香芹酚淀粉復合膜對草莓保鮮的研究

曾少雯，杜瑋瑤，鄧琪琪，李昌鵬，馬琛瑜，羅潤鐸，陳 佩

（華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642）

0 引言

可食膜具有可降解、安全、成本低等優點，是果蔬保鮮研究的熱點。膜液在果蔬表面形成薄膜，能夠降低果蔬的呼吸強度、減緩營養物質的消耗、降低水分的蒸騰作用[1]，從而達到保鮮的效果。另外，在膜液中添加抗氧化劑、抗菌劑，可以賦予可食膜更好的保鮮效果，使其成為具有生物活性的可食膜[2]。香芹酚具有抗氧化、抗菌及驅蟲等作用，在食品加工中廣泛應用，Adriele R Santos等人[3]用淀粉和香芹酚為原料制備可食膜，對鮮切南瓜進行保鮮研究，發現香芹酚對大腸桿菌、腸炎沙門氏菌血清型鼠傷寒沙門菌、嗜水氣單胞菌和金黃色葡萄球菌等都有較明顯的抑菌作用。Ariela Betsy Thomas等人[4]用木薯淀粉和蜂膠制備生物活性膜對草莓進行涂膜保鮮，發現該可食膜能顯著提高草莓的酚類化合物、VC和花青素等的含量。普通的淀粉糊化后，糊液中殘存的淀粉顆粒與淀粉糊凝沉后形成的凝膠束增加了光的散射和反射強度，透明度較低[5]。乙酰化淀粉是一種通過酯化反應將疏水的乙酰基團取代淀粉中的羥基后，制成的具有一定疏水性的高分子化合物，具有較高的透明度、成膜性和抗凝沉性好[6]等優點，膜液涂在果蔬表面對外觀影響較小。

草莓屬含水量高的漿果，成熟后呼吸作用強、水分損失快，采摘后只能室溫貯藏1～2 d，并且其組織嬌嫩，易受到機械損傷而被微生物侵染導致腐敗[7]，因此研究草莓的保鮮技術具有重要的意義。試驗以乙酰化木薯淀粉、山梨糖醇和香芹酚為基本原料，制備具有抑菌活性的復合膜，對草莓進行涂膜保鮮，探究香芹酚包埋物的最小抑菌濃度和各成分濃度對膜的透水性和機械性能的影響，并通過正交試驗優化配比。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

四季草莓，無機械損傷、大小一致，購于聚鮮林旗艦店；香芹酚，上海麥克林生化科技有限公司提供；乙酰化木薯淀粉，山東綠健生物技術有限公司提供。

Jb300-SH型數顯恒速強力電動攪拌機，上海標本模型公司產品；5566型拉力測試儀，美國Instron公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 香芹酚包埋物的制備及測定

（1）香芹酚包埋物的制備。香芹酚為脂溶性物質，為了解決其在淀粉水溶液中的溶解問題，在鞏衛琪等人[8]的方法基礎上進行改良，采用飽和水溶液法包埋香芹酚。稱取8 g β-環糊精，加入蒸餾水加熱溶解，將香芹酚和無水乙醇（1∶1，V∶V）混合，在300 r/min的轉速下，緩慢滴加香芹酚乙醇溶液，在60℃下攪拌包埋2 h后，于4℃冰箱靜置過夜，抽濾，在50℃下烘干至恒質量。

（2） 包埋率及產率測定。取0.1 g香芹酚包埋物，加10 mL無水乙醇超聲振蕩，離心后取上清液1 mL，用無水乙醇定容至25 mL，于波長275 nm處測定溶液吸光度，根據標準曲線求出樣品中香芹酚的質量濃度。平行測定3次，計算包合物的包埋率和產率：

式中：M——包合物產物質量，g；

M1——β-環糊精的質量，g；

M2——香芹酚的質量，g。

1.2.2 復合膜的制備

稱取適量淀粉和山梨糖醇，加入一定量蒸餾水，以轉速140 r/min，75℃條件下水浴加熱30 min，再加入適量香芹酚包埋物加熱至完全溶解，得復合膜液。量取一定體積的膜液均勻鋪開在聚丙烯皿中，于50℃下烘干至恒質量，揭下后平衡48 h，備用。

