殼聚糖/納米TiO2復合涂膜對芒果保鮮效果的影響

楊 華,江雨若,邢亞閣,*,郭訓練,李文秀,鄭 毅,茍 俊,李宣林,稅玉儒

(1.西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039;2.攀枝花學院生物與化學工程學院,四川攀枝花 617000;3.黑水縣高原蔬菜種植農民專業合作社,四川阿壩 624000)

芒果是目前栽培較多的水果之一,但是,由于芒果生產具有很強的季節性,采收時節正值夏季,果實代謝旺盛,容易后熟而變黃、變軟,易腐爛,導致采后不耐貯,低溫貯藏中也極易受到冷害[1]。目前,用于芒果保鮮的方法主要有物理法和化學法,但大都具有缺點和應用局限性。物理法需要特殊的設備,成本高,不宜在果農中大范圍使用;化學法會有化學品殘留,對人體健康存在潛在的危害,并會對環境造成不良影響[2-6]。

殼聚糖,又稱脫乙酰甲殼素,是一種天然多糖類的生物大分子,與生物體有良好的親合相溶性,易在物體表面形成半透膜,且該膜對氣體分子具有一定的選擇滲透作用[7];殼聚糖無毒,無污染,來源豐富。殼聚糖作為一種天然保鮮劑,近年來被較廣泛地應用于果蔬貯藏保鮮。但是,殼聚糖作為涂膜仍存在一些問題,殼聚糖膜的濕態機械強度較差,膜的強度、韌性不夠,一段時間后易斷裂破碎,使部分表面裸露[8],從而影響其應用的廣泛性。納米TiO2是金屬鈦的一種氧化物,具有粒徑小、比表面積大、表面活性高、無毒、抗菌、防紫外線、超親水和超親油等特性[9]。納米TiO2粒度極小,表面能極高,因此其在貯存和使用過程中易團聚,難分散,故通常采用表面活性劑對納米TiO2顆粒表面改性。把納米TiO2加入到殼聚糖中,制備的復合材料兼具有機、無機物的優點,在吸附、降解有機污染物、果蔬保鮮、紡織材料改性、醫療材料、智能材料等方面具有優越的性質[10]。納米TiO2能夠分散在殼聚糖成膜液中,能夠提高復合膜的阻水性能,對金秋梨[9]、砂糖橘[11]等顯示出高效安全保鮮效果。

本研究運用殼聚糖復合涂膜處理芒果,研究貯藏期間芒果品質和生理指標變化,探討殼聚糖復合涂膜處理對芒果保鮮的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

攀枝花凱特芒果 購自農貿批發市場,挑選大小均勻,成熟度一致(八成熟)、無損傷無病蟲的果實為試驗材料;殼聚糖 食品級,購于濟南海得貝生物工程有限公司;納米TiO2浙江舟山明日納米材料技術有限公司;月桂酸鈉 天津市河北區大陸化學試劑廠。

KQ-100DE型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;BSA224S型電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司;81-2型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司;GY-3型硬度計 樂清市艾德堡儀器有限公司;數字阿貝折射儀 海能儀器;電導儀 上海盛磁儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 殼聚糖膜的制備及涂膜處理

1.2.1.1 殼聚糖膜的制備 殼聚糖膜的制備參照Rhim等[12]的方法,稍作改動。稱取1 g殼聚糖粉末溶解在100 mL 1%(v/v)醋酸水溶液和1 g甘油混合液中,并在90 ℃下加熱約20 min,用八層粗棉布過濾,然后超聲30 min,制得殼聚糖溶液,記為CTS。

1.2.1.2 納米TiO2改性 納米TiO2的改性參照劉瑞麟等[13]的方法,稍作改動。稱取5. 0 g納米TiO2緩慢加入70 mL 去離子水中,用1 mol/L HCl或1 mol/L NaOH調節pH至5.0,然后加入0.75 g月桂酸鈉。在40 ℃加熱磁力攪拌器上低速攪拌30 min,隨后在4000 r/min速率下,用去離子水離心洗滌3次(每次15 min),棄去上清液,在(105±1) ℃干燥箱中干燥24 h,得到白色改性納米粉體,研磨成粉末,干燥器中保存,備用。

