南五味子多糖复合涂膜剂在火龙果保鲜中的应用研究

高梦蝶，陈月星，杨静雯

（1.佛山科学技术学院 食品科学与工程学院，广东佛山 528000；2.商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西商洛 726000）

南五味子（Kadsura longipedunculata）为南五味子属，华中五味子的干燥成熟果实[1]。秦岭地区盛产多种野生南五味子，物种多样性和遗传多样性较高，是南五味子道地产区之一，药材品质较好[2]。南五味子多糖作为南五味子中的主要活性成分之一，具有显著的抗氧化、增强免疫及降血脂等功效[3-5]。同时，作为南五味子中的天然抑菌成分，南五味子多糖具有抗炎抗菌、抗病毒等作用，可以显著抑制多种常见致病菌，可作为天然食品防腐剂资源[6-8]。林雄平等[9]探究了南五味子根黄酮提取物的抗氧化活性、抗菌抑菌作用，结果表明南五味子根黄酮提取物具有较强的抑菌抗氧化作用，有抑制羟自由基的能力。

番茄红素作为一种天然色素，主要存在于红色果蔬中，其中以番茄中的含量最高[10-11]。番茄红素具有强大的抗氧化能力，其活性比维生素E高100倍，是β-胡萝卜素的2倍以上[12]。番茄红素不仅具有抗动脉硬化、防癌抗癌的效果，还可以减缓衰老、增强免疫力。目前，已被多个国家列为营养剂及食品添加剂，广泛应用于保健食品、医药等领域[13-14]。

火龙果又名仙蜜果，系仙人掌科量天尺属植物，为典型的亚热带、热带植物[15]。果实中含丰富的糖、维生素、膳食纤维等营养物质，具有预防衰老、抗氧化等作用，受到消费者的喜爱[16]。但火龙果的成熟季节一般在高温多雨的夏秋，采摘后较强的呼吸作用极易导致果实腐败而失去食用价值[17]。目前，为了延长火龙果贮藏时间和提高贮藏品质，一般采用低温贮藏、化学保鲜剂等保鲜技术，而有关天然食品防腐剂对火龙果的保鲜研究报道较少[18]。

现有文献多研究单一生物保鲜剂的保鲜效果，而复合生物保鲜剂却鲜有报道。因此，本研究以南五味子多糖为原料，与氯化钙、壳聚糖、番茄红素进行复配，在单因素试验基础上，应用响应面试验对复合涂膜剂进行配方优化，并应用于火龙果的贮藏保鲜，为南五味子复合保鲜剂的研制及其在果蔬贮藏中的应用研究提供一定的技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

南五味子：商洛市福鑫康药业有限公司提供；火龙果市售。

1.2 供试菌种

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），均购于西安市瑞昇化玻仪器供应站。

1.3 方法

1.3.1 南五味子预处理

准确称取五味子粉末50 g，置于提前加入250 mL石油醚的圆底烧瓶内，70℃下回流脱脂，重复3次。然后将除去石油醚的药渣加入300 mL 80% 的乙醇溶液中，回流除去色素、单糖和一些小分子物质。结束后，于65℃烘干，备用[19-20]。

1.3.2 南五味子多糖提取

南五味子多糖的提取参照胡琴汉等[19]的方法并加以修改。称取脱脂后南五味子粉末5 g于圆底烧瓶，加入适量蒸馏水和复合酶3.0% （纤维素酶:果胶酶=1∶1），提取 pH 为 4.8，提取温度56℃，提取时间66 min，提取结束后取上清液，旋蒸至50 mL，加入4倍体积95% 乙醇，置于4℃冰箱12 h，5 000 r/min离心10 min，弃上清得到粗多糖沉淀，经挥醇、冷冻干燥后得到粗多糖粉末，称重并计算产率。

