可食性涂膜在鲜切果蔬保鲜中的研究进展

周涵梦，黄金发，马 辉，毕 洁，王加华，舒在习，王 贺，李占明，戴 煌*

（1.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉 430023；2.山东新希望六和集团有限公司，山东青岛 266100；3.杭州老爸评测科技有限公司，浙江杭州 310051；4.浙江农林大学暨阳学院，浙江绍兴 311800；5.江苏科技大学粮食学院，江苏镇江 212100）

随着经济的发展和消费水平的提高，人们越来越注重饮食营养，水果和蔬菜的消费模式正在向健康方向转变。社会的快速发展加快了人们的工作节奏，引起了生活方式和消费观念的变化，目前鲜切果蔬已大量出现在果蔬消费市场中供人们选择。鲜切果蔬是以新鲜水果和蔬菜为原料，经清洗、切分、杀菌、保鲜等加工，冷链运送至饭店、商超、便利店等场所的即食产品[1]。鲜切果蔬有新鲜水果蔬菜的生物活性物质和微量营养素，且具有自然、新鲜、卫生和便捷等特点，正日益受到消费者的喜爱。鲜切果蔬一般开袋即食或直接烹调，节省时间，减少了果蔬在运输与处理中的费用，符合高效、优质、环保、绿色等食品行业的发展要求。近年来，随着中央厨房、冷链物流速递业和外卖行业的快速发展，鲜切果蔬发展迅猛，为人们消费果蔬提供了便利，已成为果蔬的新消费形式。

新鲜果蔬经切分后，组织结构受到破坏，切面直接暴露在空气中，组织代谢活动增大，呼吸作用加强，从而加速果蔬的成熟和衰老，缩短保质期，增加生产成本，降低消费者接受度；果蔬切口汁液的营养成分充足，易受微生物污染等[2]。为了减缓鲜切果蔬的呼吸速率、控制表面微生物生长繁殖、延长贮藏期，需要采取针对性的保鲜方法。目前针对鲜切果蔬的保鲜技术较多，有物理、化学、生物保鲜法[3]。物理保鲜主要有低温保鲜、气调保鲜等。低温能抑制果蔬的呼吸强度，降低果蔬体内的各种生理生化反应速度，延缓衰老，抑制褐变，延长果蔬的保鲜期；也能抑制微生物的生理代谢，从而抑制微生物的生长与繁殖。因此，控制加工场所的温度，在贮藏、流通及销售过程中采用冷链控制是保证鲜切果蔬品质的关键因素，也是目前应用最成熟的鲜切果蔬保鲜技术[4]。然而与未加工果蔬不同，鲜切果蔬对低温更为敏感，当贮藏温度低于耐受温度时，低温容易造成鲜切果蔬的冷害。在低温处理过程中应根据果蔬的种类严格控制贮藏环境温度，同时减少温度波动来达到较好的保鲜效果。化学保鲜主要是使用柠檬酸、抗坏血酸等抗氧化剂、1-甲基环丙烯等乙烯抑制剂等化学保鲜剂，能产生较好的保鲜效果，但对使用条件和浓度要求高，还可能损害果蔬风味、品质，存在食品安全隐患。生物保鲜主要是应用壳聚糖等可食性涂膜材料、乳酸链球菌素等抗菌剂，其使用的天然原料，被认为安全可接受，目前仍处于探索阶段。

近年来，食品安全问题已经引起了人们的普遍关注，传统的果蔬保鲜技术已不能满足人们的现实需求，因此，深入研究安全无污染的保鲜技术已迫在眉睫。可食性涂膜技术通过浸涂、喷涂等方法在鲜切果蔬表面涂上一层可食性膜来阻隔O2、减少水分损失、抑制呼吸、延迟乙烯的产生，其保鲜效果良好[5]。可食性涂膜保鲜是一种安全、环保、成本低廉、操作简便的方法，在包装材料中的研究应用众多，是目前研究的热点。本文根据鲜切果蔬的品质劣变情况，从生理和物理化学特性以及植物营养素和抗菌活性的角度，总结可食性涂膜对鲜切果蔬的影响和作用，归纳了可食性涂膜技术在鲜切果蔬中的研究进展，为延长果蔬贮藏期、保障鲜切果蔬的食用安全提供参考。

