不同納米改性LDPE膜對枇杷保鮮效果的影響

邵 霜 王 莉 凌 晨 王凱悅 金 鵬 鄭永華

(南京農業大學食品科技學院,江蘇南京 210095)

枇杷[Eribotrya japonica(Thunb.) Lindl.],又名蘆橘,是一種亞熱帶樹種,在我國西部各省以及長江以南各地有大規模的經濟栽培。作為典型的非呼吸躍變型果實,枇杷沒有明顯的呼吸和乙烯高峰期[1],因此,多采摘于春末夏初成熟期。而初夏采收期易受高溫多雨的影響,采后枇杷會出現失水皺縮、腐爛衰老等品質劣變現象,同時又受機械損傷和病蟲害的困擾,無法長途貯運。目前,低溫貯藏是保鮮枇杷果實最常用的方法,可以較好的保持其口感與風味,延緩衰老腐爛[2]。但在低溫貯藏過程中,會出現枇杷果皮難剝離、硬度增大及出汁率明顯下降等木質化現象[3],極大地影響了枇杷果實的商品性。因此,尋求一種改善枇杷采后品質,延長果實貯藏壽命的保鮮技術是當前枇杷保鮮領域的研究熱點。

納米技術作為一種先進的技術手段,通過與傳統的包裝制造技術相結合,可以將納米技術的優越性在材料包裝中予以體現。與普通包裝材料相比,納米包裝具有表面效應[4]、體積效應[5]、尺寸效應[6]等特性。隨著納米技術的興起,納米包裝材料逐漸走進人們的生活,也為果蔬采后保鮮提供了一種全新的模式[7]。在低密度聚乙烯膜(low density polyethylene,LDPE)中添加納米成分不僅可以提高保鮮袋的機械性能與阻氧性[8],而且具有抑菌防腐[9]、降解乙烯[10]、調控氣體[11]等特點,目前已在草莓[12]、柑橘[13]、楊梅[14]、金針菇[15]、棗[16]等果蔬保鮮上取得了一定的研究進展,但在枇杷果實中尚鮮見報道。本試驗主要使用40 μm厚度的納米銀(Ag)、納米二氧化鈦(TiO2)和納米二氧化硅(SiO2)改性LDPE 膜保鮮枇杷,通過對枇杷品質、抗氧化能力等進行研究,探討不同納米改性LDPE 膜在20℃下對枇杷果實保鮮效果的影響,以期為納米改性LDPE 膜在果蔬保鮮中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

以福建長虹枇杷為試驗材料,挑選顏色、大小、成熟度基本相同,無機械損傷、無病蟲害的果實。采摘后將枇杷梗保留3 cm 左右,使用泡沫網袋包裝并分層放置于塑料框中,立即運回南京農業大學實驗室。晾干后分別使用普通LDPE 膜包裝(對照組,CK)和納米Ag、納米TiO2、納米SiO2改性LDPE 膜包裝,隨機挑選20 個枇杷果實裝袋,袋口用普通橡皮筋繞兩圈。在20±1℃、相對濕度90%下貯藏12 d,每隔3 d 于每個處理組取兩袋(40 個果實),測定枇杷果實的相關品質指標和生理指標,所有處理均重復測定3 次。

1.2 主要試劑與儀器

抗壞血酸、福林酚試劑、碳酸鈉、氫氧化鈉,購自南京杰汶達試劑器材有限公司; 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼,購自美國Sigma 公司;無水乙醇為國產分析純;鄰菲啰啉、三氯化鐵、三氯化鋁、水楊酸、亞硫酸鐵、乙酸、乙酸鈉、磷酸,購自國藥集團化學試劑有限公司。

PAL-1 手持阿貝折光儀,日本Atago 公司;UV-1600 分光光度計,上海美普達儀器有限公司;DDS-11A 電導儀,上海第二分析儀器廠;FA1104 電子天平,上海精密科學儀器有限公司;HH-6 恒溫水浴鍋,上海精密儀器儀表有限公司;MIR-253 三洋恒溫培養箱,上海恒逸實業有限公司;GL-20G-H 冷凍離心機,上海安亭科學儀器廠;GY-3 型水果硬度計,杭州托普儀器有限公司。

