丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理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, 农产品加工和食品营养研究所, 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）

鲜切甜瓜是新鲜甜瓜经过清洗、去皮、去籽、切割和包装等步骤生产的即食性产品，该产品食用方便，市场需求快速增长[1]。然而，鲜切加工技术破坏果实完整性和细胞组织结构，影响果实的正常生理代谢过程，引起果肉汁液流失，颜色、硬度及其营养组分改变，导致产品货架期短。

壳聚糖涂膜技术能够减少产品汁液流失、维持产品原有颜色和硬度，已经应用于苹果、柑橘、樱桃和梨等果蔬产品[2]。丁香油具有广谱抑菌能力，与壳聚糖形成的复合膜可以增强丁香油的抑菌作用，延长抑菌时间[3]；丁香油的疏水作用可以提高壳聚糖复合膜的成膜特性[4]，降低产品与外界环境的物质交换作用。ε-聚赖氨酸具有广谱抗菌特性[5]，浓度为0.05～0.5 g/L的ε-聚赖氨酸已经应用在鲜切苹果、鲜切茄子中。研究发现ε-聚赖氨酸涂膜处理抑制鲜切苹果中微生物增长，减缓果实硬度和可溶性固形物含量的下降和褐变度上升，维持鲜切苹果原有品质[6]。ε-聚赖氨酸涂膜处理抑制鲜切菠菜中的微生物生长，使产品货架期延长至12 d[7]。ε-聚赖氨酸-普鲁兰多糖涂膜处理显著降低了牛肉表面的菌落总数，控制牛肉品质劣变[8]。但是，ε-聚赖氨酸与丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理抑菌效果的比较还鲜有报道。

课题组前期研究发现丁香油-壳聚糖复合膜的涂膜方式可以显著性影响鲜切甜瓜的品质，并从4种涂膜方式中筛选出丁香油和壳聚糖乳化后涂膜处理维持鲜切甜瓜品质较佳。但是，丁香油和壳聚糖乳化后涂膜处理的抑菌性能与常用抑菌剂ε-聚赖氨酸涂膜处理的抑菌性能还未见比较。因此，本研究选择果肉为橘红色、口感酥脆的西洲蜜17号甜瓜作为原料，比较丁香油-壳聚糖复合膜与ε-聚赖氨酸涂膜处理对鲜切甜瓜失重率、电导率、硬度、颜色、菌落总数、pH、可溶性固形物和VC含量影响，优选适合鲜切甜瓜的保鲜处理方法，以期为鲜切甜瓜的推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

西州蜜17号厚皮甜瓜 在果蔬超市选择新鲜果实，采购后放在10 ℃的冷库备用；壳聚糖 浙江金壳药业有限公司；其他试剂 国药集团化学试剂有限公司。

TA-XT Plus物性测试仪 英国Stable Micro Systems公司；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；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市科瑞仪器有限公司；高压均质机 意大利GEA Niro Soavi公司；高速分散机T18 德国IKA公司；BXS-400S恒温恒湿箱 上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；色彩色差计 日本柯尼卡美能达科技有限公司；便携式可溶性固形物测定仪 广州爱宕科学仪器有限公司；Agilent 1200高效液相色谱仪 美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验设计及涂膜处理 涂膜处理分为3组，其中：第一组为CK（去离子水）；第二组为聚赖氨酸（0.5 g/L ε-聚赖氨酸溶液）；第三组为复合膜（丁香油+壳聚糖复合膜溶液）。每组包括8盒，每盒果实约为400 g；样品在4 ℃的环境中贮藏5 d，每天测定果实的品质指标。

涂膜处理：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，再切成约2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的小果块，混合均匀，进行涂膜处理。涂膜方法是将鲜切甜瓜块浸泡到相应溶液中30 s后，取出沥干，置于托盘中，在4 ℃环境下贮藏5 d，测定相关指标。其中，0.5 g/L ε-聚赖氨酸溶液：用去离子水配制成浓度为0.5 g/L的ε-聚赖氨酸溶液；丁香油+壳聚糖复合膜溶液：将150 g壳聚糖与10 L去离子水混合，加热至60 ℃充分搅拌，冷却至室温后，再加入吐温-80 100 mL和丁香油50 mL，在10000 r/min高速剪切3 min后于40 MPa下，高压均质4次。

1.2.2 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，菌落总数的计算方法见式（1）。

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）。

1.2.3 失重率的测定 样品的失重率是第0、0.75、1.5、5 d测定样品的质量，并以单位时间内样品初始质量与终点质量的差值占样品初始质量的比例表示。

1.2.4 硬度的测定 样品的硬度在每天相同的时间随机抽取样品20块以上，采用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）。

1.2.5 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），按式（2）计算相对电导率（R）。

1.2.6 色泽的测定 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。并计算样品与新鲜样品的ΔE，ΔE为样品初始L、a和b值与对应终点L、a和b值差的平方和的平方根。