1 鲜切果蔬品质劣变的表观特点

鲜切果蔬因表皮被去除，细胞发生破裂，蒸腾作用和呼吸作用急剧增强，造成鲜切果蔬内部水分大量流失，如果不及时进行处理，鲜切果蔬产品就会迅速萎蔫、皱缩、干化，失去其新鲜品质。切分产生的受损信号使果蔬各种生理生化反应加剧，导致乙烯大量产生，呼吸速率显著提高，次生代谢产物和自由基积累，最终影响产品的香气、风味、质地、外观及营养品质。新鲜果蔬经切分后，组织液外流，切面与环境充分接触，酶类在O2参与下迅速氧化成酚类化合物，引起褐变[5-6]。褐变不仅引起鲜切果蔬色、味等感观性状的下降，还会造成营养损失，甚至影响产品的安全性。果蔬表面广泛存在着乳酸菌、大肠杆菌、假单胞菌、葡萄球菌等微生物，切割处理造成果蔬营养成分的外流，为微生物生长繁殖提供了有利的环境条件，与此同时，新鲜果蔬在去皮、切分等加工过程中，组织结构极易受到空气、加工用水及机械设备中各种微生物的侵染[7]。果蔬在加工中发生的一系列生理变化严重影响鲜切果蔬的营养价值和安全，缩短保鲜期，需要利用保鲜技术来延缓鲜切果蔬的品质裂变。

2 可食性涂膜在鲜切果蔬中的应用研究

可食性涂膜是涂在水果表面的薄膜，在水果和环境之间形成屏障，作为整个产品的一部分食用。可食用的薄膜通过浸涂或喷涂包衣溶液而涂在鲜切水果表面。理想的可食用涂层可以部分阻止水分运动，从而减少水分从果蔬表面流失，并通过充当气体交换的屏障来改变水果周围的气体环境[8]。这将减缓果蔬的呼吸和衰老，不会导致真菌在果蔬表面生长和繁殖，也不会引起厌氧菌的滋生[9]。可食用涂层能增强果蔬硬度，增加可滴定酸度，抑制维生素C 氧化和水分流失，增加可溶性固形物含量，保持果蔬原有的鲜艳色泽。可食性涂膜可作为多种活性成分的载体，在成膜溶液中常用的添加剂包括抗菌剂、抗褐变剂、塑型剂、营养素、着色剂、调味剂、表面活性剂和乳化剂等[10]。这些活性成分使可食性涂膜具有抑制微生物生长，提高可食性涂膜的成膜性、透气性、保水性和光泽性等功能，能更好地维持鲜切果蔬的质地、水分、质量、颜色、风味等感官指标。可食性膜按照材料成分大体分为多糖类、脂类、蛋白质类及复合型可食性膜。

2.1 多糖类可食性涂膜

多糖是天然的聚合物，被广泛用于开发可食用的涂层或薄膜，例如淀粉、果胶、纤维素、壳聚糖、藻酸盐以及相应的衍生物[11]。多糖具有有序的氢键网络形状，是良好的O2阻滞剂[12]。多糖涂层无油、无色、低卡路里，可通过显著减少脱水、氧化酸败和表面变黑来改善肉制品、贝类、蔬菜和水果的保质期[13]。Khatri 等[14]研究利用芦荟凝胶和壳聚糖作为可食用涂料在延长番茄果实采后货架期方面的效果，以及它们的生化特性和抗氧化能力。结果发现，包衣处理的果实在冷藏过程中，总可溶性糖、总酚、番茄红素含量和果胶酸裂解酶活性均逐渐升高，可滴定酸度和抗坏血酸含量均逐渐降低，抗氧化活性均呈明显差异性。与对照果实相比，壳聚糖和凝胶联合处理在延缓果实成熟过程中效果最好，可延长果实贮藏期至42 d。Arnon-rips 等[15]通过席夫碱反应和还原胺化，将香兰素和反式肉桂醛与壳聚糖结合应用于鲜切甜瓜的活性涂层。共价键克服亲脂香兰素和肉桂醛的溶解度问题，中和其挥发性，产生黏附良好的涂层，提高果实品质和耐贮藏性而不损害感官品质。将其聚集物与抗菌柠檬醛一起添加到柑橘汁中，可使微生物计数减少6 log（CFU/mL）。多糖类可食性涂膜对鲜切水果的感官和消费者可接受性的影响较小。Benitez 等[16]发现相比于壳聚糖复配乙酸、藻酸盐形成的涂膜，经由芦荟或壳聚糖复配柠檬酸涂膜处理的鲜切猕猴桃的感官更受欢迎。Özdemir 等[17]发现涂有壳聚糖和抗坏血酸的石榴假种皮在（5±1）℃下冷藏25 d后，感官分析方面得分更高。