1.3 枇杷果實相關指標的測定

1.3.1 枇杷果實腐爛指數、褐變指數的測定 參考Gao 等[17]的方法。按照枇杷果實的腐爛面積將腐爛指數劃分為5 級：0 級,無腐爛;1 級,腐爛面積占果實總面積的10%以下;2 級,腐爛面積占果實總面積的10%～30%;3 級,腐爛面積占果實總面積的30% ～50%;4 級,腐爛面積占果實總面積的50%以上。按照公式計算枇杷果實的腐爛指數：

參考Gao 等[17]的方法。每次取約45 個枇杷果實,由果柄中心縱向切開,按照枇杷果實果心的褐變面積占果心切面總面積的百分比將褐變指數劃分為5級：0 級,無褐變;1 級,褐變面積占比低于10%;2 級,褐變面積占比在5% ～25%;3 級,褐變面積占比在25%～50%;4 級,褐變面積占比在50%以上。按照公式計算枇杷果實的褐變指數：

1.3.2 枇杷果實失重率、出汁率和硬度的測定 失重率采用差量法計算：

出汁率：用6 mm 打孔器縱向打入枇杷果實取肉柱,將肉柱切成均勻一致的肉片后隨機各取8 片放到有吸水紙的離心管(W1)中,并稱量質量(W2),1 500 ×g 離心10 min 后將8 片果肉取出稱量離心管剩余質量(W3)。按照公式計算枇杷果實的出汁率：

硬度：利用水果硬度計在枇杷果實的赤道處(橫徑最大處)取對稱的三點進行測量,縱向打入至刻度處,每次測定用10 個果實,取平均值。

1.3.3 枇杷果實可滴定酸、可溶性固形物和抗壞血酸含量的測定 將枇杷果實樣品在研缽中研磨勻漿,利用手持阿貝折光儀測定枇杷果實可溶性固形物(total soluble solids, TSS)含量,用百分比表示含量;采用堿滴定法測定枇杷果實可滴定酸(titrable acid, TA)含量。枇杷果實中的可滴定酸主要為蘋果酸,因此可滴定酸含量以蘋果酸百分數表示[18]。

采用鄰菲咯啉比色法測定枇杷果實抗壞血酸含量：取2 g 枇杷果肉,加入5 mL 5%TCA 提取液冰浴下研磨勻漿,4℃下12 000 × g 離心20 min,收集上清液。取1 mL 上清液、1 mL 無水乙醇、0.5 mL 0.4%磷酸、1 mL 0.5%鄰菲咯啉和0.5 mL 0.03%三氯化鐵溶液混勻后于30℃下反應1 h,然后測定其534 nm 波長下的吸光度值。以Vc 標準溶液制作標準曲線,結果以mg·100g-1FW 表示。

1.3.4 枇杷果實總酚和總黃酮含量的測定 取2 g枇杷果肉,用5 mL 80%丙酮提取液(含0.2%甲酸溶液)研磨勻漿,4℃條件下12 000× g 離心20 min,收集上清液。

總酚：采用Flion-Ciocalteu 試劑比色法,參考單體敏等[19]的方法。反應體系為50 μL 酶液,加入150 μL 蒸餾水、1 mL Follin 試劑和0.8 mL 75 g·L-1碳酸鈉溶液,于30℃下反應1 h,然后在765 nm 波長下測定其吸光度值;

總黃酮：參考Toor 等[20]的方法。反應體系為2 mL 酶液中加入2 mL 3%三氯化鋁溶液和1 mL 70%乙醇溶液,室溫下反應10 min,然后在510 nm 波長下測定其吸光度值。

1.3.5 枇杷果實DPPH 自由基清除率和羥自由基清除率的測定 DPPH 自由基清除率：取2 g 枇杷果肉,加入5 mL 50%乙醇,低溫下研磨勻漿,4℃條件下12 000× g 離心20 min,收集上清液。參考單體敏等[19]的方法。反應體系為0.1 mL 酶液,加入1.9 mL 120 μmol·L-1的DPPH 溶液,混勻后室溫避光反應20 min,測定其在525 nm 波長處的吸光度值。按照公式計算枇杷果實的DPPH 自由基清除率：

式中,A 為樣品與DPPH 反應后吸光度值;B 為樣品與1.9 mL 50%乙醇測得的空白吸光度值;A0為0.1 mL 50%乙醇與1.9 mL DPPH 混合液的吸光度值。