1.2.7 pH和可溶性固形物含量的测定 样品的pH汁和可溶性固形物在每天相同的时间随机抽取随机选择果块200 g，用榨汁机打浆，获得果浆。pH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。可溶性固形物取果浆中的上清液，滴在糖度计棱镜迅速合上盖板，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及与之相应的读数，即为甜瓜汁液所含可溶性固形物的百分率。

1.2.8 VC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85 mL 0.1%的磷酸水溶液超声提取10 min，转移至容量瓶定容到100 mL，在6000 r/min下离心5 min，取上清液过0.45 μm滤膜，滤过液采用高效液相色谱的方法测定VC的含量。

高效液相色谱的色谱条件：色谱柱：Diamosil C18（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VC标准曲线为Y=4.938X+1.286，Y为VC峰面积，A；X为 VC的浓度，μg/mL；决定系数为R2=0.9994。

1.3 数据处理

除硬度和色度外，其余指标测定每个样品均重复测定三次，取其平均值。采用Microsoft Excel 2016软件对数据进行处理，SPSS19.0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Origin9.0进行绘图。

2 结果与分析

2.1 涂膜处理对鲜切甜瓜菌落总数的影响

菌落总数反映鲜切甜瓜的微生物污染程度，菌落总数越高，样品越容易产生由微生物繁殖引起的腐败现象。图1显示涂膜处理对鲜切甜瓜菌落总数的影响。经5 d贮藏，CK、聚赖氨酸和复合膜组的菌落总数分别达到（5.6±0.84）、（4.72±0.76）和（3.67±0.62）lg （CFU/g），聚赖氨酸和复合膜组的菌落总数显著性低于CK组（P＜0.05），两种保鲜方式均可以有效降低微生物数量，同时复合膜组显著低于聚赖氨酸组（P＜0.05），比聚赖氨酸组降低一个数量级。原因在于丁香油在被包埋于壳聚糖溶液形成复配乳液后，抑制丁香油的挥发，更加高效地发挥丁香油的抗菌能力，显著抑制微生物的生长繁殖（P＜0.05），优于聚赖氨酸的抑菌效果。研究采用指数生长模型模拟了菌落总数增长的趋势，并分别以实线、点划线和双点划线的方式展示了CK、聚赖氨酸和复合膜组中菌落总数的预测情况，若以5.0 lg （CFU/g）为货架期菌落总数的阈值，可以发现CK、聚赖氨酸和复合膜组的货架期分别为4.5、5.1和6.6 d，复合膜组的货架期比CK和聚赖氨酸组延长了2.1和1.5 d。因此，复合膜处理延缓鲜切甜瓜菌落总数的增长。

图1 涂膜处理对鲜切甜瓜菌落总数的影响Fig.1 Effects of coating treatments on the total number of colonies of fresh-cut melons

2.2 涂膜处理对鲜切甜瓜失重率的影响

汁液流失和水分散失是鲜切甜瓜在贮藏过程中失重的主要原因[9]。由图2可以发现鲜切甜瓜的失重率随贮藏时间的延长逐渐增大。在5 d时，复合膜组的失重率为12.15%±0.52%，显著性（P＜0.05）低于CK组，降低了18.5%，而聚赖氨酸组的失重率为14.85%±0.76%，与CK组无显著差异。该结果进一步验证丁香油-壳聚糖复合膜成膜性较强[10]，可以在果实表面形成完整的膜结构，减少甜瓜汁液流失和水分散失，而聚赖氨酸涂膜处理的阻隔性能弱[7]，水分散失速度较快，不能有效降低失重。因此，复合膜处理比聚赖氨酸处理更有利于维持鲜切甜瓜的重量。

图2 涂膜处理对鲜切甜瓜失重率的影响Fig.2 Effect of coating treatments on the weight loos of fresh-cut melons

2.3 涂膜处理对鲜切甜瓜硬度的影响

硬度表征鲜切甜瓜口感的重要参数，同时也反映了产品新鲜度和果实细胞的完整性[11]。图3显示，在贮藏期间，鲜切甜瓜的硬度随时间的延长而降低。在5 d时，复合膜组的硬度最高，其次是聚赖氨酸组，其硬度分别比CK组提高36.4%和14.7%。原因可能在于复合膜更好地保护细胞壁，从而减少细胞水分流失，维持细胞的完整性[12]。因此，复合膜涂膜处理更有利于维持鲜切甜瓜样品的硬度。

图3 涂膜处理对鲜切甜瓜硬度的影响Fig.3 Effect of coating treatments on the hardness of fresh-cut melons

2.4 涂膜处理对鲜切甜瓜相对电导率的影响

相对电导率表征细胞膜的通透性，当细胞膜透性增大时，细胞内的电解质外渗，相对电导率增大，宏观上也会表现为果肉硬度降低[12-13]。如图4所示，样品的相对电导率随贮藏时间的增加而提高。在5 d时，复合膜组的相对电导率显著性（P＜0.05）低于CK和聚赖氨酸组，而聚赖氨酸组与CK未见显著性差异。与该结论相似，壳聚糖涂膜处理的花菇的细胞膜渗透率要低于聚赖氨酸处理的样品[14]。推测含有壳聚糖的复合膜涂膜处理减轻细胞膜损伤，从而延缓相对电导率的提高。该结论与涂膜处理对鲜切甜瓜硬度的影响结果一致。