1.2.1.3 不同濃度納米TiO2復合膜的制備 分別稱取0.01、0.03 g的月桂酸鈉改性的納米TiO2溶于1 g甘油,再依次加入100 mL 1% 醋酸水溶液,1 g殼聚糖粉末,其他步驟同純殼聚糖膜的制備,記為CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03。

1.2.1.4 涂膜處理 芒果果實先用自來水沖洗,晾干,然后用不同的膜溶液涂膜,自然風干。未用殼聚糖處理的果實作為對照。上述處理均用打孔薄膜包裝,將果實置于13 ℃下貯藏,貯藏20 d,每隔5 d取樣。

1.2.2 測定指標及方法

1.2.2.1 膜的微觀形態 采用掃描電鏡(SEM)觀察[14]。

1.2.2.2 轉黃指數 果皮顏色級別判定:0級(全綠);1級(果蒂處微黃);2級(果蒂處及以外局部變黃);3級(果面約2/3 變黃);4 級(果面全黃),計算公式如下[15]:

轉黃指數(%)=∑(果皮顏色級別×該級別果數)/(最高果皮顏色級別×檢查總果數)×100

1.2.2.3 失重率 采用稱重法測定芒果失重率[15]。

1.2.2.4 硬度 采用水果硬度計測定,削去芒果果實赤道處的果皮,用GY-3 硬度計測定其硬度[15]。

1.2.2.5 VC采用2,6-二氯靛酚法,取10.0 g芒果果肉,加入少量 20 g/L草酸溶液,磨成勻漿后定容到100 mL容量瓶抽濾后取10 mL濾液用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定,根據2,6-二氯酚靛酚滴定消耗量,計算芒果果實中VC的含量,單位為mg/100 g[15]。

1.2.2.6 可滴定酸 采用酸堿中和滴定法,用氫氧化鈉標準溶液滴定芒果提取液,根據氫氧化鈉的消耗量計算芒果中總酸的含量[15]。

1.2.2.7 可溶性固形物 采用阿貝折射儀測定,取5 g果肉放入研缽中磨碎后,經過離心后取汁液測定[15]。

1.2.2.8 原果膠及可溶性果膠 采用咔唑-比色法[15]。

1.2.2.9 細胞膜透性 采用電導率儀法[15]。

1.3 數據處理

各項生理生化指標測試時取三個平行樣,重復三次測試,然后計算平均值,運用SPSS 20.0軟件對試驗數據進行分析,p<0.05、p<0.01分別表示差異顯著、極顯著。采用Origin Pro 8.0做圖。

2 結果與討論

2.1 不同納米TiO2添加量的復合膜微觀形態

圖1是純殼聚糖膜和復合膜放大100倍的SEM 照片。圖中隆起的小點是包埋在殼聚糖中的納米TiO2,因其分散在膜的內部而不是覆蓋在膜的表面,所以SEM圖片中納米TiO2粒子不是特別清晰。添加納米 TiO2復合膜的 SEM顯示,納米TiO2與殼聚糖溶液有較好的相容性。由圖1可以看出,隨著納米 TiO2含量的增加,復合膜的表面出現出越來越多的團聚的細小晶粒;但是較好地包埋在殼聚糖中,整體表現出良好的分散性,但存在少許團聚現象。

