納米銀抗菌膜對白菜的保鮮效果

汪 敏， 趙永富， 侯喜林， 馮 敏， 王合葉， 蔣希芝

(1.江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所，江蘇南京 210014； 2.南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室，江蘇南京 210095)

銀離子具有廣譜抗菌、殺菌效率高、不易產生抗藥性、安全性高等特點，是目前應用效果較好的抗菌劑[1]。由于納米銀粒子的比表面積比常規的銀離子大得多，使銀與微生物接觸概率大大增加，具有高效防腐功能，添加納米銀的包裝材料在延長食品貨架期上具有潛在的應用價值[2-3]。

葉菜富含維生素、礦物質等營養物質，在人類食譜中占有重要的位置，深受消費者的喜愛[4]。但新鮮葉菜收獲周期短，且難以貯藏。白菜生理代謝水平高，水分蒸騰速率快，采收后極易失水萎蔫[5]。因呼吸作用旺盛會較快消耗其養分，產生大量的呼吸熱，導致貯藏過程中迅速退綠黃化，加之組織脆嫩，易受機械損傷，進而被微生物侵染而霉變腐爛[6-7]。目前，有關白菜的保鮮研究主要涉及低溫貯藏、氣調保鮮、涂膜保鮮等[8-10]，關于白菜抗菌包裝貯藏的報道幾乎沒有。本試驗以不同納米銀含量的聚乙烯(polyethylene，簡稱PE)薄膜為研究對象，考察其抗菌性能及對白菜的保鮮效果，確定納米銀的最佳添加量，為納米銀PE膜在果蔬保鮮中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 納米銀薄膜的制備

將輻照法制備的以SiO2為載體的納米銀顆粒與PE薄膜復合，以納米銀作為分散相，PE基材作為連續相，納米銀分散到宏觀層面的PE基材中。通過共混改性-擠出造粒-制品成型(薄膜)工藝，制得納米銀含量分別為0、2%、3%、4%、5%、6%、7%的PE薄膜，分別編號為1～7。

1.2 抗菌性能測試

將薄膜樣品剪成50 mm×50 mm大小，參照標準GB/T 31402—2005/ISO 22196：2007《塑料 塑料表面抗菌性能試驗方法》，通過貼膜法使薄膜樣品與一定量的菌懸液作用 24 h 后培養，進行菌落計數，測定薄膜的抗菌性能。菌落總數用瓊脂培養基進行培養測定，瓊脂培養基由筆者所在實驗室配制。

白菜上菌群的菌懸液配制：將白菜剪碎與生理鹽水混合(質量比為1 ∶1)，研磨，用紗布過濾至燒杯中，用生理鹽水依次做10倍遞增稀釋液。

抗菌率計算公式為

式中：R為抗菌率，%；B為空白對照樣品平均回收菌數，CFU/片；C為試驗抗菌樣品平均回收菌數，CFU/片。

1.3 保鮮性能測試

1.3.1 試驗方案 試驗設包裝1(CK)、包裝2、包裝3、包裝4、包裝5、包裝6以及包裝7共7組。于06：00開始采摘大棚內的白菜，去根去泥，裝于塑料框內，立即運輸至實驗室用薄膜樣品包裝。每袋白菜250 g，每組12袋，全部樣品置于室溫下貯藏。整個試驗時間內環境溫度為(25±2) ℃，濕度為(65±5)%。觀測時間為4 d，每天隨機抽取3份平行樣品進行測定。

1.3.2 測定項目及方法

1.3.2.1 白菜失質量率。

式中：W為失質量率，%；m0為白菜貯藏前質量，g；m1為白菜貯藏后質量，g。

1.3.2.2 白菜色差值 采用CR 400便攜式色差儀直接測定白菜的黃度值(b*)，每份白菜測定3次取平均值。

1.3.2.3 白菜新鮮度 根據表1打分并計算平均值。

1.3.2.4 包裝袋內CO2、O2含量測定 保鮮袋內CO2、O2含量采用CYES-Ⅱ型CO2/O2氣體測定儀進行測定，用取樣注射器抽取50 mL左右新鮮空氣注入儀器進行儀器校準(O2含量為21%、CO2含量為0%)后，將注射器針頭插入試驗組包裝袋內取50 mL左右袋內氣體，注入儀器，待數據穩定后，讀出CO2與O2的體積占比。

表1 白菜新鮮度評分情況

2 結果與分析

2.1 不同納米銀含量保鮮膜的抗菌性能

不同納米銀含量的PE膜對白菜上所攜帶微生物的抗菌效果和抗菌率分別見圖1、圖2。納米銀薄膜接觸過的菌液經過培養得到的菌落總數明顯小于對照組，當PE薄膜中納米銀含量達4%時，僅有很少量的菌落長出。具體抗菌率由圖2可知，2%納米銀含量的薄膜對白菜菌群的抗菌率為 67.1%，3%納米銀含量的薄膜對白菜菌群的抗菌率為 75.5%。4%和5%納米銀含量的薄膜對白菜菌群的抗菌率分別達91.2%、97.5%，對絕大多數的菌落有抑制作用。

帶根白菜不經過任何處理，附帶著田間的各種微生物，白菜菌群中微生物種類多樣化，納米銀-PE膜對其抗菌效果仍然很顯著，說明納米銀材料的確具有廣譜抗菌、強效抗菌的特點。

