菠萝叶纤维素膜对青枣和鲜切菠萝的保鲜效果研究

那广宁，纪海鹏，李航，吴涵溪，刘倍汐，陈存坤，张锐

（1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺113122；2.国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津），农业农村部农产品贮藏保鲜重点试验室，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点试验室，天津300384；3.辽宁省农业科学院食品与加工研究所，辽宁沈阳110161）

保鲜膜由于适度的透氧性和透湿度，能够调节果蔬贮藏微环境的气体组分和湿度变化，隔绝空气中的灰尘，从而延长果蔬采后保鲜期。化学合成塑料保鲜膜因其价格便宜、性质稳定而广泛应用于食品包装及果品保鲜。但是在高分子塑料薄膜给人们的生活带来方便的同时，这些废弃的塑料包装袋难以降解，对生活及环境造成了不容忽视的影响[1-3]。以天然纤维素为原料制备出的纤维素膜，具有合适的强度、优良的生物相容性和可降解性，对湿度和氧气有一定的阻隔作用，且成膜特性良好，因而备受青睐[4-5]。Nathalie Lavoine等利用微晶纤维素涂布，抑制了水中咖啡因分子的扩散和释放，这为纤维素膜在食品包装领域的应用提供了可能[6]。胡云峰等将纤维素膜率先应用于几种果蔬的采后保鲜，在果蔬护绿和防褐变方面取得很好的效果[7]。

菠萝在我国年产量丰富，菠萝叶纤维具有抑菌、消臭等性能[7-9]。因此，菠萝叶纤维的开发利用有着巨大的发展前景。本文以菠萝叶纤维膜为研究对象，主要研究该纤维膜的降解性能及其对青枣和鲜切菠萝的保鲜效果，一方面为菠萝叶纤维的高值化应用提供了新的思路，另一方面为开发新型可降解膜材料开辟了新的途径[10-11]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 主要材料

菠萝和青枣：当地水果批发市场，确保未经任何保鲜处理；菠萝叶纤维：中国热带农业科学院农业机械研究所；聚乙烯（polyethylene，PE）保鲜膜：国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津）。

1.1.2 主要试剂

灰霉菌：中国普通微生物菌种保藏管理中心；纤维素酶（酶活力50 000 U/g）：德国Merck公司；草酸、抗坏血酸、2，6-二氯靛酚钠、葡萄糖、蒽酮、98%浓硫酸均为分析纯：广州化学试剂厂。

1.2 主要仪器与设备

PL 1002 E电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；WZS 80手持糖度计：上海仪电物理光学仪器有限公司；CT 3质构仪：美国Brookfield公司；VCX500超声波破碎仪：美国SONICS公司；WFJ2000紫外可见分光光度计：江苏金坛市金城国胜试验仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 菠萝叶纤维素膜的制备

参考魏晓奕等的方法[12]。将经超声处理的菠萝叶纤维素/离子液体均相溶液25 g，均匀平铺于事先涂布聚四氟乙烯的不锈钢板上，待涂层平整后，将其浸入5℃的1.5%甘油水溶液中浸泡16 h，待膜凝固成型并析出后，以去离子水替换，一定时间后将膜干燥后备用。

1.3.2 纤维素酶和灰霉菌对纤维素膜的降解性能试验

于无菌条件下，将边长2 cm的正方形纤维素膜和PE保鲜膜分别平铺于马铃薯葡萄糖琼脂培养基（potato dextrose agar，PDA）固体培养平板中心，再将纤维素酶均匀涂布在平板培养基上，将灰霉直接划线接种到平板培养基上，置于28℃恒温箱培养，保证膜面湿润，每处理3次重复，每隔24 h观察一次膜降解情况[13]。

1.3.3 包装和贮藏试验

挑选大小一致、颜色均匀、无损伤的青枣，选取无伤无病的菠萝去皮切片，分别以塑料托盘盛装，再分别以纤维素膜和PE保鲜膜进行外包装，青枣和鲜切菠萝片均500 g/包，设未使用保鲜膜包装的样品为空白对照，于25℃、相对湿度70%的环境条件下贮藏，每隔12 h测定各项感官和理化指标[14-15]。