1.3.3 葡萄糖标准曲线

依次吸取100 mg/L葡萄糖标准溶液0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 mL，分别定容至1 mL，依次加入新制5% 苯酚溶液1.6 mL和7.0 mL浓硫酸，摇匀后静置15 min，25℃冷却10 min，定容至10 mL。同时，以蒸馏水作为空白溶液，测定490 nm处吸光度值[21-22]。绘制标准曲线（见图1），回归方程为：y=0.1028x+0.0151，R2=0.999。本研究中南五味子多糖得率为7.65% 。

图1 葡萄糖标准曲线

1.3.4 南五味子中多糖含量的测定

准确称取脱脂后的南五味子粉末5 g，根据料液比 1：30（g：mL），加入 150 mL 蒸馏水，加入复合酶3.0% （纤维素酶：果胶酶=1：1），pH 调至4.8，超声波功率调至250 W、温度56℃，提取66 min。结束后取上清液，浓缩至1/3体积，浓缩液中加入4倍体积95% 乙醇，4℃过夜，4 000 r/min条件下离心10 min，收集沉淀，经挥醇、干燥（50℃）后得南五味子粗多糖粉末[18-19]。然后精密称取多糖粉末25 mg，取100 mL容量瓶，加水定容，计算多糖含量。多糖得率计算公式为[21,23]：

式(1)中，N—稀释倍数；C—多糖溶液浓度，mg/mL；M—样品质量，g；V—多糖提取液体积，mL。

1.3.5 南五味子多糖的抑菌试验

将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌的菌液浓度调整为1×105cfu/mL，配制5个浓度梯度的南五味子多糖提取液（6.25，12.50，25.00，50.00，100.00 mg/mL），蒸馏水为CK。十字交叉法测量其抑菌圈的直径，确定不同浓度的南五味子多糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌的抑菌效果[5-7]。

1.3.6 单因素试验设计

分别探讨不同浓度南五味子多糖（1% ，2% ，3% ，4% ）、壳聚糖（0.5% ，1.0% ，1.5% ，2% ）、氯化钙（0.5% ，1.0% ，1.5% ，2% ）、番茄红素（0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% ）对火龙果新鲜度指标的影响，蒸馏水为CK。

1.3.7 火龙果新鲜度指标的测定

参考火龙果新鲜度的常用检测方法，测定其失重率[24]和可溶性固形物含量[25]。

1.3.8 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，选取3个对火龙果新鲜度指标影响比较显著的因素为自变量，利用Design-Expert 8.0.6软件，设计三因素三水平试验，以可溶性固形物为响应值（Y），优化复合保鲜涂膜剂配方。

1.3.9 验证试验

对1.3.7优化配方后制备的复合涂膜剂进行火龙果的保鲜贮藏试验，检测贮藏后的新鲜度指标，验证其保鲜效果。

2 结果与分析

2.1 南五味子多糖的抑菌效果

由表1可得，南五味子多糖对四种供试菌均具有明显抑制作用，随着南五味子多糖浓度的增大，对供试菌的抑制作用也逐渐增加，其中对金黄色葡萄球菌的抑菌效果最为显著。抑菌效果由强到弱依次为：金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞大肠杆菌＞沙门氏菌。

表1 不同浓度南五味子多糖的抑菌效果

2.2 南五味子多糖复合涂膜剂对火龙果保鲜效果的单因素试验

2.2.1 壳聚糖对火龙果保鲜的效果

由图2可知，随着贮藏期的延长，火龙果质量损失率不断增加，均呈现上升趋势。贮藏至15 d时，CK质量损失率从第3天的3.04% 增加到13.28% 。0.5% ，1.0% ，1.5% ，2.0% 壳聚糖分别涂膜处理的火龙果质量损失率分别为10.22% ，8.82% ，7.02% ，8.27% 。壳聚糖各浓度处理的火龙果质量损失率明显低于CK，其原因可能是壳聚糖作为成膜剂，在火龙果表面形成一层可食性薄膜，抑制了其自身的呼吸代谢和水分散失，有效减缓了质量损失[26]。其中1.5% 壳聚糖涂膜处理的火龙果质量损失率显著低于其他浓度处理，相较于CK低了6.26% ，保鲜效果最好。

