可食性涂膜在果蔬保鲜中的现状及研究进展

傅琰琰，梅 闯，王衍鹏，王继勋，卢春生，闫 鹏，张付春，冯贝贝

(1.浙江农林大学农业与食品科学学院，杭州 311300；2.新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091；3.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100)

0 引 言

【研究意义】目前有多糖、蛋白质、脂类和复合材料等涂膜材料用于果蔬及食品的保鲜，而由此做成的涂膜材料通常来自植物，对果蔬涂膜后，既可以在贮藏期保持较好的品质，还能够延长货架期，并且可直接食用而对人体安全[1-3]。近年来，应用多糖、蛋白质、脂类等对果蔬涂膜的研究较多且广泛，从果蔬保鲜到肉类保鲜都有应用。通过对涂膜保鲜材料及保鲜效果进行比较、概括和总结，对食品涂膜保鲜的方法有实际意义。【前人研究进展】果蔬等在经过不同种类和浓度的涂膜剂进行涂膜后，能够显著的延缓品质下降，降低了腐烂率，并且能够保持果蔬在贮藏期间的感官品质[4-5]。比如，涂膜能够减少由于呼吸速率的增加和水分的蒸发造成的货架期缩短，增加果实和蔬菜光泽[6-7]。而有些涂膜材料如壳聚糖具有良好的抗菌性，涂膜能够减少有害微生物造成的果蔬的腐败，保持果蔬采后品质[8-10]。现阶段，涂膜主要应用于以草莓、葡萄、蓝莓、番茄等容易腐烂、不易贮存的水果和蔬菜；以及鲜切苹果、鲜切哈密瓜等常见的鲜切水果[11-12]。【本研究切入点】关于涂膜材料和保鲜特性，前人的研究主要集中在以多糖类、蛋白质类、脂类和复合材料为主的涂膜材料上，涂膜对象也主要集中在易腐烂的的果蔬和鲜切水果。研究对不同的果蔬品种进行涂膜处理后的品质效果进行整理和归纳。【拟解决的关键问题】收集并整理应用比较广泛的涂膜材料和果蔬品种，对目前应用最多的涂膜材料(如多糖类)在果蔬保鲜现状的研究，进行汇总和比较，为果蔬涂膜保鲜提供参考。

1 材料与分析

1.1 材 料

国内外果蔬涂膜保鲜的相关文献、国内外官网信息：包括Science Direct、中国知网、NCBI、谷歌学术等。主要对近10余年的涂膜保鲜文献进行综述。

1.2 方 法

对收集的材料进行汇总、整理和对比，并用统计学方法对果蔬保鲜的涂膜材料及效果进行分析。

2 结果与分析

2.1 可食性涂膜保鲜研究现状与进展

2.1.1 多糖的涂膜

多糖是一种天然聚合物，包括淀粉(Starch)、果胶(Pectin)、纤维素及其衍生物(Cellulose and derivatives)，普鲁兰多糖(Pullulan)，海藻酸盐(Alginate)、壳聚糖和(Chitosan)魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan, KGM)。由于其良好的成膜性及形成涂层后对水分散失的阻隔，无色无味，热量低等优点多糖涂膜被广泛用于果蔬保鲜[11-12]。

近年来，壳聚糖在果蔬保鲜中的研究较多，其在保持果蔬采后品质、降低失水率、保持果实营养品质和感官品质中效果显著，在以多糖为涂膜材料中研究较多，如：用0.95%的壳聚糖+1.25%的明胶+0.4%的甘油可降低南果梨采后果实失重(weight loss, WL)和硬度下降，使保鲜期延长至20 d仍有较高的可溶性固形物(TSS)和VC(Vitamin C, VC)含量[13]。在1.5%的壳聚糖中加入了3%的沸石(zeolite)和0.1%的吐温对番茄进行涂膜可延缓果实成熟，但对降低WL无显著效果[14]。以哈密瓜为材料，用20 g/L的壳聚糖进行涂膜可降低采后呼吸速率和腐烂率的的上升，保持了硬度、VC和TSS含量[15]。用1%的壳聚糖或与0.05%的茶树油复配对香蕉进行涂膜可延缓呼吸速率，降低机械损伤和延缓成熟[3,16]。对草莓进行壳聚糖单一或与柠檬烯复配涂膜可减缓WL和真菌感染，但对可滴定酸(TA)、pH值和TSS含量无显著影响[17-18]。用添加了薄荷精油的羧甲基纤维素和壳聚糖的涂料对草莓进行涂膜，可在贮藏12 d时仍保持较高的感官品质和降低微生物数量[19]。壳聚糖与葡萄糖酸钙对草莓进行涂膜处理，可保持冷藏期间的硬度，并减少真菌造成的腐烂率的上升[20]。以壳聚糖为载体，添加抗菌药物对果蔬进行涂膜可保持自身品质和减少腐烂，如：在壳聚糖中加入纳他霉素对草莓和兰州百合进行包衣可降低耗氧量，保持TSS含量，并且有显著的抑菌效果[21-22]。其他防腐剂的使用也能够降低果实发病：如用添加了2%的食品防腐剂苯甲酸钠的羟丙基甲基纤维素和蜂蜡对樱桃番茄进行涂膜并结合5℃低温贮藏21 d，20℃的货架期4 d，可降低樱桃番茄的黑斑病发生率和严重程度[23]。以淀粉为涂膜材料的处理中，也有比较好的保鲜效果，如：用卡拉胶或木薯淀粉作为基本材料，添加铁和抗坏血酸对南瓜进行涂膜，可有效保持南瓜色泽和硬度[24]。

