅特勒－托利多公司;R/S plus流变仪 美国Brookfield仪器公司;TA－XT2i质构分析仪 英国Stable Micro Systems有限公司;WSC－S色差仪 上海精密科学仪器有限公司;UV－2100型紫外可见分光光度计 上海尤尼柯仪器有限公司;WYT－J型手持折光仪 成都光学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 涂膜溶液的配制方法 壳聚糖溶液的配制参照岳晓华和沈月新等［13］的方法并略有修改:2%的壳聚糖(2g壳聚糖溶于100mL含1%的乙酸溶液中)磁力搅拌4h直至完全溶解，加入30%的甘油(g/g壳聚糖)再次搅拌1h，真空泵抽气去除气泡。海藻酸钠溶液的配制参照庞凌云等［11］的方法:1.5%的海藻酸钠溶于蒸馏水中，在80℃恒温水浴锅中搅拌30min直至溶解，30%的甘油(g/g海藻酸钠)作为增塑剂加入再次搅拌1h，真空泵抽气去除气泡。膜溶液一部分做涂膜实验，另一部分(200g)采用延流法倒在玻璃板(25cm×25cm)上成膜备用，用于测定膜的性能指标。

1.2.2 处理方法 选择新鲜无损伤的荸荠去皮清洗，切成3mm左右的薄片，分成三组，每组三次重复。第一组用蒸馏水处理做对照组，第二组用2%壳聚糖溶液处理，第三组用1.5%海藻酸钠处理。每组浸泡时间均为2min，所有膜溶液均用NaOH或HCl调pH至6.5。处理后的鲜切荸荠室温下6h充分晾干后，放入塑料盘中，覆盖聚乙烯保鲜膜，置于4℃和85%相对湿度的冷库中贮藏，每隔4d取样分析。

1.2.3 膜溶液表观黏度的测定 使用R/S plus流变仪测定壳聚糖和海藻酸钠溶液的表观黏度［14］。参数设定为 25℃，剪切速率变化为5min内 0～512s－1，转子采用CC25，每个样品平行做三次。使用Ostwald模型来拟合实验数据，按下式计算:

式中，σ为剪切应力(Pa)，k为稠度系数(Pa·sn)，γ为剪切速率，n为流动系数。

1.2.4 膜的机械性能测定 根据GB13022－91的方法并对其改进，采用TA－XT2i质构仪进行测量。测定前先将膜在53%的相对湿度下平衡48h，将膜裁成大小为20×80mm的长条，固定在拉伸夹具(A/TG)上，夹距设定为50mm，拉伸速度设定为0.8mm/s，分别测定膜的抗拉强度(MPa)和延伸率(%)。每个样品做8个平行。

1.2.5 膜的水蒸气透过率测定 根据GB1037－70方法，采用拟杯子法并略有改进，在25℃下，于测试杯(1384.74mm2×25mm)中放入无水氯化钙(粒径小于2mm)，氯化钙与杯口距离小于6mm，用膜样品封住测试杯口并用胶带固定。将称重后的测试杯放入装有饱和氯化钠溶液(25℃，RH 75%，)的干燥器中，使膜内外两侧保持一定的蒸汽压差，每隔1d取出称重，直到质量变化小于0.001g，每个样品做3个平行。按下式计算:

涂螺纹锁止剂式有效力矩型紧固件(图4中6)再次使用前，应切去原配对螺纹上的螺纹锁止剂，否则拧紧力矩难于准确，然后在螺纹末端涂上少量的紧固锁止剂，即可在拧入螺栓时将紧固锁止剂带入螺纹中。当使用高强度锁止剂时，有时可用加热(使用加热枪)来软化材料后再旋松；过量使用锁止剂会导致在松开过程中损坏螺纹或使螺栓断裂，还可能会导致塑料部件破裂，所以切勿将锁止剂与塑料部件接触。此外，使用锁止剂会增大松动扭矩，拆卸时注意不要损坏螺栓。

式中，m为透过膜的水分的质量(g)，L为膜的厚度(m)，A为透过水分的膜面积(m2)，t为水分透过时间(s)，ΔP为膜两侧水分蒸汽压差(Pa)。

1.2.6 颜色测定 参照CIELAB表色系统来表示颜色，用WSC－S色差仪测定。将荸荠片放在白色校正板上测定，记录颜色值。颜色指数从L=0(黑色)到L=100(白色)，－a(绿色)到 +a(红色)，－b(蓝色)到+b(黄色)。每个样品做5个平行，总色差(ΔE)用如下公式计算:

