聚乳酸薄膜包裝袋對楊桃保鮮效果的研究

駱文杰,張偉陽,程樹軍

(華東理工大學材料科學與工程學院,上海 200237)

聚乳酸薄膜包裝袋對楊桃保鮮效果的研究

駱文杰,張偉陽,程樹軍*

(華東理工大學材料科學與工程學院,上海 200237)

楊桃分別用聚乳酸(PLA)和聚乙烯(PE)包裝袋包裝,包裝方式采用氣調包裝和真空方式兩種,處理好后將樣品置于20 ℃,相對濕度95%的環境中貯藏,以未包裝楊桃為對照,測定了楊桃貯藏過程中包裝袋中O2和CO2含量,失重率、褐變度、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、多酚氧化酶(PPO)活性、抗壞血酸等變化,研究PLA薄膜包裝袋包裝楊桃的保鮮效果。結果表明,在真空包裝對照組中,各項數據差別很小,但其對楊桃的保鮮效果普遍優于氣調包裝。在氣調包裝對照組中,氣相色譜分析顯示PLA袋中CO2體積分數比PE高,O2體積分數低。11 d后,PLA氣調包裝袋中楊桃褐變度和PPO活性為11.4%和2.3 U/min.g,低于PE氣調包裝的55.2%和2.9 U/min.g;有機酸分解為0.14%,pH為4.74,酸值高于PE氣調包裝;同時,PLA包裝中楊桃的可溶性固體物和VC含量均高于PE包裝袋中楊桃。由此說明,PLA包裝確實可以有效延長楊桃的貨架期。

果蔬保鮮,楊桃,氣調包裝,真空包裝,PLA薄膜

楊桃是一種口味獨特、外形美觀、營養豐富的水果,具有很高的商業價值。然而楊桃大多生長在熱帶地區,易腐爛,易受損,所以如何貯存保鮮成為楊桃進一步推廣的一個大問題。目前楊桃的保鮮方法有化學保鮮、涂膜保鮮、主動氣調保鮮等[1],但是化學保鮮和涂膜保鮮存在著一定的食品安全隱患,而主動氣調保鮮比較復雜,成本較高。

聚乳酸(PLA)作為一種生物可降解材料有很大應用潛力。其透明性好,對氧氣和二氧化碳的阻隔性高,在包裝領域大有作為[2]。PLA作為包裝材料已經被應用于各個領域[3],而PLA薄膜包裝對果蔬保鮮還鮮有報道,我們實驗室前期研究了聚乳酸薄膜對金針菇保鮮效果的影響[4],Antonis等用新型PLA薄膜建立了圣女果保鮮的氣調包裝模型[5]。

本文用PLA、聚乙烯(PE)兩種包裝袋包裝楊桃,測試了楊桃外觀和營養組分的變化,并以真空包裝和未包裝楊桃作對比,研究了PLA薄膜對楊桃保鮮效果的影響,對比PLA薄膜與傳統包裝材料相比的優越性,為PLA薄膜包裝袋在果蔬保鮮方面的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮楊桃(采后4 ℃預冷12 h) 中國福建;PLA保鮮袋(25 cm×35 cm,單層膜厚10 μm) 上海自然盾新材料有限公司。PE保鮮袋(25 cm×35 cm,單層膜厚10 μm) 沃爾瑪超市,脫普日用化學品(中國)有限公司。表1是本實驗采用的PLA保鮮袋和PE保鮮袋的氣體透過率[6],可以發現PLA對O2和CO2的透過率比PE低,對水蒸氣透過率高于PE。

表1 不同包裝袋的氣體透過率(kg·m/m2·s·Pa)

NaOH、標準緩沖溶液、草酸、2,6-二氯酚靛酚、冰醋酸、酚酞等 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