以多糖为材料的涂膜也广泛应用于鲜切水果，减少由切口带来的褐变，从而保持了果蔬品质，延长货架期。用海藻酸盐、果胶和结冷胶对‘Piel de Sapo’鲜切甜瓜进行涂膜，并结合4℃低温贮藏15 d后发现，3个涂膜处理均可抑制乙烯的生成、减少呼吸跃变造成的果实衰老腐败；以果胶涂膜处理对保持感官品质最好[25]。用甘油加入以淀粉为基础材料对球芽甘蓝进行涂膜处理，并用聚氯乙烯薄膜进行覆盖，处理42 d可使切块区域的褐变、重量和硬度的损失降到最低[26]。以1%的普鲁兰多糖为基材，加入0.8%的谷胱甘肽和1%的壳聚糖对苹果切片进行涂膜处理，可有效减缓褐变、降低WL，保持硬度，抑制微生物生长和呼吸速率，从而延长鲜切苹果的货架期[27]。用0.5%、1%或2%的壳聚糖对芒果进行涂膜处理并用PVDC薄膜包覆可提高TSS、TA和抗坏血酸的含量，并能抑制微生物的生长[28]。用2%的壳聚糖，1%的果胶和2%的反式肉桂醛对鲜切哈密瓜进行涂膜，4℃环境下进行贮藏，可有效保持其硬度，维持较好的生理特性和感官品质长达9 d[29]。1%的壳聚糖处理对鲜切苹果有较好的护色作用，并可以保持较高的感官品质[30]。

以多糖为基本材料进行单一涂膜，或与其他材料复配涂膜还广泛应用在其他的水果上。表1

表1 基于多糖的涂膜材料在果蔬中的应用Table 1 Application of polysaccharide-based coatings in fruits and vegetables

2.1.2 脂质的涂膜

用于果蔬的蜡质的涂膜材料主要有基于蜡质和石蜡薄膜及涂料；乙酰甘油薄膜和涂料以及紫胶树脂基薄膜及涂料。其主要的应用有：用小烛树蜡单独或者与枯草芽孢杆菌HFC103菌株结合对草莓进行涂膜贮藏保鲜发现，两者均可以在第3 d降低果实的腐烂率和WL，并对根霉病真菌具有抑制作用，从而延长草莓货架期[50]。用小烛树蜡+矿物油+甘油+钙复配剂对番石榴进行涂膜保鲜，20℃环境下贮藏15 d可有效降低呼吸速率和保持单果重，与对照相比WL降低30%[51]。用67%的小烛树蜡与33%的矿物油做涂膜剂对波斯橙进行涂膜可降低贮藏过程的WL，提高光泽度，同时能够提高TSS含量，降低TA含量[52]。以大戟提取的天然蜡与0.01%的抗氧化剂鞣花酸对金冠苹果进行涂膜，可减少苹果颜色的变化，减少WL和总固形物含量的下降，并能抵抗球藻炭疽杆菌、尖孢镰刀菌和青霉菌3种真菌的感染[53]。用木薯淀粉与巴西棕榈蜡作为可食性膜对鲜切苹果进行涂膜可提高耐水汽性、减少WL[54]。以豌豆淀粉和乳清蛋白分离物为基材，与巴西棕榈蜡(1∶1∶1)复合对核桃涂膜，可显著改善核桃的鲜嫩度和口感，但是如果将此比例调整为1∶1∶2则会导致核桃变黄、无法接受[55]。用1%的巴西棕榈蜡或0.5%的蜂蜡分别对金柑进行涂膜，可有效降低贮藏过程中的WL[1]。

2.1.3 基于蛋白质涂膜

基于蛋白质的涂膜材料主要有基于玉米醇溶蛋白薄膜和涂料；明胶涂料和薄膜；小麦蛋白薄膜和涂料及乳清蛋白薄膜和涂料。但是，这一类主要用于肉类的保鲜，像牛肉、鱼肉、鸡胸肉、鱼类，但是对果蔬研究较少[56-59]。用酪蛋白钙乙酰化单甘油酯水乳剂涂膜的西葫芦可以在贮藏期间减少呼吸速率和乙烯产生，降低水分蒸发[60]。用酪蛋白酸钠对仙人掌进行涂膜可延缓多酚的下降，但对抗氧化能力没有影响[61]。

