南五味子木脂素复合涂膜液在草莓保鲜中的应用

徐愉聪，张艳娜，张晓虎，陈月星，吴 旭

（商洛学院生物医药与食品工程学院/陕西秦岭特色生物资源产业技术研究院，陕西商洛 726000）

0 引言

南五味子(Kadsura longipedunculata)为五味子科南五味子属植物[1]，是国内重要的“药食两用”植物资源之一[2]，具有预防心脑血管疾病、抗衰老、抗肿瘤、降血糖、增强免疫等作用[3-4]。木脂素是南五味子主要活性成分，不仅具有一定的抗氧化作用，而且具有良好的抑菌作用[5-6]。在五味子木脂素提取方法的文献报道中，多以北五味子为研究对象，很少采用南五味子[7-9]。在提取方法方面，渗漉、回流、超声辅助提取法均有采用，其中以超声辅助提取法效率最高[10]。

草莓营养丰富，但由于果皮脆弱、组织柔嫩，在采摘和运输销售环节中易腐烂变质，丧失食用和商用价值，贮藏保鲜问题突出[11-12]。吴玥等[13]、赖海涛等[14]研究发现，叶绿素铜钠在抑制微生物方面可以发挥良好的作用。魔芋葡甘聚糖(KGM)是一种可再生的天然高分子，也是一种可溶的膳食纤维，具有高粘度、强抗菌性，可单独或与其他物质复合使用，将其用于草莓贮藏，可抑制细菌及霉菌入侵，利于提高保鲜效果[15-16]。

相比人工合成保鲜剂，天然保鲜剂毒性低、不易残留、抗菌性强、作用范围广[17]。现有文献多探讨单一生物保鲜剂的保鲜效果，而鲜有关于复合生物保鲜剂的报道。笔者研究南五味子木脂素、叶绿素铜钠、魔芋葡甘聚糖、氯化钙复合涂膜液对草莓保鲜效果的影响，在单因素实验基础上应用响应面实验确定最佳配方，以期为南五味子木脂素复合涂膜液用于草莓贮藏保鲜提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

（1）材料。南五味子干燥果实（2020 年11 月购于商洛市商州区福鑫药业）、当日产新鲜草莓（采摘于商洛市商州区农业生态草莓园）、一次性密封袋。

（2）试剂。无水乙醇、甲醇、南五味子酯甲标品（分析纯，南五味子酯甲标品购于成都埃法生物科技有限公司）、抗坏血酸标品、变色酸、浓硫酸、叶绿素铜钠、魔芋葡甘聚糖、氯化钙、牛肉膏、蛋白胨、琼脂、氯化钠。

（3）菌种。金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌均购于上海鲁微科技有限公司。

1.1.2 主要仪器 主要实验仪器见表1。

表1 主要仪器

1.2 研究方法

1.2.1 原料预处理 将南五味子干燥果实粉碎成粉末，过80目筛，置于干燥广口瓶备用。

1.2.2 木脂素提取 参照冯亚净等[18]的超声波辅助乙醇提取法。在乙醇体积分数为80%、超声温度为85℃、料液比为1:8 的条件下，对南五味子粉末超声30 min，滤液经抽滤法过滤得到，经旋转蒸发仪真空浓缩，将浓缩液冷冻干燥成粉末，4℃冰箱保存备用。

1.2.3 标准曲线制备及提取率计算 参考程敏等[19]的方法，称取4.125 mg五味子酯甲标准品，用甲醇溶解，将其置于容量瓶中定容至50 mL，制成浓度0.0825 mg/mL的五味子酯甲标准品溶液。

分别量取0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL的标准品溶液于具塞试管中，放在70℃水浴锅中使甲醇挥发，各加0.5 mL 10%变色酸澄清水溶液、3 mL 浓硫酸、1.5 mL蒸馏水，摇匀后在沸水浴中加热30 min，取出迅速冷却，定容至50 mL。以未加标准品的试管为空白参比，在570 nm波长处测定其吸光度，以五味子酯甲浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线并得回归方程（图1）。

图1 南五味子木脂素标准曲线

吸取南五味子木脂素提取液1 mL，用乙醇定容至50 mL，紫外分光光度计在570 nm 波长下测定提取液的吸光值，3 次重复测定取其平均值，代入回归方程中，计算提取液中南五味子木脂素的质量浓度，提取率计算如式(1)。