羥自由基清除率：取2 g 枇杷果肉,加入5 mL 50%乙醇,低溫下研磨勻漿,4℃條件下12 000 × g 離心20 min,收集上清液。參考單體敏等[19]的方法。反應體系為0.5 mL 酶液,1.5 mL 水楊酸-乙醇溶液、2 mL 亞硫酸鐵溶液、0.1 mL 0.3%過氧化氫溶液。混勻后37℃水浴避光反應30 min,測定其在510 nm 波長處的吸光度值。按照公式計算枇杷果實的羥自由基清除率：

式中,A 為樣品與反應體系反應后吸光值;B 為樣品1.5 mL 水楊酸-乙醇溶液、2 mL 水,0.1 mL 0.3%過氧化氫溶液混合液測得的吸光度值;A0為0.5 mL 50%乙醇與反應體系混合液測得吸光度值。

1.4 數據統計

枇杷果實相關指標均重復測定3 次。采用Origin 8.5 和Microsoft Excel 2007 整理數據,并用SAS 9.1.3 進行數據分析,用Fisher 最小顯著性差異法進行顯著性分析,P＜0.05 為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實腐爛指數、褐變指數的影響

由圖1-A 可知,隨著貯藏時間的延長,不同處理組長虹枇杷果實的腐爛指數均呈上升趨勢。在貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的腐爛指數分別為CK 的65.4%、75.0%、70.5%,表明3 種納米改性LDPE 膜均可顯著抑制枇杷果實的腐爛(P＜0.05),其中納米Ag改性LDPE 膜處理對枇杷果實腐爛的抑制效果更為明顯。

隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實的褐變指數均逐漸上升(圖1-B)。貯藏第6 天時,枇杷果實的褐變程度急劇升高;貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的褐變指數分別為CK 的74.2%、71.3%和71.0%,表明3 種納米改性LDPE 膜處理在室溫下均可顯著抑制枇杷果實的褐變(P＜0.05),其中,貯藏前期納米SiO2改性LDPE 膜處理效果更為顯著,但貯藏后期3 種納米改性LDPE 膜處理對枇杷果實褐變的抑制效果無明顯差異。

圖1 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實腐爛指數、褐變指數的影響Fig.1 Effects of different nano modified LDPE film on decay index and internal browing index of loquat fruit

2.2 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實失重率、出汁率和硬度的影響

水分含量作為影響水果鮮度和嫩度的重要指標,在水果中發揮著至關重要的作用,而采后水果的失重主要也是由水分含量的喪失引起的。由圖2-A 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實的失重率升高。貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的失重率分別為1.7%、1.8%、1.4%,明顯低于CK(2.1%),表明這3 種納米改性LDPE 膜處理均可較好地抑制枇杷果實失重率的上升。此外,整個貯藏期間,納米SiO2改性LDPE膜處理對枇杷果實失重率的抑制效果均優于其他納米改性LDPE 膜處理,且顯著優于CK(P＜0.05)。

由圖2-B 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實的出汁率整體呈緩慢下降的趨勢。貯藏第12天,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的出汁率分別較CK 高8.3%、8.5%、13.2%,表明3 種納米改性LDPE 膜處理均能較好地延緩枇杷果實出汁率的下降,保持枇杷果實貯藏期間較好的出汁率水平。貯藏6 d 后,相比CK 與其他2 種納米改性LDPE 膜處理,納米SiO2改性LDPE 膜處理對枇杷果實出汁率的抑制效果最好(P＜0.05)。

由圖2-C 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實的硬度呈緩慢升高的趨勢,并出現果皮難以剝離等現象。貯藏第12 天時,與CK 相比,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的硬度分別降低了2.3%、2.3%、7.6%,表明這3 種納米改性LDPE 膜均可略微抑制枇杷果實硬度的上升。貯藏6 d 后,納米SiO2改性LDPE 膜處理對延緩枇杷果實硬度上升的效果最為穩定,貯藏后期,其延緩枇杷果實硬度上升的效果也更為顯著(P＜0.05),表明納米改性LDPE 膜可減緩枇杷果實貯藏期間木質化衰老現象,其中納米SiO2改性LDPE 膜處理效果最好。

圖2 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實失重率、出汁率、硬度的影響Fig.2 Effects of different nano modified LDPE film on water loss rate, extractable juice and firmness of loquat fruit

2.3 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實可溶性固形物、可滴定酸和抗壞血酸含量的影響

由圖3-A 可知,可溶性固形物(TSS)含量在枇杷采后貯藏期間整體上呈下降趨勢,納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜都可以較好地抑制枇杷TSS含量的下降。貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組TSS 含量分別是CK的1.11、1.15 和1.19 倍。