1.3.4 商品性指标测定

感官评定采用直接外观检验法，对两种水果贮藏前后的样品进行感官评价，并与空白组对照；失重率采用差重法测定，对贮藏前后的样品进行称量，计算失重率。硬度采用质构仪质地剖面分析模式进行测定，采用圆柱型TA39探头，测试速度0.5 mm/s，压缩距离5mm，每个样品取中间平整均匀部分进行[16-17]。

1.3.5 理化指标测定

可溶性固形物含量采用手持式折光仪直接测定（GB/T 12295-1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的测定折射仪法》）；总糖含量采用蒽酮比色法测定；维生素C含量采用钼蓝比色法测定[18-19]。

2 结果与分析

2.1 菠萝叶纤维素膜的降解性能

纤维素酶对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性比较见表1和图1。

表1 纤维素酶对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性比较Table 1 Comparison of the degradation of cellulase on cellulose membrane and PE cling film

图1 纤维素酶对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性外观照片Fig.1 External photos of the degradation of cellulase on cellulose membrane and PE cling film

由表1和图1可以看出，纤维素酶对纤维素膜有较强的降解作用，且效果较显著，3 d后均已破裂成片，而纤维素酶对PE保鲜膜无明显降解效果，10 d后仍保持完整外形。以上说明，纤维素酶对纤维素膜具有良好的降解性。

灰霉对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性比较见表2和图2。

表2 灰霉对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性比较Table 2 Comparison of the degradation of grey mould on cellulose membrane and PE cling film

图2 灰霉对纤维素膜和PE保鲜膜的降解性外观照片Fig.2 External photos of the degradation of grey mould on cellulose membrane and PE cling film

由表2和图2可以看出，灰霉对纤维素膜有较明显的降解作用，5 d后逐渐破裂，12 d后破裂成片，但灰霉对PE保鲜膜无明显降解作用，12 d后仍保持完整外形。以上说明，灰霉对纤维素膜具有良好的降解性。

以上试验结果表明，纤维素膜具有良好的可降解性和生物相容性，且不同微生物对纤维素膜的降解速率具有较大差别。

2.2 贮藏前后青枣和菠萝的外观变化

贮藏前后青枣的外观变化见图3。

图3 保鲜前后青枣的外观变化Fig.3 Appearance change of jujube before and after preservation

由图3可以看出，经过5 d的常温贮藏，青枣均有一定程度的萎蔫，空白对照组的青枣已出现较大面积褐变，PE保鲜膜组和纤维素膜保鲜组表观比较完好未出现褐变，青枣果实仍具有较好的商品性，可以食用。

贮藏前后菠萝的外观变化见图4。

图4 保鲜前后菠萝的外观变化Fig.4 Appearance change of pineapple before and after preservation

由图4可以看出，经过3 d的常温贮藏，菠萝都有很大程度的失水皱缩，其中空白对照组皱缩最为严重，PE保鲜膜组和纤维素膜保鲜组的商品性也有一定程度下降，但优于空白对照组。

2.3 青枣和菠萝失重率的变化

失重是水果贮藏过程中影响果实品质的重要因素之一，保鲜膜的透湿性对果蔬的保鲜效果有一定程度的影响。若透湿性不好，呼吸产生的水分累积在包装内，湿度过大会引起微生物的生长，使果蔬腐败变质；若透湿性太好，又会使果蔬因失水而影响品质，产生皱缩现象，影响其商品性。贮藏前后青枣和菠萝失重率的变化见图5。

图5 不同贮藏方式下青枣和菠萝失重率的变化Fig.5 Weight-loss rate change of jujube and pineapple under different storage modes

由图5可以看出，随着时间的延长，青枣和菠萝在常温贮藏过程中的失重率都呈上升趋势，其中空白对照组的失重率明显高于PE保鲜膜组和纤维素膜保鲜组，纤维素膜保鲜组的失重率略高于PE保鲜膜组。以上结果表明，纤维素膜能在一定程度上降低青枣和菠萝在常温贮藏过程中的水分散失，但是因为纤维素膜的气孔比PE保鲜膜的大，透湿性能比较好，导致青枣和菠萝有一定程度失重，对果蔬的保水性不如PE保鲜膜的效果好。

