纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓的保鲜效果

张群利,崔琳琳2,郑 权,邬泽凯,丁云闪,覃懿琴,张佳俐,何美杉,陈钧浦

(1.东北林业大学工程技术学院,黑龙江哈尔滨 150040;2.哈尔滨商业大学药学院,黑龙江哈尔滨 150076)

蓝莓是一种呈蓝色的小浆果,有极高的药用价值及营养保健功能,具有防止脑神经老化、保护视力、强心、抗癌、软化血管、增强机体免疫等功能,国际粮农组织将其列为人类五大健康食品之一[1]。然而蓝莓属于浆果类水果,保质期较短,如不及时进行保鲜处理,极易腐败变质,因此如何延长蓝莓货架期是现今亟待解决的问题。

近年来,随着人们的生活水平不断提高,食品安全和环保问题日渐成为人们关注的焦点,对易腐败变质水果的保鲜有了更高的要求,不仅要求起到保鲜效果,还要求不会对保鲜水果造成侵害。目前,水果保鲜包装的主要形式是保鲜膜,水果保鲜膜主要分为普通保鲜膜、功能性保鲜膜和涂膜[2-4]。传统的普通保鲜膜已不能满足人们对食品安全和环保的需求[5]。因此,直接来源于生物体自身组成成分或其代谢产物所制成的天然保鲜膜越来越被消费者所接受[6]。其不仅具有良好的抗菌作用、机械性能,而且对人体的安全性高,对环境不会造成负担,绿色环保,可以用于果蔬保鲜,延缓果蔬腐败和变质,有效延长果蔬贮藏保鲜货架期[7]。

本文拟通过以玉米秸秆微晶纤维素为原料,蒲公英提取物和茶多酚为保鲜剂,制备不同纤维素保鲜膜;用不同保鲜剂的纤维素保鲜膜包覆在装有水果的包装盒上,在4 ℃条件下保存,分别测试纤维素保鲜膜包覆的水果的硬度、腐烂率、失重率、可溶性固形物、VC含量、丙二醛、花青素等,探究不同纤维素保鲜膜的保鲜效果,以期获得一种具有良好力学性能、阻隔性和抗菌保鲜性能的包装膜材料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蓝莓 哈尔滨哈达果蔬批发市场,同一批次购买的鲜果;玉米秸秆 购自吉林省舒兰市吉舒镇;离子液体([BMIM]C1) 林州科能材料科技有限公司;茶多酚 江西富之源生物科技有限公司;蒲公英干菜 购自吉林舒兰市农贸市场;酚酞 天津光复精细化工研究所;抗坏血酸、2,6-二氯酚靛酚钠 天津市光复科技发展有限公司;草酸 天津凯通化学试剂有限公司;2-硫代巴比妥酸 天津大茂化学试剂厂;三氯乙酸 天津天力化学试剂有限公司;石英砂 天津科密欧化学试剂有限公司。

TGL-20B高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂;PHS-3E精密PH计 上海仪电科学仪器股份有限公司;VFD-2000真空冷冻干燥箱 上海比朗仪器制造有限公司;FA2004B电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;L5S紫外可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司;FG-113手持式折光仪 永康喜尚工贸有限公司;CT3 10K质构仪 美国BROOKFIELD公司。

1.2 实验方法

1.2.1 纤维素的提取制备 参考张冬丽[8]的提取方法,将玉米秸秆,去叶、切段、蒸馏水清洗处理后,放入沸水中蒸煮1 h,蒸煮后在台式鼓风干燥箱内60 ℃条件下烘干,粉碎器打碎,过40目筛,即得到玉米秸秆粉末,储存备用;称取100 g的玉米秸秆粉末与2000 mL 40 g/L NaOH溶液混合,80 ℃搅拌反应2 h,蒸馏水离心洗涤至中性。滤渣转移至三口烧瓶中,加入17 g/L的亚氯酸钠溶液(固液比1∶20),30%的醋酸调节pH为4.0,80 ℃处理2 h,离心洗涤至中性,60 ℃干燥粉碎得到玉米秸秆纤维素。在硫酸浓度8%、酸解时间60 min和酸解温度85 ℃条件下,将玉米秸秆纤维素与硫酸以固液比1∶20 (g/mL)进行酸解反应,在8000 r/min的条件下,离心并洗涤至中性,真空冷冻干燥24 h,研磨粉碎,过筛(200目)得到玉米秸秆微晶纤维素,测定微晶纤维素含量[9]。

