丁香油壳聚糖及其复合涂膜方式对鲜切甜瓜品质的影响

时 月，李 玥，王宇滨，3，马 越，3，赵晓燕，4， 张 超

（1.北京市农林科学院 蔬菜研究中心，北京 100097；2.江南大学，江苏 无锡 214000；3.果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室，北京 100097；4.农业农村部蔬菜产后处理重点实验室，北京 100097）

0 引言

厚皮甜瓜口感甜脆，气味令人愉悦，富含维A、维C 及叶酸和β -胡萝卜素等组分，深受消费者喜爱[1]。但厚皮甜瓜在采摘后不方便直接食用，而鲜切甜瓜将果实去皮去籽，方便食用和携带，消费需求迅速增长。但是，鲜切加工技术使果实内部暴露于环境，微生物暴露风险显著提高。鲜切甜瓜表面汁液丰富，含糖量高，易发生微生物引起的变质问题[2]。

壳聚糖涂膜处理可在果实表面形成一层无形薄膜，从而阻隔水分、氧气、微生物等，减缓由微生物引起的变质进程，具有良好的保鲜效果[3]。在壳聚糖膜内部进一步加入抑菌因子，提升涂膜处理抑菌性能的方法已经获得广泛应用。丁香油作为一种广谱抑菌植物精油，已经广泛应用于食品的抑菌处理中。但是，丁香油挥发性强、疏水性强，难以直接进行涂膜处理[4]。有2 种方式可以间接将丁香油应用于涂膜处理，一是将丁香油包裹于壳聚糖膜内部形成双层膜，另一种是将丁香油与壳聚糖乳化后形成复合膜，从而发挥丁香油的抑菌能力。但是，上述涂膜方式对鲜切甜瓜品质的影响还鲜有报道。

因此，以无菌水涂膜作为对照组，比较丁香油、壳聚糖、丁香油-壳聚糖-双层-涂膜、丁香油-壳聚糖复合膜4 种涂膜方式对鲜切甜瓜的失重率、电导率、硬度、颜色、菌落总数、pH 值、可溶性固形物和维C 含量的影响，以期延长鲜切甜瓜的货架期。

1 材料与方法

1.1 材料

厚皮甜瓜，西州蜜17 号，在果蔬超市选择新鲜果实，采购后放在10 ℃的冷库备用。

试剂：壳聚糖，浙江金壳药业有限公司提供；其他试剂，国药集团化学试剂有限公司提供。

仪器：TA-XT Plus 型物性测试仪，英国Stable Micro Systems 公司产品；电导率仪、pH 计、电子天平，瑞士梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器；高压均质机，意大利GEA Niro Soavi 公司产品；高速分散机T18，德国IKA 公司产品；荣事达红外炉、BXS-400S 型恒温恒湿箱，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司产品；色彩色差计，日本柯尼卡美能达科技有限公司产品；便携式可溶性固形物测定仪，广州爱宕科学仪器有限公司产品；Agilent 1200 型高效液相色谱仪，美国安捷伦公司产品。

1.2 涂膜处理及试验设计

使用蒸馏水清洗甜瓜表面灰尘，再使用150 μL/L次氯酸钠溶液中鼓泡清洗2 min，蒸馏水漂洗2 次，静置沥水。在超净工作台下，将甜瓜纵向切成瓜瓣，去除果腔内部物质，再切成2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的小果块，混合均匀，进行涂膜处理。涂膜处理分为5 组，第1 组：CK（无菌水）；第2 组：丁香油（丁香油乳液）；第3 组：壳聚糖（壳聚糖溶液）；第4 组：双层膜（丁香油-壳聚糖双层膜）；第5 组：复合膜（丁香油-壳聚糖复合膜）。其中，壳聚糖溶液是将壳聚糖在60 ℃水溶液中搅拌溶解，冷却至室温后定容至1.5%（W/V）的浓度；丁香油乳液是将1%吐温80 和0.5%（V/V）丁香油加入蒸馏水中，使用高速分散机以转速10 000 r/min 离心3 min，在40 MPa 高压均质4 次；丁香油-壳聚糖双层膜是先使用丁香油乳液涂膜处理，经过5 min 沥水处理，再使用壳聚糖溶液涂膜处理；丁香油-壳聚糖复合膜：在1.5%壳聚糖溶液中加入1% 吐温80 和0.5%丁香油，使用高速分散机以转速10 000 r/min 离心3 min，在40 MPa 高压均质4 次。涂膜方法是将鲜切甜瓜块浸泡到相应溶液中30 s 后，取出沥水，置于托盘中，常温下贮藏24 h，测定相关指标。