表1（见下页）列举了现有研究中不同多糖涂膜基质、结合材料、应用的果蔬品种及涂膜的功能。现有的多糖涂膜研究在维持感官品质、抑制酶活性、延长贮藏期等方面效果明显，目前已有商业化应用，具有良好的应用前景和市场。然而，由于多糖的亲水性质使其抑制水分散失的性能较差，无法有效延迟水分流失而影响鲜切果蔬销售[18-20]。

表1 多糖涂膜材料在果蔬中的应用Table 1 Application of polysaccharide coating materials in fruits and vegetables

2.2 脂类可食性涂膜

脂质是阻止水分迁移的良好屏障，脂质基的涂料和薄膜对阻止水分的输送、减少水分产生效果显著[33]。疏水性的增加会导致水蒸气的渗透性降低。脂质涂膜的应用包括脂肪酸及其单甘脂、表面活性剂和天然蜡等，其中最简单形式的脂质化合物为蜂蜡和石蜡。当脂质与多糖和蛋白质结合时，涂层的阻隔性和机械抗性增强。此外，复合涂料比单一脂质具有更好的渗透性[34]。由脂质形成薄膜因其疏水性而变得更厚、更脆[35]。然而脂类涂膜也存在缺点，成膜的脂质可能会破坏光泽和外观涂层食品的数量，膜的厚度与均匀性难以控制，易于产生蜡质口感，力学性能较低，制膜时易产生裂纹或孔洞等[33]。因此应探索通过和其他涂膜结合的方法来避免上述问题的出现。以植物油、动物油、植物蜡、动物蜡、各种精油为原料，配合乳化剂和水，运用纳米技术，将液滴颗粒尺寸缩小到纳米级（50～500 nm），形成纳米乳剂，可用于配制成乳化型食用涂层。与常规涂膜材料相比，纳米乳剂型食用涂层具有更大的体系、更独特和更好的性能[36-37]。未来应根据鲜切果蔬实际用途，选择合适的纳米系统类型，寻找新的纳米乳剂来控制机械性能、气体输送和热阻，通过改变相对湿度和温度等因素使可食用涂层适应环境条件。例如，在纳米复合材料中使用无机物质将开发出能够更好地控制O2、CO2和水蒸气运输的系统。

Chiumarelli 等[38]对木薯淀粉、甘油、巴西棕榈蜡和硬脂酸四种食用膜的配方进行表征，结果发现，只有较高的蜡含量的配方没有促进产生有效的O2和水汽屏障，导致膜的质地更坚硬；微观结构分析表明，含蜡量高的薄膜表面不均匀。甘油含量越高，苹果片的呼吸速率越低，薄膜的抗水蒸气性能和柔软性越好，甘油增加了膜的溶解度，降低了膜的熔化温度。0.2%巴西棕榈蜡显示出较好的分析性能，能促进膜形成更规则的表面。3%木薯淀粉、1.5%甘油、0.2%巴西棕榈蜡和0.8%硬脂酸组成的薄膜呈现出较好的黏性，从而产生更好的机械性能，防止水分和气体交换。Azarakhsh 等[39]研究了不同浓度（0.1%、0.3%和0.5%，w/v）的柠檬草精油加入海藻酸钠（1.29%）、甘油（1.16%）和葵花籽油（0.025%）可食性包衣对鲜切菠萝在（10±1）℃、65%±10%RH 条件下贮藏16 d 的呼吸速率、理化性质、微生物和感官品质的影响。结果表明，含0.3%和0.5%（w/v）柠檬草精油的包被样品中酵母和霉菌数量和总平板数量显著低于其他样本。然而，0.5%（w/v）的香茅掺入涂料显著降低了鲜切菠萝的硬度和感官评分（口感、质地和整体接受度）。含有柠檬草的藻酸盐为基础的可食性包衣具有延长鲜切菠萝保质期和保持质量的潜力。