1.2.2 蒲公英提取物制备 将蒲公英粉碎,过40目筛。蒲公英粉末和40%乙醇水溶液以1∶20的比例混合,超声20 min后,在70 ℃下水浴加热2 h,用漏斗过滤分离提取液后,残余物再加3倍水同样70 ℃条件下水浴加热2 h后分离提取液。将两次的提取液合并,过滤残渣,静止沉降,将滤液在4 ℃下过夜保存,第2 d,将滤液在8000 r/min下离心20 min,取上清液抽滤,滤液旋转蒸发浓缩,干燥粉碎,制得蒲公英提取物[10-11]。

1.2.3 纤维素保鲜膜制备 取适量玉米秸秆微晶纤维素溶于[BMIM]C1中,搅拌一定时间,观察到纤维素溶解,即制得纤维素溶液[12];将不同组分的保鲜剂加入纤维素溶液中,共混得到粘稠状纤维素保鲜膜液;静置1 h,以除去气泡;利用刮膜器将纤维素抗菌膜液平铺于洁净玻璃板上;将纤维素抗菌膜浸泡于去离子水中去除[BMIM]C1,形成再生纤维素湿膜(对照);在60 ℃下烘干12 h,得到再生纤维素保鲜膜。根据前期对保鲜剂溶解度的实验研究,分别为30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜(15%蒲公英提取物+15%茶多酚)、30%蒲公英提取物的纤维素抗菌膜、30%茶多酚的纤维素保鲜膜。

1.2.4 实验分组 挑选无损伤、果实饱满、无腐败变质、颜色及大小基本一致的新鲜蓝莓进行实验。对保鲜实验进行分组,根据保鲜剂种类分组,具体分组为再生纤维素膜包覆的蓝莓为对照组、加入30%茶多酚的纤维素保鲜膜包覆的蓝莓、加入30%蒲公英提取物的纤维素保鲜膜包覆的蓝莓、加入30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包覆的蓝莓为实验组。将50 g蓝莓放入托盘中,用制备的不同纤维素保鲜膜包覆托盘,使其密封,通过保鲜膜作用;随后放入温度为4 ℃的冰箱中储藏,储藏期为14 d,每2 d测试一次,每次重复三遍取平均值。

1.3 指标及测定方法

1.3.1 蓝莓的穿刺测试 利用CT3 质构仪进行穿刺测试,测试果实硬度(N)[13]。

1.3.2 蓝莓腐烂率的测定 感官判断腐烂蓝莓的个数,计算蓝莓腐烂率的公式如下:

腐烂率(%)=单个样品的腐烂蓝莓的个数×100/单个样品的蓝莓总数

式(1)

1.3.3 蓝莓失重率的测定 计算蓝莓失重率的公式如下:

失重率(%)=(保鲜前质量-保鲜后质量)×100/保鲜前质量

式(2)

