纳米乳液涂层对鲜切猕猴桃片保鲜品质的影响

薛明珂，梁 文

（1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100）

猕猴桃由于其独特的风味和丰富的营养价值被大多数人所喜爱，是抗坏血酸、多酚类物质和类黄酮等物质的良好来源。但由于猕猴桃生长季节与产地气候的限制，导致其鲜果消费时间有限。因此，为了方便食用，将猕猴桃加工成切片进行贮藏与售卖的形式越来越多。猕猴桃鲜果原有的果皮有助于果实自然保护，但去皮和切片等加工工艺操作会导致部分果肉细胞破裂、细胞内容物外流、乙烯的释放量增加、呼吸速率和微生物腐败速度都加快，最终致使其贮藏期缩短。为了应对这一现象，目前已经有多种贮藏保鲜技术应用于延长微加工水果的保质期，如气调贮藏、气调包装和化学药剂处理等［1］。在健康饮食意识逐渐提升的当今社会，消费者对健康、安全、不添加化学防腐剂的优质食品的需求在逐渐增长，因此，不断开发出先进的保鲜方法来提高鲜切水果的质量，并延长其保质期就显得尤为重要［2］。

现如今，食品纳米技术的应用在食品保鲜行业中具有强大的潜力，如纳米颗粒、纳米乳液、纳米纤维或有价值的生物材料的纳米封装等，能通过控制生物活性物质的释放、抑制食品微生物、降低化学和感官特性的恶化等来延长食品的保质期［1］。在这其中，纳米乳液由于其稳定的物理性质，多被制成涂层应用于新鲜果品的贮藏保鲜中，能通过控制质地、改善颜色和减少病原微生物的生长来延长保质期［3］。除此之外，纳米乳液可以利用形成生物膜来增强活性成分（如抗氧化剂、调味剂、生物活性化合物或抗菌剂）的转运，从而提高其生物利用率和有效性［4］。含有抗菌化合物（尤其是香草醛）的纳米涂层可以提高鲜切苹果等农产品的安全性和保质期。抗坏血酸作为抗氧化剂与纳米乳剂涂层一起使用，能有效抑制木瓜［5］、苹果［6］和芒果［7］的褐变。

因此，本研究基于前人的研究基础，利用含有抗菌剂和抗氧化剂的纳米乳液涂层对鲜切猕猴桃进行处理，探究其对冷藏鲜切猕猴桃品质和保鲜期的影响，以期为后续纳米涂层在食品保鲜中的应用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

猕猴桃试验原料来自陕西周至汇鑫果业专业合作社猕猴桃生产基地，于10月采购成熟的海沃德猕猴桃后，选择形状良好、大小均匀的果实，放置于5 ℃、相对湿度70%～75%的环境中进行贮藏。

海藻酸钠、羧甲基纤维素、抗坏血酸、香草醛、聚山梨酯80、氯化钙和次氯酸钠等试剂均购自杭州铭蕾生物科技有限公司；甲醇、培养基平板计数琼脂、氯霉素葡萄糖琼脂和无菌盐水均购自江苏采薇生物科技有限公司。

1.2 纳米乳液制备

将海藻酸钠（2 g/100 mL）和羧甲基纤维素（2 g/100 mL）（CMC）分别溶解在70 ℃的超纯水中，用磁力搅拌器在500 r/min 搅拌2 h，各取适量样品作为粗乳液，并分别命名为AL 和CMC。从剩余的乳液中取适量样品，将聚山梨酯80（2 g/100 mL）溶解于2 种溶液中，再分别加入与海藻酸钠和羧甲基纤维素质量相当的抗坏血酸（0.5%）和香草醛（0.5% 和1.0%），形成4 种纳米乳液：AL-1（2%海藻酸钠+0.5%抗坏血酸+0.5%香草醛）、AL-2（2%海藻酸钠+0.5% 抗坏血酸+1.0% 香草醛）、CMC-1（2%羧甲基纤维素+0.5%抗坏血酸+0.5%香草醛）和CMC-2（2%羧甲基纤维素+0.5%抗坏血酸+1.0%香草醛）。使用均质机（LR-300 型高剪切均质机）将混合物在8 450 r/min 下均质10 min，再用直径为15 nm 的超声波探头以40 kHz 的频率对所得混合物进行超声处理，以减小液滴直径，达到充分乳化的目的。操作过程中，将容器放置于冰水中，去除在乳化过程中产生的热量。