2.3 蛋白类可食性涂膜

蛋白质通常以球状蛋白质或纤维状形式存在，纤维蛋白不溶于水，通常作为动物组织的基本结构元素，球形蛋白质具有水溶性[40]，蛋白质的生理化学特征完全依赖于氨基酸取代基的结构。大多数蛋白基薄膜亲水性良好，对水蒸气扩散的抵抗力较差，不利于鲜切果蔬水分的保持。蛋白质源涂层机械性能差，但对CO2和O2具有良好的屏障作用，即使在较低的相对湿度下也具有高效的O2阻隔性能。一般情况下，蛋白质基膜具有适度的力学性能和良好的氧阻隔性能，但对水敏感。蛋白质涂层用于食品的潜力正在显现，其高安全性使其容易获得监管机构认可，应用前景广阔。蛋白质良好的成膜特性使蛋白质基薄膜成为食品包装材料研究的重点之一。由于不同的物理和化学性质，每种蛋白质的成膜能力略有不同，但制备方法基本相似[41]。制作蛋白质溶液涂膜时，通常使用乙醇/水组合作为溶剂。为了提高蛋白基薄膜的弹性和黏弹性，在生产过程中通常会添加相应的增塑剂[42]。目前多种类型的蛋白质可用来制作健康的可食用涂膜，包括大豆蛋白、酪蛋白、玉米蛋白、明胶、小麦面筋和乳清蛋白等[13]。研究发现基于蛋白质的生物聚合物，如玉米醇溶蛋白和乳清蛋白具有所需的阻隔特性[43]。乳清蛋白是干酪工业的副产品，具有良好的功能和营养特性，由于良好的光泽外观和阻气特性而成为重要的蛋白质之一，可用作可食性薄膜[44]。

运用物理或化学方法处理后可以使蛋白质基薄膜的性能得到改善，用于特定场景或环境中。蛋白质基生物高分子材料通过改性可以满足各种鲜切果蔬包装材料的要求。蛋白质的营养和生物降解能力使其成为鲜切果蔬包装材料的最佳选择之一。研究蛋白质基薄膜的功能、结构和组成之间的关系，将指导薄膜的改性方法和方案，从而制备出性能更好、适合鲜切果蔬包装的蛋白质基薄膜。根据鲜切果蔬特性和贮藏要求选择的活性（抗氧化、抗菌）蛋白薄膜，能有效抑制或延缓微生物生长和脂质氧化，从而保证鲜切果蔬安全，延长鲜切果蔬的货架期。

Cortez-vega 等[45]从石首鱼的蛋白质分离物和有机黏土蒙脱土中提取可食用的涂层来包覆木瓜片。在最低限度加工木瓜中质量损失较小，约为5.26%，微生物生长缓慢，硬度、轻盈度和pH 值下降较小，达到加工包衣的最佳效果，同时证实了涂层中鱼蛋白的活力。鱼蛋白在工业上的价值很低，但在提高加工木瓜的保质期方面具有巨大潜力。Marquez 等[46]采用谷氨酰胺转氨酶-乳清蛋白/果胶复合膜对鲜切苹果、土豆和胡萝卜进行包衣处理，并对包衣和未包衣果蔬样品的贮藏特性进行分析。发现20%乳清膜或40%大豆分离蛋白膜包膜后，贮藏10 d 后苹果质量损失明显减少；乳清与果胶膜和谷氨酰胺转氨酶交联后，苹果质量损失降低最高达80%，同时这种交联薄膜处理后能在5 d 内完全防止马铃薯和胡萝卜样品的质量损失。用交联混合膜包衣可以防止所有分析样品中的微生物生长，也可以保存胡萝卜中酚类和类胡萝卜素的含量。所有未涂膜的样品在储藏10 d 后硬度和咀嚼性都显著降低，而涂层样品在储藏后的可接受性评分方面没有显著差异，表明涂层能有效抵消涂层感官的不利影响。

2.4 复合型可食性涂膜

复合型可食性膜是水胶体组分（蛋白质或多糖）和脂质的组合。仅由单一材料组成的涂层，无论是多糖、蛋白质或脂类，都可以很好地表现出特定的性能，但可能无法同时提供综合特性或屏障。例如，多糖和蛋白质是良好的成膜材料，可提供优异的机械和结构性能，但其防潮能力往往较差。因此，具有疏水性的脂类成分可以作为优良的水屏障发挥重要作用。复合涂料的配方结合了水胶体和脂类成分的优点，同时掩盖或减少各自的限制。Yousuf 等[47]利用羟丙基甲基纤维素、蜂蜡、虫胶等疏水组分和食品防腐剂为主要成分，研究了复合食用涂料对贮藏巴伦西亚橙子采后腐烂和品质属性的影响，发现复合涂膜的保鲜性能比单一材料涂膜好。Perez 等[48]研究了乳清分离蛋白、乳清浓缩蛋白或羟丙基甲基纤维素为亲水相、蜂蜡或巴西棕榈蜡为脂质相制备复合涂层的效果，发现蜂蜡乳清蛋白涂层可以有效地延缓美味金苹果片的酶促褐变。复合型可食性膜制备过程中选择合适的添加剂，以提高复合型可食性膜的强度、柔韧性和附着力等一般性能，提高产品的色泽、风味和质地，延缓微生物的生长。例如，乳清蛋白薄膜/涂层中添加一定含量的食用抗菌剂，如山梨酸钾、乙二胺四乙酸、乳链球菌素和溶菌酶[49]。随着新技术的应用，未来复合型可食性膜可有效地控制涂层的性能和功能，掺入营养成分（如维生素）和其他功能性成分（如抗菌剂），并控制其在涂层中的释放，以满足实际应用中多层复合型可食性膜具有所需的功能。