2.4 青枣和菠萝硬度的变化

硬度是果实贮藏保鲜的一个重要指标，由于青枣和菠萝在贮藏过程中淀粉酶活性的不断上升，导致淀粉含量下降，所以果实会逐渐变软。贮藏前后青枣和菠萝硬度的变化见图6。

图6 不同贮藏方式下青枣和菠萝硬度的变化Fig.6 Rigidity change of jujube and pineapple under different storage modes

由图6可以看出，随着时间延长，青枣和菠萝的硬度呈下降趋势，但是纤维素膜保鲜组和PE保鲜膜组的整体下降率比空白对照组较为缓慢。这可能是在贮藏过程中，纤维素膜通过影响淀粉酶的活性代谢来缓解淀粉的水解，使淀粉的水解和转化为可溶性糖这一过程受到影响。

2.5 青枣和菠萝可溶性固形物含量的变化

可溶性固形物是果蔬中能溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等，在贮藏过程中会发生降解转化。果实中可溶性固形物的含量不仅影响果实的风味，同时也反应果实的衰老过程[3]。贮藏前后青枣和菠萝可溶性固形物含量的变化见图7。

由图7可以看出，随着时间延长，青枣和菠萝中可溶性固形物的含量均先下降，至第3天和第1.5天左右再不同程度地增加，这应该与果实中H+浓度增加，酸性转化酶活性增强，促进部分糖转化为酸有关，致使可溶性固形物的总含量增加。最后可溶性固形物的含量又下降，这是因为贮藏后期果实品质下降，蔗糖、有机酸分解转化速度加快，同时维生素含量也下降。

图7 不同贮藏方式下青枣和菠萝可溶性固形物含量的变化Fig.7 Content change of soluble solids of jujube and pineapple under different storage modes

2.6 青枣和菠萝总糖含量的变化

总糖不仅是水果的营养物质，而且能够反映果实贮藏过程中品质的变化。由于在果实贮藏过程中淀粉酶活性不断上升，使淀粉分解产生糖，使果实中糖含量上升。贮藏前后青枣和菠萝总糖含量的变化见图8。

由图8可以看出，青枣和菠萝在常温贮藏过程中总糖含量均呈上升趋势，但是纤维素膜保鲜组和PE保鲜膜组的整体上升率相对缓慢。这可能是由于纤维素膜的低透湿性和低透氧率，引起了细胞膨胀力的变化，影响了淀粉酶的代谢，从而缓解了淀粉的水解，抑制总糖含量的上升。

图8 不同贮藏方式下青枣和菠萝总糖含量的变化Fig.8 Content change of total sugar of jujube and pineapple under different storage modes

2.7 青枣和菠萝维生素C含量的变化

青枣和菠萝中富含维生素C，维生素C是重要的营养物质和抗氧化生理活性物质，其含量的高低既能反应果实品质的好坏，也能反应采后衰老程度[20]。贮藏前后青枣和菠萝维生素C含量的变化见图9。

图9 不同贮藏方式下青枣和菠萝维生素C含量的变化Fig.9 Content change of Vitamin C of jujube and pineapple under different storage modes

由图9可以看出，青枣和菠萝在常温贮藏过程中维生素C的含量均呈明显的下降趋势，但是相对于空白对照组，纤维素膜保鲜组和PE保鲜膜组整体下降率较为缓慢。可能是由于青枣和菠萝呼吸作用产生的CO2被纤维素膜所隔离，导致膜内部的CO2浓度增高，呼吸强度下降，抑制了果实内氧化酶的活性，从而抑制了维生素C的氧化。以上结果表明，纤维素膜能有效延缓贮藏过程中维生素C的损失，有利于果实中维生素C含量的保存。

3 结论

纤维素膜具有良好的可降解性和生物相容性，且不同微生物对纤维素膜的降解速率有很大差异。

纤维素膜能在一定程度上降低青枣和菠萝在常温贮藏过程中的水分散失，能够抑制果实硬度的下降，有利于果实硬度的保持，且能在一定程度上抑制果实可溶性固形物和总糖含量的上升，保持果实良好的糖酸比，能有效延缓贮藏中维生素C的损失，有利于果实维生素C含量的保存，从而提高果实的保鲜品质。