1.3 纳米乳液性状测定

zetaLitesizer 500 型安东帕纳米粒度电位仪及ζ电位分析仪用于测定涂层形成乳液的液滴尺寸和ζ电位值。

使用日本艾安得SV-10A 型振动式粘度计在室温下以30 Hz 的恒定振幅振动，测量2 种粗乳液和4种纳米乳液的黏度，重复3 次。

涂层色度测量使用色度计，确定L*、a* 和b*值，并使用以下公式计算白度指数（WI）。

1.4 涂层

将猕猴桃从冷藏库中取出后，用次氯酸钠溶液（100 mg/kg）进行消毒，自来水冲洗7 min 后沥干，将洗净的猕猴桃去皮，并用不锈钢切片机切成约1 cm厚的切片，将切片浸入2%的氯化钙溶液中10 min为后续涂层做准备。将制备好的切片浸入4 种纳米乳液AL-1、AL-2、CMC-1 和CMC-2 中3 min，另将等量的猕猴桃切片浸入水中3 min 作为空白对照。将浸泡后的猕猴桃片捞出放置于室温（20±1.0）℃下进行干燥后，将切片置于5 ℃相对湿度为70%～75%的条件下贮存30 d。

1.5 猕猴桃切片性质测定

猕猴桃切片贮藏过程中，分别于第1、10、20、30 d测量以下指标：使用天平测量切片重量，计算猕猴桃片在贮藏过程中的失重率；使用果汁混合研磨机从猕猴桃切片中提取汁液，用日本爱拓（ATAGO）PAL-1 型数显折射仪糖度计对汁液进行取样测量猕猴桃片中可溶性固形物含量（TSS）；用NaOH 滴定法来测定猕猴桃片中可滴定酸的含量；用梅特勒-托利多pH 计测定提取汁液的pH；采用标准AOAC 方法，用2，6-二氯酚靛酚测定汁液中抗坏血酸的含量；使用Matthäus 法［8］测定猕猴桃切片中DPPH 自由基清除活性；用OPTON Q10/Q30 型显微硬度测试仪取样测量猕猴桃切片的硬度。在猕猴桃切片贮藏期间，每个贮存间隔对抽样切片表面的腐败率进行计数观察，记录腐烂的概率。

1.6 数据分析

本试验数据使用SAS9.1 版统计软件通过双向方差分析和Tukey 多重比较，在95%置信水平下对数据进行检验和分析。

2 结果与分析

2.1 粗乳液和纳米乳液的特征

对于海藻酸钠和羧甲基纤维素，粗乳液的平均液滴尺寸分别为1 400 nm 和1 200 nm，而纳米乳液的液滴尺寸在210～350 nm，其中Al-2 和CMC-2 中最小的液滴尺寸分别为210 nm 和230 nm（表1）。超声处理造成液滴破裂，导致纳米乳液比其各自的粗乳液液滴尺寸小。从表1 可以看出，纳米乳液的负ζ 电位值比粗乳液高，其中配方Al-2 和CMC-2 表现出较高的负ζ 电位值。Ceylan 等［2］在小麦胚芽油纳米乳液山的试验中也得到了相似的结论，与粗乳液相比，纳米乳液的平均液滴尺寸较小，负ζ 电位值较高，纳米乳液比粗乳液的稳定性高。纳米乳液的黏度明显低于粗乳液（P＜0.05）。超声处理后纳米乳液的白度指数（WI）比粗乳液的白度指数低，Acevedo-Fani 等［9］的研究指出，这与液滴尺寸有关，纳米乳液的液滴尺寸小，导致其散射光比粗乳液弱，白度指数低，粗乳液液滴尺寸较大，散射光强烈，白度指数高［10］。