式中，C为南五味子木脂素浓度，m为南五味子木脂素粉末质量。

1.2.4 抑菌效果实验 挑取活化菌种，用无菌水稀释，摇匀备用。采用滤纸扩散法以抑菌圈直径大小判定不同浓度南五味子木脂素溶液对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌3 种供试菌的抑菌能力，将6 mm 滤纸片干热灭菌后冷却备用。制备5个浓度梯度的南五味子木脂素溶液(30、15、7.5、3.75、1.875 mg/mL)，吸0.1 mL 菌悬液，滴入培养基中，涂布器被用来使其均匀分布，备用滤纸片浸泡在不同浓度的南五味子木脂素溶液中，取无菌水中浸泡过的滤纸片作为对照组，晾干后，用镊子夹起放在培养基表面，恒温培养24 h，观察，采用十字交叉法测定抑菌圈直径[20]，3次平行实验取平均值。

1.2.5 单因素实验 分别考察南五味子木脂素(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)、叶绿素铜钠(0%、0.001%、0.002%、0.003%、0.004%)、魔芋葡甘聚糖(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)、氯化钙(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)等4个因素对草莓失重率、可溶性固形物、Vc含量的影响，以喷洒浓度为0%的实验组为空白对照组，分析各组分的保鲜效果。

1.2.6 响应面实验 基于单因素实验，选择3 个对草莓新鲜度影响显著的因素为自变量，以失重率为响应值，设计响应面实验，优化复合涂膜液配方。

1.2.7 保鲜效果验证实验 选取表面无破损且成熟度适中的新鲜草莓，蒸馏水清洗、沥干后，浸泡于复合涂膜液1 min 后取出晾干，经蒸馏水浸泡过的草莓为空白对照组，将其放置于一次性密封袋中，在相对湿度65%、温度25℃条件下恒温贮藏。在贮藏至6 天后测定草莓相关指标，每个指标测定3次，取平均值，失重率计算如式(2)。

新鲜草莓采摘后迅速运至实验室，选择果形、大小相对一致且表面无损伤的草莓作为样本[21]，采用手持折光仪[22]测定可溶性固形物含量，紫外分光光度法[23]测定Vc含量。

2 结果与分析

2.1 抑菌效果

由表2可知，南五味子木脂素对3种供试菌均有一定的抑菌能力，浓度越大，抑菌效果越强。抑菌效果由强到弱为大肠埃希氏菌＞沙门氏菌＞金黄色葡萄球菌。

表2 不同浓度南五味子木脂素抑菌效果分析

2.2 单因素实验

2.2.1 南五味子木脂素对草莓失重率、可溶性固形物、Vc含量的影响 由图2可知，随着贮藏时间延长，对照组和实验组的草莓失重率都呈逐渐增大的趋势，并在第3 天后失重率出现显著增加的现象，表明贮藏期间水分及其营养物质的流失使得草莓质量下降。其中对照组的变化幅度最大，而实验组失重率变化较小，其中0.3%木脂素实验组在第6 天时的失重率最小，为1.25%。

图2 南五味子木脂素对草莓失重率的影响

由图3可知，随着贮藏时间延长，对照组和实验组草莓可溶性固形物含量整体变化趋势一致，均为先增后降，在贮藏1～3、4～6 天分别出现上升、下降的现象。对照组第3 天可溶性固形物含量为9%，第6 天为6.5%，下降了2.5%。贮藏4～6 天后，与其他实验组相比，对照组的降幅最大，其中0.3%木脂素实验组的降幅最小，为1.0个百分点。

图3 南五味子木脂素对草莓可溶性固形物的影响

由图4可知，随着贮藏时间延长，对照组和实验组草莓Vc 含量均持续下降，其中对照组下降最大，为13.69 mg/100 g，而0.3%木脂素实验组下降最少，为8.19 mg/100 g。

图4 南五味子木脂素对草莓Vc含量的影响

2.2.2 叶绿素铜钠对草莓失重率、可溶性固形物、Vc含量的影响 由图5 可知，随着贮藏天数的增加，对照组和实验组的草莓失重率都呈逐渐增大的趋势。对照组草莓失重率变化最大，而0.002%叶绿素铜钠实验组的失重率变化缓慢，在第6天时失重率最小，为0.99%。

图5 叶绿素铜钠对草莓失重率的影响

由图6可知，随着贮藏天数的增加，对照组和实验组的草莓可溶性固形物含量呈现先增后减的趋势，而0.001%叶绿素铜钠实验组出现持续下降的趋势。在贮藏1～3、4～6 天对照组和0.002%、0.003%、0.004%叶绿素铜钠实验组可溶性固形物含量分别出现上升、下降的趋势。其中0.002%叶绿素铜钠实验组下降最为缓慢且下降量最小。

图6 叶绿素铜钠对草莓可溶性固形物的影响

由图7可知，随着贮藏时间的增加，对照组和实验组的草莓Vc 含量均持续下降，对照组草莓Vc 含量的下降最多，为13.69 mg/100 g，0.002%叶绿素铜钠实验组草莓Vc含量的下降最少，为9.67 mg/100 g。