由圖3-B 可知,可滴定酸(TA)含量在楷杷采后貯藏期間整體呈下降趨勢。貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的TA 含量分別為CK 的1.21、1.13 和1.19 倍。納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜處理均能顯著抑制枇杷果實TA 含量的下降(P＜0.05),其中,在貯藏第3 和第9 天時,納米TiO2改性LDPE 膜延緩枇杷果實TA 含量降低的效果顯著高于其他處理組(P＜0.05)。

由圖3-C 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實的抗壞血酸(Vc)含量逐漸下降,但納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實Vc 含量的下降速率低于CK。貯藏第12 天時,與CK相比,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的Vc 含量分別高了11.5%、8.6%和12.4%。表明這3 中改性LDPE 膜均能延緩枇杷果實Vc 含量的下降,減少Vc 的損失,有效提高枇杷果實抗衰老和保鮮能力。此外,納米Ag 改性LDPE 膜處理組枇杷果實的Vc 含量始終高于與其他處理組,表明納米Ag 改性LDPE 膜在抑制抗壞血酸分解代謝方面作用更優。

圖3 不同納米改性LDPE 膜對枇杷可溶性固形物、可滴定酸和抗壞血酸含量的影響Fig.3 Effects of different nano modified LDPE film on the content of TSS、TA and Vc of loquat fruit

圖4 不同納米改性LDPE 膜對枇杷總酚和總黃酮含量的影響Fig.4 Effects of different nano modified LDPE film on the content of total phenolics and total flavonoid of loquat fruit

2.4 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實總酚和總黃酮含量的影響

由圖4-A 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理組枇杷果實中總酚含量呈先上升后下降的趨勢,貯藏第9天時各處理組枇杷果實總酚含量達到峰值,隨后逐漸減少。貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實總酚含量較CK 分別高16.5%、14.3%、24.8%,表明3 種納米改性LDPE膜處理均可較好維持枇杷果實總酚含量,貯藏期間能顯著抑制其含量下降(P＜0.05),其中納米SiO2處理組枇杷果實的總酚含量一直維持在最高水平。

由圖4-B 可知,貯藏期間各處理組枇杷果實的總黃酮含量呈先上升后下降的趨勢,其峰值出現在貯藏第6 天。貯藏第12 天時,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實的總黃酮含量較CK 分別高21.5%、30.8%、37.0%,表明這3 種納米改性LDPE 膜處理均能顯著抑制總黃酮含量的降低(P＜0.05),且各處理組間差異不大。

2.5 不同納米改性LDPE 膜對枇杷果實DPPH 自由基清除率和羥自由基清除率的影響

由圖5-A 可知,貯藏期間各處理組枇杷果實DPPH 自由基清除率整體上呈先上升后下降的趨勢,枇杷果實DPPH 自由基清除率峰值出現在貯藏第9天。貯藏期間納米Ag 和納米TiO2改性LDPE 膜處理對枇杷果實DPPH 自由基的清除能力效果一般,而納米SiO2處理組枇杷果實DPPH 自由基的清除率始終維持在較高水平,其作用效果較為顯著(P＜0.05)。

由圖5-B 可知,貯藏期間各處理組枇杷果實的羥自由基清除率整體上呈先上升后下降的趨勢,枇杷果實羥自由基清除率峰值也出現在貯藏第9 天。納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜處理均能較好促進枇杷果實羥自由基清除能力,貯藏前期納米TiO2改性LDPE 膜對枇杷果實羥自由基清除率的抑制效果最為顯著(P＜0.05),貯藏6 d 后納米Ag 與納米TiO2處理組效果差別不大,納米SiO2處理組始終保持較高的清除能力,顯著提高了枇杷果實的抗氧化能力(P＜0.05)。綜上,納米SiO2改性LDPE 膜在提高枇杷果實羥自由基清除率方面具有更好的效果。

圖5 不同納米改性LDPE 膜對枇杷DPPH 自由基清除率和羥自由基清除率的影響Fig.5 Effects of different nano modified LDPE film on the DPPH radical scavenging rate and hydroxyl radical scavenging rate of loquat fruit