表1 粗乳液和纳米乳液的液滴尺寸、ζ电位值、黏度和白度指数

2.2 失重率

失重是影响园艺产品在贮藏期间品质的主要因素，产品表面水分蒸发能导致皱缩并变质。纳米乳液涂层对猕猴桃切片贮藏过程中失重率的影响如表2 所示。结果表明，在贮存30 d 后，对照处理损失率最大（15.0%），纳米乳液涂层样品的重量损失百分比有所降低，其中与CMC-1（8.9%）和CMC-2（9.1%）相比，配方AL-1（8.0%）和AL-2（8.1%）的失重率较低。此外还可得出，不同浓度的香草醛含量对失重率没有显著影响，这一结果与Takma 等［11］的观点一致，其研究表明海藻酸钠涂层中无论是否含有香草醛，对葡萄贮藏中的失重率都没有显著影响。纳米乳液涂层减重效果的差异可能与其厚度和水蒸气阻隔性能有关，涂层越厚，水分蒸发越少，失重越不显著［12］。Maftoonazad 等［13］研究了关于使用生物聚合物涂层减少桃子重量的损失，发现羧甲基纤维素比海藻酸钠具有更好的保重效果；与之相似的结论也在Kasim 等［14］的研究中体现，与对照相比，海藻酸盐和CMC 涂层韭菜切片的重量损失较低，CMC 涂层的重量损失最小，这2 项研究的结果与本试验结果不同。除了本试验使用的2 种纳米涂层之外，Gardesh等［1］还观察到壳聚糖纳米乳液涂层的应用能减少苹果的重量损失。Foo 等［15］以及Kambhampati 等［16］分别使用壳聚糖蜂蜡和树胶复合膜涂层减少了人心果和猕猴桃的重量损失。

表2 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间失重率的影响（单位：%）

2.3 可溶性固形物含量（TTS）

纳米乳液涂层对猕猴桃切片贮藏过程中可溶性固形物总含量的影响见表3。对照处理和纳米涂层样品的TSS 随贮藏时间的延长而增加，且两者之间的TSS 含量存在显著性差异（P＜0.05）。在贮藏满30 d 时，纳米涂层样品的TSS 位于20%～24%，与其相比，对照样品的TSS 为28%，明显偏高（P＜0.05）。纳米涂层样品在储存期间TSS 的增加较慢，可能由于纳米涂层提高了氧气阻隔性能，从而降低了呼吸速率，减慢了成熟过程［17］。在4种涂层配方储存30 d后，AL-1 和AL-2 的TSS 增幅较小（均增加5%），而CMC-1 和CMC-2 增幅较大，分别增加了9%和8%。Hegazy［18］的试验结果表明，与CMC 涂层相比，海藻酸盐涂层的柿子果实的TSS 增加较少。除此之外，从试验结果可以看出，香草醛的含量对TSS 的增加没有显著影响，这一结果与Benítez 等［19］在测定涂有芦荟凝胶的猕猴桃片TSS 含量结果相似，香草醛含量的变化对TSS 的增加没有显著影响；Guerreiro等［20］的试验结果也支持这一结论，海藻酸钠涂层中香草醛、丁香酚和柠檬醛浓度的改变对鲜杨梅的TSS 没有显著影响。

表3 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间可溶性固形物含量的影响 （单位：%）

2.4 可滴定酸含量（TA）

酸度是影响水果风味的主要因素。不同配比涂层对猕猴桃切片在贮藏过程中TA 的影响如表4 所示。结果表明，在贮藏期间对照样品和纳米乳液涂层样品的TA 均呈下降趋势，对照样品的下降趋势较为显著（由0.91%下降到0.71%）（P＜0.05），这可能是由于对照样品的物质消耗过快，最终有机酸也被当作呼吸底物进行消耗造成的。纳米乳液涂层样品的TA 略有下降，其中AL-1 的TA 减少的最少（由0.89%到0.84%）。这一结果与前人研究结论相似，Hegazy［18］观察到，在柿子储存的15 d 期间，与CMC相比，有海藻酸盐涂层的柿子TA 降低较少；Maftoonazad 等［13］报道了桃果实在涂层后的TA 略有下降，涂有海藻酸盐的样品TA 降的最低；Kambhampati等［16］的研究结果表明，在涂有壳聚糖的猕猴桃果实中，香草醛含量的变化对其酸度值没有显著影响。