圖1 純殼聚糖膜、不同含量納米 TiO2復合膜的 SEM 圖

2.2 不同處理對芒果轉黃指數的影響

色澤是芒果成熟過程中變化最顯著的指標,是判斷芒果是否后熟的主要外觀依據之一,不同處理組均能夠延緩果實在貯藏期間的轉黃。從圖2可看出,在貯藏第5 d時,對照組和處理組果皮都開始轉黃;在貯藏20 d時,CK組芒果果皮轉黃指數為80.36%,CTS組芒果的轉黃指數為71.92%,CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組芒果的轉黃指數分別為62.31%和58.16%,CTS/TiO2-0.03組分別比CK、CTS、CTS/TiO2-0.01組降低了22.2%、13.76%和4.15%,CTS/TiO2-0.03組芒果的轉黃指數顯著低于其他各組(p<0.05)。結果表明,殼聚糖復合膜處理效果好于純殼聚糖膜。

圖2 不同處理對芒果轉黃指數的影響

2.3 不同處理對芒果失重率的影響

芒果采收后,水分供應中斷,但蒸騰作用繼續進行,水分蒸騰是導致芒果貯藏過程中質量損失的主要原因。從圖3可看出,貯藏期間,所有果實失重率均逐漸上升,但對照組的失重率明顯高于處理組。在貯藏20 d時,CTS組處理果的失重率為8.35%,對照組則達到了12.45%。此外,不同濃度殼聚糖-納米二氧化鈦涂膜處理得到的芒果的失重率存在一定差異(p<0.05),CTS/TiO2-0.01組失重率為7.24%,CTS/TiO2-0.03組失重率為6.72%。涂膜處理使得芒果表面形成了一層保護膜,從而使果實表面的水分流失減少,加入改性的納米二氧化鈦又有效地改善了水分的損失,不同濃度的復合膜其透水性也有一定的不同。

圖3 不同處理對芒果失重率的影響

2.4 不同處理對芒果硬度的影響

果實硬度的大小表明了果實的軟化程度。由圖4可看出,隨著貯藏時間的延長芒果果實硬度呈下降趨勢:在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03組果實硬度分別為2.8、4.1、7.6和8.7 kg/cm2,CTS/TiO2-0.03處理組的芒果果實硬度顯著高于其他各組(p<0.05),這說明殼聚糖復合涂膜可有效延長芒果的硬度。果實的軟化主要是由于果實內的原果膠被多種水解酶水解導致[16]。涂膜除了有效抑制芒果的失水,還能在芒果果皮表面形成低氧高二氧化碳的微環境,降低氧氣濃度,可以抑制果蔬的呼吸作用,削弱芒果的新陳代謝,降低了與芒果硬度相關酶的活性,從而延緩了芒果果實的軟化[17]。

圖4 不同處理對芒果硬度的影響

2.5 不同處理對芒果VC含量的影響

VC是衡量水果營養價值的重要指標之一,但在貯藏過程中易被氧化分解,使其含量顯著降低。由圖5可看出,隨著貯藏時間的延長,各組芒果中VC含量均逐漸下降。其中,CK中VC下降最快,而涂膜組的VC含量降低的幅度始終小于CK,可能與在果實表面形成的一層涂膜有關,該涂膜因其對O2透氣差,從而降低果實內酶的活性,達到延緩VC氧化的作用[18]。貯藏20 d后,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03組VC含量分別為34.96、48.78、50.31和54.34 mg/100 g。CTS/TiO2-0.03組VC含量比CK組高19.38 mg/100 g,且與其他處理組存在顯著差異(p<0.05),表明涂膜處理可以有效地保持芒果中VC含量。

圖5 不同處理對芒果VC含量的影響

2.6 不同處理對芒果可滴定酸的影響

可滴定酸主要由各種有機酸組成,也是影響果實風味和貯藏品質的重要因素之一。由圖6可看出,隨著貯藏時間的延長,CK組和涂膜組芒果中可滴定酸含量均呈現不斷下降的趨勢。貯藏前可滴定酸含量為1.2%,第20 d時,CTS/TiO2-0.01組與CTS/TiO2-0.03組差異不顯著(p>0.05)。此外,CK組可滴定酸含量降為0.37%,而CTS/TiO2-0.03組降為0.64%,兩組差異顯著(p<0.05)。這說明經殼聚糖復合涂膜后,在抑制芒果中可滴定酸降解、保持果實酸甜可口方面具有較好的效果。這與陳勇等[19]研究發現涂膜后芒果的可滴定酸分解速度降低的結果一致。