3 討論

枇杷果實一般采收于高溫多雨的季節,易受病原菌的侵染,采摘運輸過程中常發生機械損傷,導致其腐爛變質,這也是制約枇杷果實采后常溫貯藏最主要的因素。納米改性LDPE 膜因其納米粒子的特殊性而普遍擁有殺菌抑菌作用[21]。劉麗萍[22]發現納米Ag 涂膜處理可以顯著降低圣女果腐爛率,延長其貯藏期和貨架期;羅自生等[12,23]分別使用納米TiO2與納米SiO2復合包裝材料保鮮草莓,發現這兩種復合包裝材料處理均顯著抑制了草莓果實腐爛率的上升,保持了草莓較好的感官品質。本試驗中,納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜均能在室溫下顯著抑制枇杷果實的腐爛變質。

枇杷是非呼吸躍變型水果,貯藏過程中會出現果實硬度上升、果皮難剝、失水失重和汁液流失等品質劣變現象[24]。研究表明,納米涂膜或包裝處理可以有效延緩采后果蔬品質劣變現象的發生,徐曉玲等[25]研究發現,與對照相比,殼聚糖添加納米碳酸鈣助劑涂膜枇杷的硬度和酸度分別提高了11%和20%,而水分損失減少了34%;宋慕波等[26]使用納米SiO2復合薄膜保鮮貢柑,發現納米復合薄膜處理可以較好地延緩貢柑失重率的上升和硬度的下降,維持果實的感官滿意度。本研究中,室溫貯藏下枇杷果實在貯藏后期有輕微木質化現象的發生,但納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜均能有效延緩枇杷果實水分散失,保持較好的出汁率和硬度,提高貯藏期間枇杷果實的外觀品質,這主要是由于納米粒子的添加改善了包裝薄膜的透氣性與透濕性,抑制了枇杷果實的呼吸作用,維持枇杷果實較好的商品價值。

糖、酸等有機物質是果蔬采后呼吸作用的主要底物,為其他物質的合成提供了基礎。果實中有機酸和糖構成糖酸比,其組分與含量的變化影響著果實風味。而水溶性抗壞血酸(Vc)作為維持人體健康所必需的有機化合物之一,是一種高效抗氧化劑,能夠增強機體免疫力,也是評判保鮮效果的指標之一,但在貯藏期間極易分解[12]。陳秋燕[27]發現采后常溫貯藏,枇杷可溶性固形物和可滴定酸含量緩慢下降,導致枇杷果實口味變淡,影響其口感與風味;賴特明等[28]使用納米涂膜保鮮贛南臍橙,發現納米涂膜有效延緩了贛南臍橙Vc 和可溶性固形物含量的下降,起到了較好的保鮮效果。本研究結果表明,納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE 膜處理在貯藏后期可以顯著抑制枇杷果實可滴定酸和可溶性固形物含量,延緩Vc 含量的損失,提高枇杷果實營養品質。

總酚和總黃酮等作為果實次生代謝產物,在采后果實的成熟衰老、組織褐變、抗病抗逆和營養價值等方面都具有重要影響。果實中酚類物質中不同組分含量的高低和抗氧化活性的大小在果實采后貯藏期間發揮著重要的作用。總酚、總黃酮等酚類物質發揮著抗氧化的作用,是一種天然的自由基清除劑,可以顯著抑制并清除果實體內活性氧自由基的積累,抑制過多自由基對機體造成的傷害[29]。王煥宇等[30]研究發現,UVC 處理可以維持草莓貯藏期間較高的總酚及主要酚類單體含量,提高了其羥自由基清除率和DPPH 自由基清除率。本研究中,枇杷果實的總酚和總黃酮含量呈先上升后下降的趨勢,納米Ag 處理組、納米TiO2處理組和納米SiO2處理組枇杷果實總酚和總黃酮均顯著高于CK,且各處理組羥自由基清除能力和DPPH 自由基清除能力也呈先升高后降低的趨勢,提高了枇杷果實的抗氧化活性。

4 結論

常溫(20℃)貯藏期間,長虹枇杷的果實腐爛指數、褐變指數、硬度呈上升趨勢,出汁率和失重率呈下降趨勢。納米Ag、納米TiO2和納米SiO2改性LDPE包裝處理均能較好地抑制枇杷果實腐爛程度和硬度的增加,延緩果實出汁率和失重率的下降。同時,3 種納米改性LDPE 膜處理可以有效地延緩TSS、TA、Vc 等品質指標的下降,延長貯藏期,維持較高的總酚和總黃酮含量,提高對DPPH 自由基清除能力和羥自由基清除率,增強枇杷果實的抗氧化能力。其中,納米SiO2改性LDPE 膜的綜合保鮮效果最優,在枇杷果實保鮮包裝與物流領域具有較好的應用前景。