1.2.3 單因素試驗

（1）設定山梨糖醇的質量分數為2.4%，香芹酚包埋物質量分數為0.5%，淀粉的質量分數分別為4.5%，5.0%，5.5%，6.0%，6.5%，7.0%，探究淀粉質量分數變化對水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

（2）設定淀粉的質量分數為5.0%，香芹酚包埋物質量分數為0.5%，山梨糖醇的質量分數分別為1.8%，2.0%，2.2%，2.4%，2.6%，2.8%，探究淀粉質量分數變化對水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

（3）設定淀粉的質量分數為5.0%，山梨糖醇質量分數為2.4%，香芹酚包埋物的質量分數分別為0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，探究香芹酚包埋物質量分數變化對水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

1.2.4 測定的指標及方法

（1） 復合膜的抑菌性能。獲取草莓的腐敗菌。配制PDA培養基100 mL，在121℃下滅菌30 min，做成斜面培養基。將接種環灼燒，稍冷卻后在酒精燈旁從腐爛的草莓表面刮取少量菌體，將其接種到斜面培養基上，在28℃下培養48 h。

探究包埋物的最低抑菌質量分數。制備5個組別的膜液：空白對照、試驗組1（淀粉5.0%，山梨糖醇2.4%，包埋物0.1%）、試驗組2（淀粉5.0%，山梨糖醇2.4%，包埋物0.3%），試驗組3淀粉5.0%，山梨糖醇2.4%，包埋物0.5%） 和試驗組4（淀粉5.0%，山梨糖醇2.4%，包埋物0.7%），冷卻到室溫后備用。

配制PDA培養基300 mL和0.9%生理鹽水50 mL，滅菌備用。在酒精燈旁用接種環取適量斜面培養基上的菌體，置于生理鹽水中振蕩，搖勻。取1 mL菌懸液加入到PDA培養基平板中，用涂布器涂勻，待菌懸液滲透到培養基后，加入復合膜液5 mL，涂勻，每個組別的膜液做3次重復。在28℃下培養48 h，觀察菌的生長情況。

（2）水蒸氣透過率。草莓含水量高，可食膜的阻水性對草莓果品影響較大，果蔬失水超過5%就會失去其應有的商品價值[9]。試驗采用擬杯子法[10]測定復合膜的水蒸氣透過率，測量膜厚，稱取2 g CaCl2加到透濕杯中，用膜將透濕杯封口，記錄下透濕杯總質量后，放在飽和NaCl溶液（80%RH） 的干燥器中，在25℃下放置至96 h后取出稱量，根據以下公式計算水蒸氣透過率。

式中：WVP——水蒸氣透過率，g/（m·h·Pa）；

Δm——96 h前后透濕杯的質量增加值，g；

d——透膜厚，mm；

S——有效透視面積，m2；

t——效透透濕時間，h；

ΔP——水蒸氣分壓差，kPa。

（3）抗拉強度及斷裂伸長率。可食膜需具有一定的力學性能防止膜破裂，保證保鮮效果和不影響果蔬的外觀。參照GB/T 12914—91方法，將待測膜裁成長90 mm、寬10 mm的長條，測出膜厚，設定拉力測試儀的速度50 mm/min，記錄膜斷裂時的抗拉力和伸長量，每個試樣測定5次，結果取平均值。

抗拉強度計算方法：

式中：TS——抗拉強度，MPa；

F——膜斷裂時最大張力，N；

b——膜寬度，mm；

d——膜厚度，mm。

斷裂伸長率計算方法：

式中：E——斷裂伸長率，%；

L0——膜原始長度，mm；

L1——膜斷裂時長度，mm。

（4） 保鮮效果的測定。配制膜液200 mL，冷卻至室溫。挑選無腐爛和無機械損傷的草莓80個，平均分成2組，對照組不作任何處理，試驗組浸到膜液中5 min后取出，待草莓表面膜液風干后，置于常溫保存。