2.2 不同納米銀含量薄膜的保鮮性能

2.2.1 不同納米銀含量PE膜包裝對白菜失質量率的影響 白菜采后的呼吸作用和蒸騰作用是導致其失水、失質量的生理機制。失水導致白菜品質降低，白菜的失質量率即可表征白菜的失水情況。從表2可以看出，白菜的失質量率在測定周期中隨著貯藏天數的增加逐漸增大，而納米銀組白菜的失質量率要略微低于對照組。在貯藏4 d時，對照組白菜的失質量率最大，為3.77%，納米銀含量為2%、3%、4%的試驗組白菜的失質量率分別為3.58%、3.32%、2.98%，呈現降低的趨勢。而納米銀含量大于4%的試驗組白菜的失質量率基本穩定，沒有明顯的變化規律。說明納米銀PE膜有一定的抑制白菜水分流失和呼吸消耗的作用，納米銀顆粒的存在可加強白菜的保鮮效果。但是納米銀含量并不是越高越好，當納米銀含量>4%時，白菜的失質量率沒有明顯的變化。

白菜的失質量主要由水分蒸發引起，保水效果與膜的透濕性有關，水蒸氣透過率(water vapour transmission rate，簡稱WVTR)是考察膜的透濕性的重要指標，WVTR值越低，說明水分遷移量越少，水蒸氣越不容易通過，白菜越不容易失水。在納米銀PE膜中，納米銀存在于PE膜的三維結構之間，在一定程度上阻礙了水分子的透過。添加納米銀后膜的透濕性下降，達到延長白菜保鮮期的效果。

2.2.2 不同納米銀含量PE膜包裝對白菜葉片黃化的影響 白菜貯藏過程中，隨著失水萎蔫以及腐爛，顏色由綠色逐漸轉變成黃色。在色差測量中，b*值表示黃度值，b*值越大顏色越黃，因此用b*值表征白菜的顏色變化。由表3可知，隨著貯藏時間的延長，白菜逐漸萎蔫發黃，表現為b*值逐漸升高。納米銀組黃化程度低于對照組，在貯藏4 d時，對照組b*值最大，為27.03，納米銀含量為2%、3%、4%的試驗組白菜的b*值分別為25.41、24.60、22.25，呈現降低的趨勢。而納米銀含量大于4%的試驗組白菜b*值基本穩定，沒有明顯的變化規律。說明納米銀PE膜在抑制白菜腐爛、黃化方面有一定的效果。原因為納米銀PE膜具有抗菌作用，延緩了白菜的腐敗和萎蔫黃化的過程。但是納米銀含量并不是越高越好，當納米銀含量達到4%后，白菜的b*值沒有明顯的變化。

表3 不同納米銀含量的PE膜對白菜葉片黃化的影響

2.2.3 不同納米銀含量PE膜包裝對白菜新鮮度的影響 按表1中新鮮度評分標準對常溫貯藏的白菜內葉、外葉光澤、萎蔫、氣味、腐爛情況進行綜合打分，結果見表4。隨著貯藏時間的延長，白菜新鮮度值逐漸降低，納米銀組新鮮度高于對照組。在貯藏3 d時，對照組和2%納米銀組新鮮度評分最低，僅為3分，3%納米銀組為4分，4%、5%、6%、7%納米銀組新鮮度評分仍達6分。在貯藏4 d時，對照組、2%和3%納米銀組白菜均失去食用價值，4%、5%、6%、7%納米銀組白菜新鮮度評分達4分，仍然具有一定的食用價值。說明納米銀PE膜在保持白菜新鮮度上有一定的效果。分析原因是因為納米銀PE膜的抗菌作用延緩了白菜的腐爛過程。

表4 不同納米銀含量的PE膜對白菜新鮮度的影響

2.2.4 不同納米銀含量PE包裝袋內CO2、O2氣體含量的變化 在空氣組成的體積占比中，O2約占21%，CO2約占 0.03%。白菜包裝貯藏期間，由于白菜的呼吸作用，隨著貯藏時間的延長，各組袋內O2含量均逐漸下降，CO2含量均逐漸上升。在貯藏4 d時，對照組O2和CO2的體積占比分別為8.31%、5.72%，7%納米銀組O2和CO2的體積占比分別為8.49%、5.98%。各組間O2和CO2的體積占比差別不大，沒有明顯的變化規律(表5)。原因為薄膜中納米銀的添加量不大，對薄膜的透氣性沒有產生明顯的影響，各組白菜的呼吸作用帶來的袋內氣體組成變化基本一致。

表5 不同納米銀含量PE包裝袋內CO2、O2氣體含量的變化

3 結論

納米銀PE膜對白菜上所攜帶的微生物具有很好的抗菌效果，4%納米銀含量的薄膜已經對絕大多數白菜上攜帶的菌群的菌落產生了抑制作用。納米銀PE膜有助于提升白菜常溫包裝保鮮效果，添加納米銀后的薄膜對降低白菜的失質量率、葉片黃化，保持白菜的新鮮度有一定的效果。納米銀含量達4%的薄膜包裝的白菜在常溫貯藏4 d時仍具有一定的食用價值。而納米銀含量大于4%后，PE膜的保鮮效果不再提升。納米銀的添加對改善PE薄膜的氣調作用沒有效果。因此，在白菜保鮮中，PE薄膜中納米銀最佳添加量為4%。