图2 不同浓度壳聚糖对火龙果质量损失率的影响

由图3可知，随着贮藏期的延长，火龙果可溶性固形物含量先升后降。第3天时CK可溶性固形物含量最高，分析原因可能是由于果实后熟现象造成，3 d之后CK可溶性固形物含量迅速降低，主要是因为体内的有机物随时间的延长被逐渐分解消耗。而经过不同浓度壳聚糖处理的果实在第6天才达到峰值，之后呈逐步下降趋势。由此可以看出，壳聚糖可以有效延缓果实中可溶性固形物的分解，其中以1.5% 壳聚糖处理的火龙果可溶性固形物含量下降最为缓慢，保鲜效果最好。

图3 不同浓度壳聚糖对火龙果可溶性固形物的影响

2.2.2 氯化钙对火龙果保鲜的效果

由图4可知，随着贮藏期的延长，不同浓度氯化钙处理的火龙果质量损失率不断增加，均呈现上升趋势。贮藏至15 d时，CK质量损失率最多，为13.28% ，不同浓度氯化钙处理的火龙果质量损失率均明显小于CK，1.5% 氯化钙处理的火龙果质量损失率为8.40% ，2.0% 氯化钙分别处理的火龙果质量损失率为9.21% ，其中，1.5% 氯化钙处理的火龙果质量损失率相较于CK低了4.88% ，保鲜效果较好。结果表明，氯化钙可以有效减缓火龙果质量损失，其原因可能是氯化钙处理的火龙果质量损失率维持了果实细胞膜的稳定性，从而有效减缓了果实组织软化及果实体内果胶物质的散失，抑制了微生物的生长繁殖，延缓了果实的衰老进程[26]。

图4 不同浓度氯化钙对火龙果质量损失率的影响

由图5可知，随着贮藏期的延长，火龙果可溶性固形物含量先升后降。CK以及经过0.5% ，1.0% ，2.0% 氯化钙分别处理的火龙果可溶性固形物含量在第3天达到最大值，相比之下，经过1.5% 氯化钙处理的火龙果可溶性固形物含量在第6天出现峰值。贮藏至15 d时，CK可溶性固形物含量达到5.2% ，1.5% 氯化钙处理的火龙果可溶性固形物含量为7.2% ，比CK高了2% 。分析原因可能是氯化钙很好地抑制了火龙果与空气的接触，最大限度地抑制了火龙果自身的呼吸作用，有效防止了可溶性固形物含量发生变化，使其含量维持在较高水平，达到较好的保鲜效果。结果表明，1.5% 氯化钙处理保鲜效果最好。

图5 不同浓度氯化钙对火龙果可溶性固形物的影响

2.2.3 番茄红素对火龙果保鲜的效果

由图6可知，随着贮藏期的延长，火龙果质量损失率均不同程度呈现上升趋势。用不同浓度番茄红素处理的火龙果质量损失率均显著低于CK。0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% 番茄红素分别处理的火龙果质量损失率分别为9.58% ，7.69% ，8.42% ，10.34% ，而CK在贮藏后期已经达到了13.28% ，其中以0.002% 番茄红素处理的火龙果在贮藏过程中质量损失率最小，为7.69% ，比CK低了5.59% 。结果表明，用番茄红素处理火龙果有效抑制了果实质量损失率上升，其中0.002% 番茄红素保鲜效果最佳。

由图7可知，随着贮藏时间的延长，火龙果可溶性固形物含量先升后降。CK与各浓度番茄红素处理的火龙果均在贮藏至第3天时其可溶性固形物含量达到最大值。而0.002% ，0.003% 番茄红素分别处理的火龙果在3～6 d期间其可溶性固形物含量基本保持不变，随后缓慢下降。贮藏至15 d时，0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% 番茄红素分别处理的火龙果可溶性固形物含量均明显高于CK，分别为6.4% ，7.4% ，6.8% ，6.1% 。结果表明，番茄红素涂抹处理的火龙果可以延缓其可溶性固形物含量的降低，减缓后期糖分的消耗，保持其原有的良好品质和口感，有效延缓了果实的衰老。其中0.002% 番茄红素对保持果实品质的效果最佳。