图7 叶绿素铜钠对草莓Vc含量的影响

2.2.3 魔芋葡甘聚糖对草莓失重率、可溶性固形物、Vc含量的影响 由图8可知，随着贮藏天数增加，对照组和实验组的失重率都呈逐渐增大的趋势，对照组在第2天后出现显著上升的趋势，而实验组在第3天后出现显著上升的趋势，在第3～5 天魔芋葡甘聚糖0.1%、0.3%、0.4%实验组的失重率基本一致且比0.2%实验组的失重率低，在第5～6 天后0.3%实验组的失重率变化最为缓慢，贮藏第6天时0.3%实验组的失重率最低，为1.10%。

图8 魔芋葡甘聚糖对草莓失重率的影响

由图9可知，随着贮藏天数增加，对照组和实验组的可溶性固形物含量整体变化趋势一致，均为先增加后减低，在贮藏1～3、4～6 天时可溶性固形物含量分别出现上升、下降的现象。对照组在贮藏至第3 天时可溶性固形物含量上升了2.0%，在第4 天时可溶性固形物含量开始下降，贮藏至第6 天时下降量为2.5%。0.3%实验组在1～3 天可溶性固形物含量增加最多，为3.0%，在4～6 天时可溶性固形物含量下降最少，为1.0%。因此，0.3%魔芋葡甘聚糖实验组在1～3 天可溶性固形物含量上升较快，在4～6 天时可溶性固形物含量下降最为缓慢。

图9 魔芋葡甘聚糖对草莓可溶性固形物的影响

由图10 可知，随着贮藏天数增加，对照组和实验组的草莓Vc 含量均持续下降，对照组下降最多，为13.69 mg/100 g，而0.3%魔芋葡甘聚糖实验组下降最少，为5.35 mg/100 g。

图10 魔芋葡甘聚糖对草莓Vc含量的影响

2.2.4 氯化钙对草莓失重率、可溶性固形物、Vc含量的影响 由图11可知，随着贮藏天数增加，对照组和实验组的失重率都呈逐渐增大的趋势，在贮藏至第3天后，失重率出现显著上升的趋势，在第3～6 天0.5%氯化钙实验组的失重率增加显著，1.0%、1.5%、2.0%实验组的失重率增加缓慢，且1.5%和2.0%实验组失重率比1.0%实验组的大，在第6天时，1.0%氯化钙实验组失重率最小，为1.27%。

图11 氯化钙对草莓失重率的影响

由图12 可知，随着贮藏天数增加，对照组和实验组可溶性固形物含量呈现先增加后降低的趋势，可溶性固形物含量在贮藏1～3 天后逐渐增加，在贮藏第4天后开始下降。对照组可溶性固形物含量从1～3天增加了2.0个百分点，从4～6天下降了2.5个百分点，其中1.0%实验组的可溶性固形物含量在贮藏4～6天时下降较为缓慢，下降幅度为1.0个百分点，而0.5%实验组在贮藏4～6 天时可溶性固形物含量下降最为迅速，下降幅度为2.5个百分点。

图12 氯化钙对草莓可溶性固形物的影响

由图13 可知，随着贮藏时间增加，对照组和实验组的草莓Vc 含量均持续下降，对照组草莓Vc 含量下降最快，为13.69 mg/100 g，1.0%实验组草莓Vc含量的下降最慢，为11.32 mg/100 g。

图13 氯化钙对草莓Vc含量的影响

2.3 响应面实验

2.3.1 响应面实验方案与结果 基于单因素实验，固定氯化钙浓度1%，以木脂素(A)、叶绿素铜钠(B)、魔芋葡甘聚糖(C)3个对草莓保鲜效果影响显著的因素为自变量，以草莓失重率为响应值设计响应面实验[24]，方案与结果见表3。

表3 响应面实验方案与结果

2.3.2 回归分析 利用Design-Expert 8.0.6 软件回归拟合得到二次多项回归模型方程，如式(3)。

比较回归方程中一次项系数绝对值的大小，得出影响草莓失重率的因素顺序由强到弱为木脂素＞叶绿素铜钠＞魔芋葡甘聚糖。

由表4 可知，实验所得回归模型的P值小于0.01，表明差异极显著。其中A 和A2、B2、C2的P 值均小于0.0001、B、C 的P 值小于0.05，表明其对草莓失重率的影响是极显著和显著的，而AB、AC、BC的P值都小于0.05，表明两两因素的交互作用显著。表中失拟项的P=0.2114＞0.05，不显著，表明拟合的回归方程符合实际情况，能较好地反映真实的实验值。因此，该模型可用于选取最优复合保鲜配方的预测和分析。

表4 回归模型系数显著性检验结果

由表5可知，模型校正系数为0.9921，变异系数为1.71%，说明该回归模型可以用来解释99.21%的响应值变化，整体模型与实际情况拟合良好，能较好反映真实值。因此，该模型可用于最优复合保鲜配方的选取。

