壳聚糖复合涂膜保鲜剂对采后青圆椒保鲜效果的研究

杜鸿宇，陈湘宁,*，冯晓光

（1.北京农学院食品科学与工程学院，北京 102206；2.北京裕农优质农产品种植有限公司，北京 101400）

青圆椒富含维生素、类黄酮、酚酸类等抗氧化物质，这些抗氧化物质对过敏、癌症以及心血管和神经系统疾病具有预防作用[1]。青圆椒果肉厚实，含有大量水分，在贮藏过程中易发生失水萎蔫、果实软化等问题，降低青圆椒的食用价值和商品价值[2]。

壳聚糖是一种天然来源的聚合物[3]，由N-乙酰葡糖胺残基通过β-1,4 糖苷键连接而成的几丁质脱乙酰衍生物[4]，具有生物降解性、生物相容性、抗氧化活性和高安全性[5]。壳聚糖分子中有大量的游离氨基氮和羟基，使其溶于酸性水溶液形成透明的壳聚糖膜，可以减少水分蒸发，从而延缓果实萎蔫并使其保持良好的感官品质。近几年，它作为一种天然保鲜剂被广泛用于果蔬的涂膜保鲜中[6]。代小梅等[7]使用0.5%、1%、1.5%低分子壳聚糖溶液对辣椒进行涂膜处理，发现1.5%壳聚糖处理可以降低辣椒腐烂率和失重率，保持较高的叶绿素含量，减少VC 损失，维持较高的过氧化物酶（POD）活性。柠檬酸属于食用有机酸，可由柑橘属果实大量提取，是一种天然产物，具有防腐、抗氧化增效、减轻褐变度、护色和稳定品质等作用，被广泛应用于现代食品行业中[8]。郑小林等[9]使用5、10 mmol/L 柠檬酸浸泡芒果，发现10 mmol/L 柠檬酸处理的芒果可使其可溶性固形物含量增加及可滴定酸含量降低的速率减缓，延缓芒果后熟，并抑制果实腐烂的发生。钙可以调节细胞内各类酶的活性及代谢，在植物体内起第二信使的作用，能延缓果实老化，延长其贮藏期[10]。张礼良等[11]使用15、30 g/L 的氯化钙浸泡处理蓝莓，发现15 g/L 氯化钙可明显降低采后蓝莓腐烂率和失重率，抑制其硬度、可溶性固形物含量及原果胶含量的下降，降低其呼吸强度以及多酚氧化酶（PPO）、POD 活性。

本研究在单因素试验的基础上采用正交试验法筛选最优复合涂膜保鲜剂质量浓度组合，探究不同浓度壳聚糖、柠檬酸、氯化钙复合涂膜对青圆椒采后保鲜效果，为青圆椒采后贮藏保鲜提供一种简单有效的方法和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

青圆椒：采摘自北京通州，选择大小均匀、无机械损伤和病害，且大小和成熟度基本一致的果实。

壳聚糖、氯化钙、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、碳酸钙、石英砂、邻苯二酚、愈创木酚、酚酞、2，6-二氯靛酚、高岭土、次氯酸钠，国药集团化学试剂有限公司；草酸，天津福晨化学试剂厂；柠檬酸，西陇科学股份有限公司；NaOH、HCl、三氯乙酸、甲醇、丙酮，北京化工厂。壳聚糖、柠檬酸、氯化钙为食品级，其余试剂为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

FT011 手持硬度计，意大利Fruit Test 公司；TE212-L 型电子分析天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；CM-700d 色差仪，日本Konica Minolta 公司；T6 型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；Centrifuge 5180R 型冷冻离心机，艾本德（中国）有限公司；HH-S 数显恒温水浴锅，常州翔天实验仪器厂；WYT-4 型手持糖量计，泉州中友光学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 青圆椒处理

将青圆椒用100 mg/L 次氯酸钠溶液清洗，自然晾干，分别浸泡于不同保鲜液中10 min，晾干后放入7 ℃冰箱贮藏16 d，每4 d 测定1 次指标，重复3 次。以蒸馏水替代保鲜液作为对照（CK）。