图7 不同浓度番茄红素对火龙果可溶性固形物的影响

2.2.4 南五味子多糖对火龙果保鲜的效果

由图8可知，随着贮藏期的延长，火龙果质量损失率不断增加，呈现上升趋势，且不同浓度南五味子多糖处理的火龙果质量损失率均显著小于CK，说明南五味子多糖处理有效抑制了火龙果水分的蒸发。贮藏15 d时，CK质量损失率增加到13.28% ，不同浓度南五味子多糖处理的火龙果质量损失率从小到大依次为：2% ＜1% ＜3% ＜4% ，其中4% 南五味子多糖处理的火龙果质量损失率最高，为10.23% 。2% 南五味子多糖处理的火龙果质量损失率最低，为6.41% ，比CK低了6.87% ，保鲜效果较好。结果表明，南五味子多糖对火龙果的质量损失有显著的抑制效果，其中2% 南五味子多糖处理火龙果保鲜效果最好。

图8 不同浓度南五味子多糖对火龙果质量损失率的影响

由图9可知，由于果实后熟现象，28℃贮藏下CK在第3天可溶性固形物含量达到最大值，南五味子多糖处理的火龙果基本贮藏至6 d时其可溶性固形物含量达到峰值，相比CK延长了3 d，其中1% ，2% 南五味子多糖分别处理的火龙果贮藏至第9天时其可溶性固形物含量基本没有发生变化，保持稳定，之后开始缓慢下降。由此得出，南五味子多糖处理火龙果在一定程度上抑制了其可溶性固形物含量的降低，有效延缓了果实的衰老进程，其中以2% 南五味子多糖处理火龙果，其可溶性固体物含量下降最为缓慢，与贮藏前基本一致，保鲜效果最好。

2.3 南五味子多糖复合涂膜剂对火龙果保鲜的效果响应面试验

基于单因素试验结果，固定壳聚糖浓度为1.5% ，以氯化钙（A）、番茄红素（B）、南五味子多糖（C）为自变量，确定火龙果可溶性固形物含量为响应值（Y）设计三因素三水平的响应面试验，试验因素水平编码，见表2。在温度28℃、湿度80% ，贮藏15 d，测量火龙果的可溶性固形物含量。响应面的设计方案及结果，见表3。

Design-Expert 8.0.6.0进行多元回归拟合，得到的回归方程Y=9.61－0.24A＋0.25B－0.27C－0.093AB－0.068AC＋0.062BC－0.47A2－0.55B2－0.84C2。回归模型系数的显著性检验结果，见表4。

表4 南五味子多糖对火龙果可溶性固形物含量的回归模型系数的显著性检验

根据回归方程可得，对火龙果可溶性固形物含量影响最大的因素是南五味子多糖。由表4可知，方程模型显著（P<0.000 1）。A、B、C、AB、A2、B2、C2对 Y 值的影响极显著（P<0.01），AC、BC 对Y值的影响显著（P<0.05），失拟项不显著（P=0.743 1>0.05），C.V.=0.50% ，拟合方程符合实际情况，能够较好地反映实际试验值。

由图10可知，番茄红素（A）与氯化钙（B）两个因素之间存在较为明显的交互作用。当氯化钙浓度一定时，番茄红素浓度增大，火龙果可溶性固形物含量也随之增大，番茄红素浓度为0.002% 时，火龙果可溶性固形物含量出现最大值。当番茄红素浓度一定时，火龙果可溶性固形物含量，随着氯化钙浓度的增加先增大后降低，氯化钙浓度为1.4% ～1.6% 时，火龙果可溶性固形物含量有最大值，表明在此浓度范围内，保鲜效果最好。由此可知，氯化钙和番茄红素对火龙果可溶性固形物含量影响较为重要。