2.1.4 复合材料涂膜

近年来，果蔬保鲜在不断探索新型涂膜剂的基础上，为了弥补单一涂膜材料在果蔬保鲜中的应用，对于涂膜复合材料或多成分复配的研究也越来越多[62-63]。如羟丙基甲基纤维素与硬脂酸复合涂膜；蜂蜡与甲基纤维素的复合涂膜；甲基纤维素/玉米玉米蛋白-脂肪酸膜和甲基纤维素复合涂膜，SiO2修饰的卡拉胶/魔芋胶复合涂膜，阿拉伯胶与白色玫瑰茄提取物复合涂膜保鲜等[64-68]。表2

表2 基于复合材料的涂膜材料在果蔬中的应用Table 2 Application of composite coatings-based coatings in fruits and vegetables

2.1.5 其他涂膜剂涂膜

蜂胶具有安全无毒、广谱抗菌等特性，因为易成膜也被用来对水果进行涂膜保鲜，其在保持水果外观品质和降低腐烂率的效果被认为是一种天然的防腐保鲜剂。近年来，随着对蜂胶的认识，蜂胶及其提取物涂膜也逐渐进入果品保鲜者的视野，越来越多的水果在采后用蜂胶处理后，其品质得到提升。表3

表3 其他涂膜材料在果蔬中的应用Table 3 Application of other coatings in fruits and vegetables

其他天然的大分子材料也用于果蔬的保鲜，如：天然芦荟胶与5%的抗坏血酸混合对草莓进行涂膜处理可延缓果实成熟，并能有效减少酵母菌和霉菌等数量[8]。用涂膜材料A和B(浓度和组分有差异)对新疆库买提杏进行涂膜，并进行保鲜袋与冷藏处理可保持果实硬度和TSS含量，降低腐烂率，保持果实色泽和外观品质，以B膜涂膜效果最好[81]。腰果胶作为一种水溶性的多糖，在添加了羧甲基纤维素后对鲜切番石榴进行涂膜可降低失水率和果肉颜色褐变[82-83]。2.5 g/L的黄原胶与1 g/L的肉桂酸复配对鲜切亚洲梨和欧洲梨进行涂膜，4℃下进行贮藏，能够降低褐变，延缓抗坏血酸、总酚和抗氧化能力，分别延长其货架期到4和8 d[84]。

2.2 可食性涂膜保鲜的研究机理

经过壳聚糖涂膜的草莓能够延长货架期，其主要原因是壳聚糖涂膜能够保持较高的酚类物质、花青苷及类黄酮类物质含量，同时提高了抗氧化物酶如：过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-POD)和愈创木酚过氧化物酶(G-POD)活性[4]。用壳聚糖处理可提高甜椒和番石榴在贮藏过程中的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性，并减少过氧化物自由基(O2-)含量，从而延缓果实的成熟和衰老延长了货架期[85-86]。用壳聚糖与改性纳米SiO2复合涂膜或甲氧基果胶涂膜可提高哈密瓜和蓝莓果实中CAT和POD活性，通过对H2O2和O2-的清除，减少丙二醛(MDA)含量达到延长保鲜期的效果[87-88]。壳聚糖与改性纳米TiO2复合涂膜，可提高金秋梨贮藏过程中SOD和POD活性，同时降低PPO活性[89]。番石榴用2%和3%的壳聚糖涂膜可以延缓在常温贮藏下的成熟，主要是由于抗氧化物酶活性(POD)的增强和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的降低[90]。壳聚糖涂膜除了可以降低PAL活性外，2%的壳聚糖和1%的壳聚糖+0.2%的姜精油对李子和草莓进行涂膜还可以降低MDA含量，降低细胞膜透性，从而延长货架期[91-92]。用海藻酸盐对樱桃进行涂膜可保持较高的总酚和总抗氧化物酶活性，从而在贮藏期2℃环境下延长16 d，20℃环境下延长货架期2 d[93]。2%的海藻酸盐与1%的壳聚糖复合涂层对番石榴进行涂膜，可通过保持较高的抗坏血酸、总酚、总类黄酮和抗氧化活性下10℃低温贮藏20 d[94]。以淀粉和甘油对球芽甘蓝进行涂膜能够保持抗坏血酸和总黄酮含量，提高自由基清除活性来延长贮藏期[26]。1%的羧甲基纤维素或1%的羧丙基甲基纤维素与1%的壳聚糖对草莓涂膜可保持果皮中较高的总酚和花青素浓度，从而减缓过度成熟和衰老带来的品质下降和货架期的缩短[95]。以壳聚糖和羧甲基纤维素为基材，采用逐层静电沉积法对草莓进行涂膜能够在贮藏过程中保持较低的代谢物含量，以此达到草莓品质的保鲜效果[7]。

