水果保鮮紙基復合材料技術研究進展

徐昊天 黃小雷 王立軍 姚獻平 趙文彥

摘 要：基于抑制乙烯產生、抑菌和氣調3個水果保鮮機理，綜述了國內外水果保鮮紙基復合材料及其制備技術的研究進展，并對水果保鮮紙基復合材料的發展趨勢進行了分析。

關鍵詞： 保鮮;紙基復合材料;乙烯;抑菌;氣調

中圖分類號：TS761.2

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.01.011

我國是水果生產和消費大國，果品種植面積和產量居世界第一，年產量和消費量均在2.7億t左右，但是采摘后果品的保鮮貯藏處理技術卻遠落后于發達國家。據相關報道，我國水果采摘后的腐敗率高達25%，遠大于發達國家5%的腐敗率，年損失量約8000萬t，經濟損失達800億元[1]。這種現狀嚴重影響我國水果產業的整體發展，導致以上問題的主要原因是我國水果供應源分散，冷鏈物流價格昂貴，普通貨運無法解決水果保鮮問題。隨著社會發展和人民生活水平的提高，消費者的需求和要求不斷增長，水果市場需要一種高效、安全、環保、便捷、低成本的保鮮產品。紙基復合材料容易滿足以上要求，因此開發水果保鮮紙基復合材料具有廣闊的應用前景。

1 水果保鮮紙基復合材料的研究進展

1.1 基于抑制乙烯機理的相關技術研究進展

乙烯是一種重要的植物激素，一般生成量極小，不超過0.1 μg/g，但會在果實萌發、成熟、衰老等發育階段急劇增加。乙烯作為一種調節植物成熟、衰老的激素，對果實采摘后的成熟和衰老起著重要的調控作用，它影響著采摘后果實成熟和衰老過程中核酸代謝、酶活性、激素水平與呼吸速率等生理作用，從而誘導果實的轉化以及果實色澤的轉變。因此抑制乙烯濃度能有效延緩采摘后果實的成熟和衰老，延長貯存時間。實現該目的的方法一般有以下兩種：一是使用環丙烯類抑制劑，它能與乙烯受體結合，抑制果實的成熟和衰老，其中最有效的是1-甲基環丙烯（1-MCP）[2];二是使用乙烯吸收劑[3]。

1.1.1 1-MCP抑制乙烯的產生

目前認為，乙烯的生物學效應是通過乙烯信號轉導途徑得以實現的。國內外學者經過研究已經建立了乙烯信號轉導途徑的相關線性模型，而乙烯受體是乙烯信號轉導途徑的第一級元件，是一類具有與乙烯結合能力的蛋白質。1-MCP的作用機理是通過與乙烯受體優先結合的方式，不可逆地作用于乙烯受體，阻止乙烯與乙烯受體結合，從而抑制水果成熟或衰老等一系列生理反應。鑒于1-MCP優良的保鮮性能，不少專家學者對1-MCP在紙張上的應用也做了研究。

吳斌等人[4]將1-MCP粉末、吸水劑、分散劑均勻放置于具有透氣和透濕性的紙袋中，用熱封方式制成保鮮紙袋。將保鮮紙袋、香蕉和番茄一起放入塑料筐，在20℃環境下保存。結果發現香蕉的呼吸高峰推遲6天出現，番茄在前3天保持較低的呼吸作用速率，乙烯釋放時間推遲了2天，均延緩了果實的衰老進程。馬修玨等人[5]以吸水紙為芯紙，兩側覆上面紙，以熱熔膠黏合，在芯紙上均勻打孔載入定量的1-MCP藥劑，制得保鮮紙，以油桃為保鮮對象，發現1-MCP對油桃質量損失率、呼吸作用、可溶性固形物含量的抑制作用明顯。