1.2.2 单因素试验设计

选择壳聚糖、柠檬酸、氯化钙3 种单一保鲜剂分别对青圆椒进行单因素保鲜试验。壳聚糖浓度选择10、15、20 g/L，柠檬酸浓度选择5、10、15 g/L，氯化钙浓度选择10、15、20 g/L。蒸馏水处理做对照。贮藏期间每4 d 测定1 次指标（质量损失率和可溶性固形物（TSS）含量）。

1.2.3 正交试验设计

选取壳聚糖、柠檬酸、氯化钙3 种保鲜剂做L9(34)正交试验，试验因素及水平参见表1。贮藏至16 d时测定其质量损失率、VC 含量、可滴定酸含量及TSS含量。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels for orthogonal test 单位：g/L

1.2.4 验证试验

对正交试验确定的较优复合涂膜保鲜剂浓度组合进行青圆椒保鲜的验证试验。贮藏期间每4 d 测定1 次质量损失率、硬度总可溶性固形物含量、可滴定酸和VC 含量、色差、叶绿素和总酚含量、多酚氧化酶和过氧化物酶活性等品质指标和生理生化指标。

1.2.5 测定项目与方法

1.2.5.1 质量损失率

采用电子天平分别称量出贮藏前和贮藏后的质量，按公式（1）进行计算。

式中：W 为处理第t 天的质量损失率，%；m0为贮藏前质量，g；mt为贮藏第t 天的质量，g。

1.2.5.2 硬度、TSS、可滴定酸、VC 含量

硬度：使用手持硬度计测定；TSS 含量：采用WYT-4 型手持糖量计测定；可滴定酸含量：采用酸碱滴定法[12]测定，以苹果酸计；VC 含量：参照GB 5009.86—2016[13]中的2,6-二氯酚靛酚滴定法测定。

1.2.5.3 色差

使用CM-700d 型色差仪对青圆椒贮藏期的颜色变化进行测定，记录L*值、a*值和b*值。每次测定3组青圆椒，结果取平均值。并按公式（2）计算出各组贮藏前与贮藏后的颜色变化。

1.2.5.4 叶绿素含量

参照张婷婷等[14]的方法进行测定

1.2.5.5 总酚含量

参照曹建康等[15]的方法测定，略作修改。

1.2.5.6 PPO 和POD 活性

PPO 活性：采用邻苯二酚法[16]进行测定；POD 活性：采用愈创木酚法[17]进行测定。

1.2.6 数据处理

采用SPSS 16.0 软件进行数据处理；采用ANOVA邓肯氏多重差异法进行显著性分析；采用Origin Pro 8.5软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

果实由于呼吸、蒸腾等作用导致水分减少而呈现萎蔫状态，质量损失率则是反映果实品质的重要指标之一[18]。TSS 主要指能溶于水的糖和其他溶于水的物质，可影响果实品质和风味[19]。

本研究以贮藏第16 天青圆椒质量损失率和TSS含量为参察指标，评价壳聚糖复合涂膜保鲜剂的3 个组分（壳聚糖、柠檬酸、氯化钙）单一添加量对青圆椒贮藏品质的影响。

2.1.1 壳聚糖处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响

由图1 可知，与对照组相比，壳聚糖处理可以降低青圆椒质量损失率，提高TSS 含量。随壳聚糖浓度的增加，质量损失率增加，但均比对照组低，且差异均具显著性（P＜0.05）。壳聚糖浓度为10 g/L 时，青圆椒质量损失率最低（7.641%），TSS 含量最高（3.43%）。

图1 壳聚糖处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响Fig.1 The effect of chitosan treatment on the mass loss rate and TSS content of bell pepper

2.1.2 柠檬酸处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响

由图2 可知，与对照组相比，柠檬酸处理可以降低青圆椒质量损失率，提高TSS 含量，随柠檬酸添加量增加，质量损失率逐渐降低，TSS 含量增加。柠檬酸浓度为15 g/L 时，青圆椒质量损失率最低，为7.656%，TSS 含量最高，为3.387%。

图2 柠檬酸处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响Fig.2 The effect of citric acid treatment on the mass loss rate and TSS content of bell pepper