ΔE=［(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2］1/2

1.2.7 类黄酮含量的测定 参照潘永贵的方法［3］，取鲜切荸荠组织2g，冰浴研磨，用1%盐酸－甲醇溶液40mL室温下浸提2h，然后定容至50mL，325nm下比色测定类黄酮含量。

1.2.8 其他指标的测定 失重率采用称重法，腐烂率以表面有明显真菌生长或者细菌腐烂的切片占总切片的百分数表示，可溶性固形物含量的测定采用手持式折光仪。

1.2.9 数据统计 全部数据用Microsoft Excel 2003进行统计处理，计算标准偏差，并使用SPSS 17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 膜溶液剪切应力随剪切速率的变化

溶液黏度的高低反映分子间作用力的强弱，与膜的物理和机械性能密切相关［14］。如图1所示，壳聚糖和海藻酸钠溶液均表现出假塑性流体的性质，随剪切速率的增加溶液逐渐变稀，符合Ostwald模型，比较两种膜溶液的性能，可知壳聚糖溶液在整个剪切过程中剪切应力高于海藻酸钠，表1也显示了100s－1下壳聚糖的表观黏度显著高于海藻酸钠，这可能由于壳聚糖分子中的羟基和氨基易形成分子间的氢键所致［9］。

图1 剪切应力随剪切速率变化趋势Fig.1 The changes of shear stress against shear rate

2.2 膜的物理性能指标

从表1可以看出，壳聚糖膜的各种性能指标优于海藻酸钠，壳聚糖膜的水蒸气透过率仅是海藻酸钠膜的81.1%，比海藻酸钠膜有较好的阻水性。并且，壳聚糖膜的抗拉强度和延伸率分别是海藻酸钠膜的2.1和3.2倍，这可能由于所制备的壳聚糖膜的厚度高于海藻酸钠，增强了膜的抗拉强度，而延伸率的差异可能不仅归因于膜中甘油和膜体相互作用的差异，而且也可能由于两种膜厚度的不同［13］。

表1 壳聚糖和海藻酸钠膜物理和机械性能的差异比较Table 1 The differences in physical and mechanical properties between chitosan and sodium alginate

表2 壳聚糖和海藻酸钠涂膜处理对鲜切荸荠颜色指数的影响Table 2 Effect of chitosan and sodium alginate coating on the color values of fresh－cut Chinese water chestnut

2.3 涂膜处理对鲜切荸荠颜色的影响

从表2可以看出，涂膜后0天测定的颜色值差异不大，海藻酸钠涂膜的荸荠组黄色(b值)较深，可能由于海藻酸钠膜自身的颜色引起。处理后的第8d开始，对照组颜色开始发黄，b值和ΔE值明显增加，至第16d，壳聚糖和海藻酸钠处理的b值分别是对照组的40.9%和83.9%，ΔE值分别是对照组的56.0%和88.4%，这表明壳聚糖和海藻酸钠都能延迟鲜切荸荠的褐变，经过壳聚糖涂膜的荸荠鲜切片，在整个贮藏过程中都保持着较高的亮度(L值)和较低的b值，可以有效预防鲜切荸荠褐变的发生，而海藻酸钠抑制荸荠褐变的效果不佳。壳聚糖分子中的氨基具有一定的还原性，在一定程度上，对果蔬体内的活性氧自由基可起到清除作用，从而减少采后果蔬细胞的膜脂过氧化程度，延缓果蔬组织和结构的衰老，预防变色［7］。庞凌云等［11］研究也表明壳聚糖可以抑制鲜切山药中多酚氧化酶和过氧化物酶活性的变化，从而抑制褐变的发生。

2.4 涂膜处理对鲜切荸荠类黄酮含量的影响

从图2可以看出，鲜切荸荠在贮藏过程中类黄酮含量明显增加，这与颜色b值和E值变化趋势基本一致。类黄酮是植物次生代谢的产物，泛指两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接的一系列化合物。鲜切荸荠在褐变的过程中，可能触发了类黄酮合成的反应链，导致了类黄酮含量的增加［3］。两种涂膜处理都可以抑制荸荠黄化的进程，尤其以壳聚糖效果最为明显，壳聚糖处理的荸荠在整个贮藏期间类黄酮含量都很低，这可能与壳聚糖自身有着较强的抗氧化能力有关［9］。