1.3 失重率的测定

贮藏前甜瓜块与托盘总质量记为m0（g），贮藏后的质量记为m1（g），托盘质量为m2（g），根据公式（1）计算失重率。分别测定4，8，12，16，24 h后的果实质量。

1.4 硬度的测定

采用TA.XTPlus 物性测试仪测定果肉硬度，使用5 mm 柱形探头，设置测前速度1 mm/s，测后速度10 mm/s，测试深度5 mm，每组测定5 次平行，硬度单位为牛顿（N）。

1.5 颜色的测定

使用色彩色差计测定L，a，b 值，L 值为明亮度，a 值代表颜色从绿色到红色的变化，b 值代表颜色从蓝色到黄色的变化，每组测定5 次平行。

1.6 微生物总菌落数的测定

根据GB 4789.2—2016 测定贮藏过程中的菌落总数，并略作修改。将样品榨汁，配制10%（W/W）的生理盐水溶液，按照1×10-1到1×10-8进行梯度稀释，倒平板，于37 ℃下培养48 h，选择合适梯度的平板（菌落数为30～300 个）进行计数，并按照公式（2）计算菌落总数。

式中：N——样品中菌落数；

∑C——平板（含适宜范围菌落数的平板）菌落数之和；

n1——第一稀释度（低稀释倍数）平板个数；

n2——第二稀释度（高稀释倍数）平板个数；

d——稀释因子（第一稀释度）。

1.7 pH 值和可溶性固形物含量的测定

随机选择果块200 g，用榨汁机打浆，获得果浆，取果浆20 g 与20 mL 去离子蒸馏水混合均匀，2 min后用pH 计测定混合液的pH 值。将果浆少许滴在糖度计棱镜并迅速合上盖板，使汁液分布于棱镜表面，朝向光源明亮处，视野内出现明暗分界线的读数作为样品的可溶性固形物含量。

1.8 相对电导率的测定

称取2 g 甜瓜切成3 mm 厚的薄片放入烧杯中，加入蒸馏水40 mL，在20～25 ℃恒温下放置0.5 h 后用电导仪测定组织液电导值（R1）。之后放入100 ℃沸水浴中加热15 min，以杀死植物组织，取出后放入自来水中冷却，在20～25 ℃恒温下测其煮沸电导率（R2），按公式（3）计算相对电导率（R）。

1.9 维C 含量的测定

随机选择果块200 g，用榨汁机打浆，获得果浆，称取1 g 甜瓜打浆样品，加入约0.1%的磷酸水溶液85 mL 超声提取10 min，转移至容量瓶定容至100 mL，以转速6 000 r/min 离心5 min，取上清液过0.45 μm 滤膜，利用液相进行定量分析。

色谱条件：Diamosil C18型色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），流动相：甲醇∶0.05% H3PO4溶液=5∶95，检测波长245 nm，柱温30 ℃，流速1.0 mL/min，进样体积10 μL。

绘制维C 标准曲线为Y=4.938X+1.286，Y 为维C峰面积，A；X 为维C 的质量浓度，μg/mL；相关系数为R2=0.999 4。

1.10 数据分析

采用Microsoft Excel 2016 软件对数据进行处理，SPSS 19.0 统计软件进行数据分析，组间均值比较使用单因素方差分析，用Origin 9.0 进行绘图。除硬度和色度外，其余指标测定每个样品均重复测定3 次，取其平均值。