1.3.4 蓝莓可溶性固形物含量的测定 采用手持式折光仪进行测试[14]。

1.3.5 蓝莓维生素C含量的测定 采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[15-16]。

1.3.6 蓝莓丙二醛含量的测定 采用硫代巴比妥酸比色法[17]。

1.3.7 蓝莓花青素含量的测定 采用溶剂提取法[18]。

1.4 数据统计分析

通过测试的数据,利用Excel软件对实验的结果进行数据分析,绘制散点折线图。

2 结果与分析

2.1 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓果实硬度的影响

细胞间结合度的大小和相关分解酶的变化直接影响着果实的硬度,在蓝莓储运过程中对其硬度要求很高,所以蓝莓的果实硬度是证明保鲜效果的重要指标。由图1可知,在储藏期间各保鲜包装的蓝莓硬度变化趋势均是先上升后下降。果实硬度先上升是因为果实采后表面水分充足,当处理后第2 d时表皮水分流失,且内层果肉自然固化形成对内部成分的保护,因此,蓝莓的果实硬度有所提升,随着成熟过程的加快和水分的流失,果皮变皱,硬度也就随之逐渐降低。所以,在储藏至第4 d时,蓝莓已开始流失水分,导致硬度开始降低,三种纤维素保鲜膜包装蓝莓的果实硬度明显优于再生纤维素膜,说明纤维素保鲜膜能减缓果实硬度的降低,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜效果最佳,第14 d时果实硬度仍高于刚开始保鲜时的果实硬度,为3.08 N,是对照组0.98 N的3.14倍,其他两种单保鲜剂保鲜膜为2.28、2.61N,也都小于30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓,但效果优于再生纤维素膜。主要是因为纤维素保鲜膜有很好的抑菌性和抗氧化性,降低了微生物对蓝莓的侵染和蓝莓的氧化[10-11],减缓细胞壁纤维素、半纤维素的降解和细胞间果胶减少,从而有效地减缓了蓝莓保鲜包装后硬度的降低。

图1 蓝莓储藏期间果实硬度变化Fig.1 Changes in fruit firmness during blueberry storage

2.2 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓感官腐烂率的影响

由图2可知,各保鲜包装的蓝莓在贮藏期间腐烂率逐渐上升,且再生纤维素膜的上升速度最快,贮藏至14 d时腐烂率已达25.80%,大部分蓝莓出现软化和腐烂。对比再生纤维素膜发现,30%蒲公英提取物的纤维素保鲜膜和30%茶多酚的纤维素保鲜膜,对果实腐烂率的抑制效果无显著差异(P>0.05)。30%复合保鲜剂与再生纤维素膜相比抑制效果明显,而且贮藏至14 d时,对照组腐烂率是30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜的2倍,这说明保鲜膜能抑制果实腐烂,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜效果最佳。

图2 蓝莓储藏期间腐烂率变化 Fig.2 Changes in rotting rates during blueberry storage

2.3 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓失重率的影响

由图3可知,不同保鲜包装的蓝莓在贮藏期间失重率逐渐增加,再生纤维素膜的失重速度最快,贮藏至14 d时,失重率为10.16%。其他各组蓝莓失重率分别为7.22%、7.11%和6.00%,均小于对照组,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓失重率仅为再生纤维素膜的59.1%,这说明保鲜膜对蓝莓的水分流失抑制有一定效果。

图3 蓝莓储藏期间失重率变化Fig.3 Changes in weight loss rates during blueberry storage

2.4 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物的含量是测定果蔬品质和保鲜效果的重要指标。可溶性固形物含量越高,蓝莓的口感越好[14]。由图4可知,各保鲜包装的蓝莓可溶性固形物含量均先增加后减少,储藏前期蓝莓采后成熟过程会生成可溶性固形物使其含量上升,而后因呼吸作用的不断消耗开始下降。可以看出,第4 d各保鲜包装的蓝莓的可溶性固形物含量为12.1%、12.9%、12.7%和13.5%,由于都处于生长期,微生物作用小,无明显差异。在储藏中后期可以看出,蓝莓的可溶性固形物含量开始下降,到第14 d,含量分别为9.2%、10.7%、11.1%、12.4%,其中,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓可溶性固形物含量下降趋势减缓,较第4 d时下降了1.1%,而对照组下降了2.9%。这是因为当果实进入腐烂变质阶段时,纤维素保鲜膜的抗菌性抑制了微生物对果实的侵蚀,减缓了可溶性固形物含量的下降。所以,储藏至14 d时,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装对抑制蓝莓可溶性固形物降低效果更明显,能延缓蓝莓的腐烂。

图4 蓝莓储藏期间可溶性固形物含量变化Fig.4 Changes in soluble solids contents during blueberry storage

