殼聚糖和海藻酸鈉涂膜對鮮切荸薺褐變、腐爛和品質的影響

彭 勇，李云飛

(1.上海交通大學農業與生物學院，上海200240;2.菏澤學院園林工程系，山東菏澤274000)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荸薺 購于上海閔行農貿市場，用于實驗的荸薺要求大小均勻，顏色和成熟度一致，無病蟲害且沒有機械損傷;殼聚糖(脫乙酰度:90.2%)購于山東奧康生物科技有限公司;冰乙酸，甘油，海藻酸鈉 購于國藥集團化學試劑有限公司。

HWS28型恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司;JA2002型電子天平 上海精天電子儀器有限公司;90－3型磁力攪拌器 上海滬西分析儀器有限公司;SHZ－D型循環水式真空抽氣氣泵 上海羌強儀器設備有限公司;FE－20型pH計 上海梅特勒－托利多公司;R/S plus流變儀 美國Brookfield儀器公司;TA－XT2i質構分析儀 英國Stable Micro Systems有限公司;WSC－S色差儀 上海精密科學儀器有限公司;UV－2100型紫外可見分光光度計 上海尤尼柯儀器有限公司;WYT－J型手持折光儀 成都光學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 涂膜溶液的配制方法 殼聚糖溶液的配制參照岳曉華和沈月新等［13］的方法并略有修改:2%的殼聚糖(2g殼聚糖溶于100mL含1%的乙酸溶液中)磁力攪拌4h直至完全溶解，加入30%的甘油(g/g殼聚糖)再次攪拌1h，真空泵抽氣去除氣泡。海藻酸鈉溶液的配制參照龐凌云等［11］的方法:1.5%的海藻酸鈉溶于蒸餾水中，在80℃恒溫水浴鍋中攪拌30min直至溶解，30%的甘油(g/g海藻酸鈉)作為增塑劑加入再次攪拌1h，真空泵抽氣去除氣泡。膜溶液一部分做涂膜實驗，另一部分(200g)采用延流法倒在玻璃板(25cm×25cm)上成膜備用，用于測定膜的性能指標。

1.2.2 處理方法 選擇新鮮無損傷的荸薺去皮清洗，切成3mm左右的薄片，分成三組，每組三次重復。第一組用蒸餾水處理做對照組，第二組用2%殼聚糖溶液處理，第三組用1.5%海藻酸鈉處理。每組浸泡時間均為2min，所有膜溶液均用NaOH或HCl調pH至6.5。處理后的鮮切荸薺室溫下6h充分晾干后，放入塑料盤中，覆蓋聚乙烯保鮮膜，置于4℃和85%相對濕度的冷庫中貯藏，每隔4d取樣分析。

1.2.3 膜溶液表觀黏度的測定 使用R/S plus流變儀測定殼聚糖和海藻酸鈉溶液的表觀黏度［14］。參數設定為 25℃，剪切速率變化為5min內 0～512s－1，轉子采用CC25，每個樣品平行做三次。使用Ostwald模型來擬合實驗數據，按下式計算:

式中，σ為剪切應力(Pa)，k為稠度系數(Pa·sn)，γ為剪切速率，n為流動系數。

1.2.4 膜的機械性能測定 根據GB13022－91的方法并對其改進，采用TA－XT2i質構儀進行測量。測定前先將膜在53%的相對濕度下平衡48h，將膜裁成大小為20×80mm的長條，固定在拉伸夾具(A/TG)上，夾距設定為50mm，拉伸速度設定為0.8mm/s，分別測定膜的抗拉強度(MPa)和延伸率(%)。每個樣品做8個平行。

1.2.5 膜的水蒸氣透過率測定 根據GB1037－70方法，采用擬杯子法并略有改進，在25℃下，于測試杯(1384.74mm2×25mm)中放入無水氯化鈣(粒徑小于2mm)，氯化鈣與杯口距離小于6mm，用膜樣品封住測試杯口并用膠帶固定。將稱重后的測試杯放入裝有飽和氯化鈉溶液(25℃，RH 75%，)的干燥器中，使膜內外兩側保持一定的蒸汽壓差，每隔1d取出稱重，直到質量變化小于0.001g，每個樣品做3個平行。按下式計算:

涂螺紋鎖止劑式有效力矩型緊固件(圖4中6)再次使用前，應切去原配對螺紋上的螺紋鎖止劑，否則擰緊力矩難于準確，然后在螺紋末端涂上少量的緊固鎖止劑，即可在擰入螺栓時將緊固鎖止劑帶入螺紋中。當使用高強度鎖止劑時，有時可用加熱(使用加熱槍)來軟化材料后再旋松；過量使用鎖止劑會導致在松開過程中損壞螺紋或使螺栓斷裂，還可能會導致塑料部件破裂，所以切勿將鎖止劑與塑料部件接觸。此外，使用鎖止劑會增大松動扭矩，拆卸時注意不要損壞螺栓。