失質量率及感官評定。每天記錄1次草莓的質量，并且對草莓的色澤、硬度和腐敗情況進行感官評分，出現霉斑評定為腐爛，記錄爛果數目。

可溶性固形物和VC的測定。另外再挑選80個草莓平均分成對照組和試驗組，每天取樣測定1次，測定草莓的可溶性固形物和VC含量。可溶性固形物用手持式折光儀進行測定，VC采用碘量法測定[11]。

2 結果與分析

2.1 香芹酚的產率及包埋率

標準曲線方程為Y=10.454X+0.029 9，R2=0.999 5。香芹酚紫外吸收標準曲線見圖1。

圖1 香芹酚紫外吸收標準曲線

由圖1可知，樣品中包埋物吸光度均值為0.547，代入標準曲線公式得樣品中香芹酚體積分數為0.049 46 μL/mL，則包埋率為89.52%；包埋物粉末質量7.24 g，則包埋物的產率為80.82%。

2.2 復合膜的抑菌效果

不同質量分數的香芹酚包埋物對草莓腐敗菌的抑菌效果見圖2。

圖2 不同質量分數的香芹酚包埋物對草莓腐敗菌的抑菌效果

0.1 %組仍長出大片白色菌絲，0.3%組較空白組減少約50%的菌絲，當香芹酚包埋物體積分數達0.5%以上時，基本沒有菌絲生長，達到抑制草莓腐敗菌生長的作用，折合成香芹酚的體積分數為0.123 4 mL/mL，這與常南等人[12]對香芹酚包埋物抑菌濃度的研究結果接近。

2.3 單因素試驗結果

2.3.1 不同配比對水蒸氣透過率的影響（1）乙酰化淀粉質量分數對水蒸氣透過率的影響。乙酰化淀粉質量分數對水蒸氣透過率的影響見圖3。

圖3 乙酰化淀粉質量分數對水蒸氣透過率的影響

水蒸氣透過率隨著乙酰化淀粉的增加先降低后上升，當淀粉質量分數為5.5%時，水蒸氣透過率最低。隨著淀粉的質量分數增加，淀粉分子間的相互作用增強，致密性好，水蒸氣透過率降低。但是當淀粉質量分數增加到6.5%時，水蒸氣透過率有所上升，原因可能是當淀粉質量分數較大時氣泡難以消除，使膜的致密性降低。當淀粉質量分數為4.5%時，膜厚度太小，揭膜時容易破裂，并且黏度太小，不易黏附在草莓上；而當淀粉質量分數達到6.5%時，膜液的流動性較差，膜厚不均，并且黏附在草莓上的膜液太多，不易風干。綜合考慮，淀粉質量分數為5.0%～6.0%時，膜的水蒸氣透過率較低，而且黏附效果比較理想。

（2）山梨糖醇質量分數對水蒸氣透過率的影響。

山梨糖醇質量分數對水蒸氣透過率的影響見圖4。

圖4 山梨糖醇質量分數對水蒸氣透過率的影響

由圖4可知，水蒸氣透過率隨著山梨糖醇的增加而上升，當山梨糖醇質量分數為1.8%～2.0%時，水蒸氣透過率上升幅度較小，大于2.2%時水蒸氣透過率增加較為明顯。原因是山梨糖醇進入到淀粉分子間，破壞了淀粉分子間的范德華交聯[13]，膜致密性降低，同時山梨糖醇是多羥基醇，吸濕性強，當山梨糖醇質量分數達到2.8%時，容易吸潮黏手。山梨糖醇的添加目的是降低膜的脆性，但過多添加不利于降低草莓的蒸騰作用，所以山梨糖醇的質量分數在2.0%～2.4%比較合適。