目前，國內外已有不少以1-MCP為抑制劑的水果保鮮紙基復合材料的產品，表1所示為國內外3種以1-MCP為抑制劑制作水果保鮮紙基復合材料的產品。

大量研究證明1-MCP對很多呼吸躍變型果實（如蘋果、香蕉、梨）的成熟和衰老有顯著的抑制作用，它能夠延緩果實軟化、表皮變黃等不良生理變化，延長果實的貨架期[6-7]。不過，對處于不同成熟時期的呼吸躍變型果實，1-MCP對抑制乙烯產生的作用卻不同。孫希生等人[8]采用3種不同成熟期（早熟、中熟和晚熟）的蘋果，使用1-MCP對不同成熟期的蘋果進行熏蒸處理，對處理后果實的呼吸速率和乙烯產生率進行檢測，發現1-MCP對早熟品種抑制作用不明顯。根據以上結果可以認為，對于蘋果這種乙烯產生量高的果實，早熟品種的果實在采摘時已經達到呼吸高峰，1-MCP對乙烯的抑制效果較差，而對中熟和晚熟兩個品種乙烯抑制作用效果較好。

對于已經進入成熟后期的果實，1-MCP抑制乙烯的作用可能不太明顯，但這方面文獻較少，有必要進行進一步的研究。

1.1.2 乙烯吸收劑去除乙烯

乙烯吸收劑一般分為兩種，一種是像沸石、硅藻土、白硅石等可以依靠強吸附性吸附乙烯的多孔材料;另一種是像高錳酸鉀等可通過氧化反應去除乙烯的氧化物，從而控制乙烯濃度，延長水果保鮮期[9]。

余浩[10]專利介紹了一種納米保鮮瓦楞紙箱，該專利將多納米方沸石粉、納米斜沸石粉、納米氧化硅粉和膠水等混合后用作瓦楞紙的膠黏層，該保鮮紙箱可以有效延長水果貯存時間7～15天。但多孔材料與膠黏劑共混后，其孔隙被膠黏劑堵塞，因而其吸附性能受到很大的影響。Zeyfert等人[11]的專利介紹了一種涂布型水果保鮮紙，該專利通過控制改性多孔材料的粒徑、用量以及膠黏劑種類和用量，產品的乙烯吸附性達到900 μL/m2左右;據了解該專利目前已經實現產業化，其產品已經從北美拓展到英國、南非和中國。表2列舉了2種國內外使用乙烯吸收劑的水果保鮮紙基復合材料產品。

利用乙烯吸收劑與紙結合制成水果保鮮紙，具有生產成本低、使用簡便、保鮮效果好的優點，特別適合在保鮮技術發展和普及度不高的農村地區推廣，具有很大的市場發展潛力。

1.2 基于抑菌機理的相關技術研究進展

水果采摘后腐敗將嚴重影響水果的貯藏運輸，縮短水果及產品的貨架期，不僅影響經濟效益，而且也會降低水果的營養價值，是困擾果農的主要問題。致病微生物的生長繁

殖是產生該問題的主要原因。導致水果腐敗的關鍵致病微生物主要有葡萄孢屬、青霉屬、曲霉屬、鏈格孢屬、梅奇酵母屬等。由于大多數水果內部呈酸性環境，因此引起水果變質腐爛的致病菌主要為霉菌屬[12]。

抑菌類水果保鮮紙的制備工藝，是將抑菌劑通過涂布、內部加填等方式加到紙基基材后包裝水果，形成抑制腐敗菌生長繁殖、利于水果保存的微環境，達到延緩果實腐敗的目的。目前抑菌類水果保鮮紙中采用的抑菌成分主要有：二氧化硫緩釋劑、二氧化氯緩釋劑、天然植物抑菌劑以及無機抑菌劑。

王建清等人[13]使用二氧化硫緩釋劑對櫻桃進行保鮮實驗。結果表明，二氧化硫可以明顯降低果實的腐敗率，延長貯藏時間。鄭永華等人[14]研究了不同二氧化硫釋放計量對枇杷果實品質、多酚氧化酶活性、呼吸強度及腐敗率的影響。結果表明，二氧化硫緩釋劑可以明顯抑制多酚氧化酶活性和呼吸作用強度，減緩可滴定酸和果實可溶性固形物（TSS）含量的下降，防止果心褐變，降低果實腐敗率，從而延長貯存時間。但使用二氧化硫緩釋劑往往會有一定殘留，在貯存期間會對果實產生漂白和毒害作用，影響果實的品質，具有一定局限性。