表4 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间可滴定酸含量的影响 （单位：%）

2.5 腐败率

不同乳液涂层对猕猴桃切片在贮存过程中的腐败率影响如图1 所示。对照处理和纳米乳液涂层均表现出一定程度的腐败，其中，纳米乳液涂层显著降低了腐败率。未涂层的样品在经过1 个月的贮存后，腐败率由最初的0 提升至60%。在纳米乳液涂层中，AL-2 和CMC-2 将猕猴桃切片的腐败率分别降低到9%和17%，因此，这些乳液涂层能有效地防止腐败，这与Maftoonazad 等［13］在桃果实上的研究结果相似，他们认为香草醛的加入使得乳液涂层的抗菌活性增强，当其在水果表面形成均匀涂层时，能够有效抑制霉菌生长，从而降低腐败率。

图1 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间腐败率的影响

2.6 pH

猕猴桃切片在贮藏过程中pH 的变化如图2 所示。结果表明，pH 随着贮藏时间的延长逐渐升高，这与Benítez 等［19］的研究结果相同，涂有芦荟凝胶的猕猴桃片在贮存期过后pH 也会增加。乳液涂层样品与未涂层的样品之间存在显著差异（P＜0.05），未涂层样品的pH在贮存30 d时升高的幅度最大（3.90），有乳液涂层的样品pH 明显偏低，海藻酸钠和CMC涂层中使用高比例香草醛对猕猴桃片的pH 维持明显比使用低比例香草醛有效，这与Hegazy［18］在柿子果实上的研究结果类似，但Maftoonazad 等［13］的研究表明涂层中香草醛含量的多少对桃果实pH 没有显著影响。

图2 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间pH 的影响

2.7 硬度

猕猴桃切片在贮藏过程中果肉硬度的变化如图3所示。随着贮藏的进行，所有处理的猕猴桃切片硬度均不断下降，但未涂层样品的下降更快，由贮藏初期的25.1 N降至结束时的12.1 N，这是由于成熟过程中原果胶酶和果胶甲酯酶对细胞壁和胞间层的分解作用导致的［18］。纳米乳液涂层样品相对于未涂层样品，硬度下降较小（P＜0.05）。这是由于涂层的气体隔绝功能降低了O2浓度，增加了CO2浓度，改变了水果的内部气体成分，降低了果胶降解酶的活性，导致果胶化合物降解延迟，从而延缓了硬度下降的速度。

图3 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间硬度的影响

在这4 种涂层中，CMC-2 和CMC-1 涂层的猕猴桃切片在贮藏结束硬度最高，分别为21.6 N 和20.7 N，AL-1、AL-2 涂层的样品硬度较低，分别为17.1 N和16.9 N，因此CMC 在保持硬度方面比海藻酸钠更有效，Maftoonazad 等［13］研究也展示相同的结果，CMC 在桃子的硬度保持方面显示出比海藻酸钠更好的效果。此外，不同浓度的香草醛对硬度没有显著影响。Plotto 等［7］在CMC 涂层中加入抗褐变剂和抗坏血酸，能够有效降低芒果片的硬度损失；同时，香草醛浓度的变化对芒果片的硬度没有显著影响。

2.8 抗坏血酸含量

抗坏血酸的稳定性易受温度、pH、O2含量、金属离子和酶活性等因素的影响，通常用作衡量水果的质量指标。猕猴桃切片在贮存期间抗坏血酸含量的变化如图4 所示。结果表明，抗坏血酸含量会随着贮存时间的延长下降，其中涂层处理减缓了下降速度。未涂层样品的抗坏血酸含量由最初的为90 mg/100 g降低至结束时的70 mg/100 g（P＜0.05）。在4 种不同的涂层中，AL-1 的抗坏血酸含量在贮存期结束时最高，保持在83 mg/100 g 的高水平；与CMC 相比，海藻酸钠涂层可更好地保留抗坏血酸含量，香草醛浓度的影响并不显著。Gardesh 等［1］在苹果涂膜的研究中表明，壳聚糖和海藻酸盐与橄榄叶提取物结合对苹果抗坏血酸的损失有缓解作用。Hegazy［18］也报道了未涂膜水果中抗坏血酸含量的降解程度高于纳米乳液涂层样品。