表5 回归模型方差分析

2.3.3 响应面分析 由图14可知，当叶绿素铜钠浓度一定时，失重率随木脂素浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，木脂素浓度在0.32%左右时失重率最低；当木脂素浓度一定时，草莓失重率随叶绿素铜钠浓度的增加出现先降低后升高的现象，叶绿素铜钠浓度在0.0021%左右时失重率最低。由此可见，木脂素和叶绿素铜钠的交互作用对草莓失重率影响较大。

图14 木脂素和叶绿素铜钠交互作用影响的等高线和响应面

由图15 可知，当魔芋葡甘聚糖浓度一定时，失重率随木脂素浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，木脂素浓度在0.32%左右时失重率最低；当木脂素浓度一定时，草莓失重率随魔芋葡甘聚糖浓度的增加出现先降低后升高的现象，魔芋葡甘聚糖浓度在0.27%左右时失重率最低。由此可见，木脂素和魔芋葡甘聚糖的交互作用对草莓失重率影响较大。

图15 木脂素和魔芋葡甘聚糖交互作用影响的等高线和响应面

由图16 可知，当叶绿素铜钠浓度一定时，失重率随魔芋葡甘聚糖浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，魔芋葡甘聚糖浓度在0.27%左右时失重率最低；当魔芋葡甘聚糖浓度一定时，草莓失重率随叶绿素铜钠浓度的增加出现先降低后升高的现象，叶绿素铜钠浓度在0.0021%左右时失重率最低。由此可见，木脂素和叶绿素铜钠的交互作用对草莓失重率影响较大。

图16 魔芋葡甘聚糖和叶绿素铜钠交互作用影响的等高线和响应面

2.4 保鲜效果验证实验结果分析

依据响应面实验结果，所得到的复合涂膜液中4种组分的优化配方为1.0%氯化钙、0.32%木脂素、0.0021%叶绿素铜钠、0.27%魔芋葡甘聚糖。按照配方制备南五味子木脂素复合涂膜液应用于草莓保鲜实验。

对照组和实验组各取3 个草莓，草莓经复合涂膜液浸泡后置于一次性密封袋中，在温度25℃、相对湿度65%的条件下贮藏6天，测定其失重率、可溶性固形物、Vc 含量，3 次实验取其平均值，结果见表6。与对照组比较，使用复合涂膜液的草莓的失重率下降73.86%，可溶性固形物含量提高67.55%，Vc含量提高21.80%。由此可见，南五味子木脂素复合涂膜液对草莓的保鲜效果较好。

表6 草莓保鲜实验结果

3 结论

（1）南五味子木脂素对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠埃希氏菌3种菌的抑制作用均较显著，抑菌效果从强到弱为大肠埃希氏菌＞沙门氏菌＞金黄色葡萄球菌。

（2）以新鲜草莓为研究对象，在单因素实验的基础上，采用响应面分析法，对草莓复合保鲜膜配方进行优化，获得的最优配方为0.32%木脂素+0.0021%叶绿素铜钠+0.27%魔芋葡甘聚糖+1.0%氯化钙。在此条件下，草莓在25℃下贮藏6 天后，其失重率为0.63%、可溶性固形物含量为9.5%、Vc 含量为105.05 mg/100 g，对草莓的保鲜效果较好，能够作为草莓贮藏保鲜的参考依据。

4 讨论

（1）本研究主要采取的是超声辅助乙醇浸提法提取南五味子中的木脂素，超声辅助对介质分子产生压缩和挤压作用促使植物细胞破裂，有助于提取物从样品中浸出，能快速得到木脂素[25]。

（2）南五味子木脂素对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌3种常见菌均具有良好的抑菌效果，与谭晓虹等[26]研究五味子提取物的抑菌作用结果基本一致，能够作为天然防腐物质用于食品保鲜，可研发为高效稳定、成本较低的新型食品保鲜剂。

（3）本研究在单因素实验基础上应用响应面实验优化涂膜液配方，以草莓保鲜实验验证了南五味子木脂素辅以叶绿素铜钠、魔芋葡甘聚糖、氯化钙制备复合涂膜液，对草莓的保鲜效果明显，可以为草莓的贮藏保鲜提供技术参考，以期研发出质量安全、抑菌高效、成本较低的天然食品保鲜剂，为南五味子中的有效成分研制复合保鲜剂用于草莓保鲜提供技术支持。

（4）由于操作条件有限，涂膜液在草莓表面成膜时间、膜层厚度等还待进一步测定。在今后的研究中，应对成膜层的各项性能进行测定，进一步优化涂膜液配方并应用于其他果蔬类农产品。