聚乳酸纳米复合包装对双孢蘑菇保鲜效果的影响

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(昆明理工大学 云南省食品安全研究院,云南昆明 650500)

聚乳酸纳米复合包装对双孢蘑菇保鲜效果的影响

尹敏,楚状状,覃宇悦,赵天瑞,樊建*

(昆明理工大学 云南省食品安全研究院,云南昆明 650500)

采用聚乳酸,纳米二氧化钛和纳米载银二氧化钛为原料制备抗菌复合膜,研究其在冷藏条件下对双孢蘑菇品质的影响。在低温储存期间测定双孢蘑菇的失重率,硬度,VC含量,还原糖含量,菌落总数和呼吸强度等的变化。结果表明:聚乳酸中添加载银二氧化钛对双孢蘑菇的微生物生长,呼吸强度,还原糖及VC含量的减少等都有一定的抑制作用。其中,3%纳米载银二氧化钛膜包装的双孢蘑菇能在16 d储存期后最好的保持其品质。

双孢蘑菇,聚乳酸,纳米二氧化钛,复合膜,保鲜

双孢蘑菇(Agaricusbisporus)属于真菌门,担子菌亚门,担子菌纲,伞菌目,伞菌科,蘑菇属,是世界性栽培的重要食用菌之一,占食用菌总量的70%左右,在欧美被认为是一种特殊的高级营养蔬菜[1]。双孢蘑菇是一种高蛋白、低脂肪的食品,其中富含维生素及多种微量元素,具有较高的营养价值。但是由于新鲜双孢蘑菇含有较高的水分和呼吸效率,容易造成脱水,微生物污染和褐变等发生[2]。双孢蘑菇在室温下的储存期只有3 d[3]。褐变的程度对于双孢蘑菇的市场销售和消费者的接受度都有很大的影响。

为了降低双孢蘑菇的衰老速度,有很多保护方法,如低温保藏[4]、化学处理、气调包装等[5]。但是,由于环境问题日益被关注,研究的焦点也转向了生物可降解性的食品包装材料[6]。Han等人[7]研究了不同厚度的聚乳酸复合膜对野生菌的保鲜效果。

聚乳酸(PLA)是一种可降解的聚合物,主要来自淀粉等可再生资源[8]。聚乳酸越来越多的被用作包装材料。纳米级二氧化钛,直径在100 nm以下,产品外观为白色疏松粉末,具有抗菌、自洁净、抗老化性能。纳米银粒径大多在25 nm左右,有强烈的抑制和杀灭作用,而且不会产生耐药性[9]。在聚乳酸中加入纳米粒子可对其抗菌性能进行一定程度上的改良,其对双孢蘑菇的保鲜状态能体现其保鲜性能。本实验对聚乳酸复合膜包装的双孢蘑菇储藏16 d 内的品质进行测定,研究复合膜对其保质期的影响。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

双孢蘑菇 云南省食用菌种植基地,采用的是室内土壤栽培,直接装框运输的方式运送到实验室;PLA 美国奈琪沃克公司;纳米二氧化钛 上海协庆实业有限公司;纳米二氧化钛载银 杭州万景新材料有限公司。

磁力加热搅拌器 红杉实验设备厂;WSC-S型测色色差仪 上海精密科学仪器有限公司;3051H型果蔬呼吸测定仪 浙江托普云农科技股份有限公司;SB5200D型超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司;TA.XT plus质地分析仪 英国Stable Micro System公司;DHP-360型电热恒温培养箱 光明医疗仪器厂;TGL-20B型离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1 样品制备 双孢蘑菇子实体当日装框运往实验室,选择大小,成熟度,形状基本一致没有损害的双孢蘑菇用于实验。称取2.0 g聚乳酸,溶解于50 mL二氯甲烷,分别将质量分数为1%、3%的纳米TiO2和1%、3%的纳米TiO2载银,充分混匀,置于聚四氟乙烯板(200 mm×200 mm),45 ℃恒温干燥,揭膜,保存于干燥器中待用。聚复合乳酸膜的制备同上。质量分数为1%、3%的纳米TiO2和质量分数为1%、3%的纳米TiO2载银膜分别命名为PLA/T1、PLA/T3、PLA/A1和PLA/A3。

将PLA、PLA/T1、PLA/T3、PLA/A1和PLA/A3膜制作成包装袋。每袋双孢蘑菇的质量为(100±1) g放入(4±1) ℃冰箱中贮藏,每隔4 d取出制备好的样品进行测定,选择整个菌盖进行双孢蘑菇品质的测定,一共16 d。其中,以低密度聚乙烯(PE)膜包装双孢蘑菇为对照组。