2.1.3 氯化钙处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响

由图3 可知，与对照组相比，氯化钙处理可以降低青圆椒质量损失率，提高TSS 含量。氯化钙浓度为20 g/L 时，质量损失率最低，为7.535%，TSS 含量最高，为3.53%。

图3 氯化钙处理对青圆椒质量损失率和TSS 含量的影响Fig.3 The effect of calcium chloride treatment on the mass loss rate and TSS content of bell pepper

2.2 正交试验结果

由表2 可知，壳聚糖（A）、柠檬酸（B）和氯化钙（C）均可影响贮藏期间青圆椒的质量损失率、VC、可滴定酸和TSS 含量。其中氯化钙是影响质量损失率、可滴定酸含量、TSS 含量的最主要因素，这可能是因为钙离子能够与果胶酸残基相结合，维持细胞壁结构稳定，减少水分流失[20]，柠檬酸是影响VC 含量的最主要因素。综合4 个指标，通过平均值分析，得出A1B3C2为较优组合，即壳聚糖浓度10 g/L，柠檬酸浓度15 g/L，氯化钙浓度15 g/L。

表2 壳聚糖复合涂膜保鲜剂配方优化正交试验结果Table 2 Orthogonal test results for formula optimization of chitosan composite coating preservative

2.3 验证试验结果

2.3.1 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒质量损失率的影响

由图4 可知，贮藏期间，青圆椒的质量损失率随贮藏时间的延长而增加。与对照组相比，处理组的质量损失率一直处于较低状态，二者差异显著（P＜0.05）。贮藏至第16 天时，对照组质量损失率为7.560%，处理组为3.281%。说明较优组合的壳聚糖复合保鲜涂膜剂可以降低青圆椒贮藏期内的质量损失。

图4 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒质量损失率的影响Fig.4 The effects of chitosan composite coating preservative on mass loss rate of bell pepper

2.3.2 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒硬度的影响

钙离子对维持细胞壁的结构有重要作用，可以减轻果实软化的程度。由图5 可知，青圆椒的硬度随贮藏时间延长呈现下降趋势。贮藏期间，处理组青圆椒硬度下降较对照组缓慢，贮藏至第16 天时，处理组硬度为31.42 N，对照组为28.17 N。

图5 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒硬度的影响Fig.5 The effects of chitosan composite coating preservative on hardness of bell pepper

2.3.3 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒TSS 含量的影响

由图6 可知，贮藏期间，青圆椒的TSS 含量随贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势。贮藏8~16 d，处理组TSS 含量高于对照组，二者差异显著（P＜0.05），可能是涂膜处理在贮藏后期保鲜效果明显，可延缓青圆椒TSS 营养物质的消耗。

图6 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒TSS 含量的影响Fig.6 The effect of chitosan composite coating preservative on TSS content of bell pepper

2.3.4 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒可滴定酸含量的影响

由图7 可知，贮藏期间，青圆椒的可滴定酸含量随贮藏时间的延长呈上升—下降—上升的趋势。上升可能因为贮藏期间青圆椒不断失水而造成，下降可能因为青圆椒通过消耗可滴定酸来维持自身新陈代谢[21]而致。在贮藏至第4 天时，两组可滴定酸含量达到峰值，处理组和对照组分别为0.264%和0.240%。贮藏期间，处理组可滴定酸含量始终大于对照组，0~8 d 时差异不显著，12~16 d 时差异显著（P＜0.05）。说明壳聚糖复合保鲜涂膜剂涂膜处理对青圆椒起到了一定保鲜作用，且在贮藏后期效果明显。

图7 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒可滴定酸含量的影响Fig.7 The effect of chitosan composite coating preservative on titratable acid content of bell pepper

2.3.5 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒VC 含量的影响

由图8 可知，贮藏期间，青圆椒的VC 含量随贮藏时间的延长而减少，这与毕文慧等[22]的研究结果一致。与对照组相比，处理组青圆椒的VC 含量一直维持在较高水平，与对照组差异显著（P＜0.05）。贮藏至第16 天时，对照组VC 含量为20.44 mg/100 g，处理组为66.6 mg/100 g。

图8 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒VC 含量的影响Fig.8 The effect of chitosan composite coating preservative on VC content of bell pepper