3 讨 论

3.1 很多的涂膜材料在保持果蔬良好的果蔬品质的同时，也对品质的某些方面造成影响，如：以0.8%壳聚糖和10%蜂蜡作为涂膜剂处理草莓可保持果实品质、提高抗菌能力，延长了货架期，但是对感官品质有影响[5]。用壳聚糖和橄榄油残基对草莓进行涂膜，尽管降低了腐烂率，但是能够在贮藏中逐渐降低总酚、类黄酮和抗氧化物酶活性[9]。为提高涂层性能，在羧甲基纤维素中添加甘油、油酸和硬脂酸涂膜则导致柑橘品质的下降[96]。用羧甲基纤维素和壳聚糖双层涂膜会使‘Or’和‘Mor’柑橘的感官接受性逐渐下降，并增加异味的产生[6]。壳聚糖对鲜切苹果进行涂膜会促使PPO和POD活性的提高，反而使苹果褐变指数增大[97]。使涂膜材料在符合安全为前提的条件下，对果蔬品质的贮藏和保鲜保持达到最优，促进消费者的购买产品，是果品保鲜者遇到的问题。

3.2 生物聚合材料为涂膜剂存在很多的缺点，如机械性能差(如脂质)或水蒸气阻隔性能差(如多糖)，因此，需要开发新的替代品来解决这些缺点[98]。近年来，纳米技术方法可以通过设计低生物活性成分、更好的气体和机械性能以及减少对水果和蔬菜感官质量的影响的功能包装材料作出贡献。Barikloo等[10]研究表明，用粘土纳米材料对草莓进行包衣能够在贮藏期间保持最优的物理、化学和力学性能，其保鲜效果优于壳聚糖和聚乙烯薄膜的包衣。用卡拉胶/魔芋胶/纳米SiO2复合膜具有良好的透过性，能克服高分子生物膜机械性差和阻隔性能差的缺点[67]。Gorrasi等[69]研究表明，用基于果胶和甘油的活性纳米材料能够改善阻隔性能，对杏进行涂膜能延长其品质。张娜娜等[87]研究表明，在壳聚糖与改性纳米SiO2对哈密瓜进行涂膜可有效保持CAT和POD活性，从而延缓了由活性氧增加带来的果实衰老。在1%壳聚糖为基质材料，加入1%的纳米纤维素纤维和1%的百里香油制备的活性纳米复合材料对樱桃进行涂膜可有效保持果实水分和花青苷含量[99]。纳米材料在涂膜中的应用被认为是较前沿的涂膜保鲜技术，但在安全性、成膜性和应用上还需要更多的研究。

4 结 论

4.1 目前以多糖、脂质、蛋白质和复合材料在果蔬中的研究最多，涂膜剂的种类也由传统的壳聚糖、魔芋葡甘聚糖、淀粉等单一涂膜变成与其他材料，如抗生素、精油等的复合涂膜。果蔬品种也变得多样，从蓝莓、草莓、葡萄，到梨、桃、杏、柑橘、枇杷、芒果、苹果(或鲜切)和哈密瓜(或鲜切)等。通过对涂膜材料的改良和涂膜技术的应用，大大延缓了果蔬在贮藏保鲜中品质的下降，延长了货架期，保持了较高的感官品质，更容易被消费者接受。

4.2 经过涂膜剂处理的果实，能够减少贮藏期间水分的散失，减少失重率；同时能够保持果蔬品质(TSS、TA和VC等)。通过对其生理生化进行研究发现，涂膜后能够提高果蔬抗氧化酶(尤其是SOD和CAT)活性，减少由环境诱导的衰老(如活性氧等)的产生相关。有些涂膜材料，如壳聚糖单一或与魔芋葡甘聚糖等复配进行果蔬涂膜除保持较好的感官品质外，还能减少有害菌群的发生，从而减少腐烂率。

4.3 随着各种天然的草本植物(中草药)及抗生素类化合物在涂膜剂中的应用，新型的可食性膜和涂膜技术也不断发展以适应对新鲜果蔬的保鲜要求。以壳聚糖和魔芋葡甘聚糖为基材，加入芦荟凝胶、柠檬草、迷迭香等中草药的涂膜保鲜有很好的延长贮藏期和保持品质的效果[8,47-48]。纳米技术也是近年来很有前途和吸引力的研究领域，以纳米乳液和纳米颗粒作为涂膜剂对水果进行涂膜处理有更高的分布性和均匀性，且对水果表明形成保护屏障，在涂膜保鲜中发挥作用[89,98-99]。