恒溫恒濕箱 上海源長實驗儀器設備廠;阿貝折光儀 上海精密科學儀器有限公司;SINBO真空包裝機 香港康奈家電用品有限公司;氣相色譜儀 上海天普分析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 準備和包裝 材料:挑選成熟均勻、大小一致、無損傷、無蟲害的楊桃,將表面擦拭干凈。真空包裝:在PLA和PE包裝袋中每袋放入約(300±10)g楊桃,抽真空后熱封;氣調包裝:在PLA和PE包裝袋中每袋放入約(300±10)g楊桃,抽真空后熱封,再充入200 mL空氣。將真空包裝、氣調包裝和未包裝的楊桃置于20 ℃,相對濕度95%的恒溫恒濕箱中貯藏,開始計算放置時間。每隔24 h進行抽樣實驗,測試楊桃的失重率、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、VC含量、褐變度等[7]。

1.2.2 袋內氣體含量變化 O2、CO2的體積分數用帶有TCD檢測器氣相色譜測定[8],重復6次。

1.2.3 失重率測定 本實驗失重率測定采用稱重法,重復3次:W(%)=(w0-wt)/w0×100

式中:W為失重率;w0為楊桃初始質量;wt為t天以后楊桃的質量。

1.2.4 可滴定酸含量的測定 采用酸堿滴定法。以蘋果酸為換算系數計算,可滴定酸含量以鮮重的百分率表示,重復3次。

1.2.5 pH的測定 使用pH計測量,重復3次。

1.2.6 可溶性固形物的測定 取5 g楊桃研磨成勻漿,然后使用阿貝折光儀法測定,重復3次。

1.2.7 VC含量的測定 參照文獻[9]使用2,6-二氯酚靛酚滴定法,重復3次。

1.2.8 褐變度的測定 用圖片軟件Image-Pro Plus處理褐變后的楊桃照片[10],計算出總的褐變面積S1,楊桃總面積S,褐變度(%)=S1/S×100,重復3次。

1.2.9 多酚氧化酶(PPO)活性的測定 參照文獻采用分光光度計比色法[11],重復3次。計算公式為:

式中:U表示酶活性,ΔOD420表示每分鐘反應混合液吸光度變化值,V表示樣品提取液總體積,VS表示測定時所取樣品提取液體積,m表示樣品質量。

2 結果與分析

2.1 袋內氣體含量變化

圖1為PLA和PE氣調包裝內部O2和CO2氣體體積分數的變化。從圖中得知,PLA袋中氣體體積分數在10%O2和6%CO2下達到平衡;PE包裝袋中氣體則在17%O2和3%CO2達到平衡。這說明在氣體近似平衡時,PLA袋中的O2含量比PE保鮮袋內低,CO2含量則比PE保鮮袋內高,形成了低O2、高CO2的貯藏環境,這種環境能夠有效抑制楊桃的呼吸強度從而降低了營養物質的消耗,也可以延緩后熟作用。薄膜內這種氣體組分形成的主要原因是PLA和PE薄膜對O2、CO2不同的滲透率,PLA薄膜對O2、CO2的滲透率均小于PE,隨著楊桃的呼吸作用進行,袋內O2減少,CO2增加,外部的O2和CO2不能及時滲透進來,在薄膜內自發形成低氧高二氧化碳的環境,有利于楊桃的貯藏,而PE對O2與CO2透過率高,薄膜內部的O2與CO2易與外界交換,無法形成低氧高二氧化碳的環境[12]。

圖1 氣調PLA(a)和PE(b)包裝袋中氣體體積分數的變化Fig.1 Volume fraction of O2 and CO2in PLA(a)and PE(b)packaging bags