（3）香芹酚包埋物質量分數對水蒸氣透過率的影響。

香芹酚包埋物質量分數對水蒸氣透過率的影響見圖5。

圖5 香芹酚包埋物質量分數對水蒸氣透過率的影響

由圖5可知，隨著香芹酚包埋物的添加，復合膜的水蒸氣透過率先降低后上升。原因可能是香芹酚包埋物主體β-環糊精使得膜厚增加，而客體香芹酚屬疏水性物質，其苯環上的疏水基團能降低與外界水分子的結合力[14]。但香芹酚飲埋物質量分數大于0.5%時，β-環糊精對淀粉分子間作用力的削弱效果明顯增大、膜的致密性下降，水蒸氣透過率有所上升，所以香芹酚包埋物質量分數為0.5%時比較理想。

2.3.2 不同配比對抗拉強度和斷裂伸長率的影響

（1）乙酰化淀粉質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

乙酰化淀粉質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響見圖6。

圖6 乙酰化淀粉質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響

由圖6可知，隨著乙酰化淀粉質量分數的增加，復合膜的抗拉強度一直上升，而斷裂伸長率先上升后下降，當乙酰化淀粉質量分數大于6%時，其斷裂伸長率開始下降。對普通淀粉來說，淀粉質量分數越大，膜的強度越大，柔韌性越小。但由于乙酰化作用，其分子內和分子間的氫鍵被破壞，木薯淀粉分子的活動性增大[15]，使淀粉膜的脆性降低，當淀粉質量分數較小時，由于膜厚增加使得膜的柔韌性增大，斷裂伸長率增大；而當淀粉質量分數進一步增大時，膜的剛性增加占主導，導致斷裂伸長率降低。綜合考慮抗拉強度和斷裂伸長率，6%的淀粉機械性能比較好。

（2）山梨糖醇質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

山梨糖醇質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響見圖7。

圖7 山梨糖醇質量分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響

由圖7可知，山梨糖醇的極性基團會與淀粉聚合物極性基團相互作用，削弱了聚合物間的引力，增加聚合物鏈的流動性，從而達到增塑的目的。隨著山梨糖醇的增加，復合膜的抗拉強度一直下降，而斷裂伸長率先上升后下降，原因是山梨糖醇質量分數大于2.4%時，山梨糖醇破壞了淀粉的成膜性，導致斷裂伸長率降低。所以2.4%的山梨糖醇的增塑效果比較好。

（3）包埋物體積分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響。

香芹酚包埋物體積分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響見圖8。

圖8 香芹酚包埋物體積分數對抗拉強度和斷裂伸長率的影響

由圖8可知，隨著包埋物的體積分數增大，抗拉強度有所下降，而斷裂伸長率呈先上升后下降的趨勢。原因可能是β-環糊精破壞了淀粉分子間的交聯，使得膜的強度降低，柔韌性增加。β-環糊精分子結構較大，具有良好的分散性，添加量過大會影響淀粉的成膜性，香芹酚包埋物體積分數大于0.7%斷裂伸長率降低。所以綜合考慮抗拉強度和斷裂伸長率，包埋物的體積分數應小于0.7%。

2.4 復合膜配比優化

2.4.1 正交試驗設計

根據水蒸氣透過率和機械性能試驗的單因素試驗結果，并且考慮涂膜黏附的效果和包埋物的最小抑菌質量分數，以乙酰化淀粉質量分數、山梨糖醇質量分數和包埋物質量分數為因素，設計三因素三水平正交試驗對復合膜的配比進行優化。

正交表因素與水平設計見表1。

表1 正交表因素與水平設計/%

2.4.2 正交結果分析

正交試驗結果與分析見表2。

由表2數據可知，RA＞RB＞RC，因素的主次排隊順序為乙酰化淀粉＞山梨糖醇＞香芹酚包埋物，乙酰化淀粉是復合膜的抗拉強度的主要影響因素；R'A＞R'B＞R'C，且R'A和R'B數值相差不大，稍大于R'C，說明乙酰化淀粉、山梨糖醇和香芹酚包埋物對斷裂伸長率的影響程度相當；而R''A＞R''B＞R''C，乙酰化淀粉是復合膜的水蒸氣透過率的主要影響因素，綜合3個指標的極差，乙酰化淀粉對復合膜的性能影響最大，山梨糖醇次之，香芹酚包埋物的影響最小。