2 结果与分析

2.1 涂膜方式对鲜切甜瓜菌落总数的影响

涂膜方式对甜瓜菌落总数的影响见图1。

图1 涂膜方式对甜瓜菌落总数的影响

菌落总数表征产品受到微生物污染的程度。由图1 可知，丁香油组、双层膜组和复合膜组的菌落总数均显著性低于CK 组，而壳聚糖组菌落总数与CK 组未见显著性差异；复合膜组的菌落总数最低，显著性低于其他各处理组。原因在于丁香油作为一种广谱抑菌剂，具有中等的抑菌能力[5]；另一方面，壳聚糖的交联作用将丁香油乳化和固定在复合膜中，降低丁香油的挥发速率，延长丁香油抑菌的时效性。在壳聚糖-丁香油复合膜对鲜切苹果的研究中也发现，复合膜具有更优的抗菌性能[6]。与复合膜不同，丁香油组中的丁香油缺少壳聚糖乳化和包埋作用，挥发速率较快，在贮藏后期已经不再具有抑菌能力，而双层膜的丁香油主要被壳聚糖膜包裹，难以挥发出来，所以抑菌能力低于复合膜处理组。

2.2 涂膜方式对鲜切甜瓜失重率和相对电导率的影响

涂膜方式对鲜切甜瓜失重率（a）和相对电导率（b）的影响见图2。

图2 涂膜方式对鲜切甜瓜失重率（a）和相对电导率（b）的影响

由图2 可知，在贮藏24 h 时，CK 组的失重率最高，为14.91%，各处理组失重率均显著性低于CK组，其中壳聚糖组、丁香油组、双层膜和复合膜组分别比CK 组的失重率降低了16.2%，10.6%，18.1%和18.8%。涂膜处理降低鲜切甜瓜的蒸腾作用，降低了鲜切甜瓜的水分散失。由于壳聚糖具有较强的成膜特性[6]，因而复合膜涂膜处理的鲜切甜瓜失重率较低。

相对电导率表征细胞膜的通透性，当细胞膜结构被破坏，细胞膜通透性增大，使细胞内电解质外渗，引起细胞浸提液电导率提高，从而相对电导率提高[7]。因而，细胞膜通透性的改变，也与样品失重率密切相关，相对电导率提高，则会引起失重率提高。壳聚糖、双层膜和复合膜组的相对电导率均显著性低于CK 组，复合涂膜具有最低的相对电导率，而丁香油组的相对电导率与CK 组未见显著性差异。该结果与失重率的结果一致，进一步说明了CK 和丁香油组失重率较高的原因在于缺少壳聚糖组分成膜保护。

因此，丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理显著性降低鲜切甜瓜失重率和相对电导率，减轻贮藏期间细胞膜损伤，延缓果实老化。

2.3 涂膜方式对鲜切甜瓜硬度的影响

涂膜方式对鲜切甜瓜硬度的影响见图3。

图3 涂膜方式对鲜切甜瓜硬度的影响

硬度是影响鲜切甜瓜感官品质的重要因素，随着贮藏时间延长，甜瓜的成熟会引起原果胶被果实内部果胶酶酶解为可溶性果胶和果胶酸，导致细胞壁破坏，果肉细胞分离，发生自溶软化[8-9]。由图3可知，鲜切甜瓜的初始硬度为（26.50±1.55）N，贮藏后果实的硬度均出现显著性下降，其中CK 组硬度下降速率最快。丁香油组果肉硬度与CK 组的硬度相似，而壳聚糖组、双层膜和复合膜组的硬度显著性高于CK 组。与该研究结果一致，壳聚糖涂膜延缓鲜切甜瓜贮藏期间果实硬度下降[10]，主要是因为壳聚糖膜减少气体、水分和微生物的交换[11]，可以降低甜瓜的呼吸作用和水分蒸腾作用，维持保护细胞壁结构，从而延缓果实软化。