图4 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间抗坏血酸的影响

2.9 DPPH 自由基清除活性

猕猴桃切片在贮存过程中DPPH 自由基清除活性逐渐降低，其中未涂层样品下降的最为明显（P＜0.05）。纳米乳液涂层样品在贮存过程中保留了抗氧化活性，可见涂层的保护屏障特性能够减少酚类的酶促反应。前人研究也验证了这一点，Ceylan等［2］指明了海藻酸盐涂层能够提高葡萄的抗氧化活性；Müller 等［17］的研究表明应用聚合物涂层（如阿拉伯树胶、海藻酸盐和壳聚糖）能够保持园艺产品的抗氧化活性；Guerreiro 等［20］的研究表明改变精油涂层的浓度，对杨梅和葡萄柚的抗氧化活性影响没有表现出显著差异。

图5 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间抗氧化活性的影响

2.10 微生物生长

鲜切水果尤其是猕猴桃，因其切面面积大，受损组织易渗出水分和养分，能为微生物的生长提供良好的营养环境。图6 和图7 分别显示了猕猴桃切片在贮存过程中总菌落、霉菌和酵母菌的数量。结果显示，与涂层样品相比，未涂层样品的细菌总数明显增加（P＜0.05），这表明纳米乳液涂层能在猕猴桃切片贮存过程中有效抑制细菌的活性。这一现象是由于超声处理后乳液液滴尺寸减小，反过来能增大液滴与切片样品的接触表面积，从而使抗菌化合物快速进入细胞导致的［21］。

图6 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间总菌落数的影响

图7 不同涂层处理对猕猴桃切片贮藏期间酵母菌和霉菌数量的影响

在乳液涂层中，与海藻酸钠涂层相比，CMC 涂层在控制酵母和霉菌生长方面更有效。在相同的CMC 含量涂层中，增加香草醛的含量对降低总菌落数、酵母菌和霉菌数有显著影响。前人的试验结果表明壳聚糖涂层能显著降低鲜切草莓片中的嗜温细菌、酵母菌和霉菌数量，在壳聚糖中添加不同剂量的香草醛后，最高剂量的香草醛与壳聚糖混合涂层抑菌效果最明显［21］。Guerreiro 等［20］研究表明，随着精油化合物、丁香酚和柠檬醛浓度的增加，树莓在贮存期内表面微生物数量逐渐减少，这一结果与Rojas-Graü 等［6］的研究结果相似，他们指出加入柠檬醛精油的纳米乳液涂层能够有效抑制鲜切富士苹果的微生物生长。

3 小结

将含有抗氧化剂和抗菌化合物的纳米乳液作为涂层应用于鲜切猕猴桃片，对其品质特性产生了较大的影响。与未涂层的对照样品相比，这些纳米乳液涂层成功地降低了猕猴桃切片的重量损失、腐烂率，保留了可溶性固形物含量、抗坏血酸和果肉硬度，延缓了果肉表面微生物的生长。在4 种纳米乳液配方施用1 个月后，AL-2 配方保存下的猕猴桃切片失重率仅为8.1%，腐败率为9%，可溶性固形物含量增幅为5%，可滴定酸含量降幅为0.06%，pH 维持在3.73，抗坏血酸含量维持在83 mg/100 g，总菌落数、霉菌和酵母菌数均为4 cfu/g，相比较其他纳米乳液配方，涂层效果较好。因此，本研究制备的含有0.5%抗坏血酸和1.0%香草醛的2%海藻酸钠纳米乳液涂层具有延长保质期的强大潜力，可被视为延长鲜切猕猴桃片保质期的一种替代方法，用于鲜切猕猴桃片工业化生产。