除了采用緩釋劑的水果保鮮紙，不少學者還在無機抑菌保鮮紙方向做了不少研究。王忠良等人[15]以殼聚糖（CS）和AgNO3為原料，以NaBH4為還原劑，制備了載銀殼聚糖（Ag-CS）涂布紙，并對圣女果進行包裝保鮮實驗。結果表明，包裝的圣女果10天后質量損失率、可滴定酸含量和抗壞血酸含量減少量明顯小于空白組，但是采用載銀涂布的方式其原料成本較高，難以在市場推廣。因為殼聚糖本身具有良好的抑菌性能，可以考慮殼聚糖與其他材料復合進行涂布。胡芳等人[16]使用蒙脫土（MMT）與殼聚糖（CS）復合，將MMT作為CS的載體，提高了CS的熱穩定性和長效性。研究表明，CS和MMT質量比為1∶3，CS相對分子質量為20萬～50萬時，CS-MMT抑菌涂布紙可獲得良好的抑菌性能和抗張性能。

隨著化學和其他學科的迅速發展，植物體內的抗菌物質及其抗菌作用的研究更為廣泛和深入，許多具有抗菌活性的物質從植物體內分離、鑒定出來，越來越多的專家和學者也將注意力轉移到使用植物抑菌物質來對水果進行保鮮的方向上。岳淑麗等人[17]用β-環糊精包埋技術制備肉桂精油微膠囊，并與聚乙烯醇（PVA）混溶制備抗菌添加劑。結果表明，將肉桂精油微膠囊與PVA混溶制備具有較好抗菌性能的涂布抗菌劑，對大腸桿菌和金色黃葡萄球菌具有很好的抑制作用，將其涂布于紙張上制得抗菌紙，對圣女果具有良好的保鮮效果，可改善圣女果的感官評價，降低質量損失率和呼吸作用強度，延長果實的貨架期。Shukla K的專利[18]介紹了利用葫蘆巴抑菌成分制成保鮮紙的技術[18]，目前該技術已經產業化，產品在亞馬遜出售。表3列舉了3種國內外采用抑菌劑的水果保鮮紙基復合材料產品，產品實物圖如圖2、圖3所示。目前，植物抑菌類水果保鮮紙還沒有大規模商業化應用，可能原因有：①植物抑菌劑的成分復雜，含量不易確定，作用機理不易弄清;②制劑本身的穩定性不易解決;③某些植物抑菌物質使用時有特殊的氣味，會影響水果本身的香味或可食用性[19]。不過，從長遠來看，抑菌類水果保鮮紙會朝著安全、高效的方向發展，所以植物抑菌水果保鮮紙應該會有可觀的發展空間。

1.3 基于氣調機理的相關技術研究進展

氣調保鮮是通過降低貯藏環境中的O2濃度，提高CO2濃度，通過抑制果實呼吸作用來延緩果實的衰老和變質，達到較好的保鮮效果。但是普通紙基包裝材料透氣性較好，不能形成密閉的環境，難以達到氣調保鮮的要求。因此，目前基于此機理的相關技術并沒有在紙張上得到實質性應用。但紙張透氣性高的問題可以通過在紙張表面涂布高氣體阻隔性的涂料來解決。如鮑文毅等人[20]將纖維素-殼聚糖共混制膜，該薄膜透光率維持在80%左右，疏水性得到提高（其水接觸角從纖維素膜的70°提高到共混膜的100°），氧氣滲透系數甚至低于市場上理想的氧氣阻隔材料乙烯-乙烯醇共聚物（EVA），且抗菌性能也得到提高?？梢試L試進一步利用纖維素-殼聚糖共混物溶液，涂布或浸漬紙張來提高紙張的氣體阻隔性能，從而實現紙基包裝的氣調保鮮。

2 結 語

水果作為人們生活密不可分的一部分，本身的營養價值、新鮮度、安全性越來越受到人們的重視。影響采摘后水果變質的因素很復雜，單單依靠一種保鮮劑往往難以達到最優的保鮮效果，因此針對具體一類水果，根據其保鮮機理，開發出多功能的復合保鮮劑應用于紙基復合材料，是未來的研究方向之一。隨著越來越多的政府法規限制在食品包裝、保鮮領域使用更少甚至不使用化學品，水果保鮮紙基復合材料今后勢必要朝環保、安全、高效、便捷的方向發展。而低成本、規模化、標準化生產是實現其廣泛應用的關鍵。

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（責任編輯：黃 舉）