羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉/納米二氧化硅涂膜保鮮草莓

譚福能，金夢飛

文山學(xué)院化學(xué)與工程學(xué)院（文山 663000）

草莓（拉丁名：Fragaria ananassa Duch）含水多，皮薄且組織嬌嫩，易受外界微生物侵染而導(dǎo)致果實變質(zhì)。草莓采后室溫下放置1～3 d就開始變色、變味甚至腐爛，因而很大程度上限制了草莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1-2]。目前草莓貯藏保鮮技術(shù)主要有冷藏法[3]、輻照保鮮法[4]、氣調(diào)保鮮法[5]、臭氧處理保鮮法[6]以及涂膜保鮮法[7]等。其中涂膜保鮮技術(shù)是在果實表面涂上一層液態(tài)膜，干燥后成為一層很均勻的膜，可以隔離果實與空氣的氣體交換，從而降低果實的呼吸作用、營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，改善果實的硬度和新鮮飽滿程度，并減少病原菌的侵染而造成的腐爛，特別適用于草莓等水分含量較高的果蔬[8]。

殼聚糖（CS）來源廣泛，是自然界中含量僅次于纖維素的天然性多糖[9]，因其具有綠色安全、天然可降解、成膜和抗菌性能優(yōu)良等優(yōu)點，作為果蔬保鮮涂膜材料而被廣泛應(yīng)用[10-11]。但殼聚糖水溶性差的缺點限制了其應(yīng)用，通過化學(xué)改性成水溶性良好的殼聚糖衍生物（如羧甲基殼聚糖[12]、季銨鹽殼聚糖[13]），其保鮮涂膜食用前更易清洗，同時具有更優(yōu)良的保濕性、成膜性、通透性、機械特性、抑菌特性。但單一的殼聚糖或其衍生物制成的保鮮涂膜機械強度和保鮮效果都不夠理想[14]，因此，將殼聚糖衍生物與高機械強度的高分子材料復(fù)配，再加入抗菌活性成分，能夠有效提升涂膜的保鮮效果。

因此，試驗以不同羧甲基取代度的羧甲基殼聚糖（CMCS）為基底，與另一種具有優(yōu)良成膜性的天然高分子材料海藻酸鈉（SA）復(fù)配作為涂膜載體材料，添加抗菌活性成分納米二氧化硅粒子，制成復(fù)合保鮮涂膜，并將其用于對草莓保鮮研究。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

草莓，采收于云南省文山市郊區(qū)草莓園，采摘后草莓浸泡在體積分數(shù)為2%的次氯酸鈉溶液中，浸泡3 min做消毒處理，晾干。

殼聚糖（食用級，脫乙酰度91%，國藥集團上海化學(xué)試劑廠）；海藻酸鈉（食用級，南京化學(xué)試劑股份有限公司）；納米二氧化硅（粵盛化工科技有限公司）；羧甲基殼聚糖，采用文獻[15]方法制備。

P-E 240 C元素分析儀（美國PE公司）；WAY-2 S數(shù)字阿貝折射儀（北京華辰樂天生物實驗設(shè)備有限公司）；GY-1型果實硬度計（廈門智昊電子科技有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 羧甲基殼聚糖取代度的測定

分別取少量制備好的CMCS樣品，在50 ℃下真空干燥10 h后取出，充分研細后裝入儀器樣品池中，測定其中C、N元素含量，并通過C與N的質(zhì)量比（m(C)/m(N)）計算CMCS的取代度[16]。計算公式為：m(C)/m(N)=12×[6+2（1-A）+2B]/14。其中，A表示CS的脫乙酰度（此次試驗中CS的脫乙酰度為91%），B表示CMCS的取代度。

1.2.2 處理方法

將不同取代度的CMCS溶于蒸餾水中，磁力攪拌2 h后加入少量甘油繼續(xù)攪拌0.5 h，然后取一定量的海藻酸鈉溶液和納米SiO2的混合液，60 ℃恒溫水浴加熱并攪拌20 min，取出后超聲30 min，備用，配成含有質(zhì)量分數(shù)為1%羧甲基殼聚糖、0.8%海藻酸鈉、0.8%納米二氧化硅、1%甘油的復(fù)合涂膜液。

將新采摘的經(jīng)預(yù)處理后的草莓分為6組，每組25個。分別置于不用取代度的CMCS-SA-納米SiO2保鮮溶液、0.8% SA溶液、0.8% CS溶液、0.8%納米SiO2溶液和蒸餾水中浸泡50 s，取出后自然晾干，以未處理的草莓作為對照組。所有草莓樣品均套袋裝箱貯藏，貯藏溫度為22 ℃。