1.2.2 测定指标 失重率的测定参考kim等[9]的方法,双孢蘑菇的原始质量减去每次称得的质量,与原始质量相除即得失重率;抗坏血酸(VC)含量测定参考果蔬采后生理生化实验指导方法测定[10],VC含量单位为mg/100 g;菌落总数测定参照GB 4789.2-2010《食品卫生微生物学检验:菌落总数测定》的方法[11];pH的测定:准确称取5 g双孢菇样于100 mL离心管中,加入15 mL蒸馏水,用高剪切分散乳化机匀浆30 s,用酸度计测定。还原糖含量测定:采用高锰酸钾滴定法测定;呼吸强度测定:采用3051H型果蔬呼吸测定仪测定。

1.2.3 数据处理 全部实验数据使用SPSS计算机统计软件(SPSS 18.0版)进行方差分析。实验进行3次重复,样品组间值的差异显著性采用Duncan测验进行多重比较(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1不同包装膜对双孢蘑菇失重率的影响

从图1可看出,所有包装内双孢蘑菇质量损失率随储藏时间的延长而增加。双孢蘑菇的质量损失一部分是由于蒸腾作用引起的水分损失造成的,另一方面是由于双孢蘑菇在呼吸过程中消耗呼吸基质损失引起。从开始到第4 d所有样品失重率直线上升,是由于刚刚采收的双孢蘑菇呼吸速率比较高造成的[12]。从第8 d后,观察到PLA包装膜的双孢蘑菇菌盖上有冷凝水珠,这可能是由于双孢蘑菇高的呼吸率造成的。从第4 d起,PLA/A3包装膜包装的样品比起其他样品,质量损失显著(p<0.05)。到16 d时,PLA/A3包装膜包装的双孢蘑菇其失重率为5.25%,根据Singh等[13]研究表明,采摘后的新鲜双孢蘑菇失重率在6%以上会品质变坏,影响其商业价值。所以PLA/A3包装膜的双孢菇储藏到16 d时是可接受的。

图1 不同包装膜对双孢蘑菇失重率的影响Fig.1 Effect of different packaging films on the weight loss of Agaricus bisporus

2.2不同包装膜对双孢蘑菇VC含量的影响

VC是一种不稳定的维生素,易溶于水且易被氧化降解,受氧气浓度影响极为明显。当新鲜产品受到不同处理及处于不同贮存条件时,VC是最敏感的物质之一[14],当遭遇较长的贮藏期,较高的温度以及冷害时,VC的损失增加[15]。Techavuthiporn等[16]研究表明,呼吸作用会引起相关酶的变化,这种酶能导致抗坏血酸含量下降。不同的包装对双孢蘑菇子实体中VC含量的降解速率影响有所不同。到贮藏期第4 d,各种包装膜对VC含量的影响并不显著(p>0.05);第8 d到第12 d,VC含量急速下降。在贮藏后期,载银二氧化钛处理的包装膜中的VC含量显著高于其他包装膜(p<0.05),其他四种包装膜VC含量不显著(p>0.05)。因此,对双孢蘑菇中VC保留最好的是载银二氧化钛聚乳酸膜,可能是因为含水量较少,双孢蘑菇的新陈代谢强度减弱引起的。

图2 不同包装膜对双孢蘑菇VC含量的影响Fig.2 Effect of different packaging films on VC of Agaricus bisporus

2.3不同包装膜对双孢蘑菇菌落总数的影响

图3显示了在16 d的储存期中双孢蘑菇的微生物总数。在储存期中每种包装膜的微生物数量都在增长。由图可以看出载银二氧化钛比起其他四种包装膜能更好的抑制细菌数量增长,其抑菌效果显著(p<0.05),参照Qin[17]对双孢蘑菇的研究情况知其在可接受的范围。其间接反映出了膜的抗菌性能,纳米二氧化钛及纳米银都是具有抗菌性能的纳米材料。由图知PLA/A3的膜比PLA/A1载银的膜抑制菌落数量更有效,在聚乳酸基中添加纳米抗菌材料能有效的抑制微生物的生长,其抗菌性能与添加量的大小成正比[18]。

图3 不同包装膜对双孢蘑菇菌落总数的影响Fig.3 Effect of different packaging films on the microbiological quality of Agaricus bisporus