图4 涂膜处理对鲜切甜瓜相对电导率的影响Fig.4 Effect of coating treatments on the relative conductivity of fresh-cut melons

2.5 涂膜处理对鲜切甜瓜颜色的影响

图5显示涂膜处理对鲜切甜瓜颜色的影响。在贮藏5 d时，复合膜组和聚赖氨酸组的L值未见显著性差异，但均显著性（P＜0.05）高于CK组；复合膜组的a值显著性（P＜0.05）高于CK组，而聚赖氨酸组的a值显著性（P＜0.05）低于 CK组；复合膜组的b值显著性（P＜0.05）高于CK组，而聚赖氨酸组的b值显著性（P＜0.05）低于CK组。西州蜜17号的果肉为橘红色，由于a值越大代表样品越红，b值越大样品越黄，所以聚赖氨酸组使鲜切哈密瓜的颜色变浅，橘红色减弱，而对a值和b值有较高保留的复合膜组与贮藏初期色度值最接近。因此，复合膜涂膜处理有利于维持鲜切甜瓜的颜色。ΔE代表样品之间的颜色差异，其数值越小，代表颜色越接近。与新鲜样品相比，CK、聚赖氨酸和复合膜组的ΔE分别为8.13、6.88和4.45，复合膜处理的色差值最小，仅为CK组的54.7%，聚赖氨酸组的64.7%。因此，复合膜涂膜处理有效维持鲜切甜瓜原有的颜色。

图5 涂膜处理对鲜切甜瓜颜色的影响Fig.5 Effect of coating treatments on the color of fresh-cut melons

2.6 涂膜处理对鲜切甜瓜可溶性固形物含量和pH的影响

图6显示涂膜处理对鲜切甜瓜可溶性固形物含量和pH的影响。复合膜组的可溶性固形物含量为（16.52±0.42）°Brix，显著性高于 CK 组和聚赖氨酸组（P＜0.05），而聚赖氨酸组与CK组无显著差异。复合膜较佳的成膜特性降低了鲜切甜瓜的糖分消耗和胞内液汁的流出，有效维持其可溶性固形物含量，且显著优于聚赖氨酸组（P＜0.05）。与该结论相似，单独使用聚赖氨酸涂膜处理未对鲜切苹果[6]和石榴果实[15]的可溶性固形物含量产生明显作用。复合膜组和聚赖氨酸组的 pH 分别为（6.46±0.84）和（6.26±0.64），均与CK组未见显著性差别。

图6 涂膜处理对鲜切甜瓜可溶性固形物含量（A）和 pH（B）的影响Fig.6 Effects of coating treatments on the soluble solid content(A) and pH (B) of fresh-cut melons

2.7 涂膜处理对鲜切甜瓜VC含量的影响

VC是甜瓜中一种营养组分，其含量与果实的品种、果实成熟度及贮藏条件密切相关[16]。图7显示涂膜处理对鲜切甜瓜VC含量的影响。在贮藏初期，鲜切甜瓜中的VC含量为0.654 μg/mL；在贮藏5 d时，CK、聚赖氨酸和复合膜的VC的保留率分别为50.9%、51.8%和82.3%。复合膜处理组的VC保留率显著高于CK组和聚赖氨酸组（P＜0.05）。与本研究结果一致，在超声联合聚赖氨酸处理对鲜切生菜品质的影响研究中发现单一的聚赖氨酸处理组VC保留率显著性低于超声联合处理组的VC保留率[17]。复合膜兼具壳聚糖的膜保护作用[18]和丁香油的抗氧化性作用[19]，减缓了鲜切甜瓜中VC的降低。

图7 涂膜处理对鲜切甜瓜VC含量的影响Fig.7 Effect of coating treatments on theVC content of fresh-cut melons

3 结论

本研究聚赖氨酸涂膜处理和丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理对鲜切哈密瓜品质的影响，结果显示聚赖氨酸处理和复合膜处理均有效维持鲜切甜瓜原有品质。与ε-聚赖氨酸涂膜处理组相比，丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理组中丁香油由于包埋于壳聚糖溶液后，抑制丁香油的挥发，更加高效的发挥丁香油的抗菌能力，其菌落总数比CK和聚赖氨酸组降低了一个数量级，若以5.0 lg （CFU/g）为货架期菌落总数的阈值，复合膜组的货架期比CK和聚赖氨酸组延长了2.1和1.5 d；并且复合膜处理组维持鲜切甜瓜原有的橘红色，提高鲜切甜瓜的硬度19.65%，提高鲜切甜瓜可溶性固形物含量8.18%，减缓了鲜切甜瓜中VC的降低，复合膜兼具壳聚糖的膜保护作用和丁香油的抗氧化性和抑菌作用，复合膜涂膜处理更好的维持果肉原有的品质特征。因此，丁香油-壳聚糖复合膜涂膜处理延缓鲜切甜瓜的品质劣变，有望助力鲜切甜瓜产业发展。