2.2 外觀分析

2.2.1 楊桃的外觀變化 圖2是楊桃包裝前的外觀圖片;圖3是未包裝、PLA氣調包裝、PE氣調包裝、PLA真空包裝、PE真空包裝的楊桃在第5 d和第11 d的外觀變化。圖2中可以看出剛采摘下的楊桃果實飽滿、無損傷。圖3顯示隨著時間推移,各種包裝方式的楊桃都出現不同程度的變色、干癟,未包裝和PE氣調包裝的楊桃在第11 d開始長霉腐爛,而氣調PLA袋中楊桃卻能保持比較好的外觀;與氣調包裝相比,真空包裝的楊桃11 d后保持更好的外觀;造成這些楊桃外觀的差異可能與失水、成熟度、褐變度等因素有關,由于未包裝和PE包裝袋中楊桃在第11 d已經喪失商品價值,所以實驗數據對比僅維持到第11 d。

圖2 楊桃包裝前(第一天)的外觀Fig.2 Sensory quality of unpacked carambolas on the first day

圖3 不同包裝方式下的楊桃在第5 d(a)和第11 d(b)時的外觀變化Fig.3 Effect of different packaging methods on sensory quality of carambolas in the 5th(a)and 11th(b)day

2.2.2 失重率的變化 圖4為不同包裝方式對楊桃失重的影響。不同包裝方式中的楊桃都有不同程度的失重,這是由于采摘后楊桃能繼續進行蒸騰作用和呼吸作用,造成一定量的水分流失和營養物質的消耗,其中水分流失造成楊桃質量下降的主要原因[13]。未包裝的水果由于未受到保護失重最多,在第11 d時失重率達到14%;氣調包裝對照組中,PLA包裝的楊桃失重率約為7%,PE包裝中失重率約為2%,這是由于PE對水蒸氣透過率低,呼吸作用產生的水汽很難透過薄膜,在薄膜上會形成小水珠,失重率較小,而PLA材料對水蒸氣的透過率高[14],使得水分能夠通過薄膜釋放到空氣中,從而導致PLA包裝的水果失重大于PE包裝的水果失重。與氣調包裝相比,真空PLA包裝中的楊桃失重率更大,其原因是真空PLA包裝使薄膜有效透過面積變大,使其失重率增加[15]。研究表明,適當脫水可以減少果蔬的腐爛,因此PLA對水蒸氣的透過率高使水果表面能夠保持相對的干燥,不容易霉變[16]。

圖4 不同包裝方式對楊桃失重的影響Fig.4 Effect of different packaging methods on weight loss of carambolas

2.2.3 褐變度 圖5為不同的包裝方式對楊桃褐變的影響。從圖中可以看出,隨著貯藏時間的延長,各種包裝方式的楊桃褐變程度都加劇。在開始貯藏的7 d里,褐變度變化不明顯。7 d后,PE氣調包裝內的楊桃褐變度最高,在第11 d褐變度達到55.24%,這是由于PE袋中水蒸氣凝結導致楊桃腐爛加劇,褐變度急速升高,PLA氣調包裝中的楊桃褐變度小于PE氣調包裝和未包裝的楊桃,這說明氣調包裝PLA袋內楊桃衰老較緩慢,其原因可能是PLA袋內較為干燥,低O2、高CO2的貯藏環境使楊桃衰老緩慢,而PE包裝水蒸氣透過率低,袋內潮濕導致楊桃發生霉變,使得果實的褐變度增加。與氣調包裝相比,真空包裝的褐變度普遍較小,這是由于真空條件下楊桃呼吸緩慢,延緩衰老,所以褐變度較低。

圖5 不同包裝方式下楊桃的褐變情況Fig.5 Effect of different packaging methods on browning degree of carambolas

2.3 營養組分

2.3.1 可滴定酸和pH 楊桃中的有機酸種類和含量對果蔬的口味、風味、酸糖比、pH、貯藏性、加工性質都具有重要影響。隨著水果的呼吸作用,有機酸會被分解,pH會升高。圖6中,五組包裝中楊桃的可滴定酸含量都在下降,pH升高,這表明楊桃在貯藏過程中的酸度下降。在第11 d時,氣調對照組中,PLA可滴定酸含量高于PE,pH含量低于PE包裝,這表明不同包裝方式對楊桃中的可滴定酸含量和pH會產生影響,PE袋中可滴定酸含量最少,pH最高,說明了PE袋中楊桃的有機酸分解很快,而PLA袋中楊桃的有機酸則分解較為緩慢,主要原因是PLA包裝楊桃呼吸作用比PE包裝弱,營養消耗慢。與氣調包裝相比,兩種真空包裝方式中的楊桃都表現出較高的可滴定酸含量(18%)和較低的pH,這可能是因為真空包裝使生理活動緩慢使得有機酸分解很少[17]。