2.4不同包装膜对双孢蘑菇硬度的影响

在贮藏过程中,由于新陈代谢,细胞膨压不断下降、细胞壁逐渐降解等因素,果实的硬度会不断下降[19],降低组织的稳定性[20-22]。造成果实软化,进而降低消费者的购买欲。果蔬在储存期间的硬度,是判断储存期限和产品质量的一个重要指标。图4中的数据显示,在储藏期间,所有组双孢蘑菇的硬度都有所下降。PLA/A3膜组双孢蘑菇硬度下降缓慢,可能是因为膜的抑菌效果较好,抑制了微生物的繁殖速度,延缓了双孢蘑菇的衰老造成的。PE与PLA组双孢蘑菇硬度下降迅速,由开始的129.47 g分别降低到35.5 g和42.37 g。这种现象的出现可能是因为对照组双孢蘑菇水分流失大于其他组,阻碍了组织细胞的新陈代谢,降低了微生物和酶的活性,减缓了细胞壁中碳水化合物的消耗,从而维持了双孢蘑菇的结构稳定性。PLA/A1和PLA/A3组的双孢蘑菇与其他处理组的双孢蘑菇相比没有出现严重的软化现象(p<0.05),在储存结束时的硬度高于其他处理组。

图4 不同包装膜对双孢蘑菇硬度的影响Fig.4 Effect of different packaging films on the firmness of Agaricus bisporus

2.5不同包装膜对双孢蘑菇还原糖含量的影响

还原糖是参与呼吸作用的主要物质,其含量的变化也反映了双孢蘑菇生理生化代谢强弱的程度[23]。由图中可以看出,被测双孢蘑菇的还原糖含量在16 d的储存周期中变化趋势基本相同,在第4 d时,双孢蘑菇的还原糖含量整体增加,可能是由于水分蒸发量较大,而呼吸作用消耗的还原糖含量较少,导致了还原糖的含量在第4 d时呈上升趋势。之后由于双孢蘑菇的呼吸作用一直消耗还原糖,其含量整体呈下降趋势。其中PLA/A3及PLA/A1膜包装的双孢蘑菇的还原糖含量相对于其余的膜包装的双孢蘑菇含量较高,其有更好的维持还原糖含量的作用。

图5 不同包装膜对双孢蘑菇还原糖含量的影响Fig.5 Effect of different packaging films on the reducing sugar content of Agaricus bisporus

2.6不同包装膜对双孢蘑菇呼吸强度的影响

果蔬的呼吸作用是消耗自身物质、产生能量的异化作用,其他生命活动都来自于呼吸作用[24]。呼吸强度是组织新陈代谢的一个重要指标,呼吸强度越大说明呼吸作用越旺盛,营养物质消耗得越快,产品衰老加速。双孢蘑菇属于高呼吸强度的食用菌类[25]。在16 d的储存期间内,双孢蘑菇的呼吸强度是减小的,在贮存期前4 d,双孢蘑菇的呼吸速率急剧下降,可能是由于双孢蘑菇脱离了营养成分的输送途径,直接影响了其呼吸速率。在第4 d以后,PE膜和PLA膜包装的双孢蘑菇比起其他四种膜有较高的呼吸强度,具有显著性差异(p<0.05)。PLA/A3的包装膜呼吸强度最低,比起其他五种膜具有显著性(p<0.05)。

图6 不同包装膜对双孢蘑菇呼吸强度的影响Fig.6 Effect of different packaging films on the respiration intensity of Agaricus bisporus

3 结论

PLA/A3膜在减少VC的降低,抑制微生物生长,降低呼吸强度等方面都有显著的影响,对抑制还原糖降解也有一定的作用。主要是由于其中银离子的抑菌作用,使品质下降得较为缓慢,并且在可食用范围内。所以在(4±1) ℃储藏过程中,PLA/A3膜能在16 d储存期后最好的保持其品质。

[1]谢晶. 食品冷冻冷藏原理与技术[M]. 北京：化学工业出版社,2005.

[2]Duan Z F,Xing Z T,Shao Y,et al. Effect of electron beam irradiation on postharvest quality and selected enzyme activities of the white button mushroom,Agaricus bisporus.[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2010,58(17):9617-9621.

[3]Jing-Jun Y E,Jian-Rong L I,Han X X,et al. Effects of active modified atmosphere packaging on postharvest quality of Shiitake Mushrooms(Lentinulaedodes)stored at cold storage[J].Journal of Integrative Agriculture(农业科学学报(英文),2012,11(3):474-482.

[5]Li Y,Ishikawa Y,Satake T,et al. Effect of active modified atmosphere packaging with different initial gas compositions on nutritional compounds of shiitake mushrooms(Lentinusedodes)[J]. Postharvest Biology & Technology,2014,92(2):107-113.

[6]Guillaume C,Schwab I,Gastaldi E,et al. Biobased packaging for improving preservation of fresh common mushrooms(Agaricusbisporus,L.)[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2010,11(4):690-696.