2.4 涂膜方式对鲜切甜瓜颜色的影响

涂膜方式对鲜切甜瓜ΔE 的影响见图4。

图4 涂膜方式对鲜切甜瓜ΔE 的影响

鲜切甜瓜的颜色与色差（ΔE）表征产品外观和颜色变化的程度，由图4 可知，CK、壳聚糖、丁香油、双层膜和复合膜的ΔE 分别为2.31，3.26，6.96，3.19，3.84。丁香油组的ΔE 最高，颜色差异显著性高于其他处理组，而壳聚糖、双层膜和复合膜组的ΔE 相似。该现象产生的原因可能在于丁香油的成膜性和稳定性较差，露置于空气中，存在自身氧化的可能性，颜色会变深，呈棕黄色[12]，从而引起了最显著的颜色改变。而壳聚糖成膜性强，将丁香油包埋在壳聚糖分子交联结构内部[13]，且复合薄膜的表面结构均匀，没有单独的基体或混合界面，使丁香油得到了保护[6]。双层膜和复合膜组与壳聚糖组相似，ΔE 数值较低。因此，壳聚糖涂膜处理能更好地维持香蕉表面原有的颜色[14]。

2.5 涂膜方式对鲜切甜瓜可溶性固形物含量和pH 值的影响

涂膜方式对鲜切甜瓜可溶性固形物含量（a）和pH 值（b）的影响见图5。

图5 涂膜方式对鲜切甜瓜可溶性固形物含量（a）和pH 值（b）的影响

图5（a）显示涂膜方式对鲜切甜瓜可溶性固形物含量和pH 值的影响。壳聚糖和复合膜组的可溶性固形物含量显著性高于CK 组，分别比CK 组提高了3.94%和10.4%，而丁香油和复合膜组的可溶性固形物含量与CK 组相似。该现象主要由以下2 个方面原因，一方面壳聚糖和复合膜具有较强成膜性，降低了鲜切甜瓜的呼吸速率，减少糖分消耗[15-16]；另一方面是壳聚糖涂膜减少了胞内汁液外流，从而减少可溶性固形物含量降低。由图5（b）可知，各处理组的pH 值未见显著性差异。因此，复合膜涂膜处理组有效维持样品的可溶性固形物，对pH 值无显著性影响，具有较好的保鲜作用。

2.6 涂膜方式对鲜切甜瓜维C 含量的影响

涂膜方式对鲜切甜瓜维C 含量的影响见图6。

维C 是甜瓜中重要的营养组分，其含量与贮藏期间的果实成熟度及贮藏条件密切相关。由图6 可知，壳聚糖、双层膜和复合膜组的维C含量均显著性高于CK 组，而丁香油组的维C含量与CK 组相似。该现象主要由于维C 作为果实抗逆反应的代谢产物之一，会与外界的氧气和自由基发生反应，壳聚糖、双层膜和复合膜组形成完整的保护膜结构，减少果实与外界氧气的接触，从而维C 发生化学反应的几率降低[17-18]。相关研究表明，丁香油不但有抑菌作用，也有较强的抗氧化性[19-20]，但丁香油易于挥发，单独使用效果不明显，也不能形成完整的保护膜结构，无法降低维C 与氧气的接触几率[21-24]。因而，壳聚糖、双层膜和复合膜处理均可抑制维C 含量降低，保持甜瓜的营养组分。

3 结论

研究评价涂膜方式对鲜切甜瓜品质的影响，通过比较产品的8 种品质特性，结果发现丁香油涂膜处理抑菌性能较强，壳聚糖涂膜处理抑菌性能较弱，而丁香油-壳聚糖复合膜通过两种基质相互作用，展示较强的抑菌性能和保鲜性能。与对照组相比，丁香油-壳聚糖复膜涂膜处理组抑菌效果最佳，失重率降低18.8%，可溶性固形物含量提高10.4%，并且有效维持果肉中维C 含量，延缓果实软化和颜色改变，有效维持了鲜切甜瓜的品质。因此，丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理可以应用于鲜切甜瓜的品质维持中。