2.5 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓维生素C含量的影响

维生素C是果蔬中重要的营养成分,蓝莓被称为“VC之王”。由图5可知,各保鲜包装蓝莓的维生素C因被氧化分解,含量逐渐减少,但三种纤维素保鲜膜包装的蓝莓维生素C含量明显高于再生纤维素膜的维生素C含量,而且30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜能抑制蓝莓维生素C含量降低,在第14 d,再生纤维素膜包装的蓝莓维生素C含量下降至20.10%,而30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓下降至34.10%。根据张军宁的研究[10],茶多酚和蒲公英提取物均含抗菌、有抗氧化成分,可以减缓果实的维生素C被氧化,而30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜中有效成分较多,因此其效果最佳。

图5 蓝莓储藏期间维生素C含量变化Fig.5 Changes in vitamin C contents during blueberry storage

2.6 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓丙二醛含量的影响

果蔬在采后贮藏期间其细胞膜脂发生过氧化反应产生丙二醛(MDA),丙二醛含量越高,说明果实损伤越严重,所以,丙二醛含量是反映蓝莓采后生理生化的重要指标之一。从图6可知,各包装蓝莓的丙二醛含量均逐渐增加,保鲜膜包装的蓝莓丙二醛含量低于再生纤维素膜包装,储存至14 d时,各保鲜包装蓝莓的丙二醛含量分别为25.7、20.0、19.4、15.6 nmol/g。可以看出30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓丙二醛含量明显低于其他三组,另两种保鲜膜包装的蓝莓丙二醛含量差异不大,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜的效果最佳,其为再生纤维素膜包装的蓝莓即对照组丙二醛含量的60.7%。根据方海峰的研究[13],具有抗氧化功能的抗菌剂能提高其抗过氧化性,而且能提升果实过氧化物酶活性,从而抑制细胞膜脂的过氧化,减缓了果实的过氧化损伤。

图6 蓝莓储藏期间丙二醛含量变化Fig.6 Changes in malonaldehyde contents during blueberry storage

2.7 纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓花青素含量的影响

花青素是蓝莓重要的功能性成分之一。由图7可知,各保鲜包装蓝莓的花青素含量变化均是先增加后减少的,因为在储藏前期蓝莓采后成熟过程花青素快速生成,而后随着蓝莓果实衰老其含糖量、VC、pH变化导致花青素含量下降。储藏的第14 d时,再生纤维素膜包装的蓝莓即对照组的花青素含量为2.48 nmol/g,30%蒲公英提取物的纤维素保鲜膜、30%茶多酚的纤维素保鲜膜、30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜包装的蓝莓花青素含量分别为3.36、3.2、3.68 nmol/g,是对照组的1.35、1.29、1.48倍,所以,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜抑制蓝莓黄青素分解效果最佳。张纪娟等[15]发现含有抗氧化物质的纤维素保鲜膜可以抑制果实的呼吸作用和氧化速度,减缓蓝莓花青素的氧化分解,与本实验结果一致。

图7 蓝莓储藏期间花青素含量变化Fig.7 Changes in anthocyanin contents during blueberry storage

3 结论

玉米秸秆微晶纤维素共混蒲公英提取物和茶多酚制备而成的纤维素保鲜膜可有效抑制蓝莓的腐败变质,蓝莓果实硬度为再生纤维素膜即对照组包装的3.14倍,腐烂率为对照组的50%,失重率为对照组的59.1%,可溶性固形物含量为对照组的1.3倍,VC含量为对照组的1.7倍,花青素的含量为对照组的1.48倍,丙二醛含量为对照组的60.7%,可抑制蓝莓腐烂,减少失重,减缓可溶性固形物含量、维生素C含量、花青素含量和硬度的降低速率,抑制丙二醛含量的升高,效果优于对照组及其他单保鲜剂保鲜膜包装。所以,30%复合保鲜剂的纤维素保鲜膜的抗菌保鲜效果最佳,且具有节约资源、保护环境及安全无毒的特点,是一种前景良好的新型包装保鲜薄膜。