式中，m為透過膜的水分的質量(g)，L為膜的厚度(m)，A為透過水分的膜面積(m2)，t為水分透過時間(s)，ΔP為膜兩側水分蒸汽壓差(Pa)。

1.2.6 顏色測定 參照CIELAB表色系統來表示顏色，用WSC－S色差儀測定。將荸薺片放在白色校正板上測定，記錄顏色值。顏色指數從L=0(黑色)到L=100(白色)，－a(綠色)到 +a(紅色)，－b(藍色)到+b(黃色)。每個樣品做5個平行，總色差(ΔE)用如下公式計算:

ΔE=［(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2］1/2

1.2.7 類黃酮含量的測定 參照潘永貴的方法［3］，取鮮切荸薺組織2g，冰浴研磨，用1%鹽酸－甲醇溶液40mL室溫下浸提2h，然后定容至50mL，325nm下比色測定類黃酮含量。

1.2.8 其他指標的測定 失重率采用稱重法，腐爛率以表面有明顯真菌生長或者細菌腐爛的切片占總切片的百分數表示，可溶性固形物含量的測定采用手持式折光儀。

1.2.9 數據統計 全部數據用Microsoft Excel 2003進行統計處理，計算標準偏差，并使用SPSS 17.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 膜溶液剪切應力隨剪切速率的變化

溶液黏度的高低反映分子間作用力的強弱，與膜的物理和機械性能密切相關［14］。如圖1所示，殼聚糖和海藻酸鈉溶液均表現出假塑性流體的性質，隨剪切速率的增加溶液逐漸變稀，符合Ostwald模型，比較兩種膜溶液的性能，可知殼聚糖溶液在整個剪切過程中剪切應力高于海藻酸鈉，表1也顯示了100s－1下殼聚糖的表觀黏度顯著高于海藻酸鈉，這可能由于殼聚糖分子中的羥基和氨基易形成分子間的氫鍵所致［9］。

圖1 剪切應力隨剪切速率變化趨勢Fig.1 The changes of shear stress against shear rate

2.2 膜的物理性能指標

從表1可以看出，殼聚糖膜的各種性能指標優于海藻酸鈉，殼聚糖膜的水蒸氣透過率僅是海藻酸鈉膜的81.1%，比海藻酸鈉膜有較好的阻水性。并且，殼聚糖膜的抗拉強度和延伸率分別是海藻酸鈉膜的2.1和3.2倍，這可能由于所制備的殼聚糖膜的厚度高于海藻酸鈉，增強了膜的抗拉強度，而延伸率的差異可能不僅歸因于膜中甘油和膜體相互作用的差異，而且也可能由于兩種膜厚度的不同［13］。

表1 殼聚糖和海藻酸鈉膜物理和機械性能的差異比較Table 1 The differences in physical and mechanical properties between chitosan and sodium alginate

表2 殼聚糖和海藻酸鈉涂膜處理對鮮切荸薺顏色指數的影響Table 2 Effect of chitosan and sodium alginate coating on the color values of fresh－cut Chinese water chestnut

2.3 涂膜處理對鮮切荸薺顏色的影響

從表2可以看出，涂膜后0天測定的顏色值差異不大，海藻酸鈉涂膜的荸薺組黃色(b值)較深，可能由于海藻酸鈉膜自身的顏色引起。處理后的第8d開始，對照組顏色開始發黃，b值和ΔE值明顯增加，至第16d，殼聚糖和海藻酸鈉處理的b值分別是對照組的40.9%和83.9%，ΔE值分別是對照組的56.0%和88.4%，這表明殼聚糖和海藻酸鈉都能延遲鮮切荸薺的褐變，經過殼聚糖涂膜的荸薺鮮切片，在整個貯藏過程中都保持著較高的亮度(L值)和較低的b值，可以有效預防鮮切荸薺褐變的發生，而海藻酸鈉抑制荸薺褐變的效果不佳。殼聚糖分子中的氨基具有一定的還原性，在一定程度上，對果蔬體內的活性氧自由基可起到清除作用，從而減少采后果蔬細胞的膜脂過氧化程度，延緩果蔬組織和結構的衰老，預防變色［7］。龐凌云等［11］研究也表明殼聚糖可以抑制鮮切山藥中多酚氧化酶和過氧化物酶活性的變化，從而抑制褐變的發生。