圖6 不同包裝方式下楊桃的可滴定酸(a)和pH(b)的變化Fig.6 Effect of different packaging methods on total titratable acidity and pH of carambolas

2.3.2 可溶性固體物 果蔬里的可溶性固體物(主要是指可溶性糖)含量能直接反映果蔬的成熟程度和品質狀況。一般情況下,在楊桃成熟過程中,儲存的營養物質轉化為糖,可溶性固體物會逐漸增加,而在楊桃衰老過程中,由于可溶性糖的分解,使得可溶性固體物含量降低。如圖7所示,未包裝的楊桃中可溶性固形物含量在第3 d達到最高隨后開始降低,而其他四種包裝方式中的可溶性固體物則在第5 d達到最高值,這表明包裝可以有效地減緩楊桃的成熟衰老速度。氣調包裝中,PLA包裝中楊桃的可溶性固體物含量高于PE包裝和未包裝,可見PLA中楊桃衰老比其他兩種緩慢。兩種真空包裝差別不明顯,但可溶性固體物含量均小于氣調包裝,這是由于真空包裝均抑制楊桃呼吸作用,減緩成熟和衰老;與氣調包裝相比,真空包裝中的楊桃可溶性固體物含量比較低,保鮮效果更好。

圖7 不同包裝方式下楊桃的可溶性固體物值變化Fig.7 Effect of different packaging methods on soluble solid of carambolas

2.3.3 多酚氧化酶(PPO)活性 多酚氧化酶能夠將水果中的酚類氧化形成醌類,這是水果褐變的主要原因,多酚氧化酶活性越強,水果褐變的趨勢越大,所以多酚氧化酶的活性大小表示了楊桃衰老的趨勢,由圖8可知,氣調包裝中,PE包裝的楊桃和未包裝楊桃一樣表現出較強的PPO活性,從第1 d開始提高到第7 d開始下降,這是由于楊桃開始代謝旺盛,PPO活性很高,當楊桃開始衰老以后,PPO活性會隨之降低;PLA包裝袋中楊桃PPO活性很低,PPO活性先緩慢降低至9 d以后活性才開始升高,說明PLA袋中的楊桃在一開始褐變被抑制,第9 d以后褐變的趨勢變大,這是由于PLA包裝袋中特有的低氧高二氧化碳環境使楊桃的成熟和衰老受到抑制[18],但是隨著貯藏時間的延長,楊桃的褐變度還是會增加,開始衰老。與氣調包裝相比,兩種真空包裝的楊桃因為呼吸緩慢,代謝緩慢,PPO活性保持很低并有降低的趨勢,保鮮效果好。

圖8 不同包裝方式楊桃的PPO活性變化Fig.8 Effect of different packaging methods on polyphenol oxidase activity of carambolas

圖9 不同包裝方式下楊桃的VC值變化Fig.9 Effect of different packaging methods on VC of carambolas

2.3.4 VC值的變化 圖9表示了不同包裝方式下楊桃的VC值變化。VC又名抗壞血酸,是一種人類必需的維生素,因此是果蔬的營養品質和貯藏效果的評價指標之一。新鮮的水果中VC含量較高,隨著儲藏時間的增加,水果的VC含量下降,這是由于水果在成熟過程中VC被氧化破壞。如圖所示,五組楊桃中VC含量均隨時間增加而降低。氣調包裝對照組中,PLA包裝中的楊桃VC值高于PE和未包裝并且下降緩慢,這說明PLA包裝減緩VC的消耗,這是由于PLA中的低氧成分對VC起到一定的保護作用;第11 d,PE包裝袋中VC的含量低于未包裝,這是由于PE包裝袋中水汽凝結,楊桃快速衰老和腐爛,VC的含量降低。同理,真空包裝對照組中,楊桃會無氧呼吸,也能降低VC的消耗,所以真空包裝VC降低最緩慢,VC含量最高。