[7]宫蕾. 聚乳酸(PLA)纳米材料的研究进展[J]. 科技信息:学术研究,2007(30):8-10.

[8]Molinaro S,Romero M C,Boaro M,et al. Effect of nanoclay-type and PLA optical purity on the characteristics of PLA-based nanocomposite films[J]. Journal of Food Engineering,2013,117(117):113-123.

[9]Han L,Qin Y,Liu D,et al. Evaluation of biodegradable film packaging to improve the shelf-life of Boletus edulis,wild edible mushrooms[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2015,29:288-294.

[10]曹建康,姜微波. 果蔬采后生理生化实验指导[M]. 北京：中国轻工业出版社,2007.

[11]中国国家标准化管理委员会. GB 4789.2-2010食品卫生微生物学检验:菌落总数测定[S]. 2010.

[12]Burton K S,Frost C E,Nichols R. A combination plastic permeable film system for controlling post-harvest mushroom quality[J]. Biotechnology Letters,1987,9(8):529-534.

[13]Singh P,Langowski H C,Wani A A,et al. Recent advances in extending the shelf life of fresh Agaricus mushrooms:a review.[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture,2010,90(9):1393.

[14]Li T,Zhang M,Wang S. Effects of temperature on Agrocybe chaxingu quality stored in modified atmosphere packages with silicon gum film windows[J]. LWT-Food Science and Technology,2008,41(6):965-973.

[15]Lee S K,Kader A A. Preharvest and postharvest factors influencing vitamin C content of horticultural crops[J]. Postharvest Biology & Technology,2000,20(3):207-220.

[16]Techavuthiporn C,Nakano K,Maezawa S. Prediction of ascorbic acid content in broccoli using a model equation of respiration[J]. Postharvest Biology & Technology,2008,47(3):373-381.

[17]Qin Y,Liu D,Wu Y,et al. Effect of PLA/PCL/cinnamaldehyde antimicrobial packaging on physicochemical and microbial quality of button mushroom(Agaricusbisporus)[J]. Postharvest Biology & Technology,2015,99(3):73-79.

[18]刘伟,张子德,王琦,等. 纳米银对常见食品污染菌的抑制作用研究[J]. 食品研究与开发,2006,27(5):135-137.

[19]王相友,闫聪聪,刘战丽. 可食性涂膜对双孢蘑菇生理和品质的影响[J]. 农业机械学报,2012,43(1):141-145.

[20]Sethu K M P,Prabha T N,Tharanathan R N. Post-harvest biochemical changes associated with the softening phenomenon in Capsicum annuum,fruits[J]. Phytochemistry,1996,42(4):961-966.

[21]Bartley I M,Knee M. The chemistry of textural changes in fruit during storage.[J]. Food Chemistry,1982,9(1-2):47-58.

[22]Gross K C,Sams C E,Gross K C,et al. Changes in cell wall neutral sugar composition during fruit ripening:a species survey [J]. Phytochemistry,1984,23(11):2457-2461.

[23]刘吟,李成华,吴关威,等. 双孢蘑菇子实体采后褐变及相关生化变化研究[J]. 中国食用菌,2010,29(3):48-51.

[24]邓舜扬. 食品保鲜技术[M]. 北京：中国轻工业出版社,2006.

[25]Dennis P.Murr,Leonard L.Morris,钟仲贤. 贮藏温度对蘑菇品质的影响[J]. 食用菌,1980(1).

PreservationeffectofpolylacticacidnanocompositepackagingonAgaricusbisporus

YINMin,CHUZhuang-zhuang,QINYu-yue,ZHAOTian-rui,FANJian*

(Yunnan Institute of Food Safety,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)

To improve the quality ofAgaricusbisporusunder refrigerated conditions,poly lactic acid,nanometer TiO2and silver nanoparticles were used to prepare antibacterial composite films,and the physicochemical properties including weight loss rate,firmness,VCcontent,reducing sugar content,total number of colonies and the changes of respiration intensity,were further studied. The results revealed that nanometer TiO2and silver nanoparticles possessed certain inhibitory effects on the number of microbial growth ofAgaricusbisporus,respiratory intensity,reducing sugar content and the decrease of VCcontent,among which,the antibacterial film with 3% nanometer TiO2,was shown to be the best of keeping the quality ofAgaricusbisporusin 16 day.

Agaricusbisporus;polylactic acid;nanometer TiO2;composite films;preservation

2017-03-08

尹敏(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品加工与保藏，E-mail:yinmin028@163.com。

*通讯作者:樊建(1964-)，男，硕士，副教授，从事食品研究，E-mail:fanj333@163.com。

国家自然科学基金(21576126)。

TS201.1

:A

:1002-0306(2017)17-0260-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.050