圖6 不同處理對芒果可滴定酸的影響

2.7 不同處理對芒果可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量是反映果實營養價值及判斷果實耐貯藏能力的重要指標。芒果在成熟過程中可溶性固形物含量逐漸增加,但是在衰老過程中,部分糖作為底物被消耗,從而可能使芒果的可溶性固形物含量出現下降。貯藏保鮮的目的之一是延緩芒果可溶性固形物的上升速度。由圖7可看出,對照組芒果的可溶性固形物始終保持上升趨勢,且其值最大。在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組可溶性固形物含量分別為15.93%、11.21%、9.52%和9.40%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK低6.53%,CTS/TiO2處理組芒果的可溶性固形物含量顯著低于其他組(p<0.05)。表明殼聚糖/納米TiO2涂膜抑制了芒果可溶性固形物上升的速度,維持了芒果良好的品質,增加了芒果的耐貯藏性。

圖7 不同處理對芒果可溶性固形物含量的影響

2.8 不同處理對芒果原果膠及可溶性果膠的影響

在未成熟果實中,果膠物質與纖維素結合以原果膠的形式存在。隨著果實的成熟,原果膠部分被分解為可溶性果膠,果實組織也就變得松馳,軟化,硬度下降。從圖8和圖9可看出,芒果果肉的原果膠含量呈下降趨勢,可溶性果膠含量呈上升趨勢。在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組原果膠含量分別降為0.12%、0.28%、0.34%和0.39%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK高0.27%(p<0.05);CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組可溶性果膠含量分別上升為0.70%、0.62%、0.54%和0.49%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK低0.21%。這說明經殼聚糖復合涂膜在抑制芒果原果膠下降、可溶性果膠上升方面具有好的效果。這與劉琨等[20]研究發現芒果經涂膜處理后,果膠的降解速度得到了控制,果實硬度保持較好的結果一致。

2.9 不同處理對芒果細胞膜滲透性的影響

細胞膜具有選擇透過性功能,其變化反映了果蔬抗逆性的強弱或受到傷害的程度。果蔬組織后熟衰老過程中,細胞質膜功能活性下降,膜通透性增加,出現細胞內電解質向外滲漏,引起提取液的電導率增加[20]。通過相對電導率表示芒果細胞膜滲透率以及細胞膜受到傷害的程度。從圖10可看出,芒果在貯藏過程中,其果皮相對電導率均呈上升趨勢,對照組上升速度最快,CTS/TiO2-0.03組上升速度最慢,在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組細胞膜滲透性分別為60.43%、54.39%、48.65%和45.12%,CTS/TiO2-0.03處理組芒果的細胞膜滲透性顯著低于其他各組(p<0.05)。表明涂膜能使芒果維持了較好的細胞質膜功能活性。

圖10 不同處理對芒果細胞膜滲透性的影響

3 結論

通過保鮮過程中各項生理生化指標的測定得出,當殼聚糖/納米TiO2復合膜中殼聚糖質量分數為1%,納米TiO2質量分數為0.03%時,涂膜處理可以較好地保持芒果果實硬度、VC及可滴定酸含量,延緩果膠的降解速度,保持細胞膜的功能活性。在貯藏第20 d時,芒果轉黃指數為58.16%,失重率為6.72%,說明殼聚糖/納米TiO2復合涂膜對芒果在13 ℃貯藏條件下起到了較好的保鮮作用。經殼聚糖納米二氧化鈦涂膜處理后,芒果表面形成了一層膜,使得芒果處在一個微環境中,利于貯藏保鮮,涂膜后能減少水分散失,抑制VC的氧化,抑制酸的降解,抑制可溶性固形物含量和細胞膜滲透性的上升,抑制果膠物質的轉換速度,維持較好的果實硬度,且殼聚糖復合膜的效果優于殼聚糖單膜。