3 結論

本實驗對比研究了不同氣體條件下,未包裝、PLA氣調包裝、PE氣調包裝、PLA真空包裝、PE真空包裝對楊桃保鮮效果的影響。實驗表明,這種PLA薄膜包裝袋能夠很好的保存楊桃的外觀質量和營養組分,抑制楊桃的生理生化活動,減緩楊桃的衰老,延長楊桃的貨架期。在溫度20 ℃,相對濕度95%的環境中貯存11 d后,真空包裝對照組中,PE和PLA包裝數據差別很小,但是真空包裝對楊桃的保鮮效果普遍優于氣調包裝,這是由于真空包裝使袋內楊桃呼吸緩慢,延緩了楊桃衰老。在氣調包裝對照組中,氣相色譜分析顯示PLA袋中CO2體積分數比PE高,O2體積分數低。11 d后,PLA氣調包裝袋中楊桃褐變度和PPO活性為11.4%和2.3 U/min.g,低于PE氣調包裝的55.2%和2.9 U/min.g;有機酸分解為0.14%,pH為4.74,酸值高于PE氣調包裝;同時,PLA包裝中楊桃的可溶性固體物和VC含量均高于PE包裝袋中楊桃。這是由于PLA特有的氣體透過率,使得包裝袋內易形成低O2、高CO2且相對干燥的貯藏環境,從而延長楊桃貨架期。

這種新型PLA薄膜作為一種綠色可降解包裝,不僅包裝效果優于傳統的包裝袋,而且有利于生態環境,在不斷地改進中成本大大下降,以后應用前景將會越來越廣闊。

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Effect of polylactic acid film bags on the preservation of Carambola

LUO Wen-jie,ZHANG Wei-yang,CHENG Shu-jun*

(College of Materials Science and Engineering,East China University of Science and technology,Shanghai 200237,China)

Carambolas were vacuum and modified atmosphere packaged with Polylactic acid(PLA)and Polyethylene(PE)bags,the packs were stored in temperature humidity chamber at temperature 20 ℃ and RH of 95%,unpacked carambolas were used as controls. The following fruit quality parameters were measured to study the effect of PLA film bags on the preservation of carambola in the experiment:volume fraction,weight loss,browning degree,total titratable acidity,pH,soluble solid,polyphenol oxidase(PPO)activity and ascorbic acid. Experimental results showed that data difference between PLA and PE vacuum packagings was small,but vacuum packaging had a better fresh-keeping effect than modified atmosphere packaging. In the control group of modified atmosphere packaging,gas chromatograph showed that the O2content of the PLA packaging was lower than PE packaging in all groups,while the CO2content was higher. On the 11th day,the browning degree and PPO activity of carambolas in PLA packaging were 11.4% and 2.3 U/min.g,lower than 55.2% and 2.9 U/min.g of PE packaging. The total titratable acidity was 0.14%,pH was 4.74,higher than that of PE packaging after 11 days. Furthermore,carambolas in PLA packaging exhibited high soluble solid and ascorbic acid content. The result showed that PLA packs could extend the sshelf life of carambolas.

fruits preservation;Carambola;modified atmosphere packaging;vacuum packaging;PLA film

2015-03-27

駱文杰(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：生物可降解材料，E-mail:luowenjie1991@163.com。

*通訊作者:程樹軍(1956-)，男，博士，副教授，研究方向：生物可降解材料，E-mail:chshj2003@126.com。

TS254.1

A

1002-0306(2015)23-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.056