3 可食性涂膜复合保鲜技术的应用

3.1 可食性涂膜-高能射线辐射复合保鲜技术

高能射线辐射与其他防腐方法的结合能减少腐烂，控制自然感染，降低呼吸频率，保持采后水果和蔬菜的整体质量。将可食性涂层和辐射结合使用对延长鲜切果蔬的货架寿命效果显著。Lin 等[50]发现紫外线加壳聚糖涂层可显著降低多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶的活性。然而，近年来，随着消费者的食品安全意识的提高，辐射应用的危害副作用导致消费者对此类产品的信心不足，接受度相对较低，该技术实际使用受到限制，难以推广使用。

3.2 可食性涂膜-精油复合保鲜技术

从香料和植物中提取的精油具有抗氧化和抗菌特性，添加到涂膜中用于果蔬保鲜受到越来越多的关注。百里香、墨西哥石灰、柠檬草、肉桂和蓖麻油等因其成分能释放天然抗菌素，对果蔬收获后疾病具有抑制作用[51]，同时大多数精油安全可靠，可以直接添加使用。Motamedi等[52]发现巴西棕榈蜡掺入量为1.0w%的纳米黏土涂料，大大提高了‘瓦伦西亚’橙的感官接受度。这些结果表明优化后的可食性涂膜对鲜切果蔬的感官品质影响小，消费者接受程度高。然而，由于大多数精油味道浓烈，会影响鲜切果蔬原有特征香气，甚至产生不愉快的气味，导致其作为食品防腐剂的应用受到限制。因此，需要进一步研究如何在不影响鲜切果蔬风味的情况下开发合适的精油复合型涂膜。

3.3 可食性涂膜-纳米技术复合保鲜技术

人们对采用纳米技术增强可食性涂料功能性的研究越来越感兴趣。可食性涂料中的纳米系统为果蔬保鲜提供了新思路，例如在涂料中添加纳米氧化硅、银纳米颗粒等[36]。纳米材料本身具有的抗氧化、抗菌性能大大提高薄膜的保鲜性能。通过涂料开发的溶液中使用纳米乳液具有很多优点，例如增加薄膜均匀性，更好的抗菌活性，较低的化合物用量，减少与食物基质中其他成分的相互作用[19]。与传统材料相比，纳米技术在涂层和包装应用方面具有巨大优势，它增加了食品的安全性，延长了保存时间，同时也通过建立物理屏障提高了货架寿命。通过改进靶向性和控释性，纳米结构可以增加活性化合物的负载溶解度、分散度和生物利用度[53-54]。在这方面，纳米技术将在未来的研究中发挥重要的作用，如开发、表征和应用系统作为食品供人类消费的涂料。然而，纳米材料及技术的应用仍然存在挑战，需要创建既安全又适合人类食用的可食用保鲜系统。在安全性方面，纳米材料较大的比表面积使其与果蔬细胞膜接触良好，从而导致纳米材料更容易迁移到鲜切果蔬中，可能会影响果蔬感官，并带来潜在的毒性，这需要进一步探索和研究。

4 小结

可食性涂膜安全、健康、可食用，用于鲜切果蔬保鲜的优势显著，更重要是其可以作为添加剂的载体赋予涂膜更多功能性。活性化合物与各种形式的涂料对提高新鲜水果和蔬菜的保质期非常有效。随着技术的进步，可食性涂膜保鲜方法以及包衣材料和成分正在逐步改善，在成膜材料和天然添加剂方面也有待于进一步挖掘，以实现更好的功效，最重要的是零健康风险。对无化学物质消耗的保鲜需求不断增长，引起了人们对实施绿色保存方法的极大关注，可食性涂膜在鲜切果蔬上的研究具有很大的发展潜力。由于果蔬的质量与食品生产阶段的管理和气候条件有关，因此，使用不同的方法来防止微生物变性并延缓收获后生理和生化变化非常重要。从不同类型的多糖、脂类和蛋白质中获得的可食用涂层，并结合新型保鲜技术或材料的发展，最终通过充当对溶质、气体和蒸气屏障，将为改善鲜切果蔬的货架寿命提供了必要的支持并将得到广泛应用。