图10 氯化钙与番茄红素交互作用对火龙果可溶性固形物含量的影响

由图11可知，氯化钙（A）、南五味子多糖（C）之间的交互作用显著，响应面曲面图呈先升后降的趋势。确定氯化钙浓度一定时，火龙果可溶性固形物含量，随着南五味子多糖浓度的增加而增大，当南五味子多糖浓度为2% 左右时，火龙果可溶性固形物含量出现最大值。当南五味子多糖浓度一定时，氯化钙浓度增加，火龙果可溶性固形物含量随之增大，火龙果可溶性固形物含量的峰值出现在浓度为1.4% ～1.6% 时，此时对火龙果的保鲜效果是最好的。由此可得，氯化钙和南五味子多糖浓度对火龙果可溶性固形物含量有重要影响，预测对最终配方可能也会产生比较显著的影响效果。

图11 氯化钙与南五味子多糖交互作用对火龙果可溶性固形物含量的影响

由图12可知，番茄红素（B）、南五味子多糖（C）两因素之间存在比较显著的交互作用。响应面曲面图呈先升后降的趋势，说明番茄红素和南五味子多糖对火龙果可溶性固形物的影响显著。番茄红素浓度一定时，火龙果可溶性固形物含量，随着南五味子多糖浓度的增加而增大，当南五味子多糖浓度为2% 左右时，火龙果可溶性固形物含量出现最大值，此时有较好保鲜贮藏效果。当南五味子多糖浓度一定时，随着番茄红素浓度的增加，火龙果可溶性固形物含量增大，番茄红素浓度为0.002% 左右时，火龙果可溶性固形物含量有最大值，此时对火龙果有较好的保鲜效果。由此可以预测，适宜的番茄红素及南五味子多糖的浓度对最终配方会产生比较显著的影响。

图12 番茄红素与南五味子多糖交互作用对火龙果可溶性固形物含量的影响

由响应面分析优化复合涂膜剂配方为：1.94% 南五味子多糖、1.5% 壳聚糖、1.37% 氯化钙、0.002% 番茄红素。在此条件下，将火龙果于温度28℃、湿度80℃的培养箱加速贮藏10 d，火龙果可溶性固形物含量为（11.24±1.31）% ，质量损失率为（3.04±1.24）% ，均优于单因素和响应面各组合试验结果。

3 讨论与结论

本研究采用酶法辅助提取南五味多糖，提取pH为4.8、提取温度56℃、提取时间66 min、复合酶用量为3.0% ，提取率为7.65% ，与胡琴汉等[19]的研究结果基本一致。本研究发现，所提取的南五味子多糖对4种供试菌有明显抑制作用，抑菌效果从强到弱依次为：金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞大肠杆菌＞沙门氏菌。

进一步以所提取的南五味子粗多糖为特征组分，通过单因素和响应面优化试验，研究南五味子多糖复合涂膜剂的最优配方为：1.94% 南五味子多糖、1.5% 壳聚糖、1.37% 氯化钙、0.002% 番茄红素。几种具有保鲜效果的物质相互复配发挥协同作用更能提高保鲜效果。本研究制备的天然复合保鲜剂。

在温度28℃、湿度80% 的条件下，加速贮藏10 d，对优化结果进行验证，本研究发现，火龙果可溶性固形物含量为（11.24±1.31）% ，质量损失率为（3.04±1.24）% ，与对照（CK）对比，优化组合处理的火龙果质量损失率显著降低，火龙果可溶性固形物含量明显增加，表明使用复合涂膜剂后保鲜效果明显，可有效延长火龙果贮藏期。优化结果可靠，研究结果可为商洛南五味子多糖相关产品研发及在食品保鲜方面的应用提供参考依据。