采用綜合評分法對復合膜的性能進行評定，將抗拉強度、斷裂伸長率和水蒸氣透過率3個指標值分別化成0～1的值，根據研究經驗分別予以權重0.3，0.3，0.4，將所得結果進行代數和計算。

綜合評分分析見表3。

由表3可知，最佳組合為A2B3C1，即乙酰化木薯淀粉5.5%，山梨糖醇2.4%和香芹酚包埋物0.5%，對最佳配比的復合膜進行保鮮效果評定。

表2 正交試驗結果與分析

表3 綜合評分分析

2.5 保鮮效果評定

2.5.1 感官評分及爛果率

草莓感官評分及爛果率見圖9。

圖9 草莓感官評分及爛果率

由圖9可知，對照組的草莓果實變軟速度較快，外形干癟，而且色澤較暗，常溫貯藏2 d開始發霉，到10 d時爛果率已經達到50%以上；涂膜組草莓常溫貯藏5 d感官品質變化不大，到5 d后才開始出現個別發霉現象，果實比較飽滿、顏色鮮艷，原因是復合膜阻隔了氧氣，延緩色素氧化，說明香芹酚淀粉復合膜可以起到保持果實色澤和硬度，抑制霉菌生長，降低爛果率的作用。

2.5.2 失質量率

草莓失質量率的變化見圖10。

圖10 草莓失質量率的變化

24 h內對照組和涂膜組質量的下降幅度都很小，但對照組2 d后失質量率急劇上升，而涂膜組的草莓失質量率比較平穩，5 d后緩慢上升。一方面是由于對照組草莓受到腐敗菌侵染，營養物質消耗速率增加，導致質量下降較快，另一方面是復合膜降低了涂膜組草莓的蒸騰作用，水分散失較慢。

2.5.3 可溶性固形物

草莓可溶性固形物的變化見圖11。

圖11 草莓可溶性固形物的變化

試驗用的草莓不是全紅期的草莓，前期草莓仍處于成熟的過程，營養物質合成增加，因此可溶性固形物含量有所上升。由圖11可知，對照組草莓成熟較快，2 d后顏色變深，可溶性固形物開始下降。涂膜的草莓可溶性固形物開始下降的時間點比對照組遲，并且含量一直比對照組低，說明香芹酚淀粉復合膜有延緩草莓成熟的作用。

2.5.4 VC含量

草莓VC含量的變化見圖12。

圖12 草莓VC含量的變化

VC是評價水果營養價值的重要指標。它可以減低自由基對人體的傷害和治療壞血病，并且VC參與膠原蛋白合成，因此如何增加果蔬VC含量是當今研究者關注的一個熱點。由圖12可知，在試驗過程中VC含量先上升后下降，貯藏初期草莓處于成熟階段，VC含量增加，隨著呼吸的消耗，VC含量下降。由試驗結果可知，香芹酚淀粉復合膜可以延緩VC含量的下降。

3 結論

香芹酚淀粉復合膜對草莓具有比較明顯的保鮮效果，它對草莓的腐敗菌有抑制作用，能減緩草莓腐爛的速率，延長商品貨架期，當香芹酚包埋物體積分數達到0.5%以上時具有較好的抑菌效果。經過正交試驗的優化，采用綜合評分法得出復合膜的最佳組合為A2B3C1，即乙酰化木薯淀粉5.5%，山梨糖醇2.4%和香芹酚包埋物0.5%，乙酰化木薯淀粉對復合膜的水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率有主要的影響作用，山梨糖醇次之。對最佳配比的復合膜進行保鮮效果評定，得出香芹酚淀粉復合膜可以延緩色素氧化，保持草莓果實色澤和硬度，降低失質量率，延緩VC含量下降的結論。