图2 壳聚糖和海藻酸钠涂膜处理对鲜切荸荠类黄酮含量的影响Fig.2 Effect of chitosan and sodium alginate coating on flavonoid contents of fresh－cut Chinese water chestnut

2.5 涂膜处理对鲜切荸荠贮藏期间腐烂率的影响

从图3可以看出，随着贮藏时间的延长，鲜切荸荠从第8d开始腐烂，至第16d腐烂率最高，可达30%。从不同处理来看，海藻酸钠涂膜处理对预防鲜切荸荠的腐烂有较好的效果，而壳聚糖涂膜处理对荸荠的腐烂影响不大。李海燕等［15］研究表明壳聚糖具有一定的抑菌作用，能抑制草莓的腐烂，邱松山等［16］研究也表明，壳聚糖结合纳米二氧化钛可以抑制鲜切荸荠的腐烂，然而，潘永贵［3］研究表明壳聚糖对防止鲜切藕的腐烂效果不佳，推测可能是壳聚糖中乙酸的影响。而在本研究中，采用壳聚糖涂膜处理对预防鲜切荸荠腐烂的效果不理想，这一方面可能是由于壳聚糖溶液中乙酸的影响，另一方面也可能与壳聚糖膜自身特性有关，实验中制备的壳聚糖膜厚度在80μm左右，这可能抑制了鲜切荸荠的呼吸，增加了厌氧微生物的生长。

图3 壳聚糖和海藻酸钠涂膜处理对鲜切荸荠腐烂率的影响Fig.3 Effect of chitosan and sodium alginate coating on rotting rate of fresh－cut Chinese water chestnut

2.6 涂膜处理对鲜切荸荠贮藏期间失重率的影响

如图4所示，随着贮藏时间的延长，涂膜处理的鲜切荸荠在贮藏过程中失重率均呈上升趋势，以对照失水最为严重，贮藏16d后，失重率可达3.3%，涂膜处理显著降低了鲜切荸荠的失重率，两种涂膜处理相比，壳聚糖在贮藏后期失重率略高于海藻酸钠处理。实验中也发现海藻酸钠涂膜荸荠后表面干燥较快，而壳聚糖表面干燥时间较长，这可能由于壳聚糖膜的亲水性高于海藻酸钠，从而使得壳聚糖处理的荸荠表面湿润，容易滋生微生物的生长，导致失重的增加。

2.7 涂膜处理对鲜切荸荠贮藏期间可溶性固形物含量的影响

从图5可以看出，鲜切荸荠贮藏期间可溶性固形物含量逐渐下降，以对照下降最为显著，在贮藏16d后，鲜切荸荠的可溶性固形物含量仅为7.77%，是贮藏初期的64.5%，荸荠在鲜切过程中受到机械损伤，是造成体内可溶性固形物含量下降的主要因素。而涂膜处理后，延缓了鲜切荸荠可溶性固形物含量的下降，这与 Rojas－Graü 等［5］在鲜切苹果、庞凌云等［11］在鲜切山药上的研究是一致的。表明壳聚糖或海藻酸钠处理都可以维持鲜切荸荠较高的品质，延长货架期。

图5 壳聚糖和海藻酸钠涂膜处理对鲜切荸荠可溶性固形物含量的影响Fig.5 Effect of chitosan and sodium alginate coating on total soluble solids of fresh－cut Chinese water chestnut

3 结论

3.1 可食性包装膜如壳聚糖和海藻酸钠均有较好的物理性能，可用于果蔬涂膜保鲜，保鲜效果依赖于可食性包装膜的性能。

3.2 相比于海藻酸钠膜，壳聚糖涂膜可以有效抑制鲜切荸荠褐变的发生，维持鲜切荸荠较高的水分和可溶性固形物的含量，但是对鲜切荸荠腐烂的抑制效果不佳。

3.3 海藻酸钠涂膜处理同样抑制了鲜切荸荠褐变的发生，但效果不如壳聚糖明显，并且类黄酮含量在贮藏期间逐渐增加，但荸荠的腐烂率和失重率较低，能维持较高的可溶性固形物含量，延长货架期。

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