2.4 涂膜處理對鮮切荸薺類黃酮含量的影響

從圖2可以看出，鮮切荸薺在貯藏過程中類黃酮含量明顯增加，這與顏色b值和E值變化趨勢基本一致。類黃酮是植物次生代謝的產物，泛指兩個具有酚羥基的苯環通過中央三碳原子相互連接的一系列化合物。鮮切荸薺在褐變的過程中，可能觸發了類黃酮合成的反應鏈，導致了類黃酮含量的增加［3］。兩種涂膜處理都可以抑制荸薺黃化的進程，尤其以殼聚糖效果最為明顯，殼聚糖處理的荸薺在整個貯藏期間類黃酮含量都很低，這可能與殼聚糖自身有著較強的抗氧化能力有關［9］。

圖2 殼聚糖和海藻酸鈉涂膜處理對鮮切荸薺類黃酮含量的影響Fig.2 Effect of chitosan and sodium alginate coating on flavonoid contents of fresh－cut Chinese water chestnut

2.5 涂膜處理對鮮切荸薺貯藏期間腐爛率的影響

從圖3可以看出，隨著貯藏時間的延長，鮮切荸薺從第8d開始腐爛，至第16d腐爛率最高，可達30%。從不同處理來看，海藻酸鈉涂膜處理對預防鮮切荸薺的腐爛有較好的效果，而殼聚糖涂膜處理對荸薺的腐爛影響不大。李海燕等［15］研究表明殼聚糖具有一定的抑菌作用，能抑制草莓的腐爛，邱松山等［16］研究也表明，殼聚糖結合納米二氧化鈦可以抑制鮮切荸薺的腐爛，然而，潘永貴［3］研究表明殼聚糖對防止鮮切藕的腐爛效果不佳，推測可能是殼聚糖中乙酸的影響。而在本研究中，采用殼聚糖涂膜處理對預防鮮切荸薺腐爛的效果不理想，這一方面可能是由于殼聚糖溶液中乙酸的影響，另一方面也可能與殼聚糖膜自身特性有關，實驗中制備的殼聚糖膜厚度在80μm左右，這可能抑制了鮮切荸薺的呼吸，增加了厭氧微生物的生長。

圖3 殼聚糖和海藻酸鈉涂膜處理對鮮切荸薺腐爛率的影響Fig.3 Effect of chitosan and sodium alginate coating on rotting rate of fresh－cut Chinese water chestnut

2.6 涂膜處理對鮮切荸薺貯藏期間失重率的影響

如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，涂膜處理的鮮切荸薺在貯藏過程中失重率均呈上升趨勢，以對照失水最為嚴重，貯藏16d后，失重率可達3.3%，涂膜處理顯著降低了鮮切荸薺的失重率，兩種涂膜處理相比，殼聚糖在貯藏后期失重率略高于海藻酸鈉處理。實驗中也發現海藻酸鈉涂膜荸薺后表面干燥較快，而殼聚糖表面干燥時間較長，這可能由于殼聚糖膜的親水性高于海藻酸鈉，從而使得殼聚糖處理的荸薺表面濕潤，容易滋生微生物的生長，導致失重的增加。

2.7 涂膜處理對鮮切荸薺貯藏期間可溶性固形物含量的影響

從圖5可以看出，鮮切荸薺貯藏期間可溶性固形物含量逐漸下降，以對照下降最為顯著，在貯藏16d后，鮮切荸薺的可溶性固形物含量僅為7.77%，是貯藏初期的64.5%，荸薺在鮮切過程中受到機械損傷，是造成體內可溶性固形物含量下降的主要因素。而涂膜處理后，延緩了鮮切荸薺可溶性固形物含量的下降，這與 Rojas－Graü 等［5］在鮮切蘋果、龐凌云等［11］在鮮切山藥上的研究是一致的。表明殼聚糖或海藻酸鈉處理都可以維持鮮切荸薺較高的品質，延長貨架期。

圖5 殼聚糖和海藻酸鈉涂膜處理對鮮切荸薺可溶性固形物含量的影響Fig.5 Effect of chitosan and sodium alginate coating on total soluble solids of fresh－cut Chinese water chestnut

3 結論

3.1 可食性包裝膜如殼聚糖和海藻酸鈉均有較好的物理性能，可用于果蔬涂膜保鮮，保鮮效果依賴于可食性包裝膜的性能。

3.2 相比于海藻酸鈉膜，殼聚糖涂膜可以有效抑制鮮切荸薺褐變的發生，維持鮮切荸薺較高的水分和可溶性固形物的含量，但是對鮮切荸薺腐爛的抑制效果不佳。

3.3 海藻酸鈉涂膜處理同樣抑制了鮮切荸薺褐變的發生，但效果不如殼聚糖明顯，并且類黃酮含量在貯藏期間逐漸增加，但荸薺的腐爛率和失重率較低，能維持較高的可溶性固形物含量，延長貨架期。

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