2.3.6 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒色差的影响

颜色变化是评价果蔬感官品质的重要指标。以色差△E 表示青圆椒贮藏期的颜色变化，△E 值越大说明青圆椒颜色变化越大[23]。由图9 可知，贮藏期间，处理组的△E 值低于对照组，即处理组青圆椒颜色变化较对照组小。贮藏至第12 天时，处理组色差峰值为8.116。贮藏12~16 d，二者差异显著（P＜0.05）。说明在贮藏后期，处理组可以明显减少青圆椒的颜色变化，这可能是因为柠檬酸可以作为络合剂，降低酚酶活性[24]，从而抑制了青圆椒颜色变化。

图9 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒色差的影响Fig.9 The effect of chitosan composite coating preservative on color difference of bell pepper

2.3.7 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒叶绿素含量的影响

由图10 可知，贮藏期间，青圆椒中叶绿素含量整体上随贮藏时间的延长而降低。贮藏4~8 d，叶绿素含量出现增加，可能是因为叶绿素蛋白复合物降解，导致叶绿素含量增加[25]。贮藏8~12 d，处理组的叶绿素含量与对照组相比下降缓慢。贮藏期结束后，对照组和处理组的叶绿素含量分别下降了0.067 mg/g和0.034 mg/g。

图10 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒叶绿素含量的影响Fig.10 The effect of chitosan composite coating preservative on chlorophyll content of bell pepper

2.3.8 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒总酚含量的影响

总酚是果蔬中重要的抗氧化物质，与抗氧化活性密切相关[26]。由图11 可知，贮藏期间，青圆椒总酚含量随贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势。上升可能是因为青圆椒中结合态的总酚分解为游离态，从而导致青圆椒中游离态总酚含量升高[27]。贮藏期间，处理组总酚含量始终高于对照组，贮藏12~16 d，二者差异显著（P＜0.05）。贮藏第16 天处理组总酚含量比对照组高23.3%。

图11 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒总酚含量的影响Fig.11 The effect of chitosan composite coating preservative on total phenol content of bell pepper

2.3.9 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒PPO 活性的影响

果蔬中出现的组织褐变与PPO 活性密切相关[28]。由图12 可知，贮藏期间，与对照组相比，处理组的PPO 活性较低，可能是因为涂膜处理可以减少青圆椒与空气的接触。贮藏4~8 d，处理组的PPO 活性低于对照组，二者差异显著（P＜0.05）。贮藏至第8 天时，两组PPO 活性均达到峰值，对照组和处理组PPO 活性分别为0.087 U/g 和0.073 U/g。贮藏后期（12~16 d），处理组的PPO 活性与对照组之间差异不显著。贮藏结束时（16 d），对照组、处理组的PPO 活性分别为0.062、0.057 U/g。

图12 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒PPO 活性的影响Fig.12 The effect of chitosan composite coating preservative on PPO activity of bell pepper

2.3.10 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒POD 活性的影响

POD 是植物体内普遍存在的一种酶，其活性在植物的生长过程中不断变化，与植物衰老密切相关。由图12 可知，贮藏期间，POD 活性呈先上升后下降的趋势，这与刘婧等[29]的研究结果相似，处理组维持了较高的酶活性。贮藏8~16 d，处理组的POD 活性转为下降，贮藏至第16 天时，酶活性为0.204 U/g，与对照组（0.173 U/g）相比，差异显著（P＜0.05）。

图13 壳聚糖复合涂膜保鲜剂对青圆椒POD 活性的影响Fig.13 The effect of chitosan composite coating preservative on POD activity of bell pepper

3 结论

本研究利用壳聚糖、氯化钙、柠檬酸制备复合涂膜保鲜剂对青圆椒进行涂膜保鲜试验，筛选出较优的壳聚糖复合涂膜保鲜剂质量浓度组合，并进行验证。结果表明，10 g/L 壳聚糖、15 g/L 柠檬酸、15 g/L氯化钙为较优质量浓度组合，该处理可以减少贮藏期间青圆椒的质量损失，延缓TSS、可滴定酸、VC 等营养物质的消耗，减缓叶绿素含量的下降速度，抑制酚类物质的减少，维持较高的抗氧化活性，较好地保持贮藏期间青圆椒的品质，在贮藏后期效果更为明显。