1.2.3 測定指標(biāo)與方法

1) 腐爛率=（腐爛果實數(shù)/總果實數(shù)）×100%。

2) 失重率=（初始質(zhì)量-貯存后質(zhì)量）/初始質(zhì)量×100%。

3) 硬度：每組選取5個果實作為測定對象，在每個果實的赤道線上取3個不同的位置，利用硬度計進行測定，結(jié)果取平均值。

4) 可溶性固形物含量：利用折射儀進行測定。

5) 抗壞血酸含量[17]：采用2, 6-二氯靛酚滴定法進行測定。

6) 可滴定酸：采用參照文獻[18]的方法進行測定，平行滴定3次，取平均值。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 19.0軟件數(shù)據(jù)分析，取置信度為95%水平測驗方法進行顯著性比較，Origin 9.0軟件繪制曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 CMCS取代度

通過C與N的質(zhì)量比計算CMCS的取代度，結(jié)果見表1。試驗選用的三個CMCS樣品的取代度分別為61.12%，63.36%和54.28%。

表1 CMCS樣品取代度

2.2 腐爛率

草莓的腐爛率是判斷保鮮效果最直觀的指標(biāo)之一。草莓腐爛率如圖1所示：腐爛率均隨儲藏時間的延長而逐漸上升。在相同儲藏時間內(nèi)，復(fù)合涂膜組和單一涂膜組草莓的腐爛率均明顯低于對照組，且具有顯著性差異（p＜0.05）。對照組草莓在第8天時，腐爛率是復(fù)合涂膜組的近3倍。復(fù)合涂膜組草莓的腐爛率也明顯低于單一涂膜組，同樣具有顯著性差異（p＜0.05）。說明CMCS-SA-納米SiO2復(fù)合涂膜能有效控制草莓的代謝和腐爛。隨CMCS取代度的增加，復(fù)合涂膜組草莓的腐爛率有一定的下降。

圖1 不同涂膜對草莓腐爛率的影響

2.3 失重率

失重率是判斷草莓新鮮程度的重要指標(biāo)之一。草莓在貯藏過程中機體會發(fā)生呼吸作用和蒸發(fā)作用，使自身的水分散失。如圖2所示，隨著貯藏時間的延長，草莓的失重率也呈現(xiàn)增加的趨勢。在相同儲藏時間內(nèi)，對照組和納米SiO2涂膜組失重率較大，分別為28.12%和23.04%，這說明僅靠納米SiO2涂膜不能有效減少草莓水分散失。CS和海藻酸鈉涂膜組失重率相比對照組有所降低，為19.21%和18.92%，而在復(fù)合涂膜組中，草莓失重率（16.01%，15.63%和14.01%）相比對照組和單一涂膜組均有明顯降低，具有顯著性差異（p＜0.05），且隨CMCS取代度的增加而降低，說明CMCS-SA-納米SiO2復(fù)合涂膜能有效控制草莓的代謝和水分散失，CMCS取代度越高，CMCS分子鏈上親水基團數(shù)量越多，復(fù)合涂膜的保濕性越好，因而降低了草莓的失重率。

圖2 不同涂膜對草莓失重率的影響

2.4 硬度的測定

草莓硬度大小是由果肉中果膠含量所決定，硬度大小不僅影響口感，還直接影響運輸和加工成本，根據(jù)草莓的硬度便可以判斷其成熟度。圖3顯示不同處理組草莓硬度隨時間的變化趨勢。從第2天開始，各處理組的草莓硬度變化就有明顯差異，對照組處理硬度下降速度最快，CMCS復(fù)合涂膜組硬度下降速度明顯低于對照組和單一涂膜組的，且具有顯著性差異（p＜0.05）。說明經(jīng)草莓復(fù)合保鮮液處理后腐爛速度明顯減慢，對照組草莓在第8天后基本腐壞，硬度降低明顯（僅為試驗開始時的27.2%），而CMCS復(fù)合涂膜組草莓在第8天硬度減少不大，三種不同取代度CMCS復(fù)合涂膜草莓硬度分別為試驗開始時的56.0%，59.6%和62.8%，CMCS取代度越高，草莓硬度越高。

2.5 可溶性固形物含量

可溶性固形物的主要成分是糖、酸、維生素、礦物質(zhì)和果膠等物質(zhì)。其含量高低直接反映草莓的呼吸速率和成熟度，是草莓保鮮效果的評價指標(biāo)之一[19]。在整個貯藏期內(nèi)，涂膜組和對照組草莓的可溶性固形物含量如圖4所示。在貯藏期的前6 d，對照組中的可溶性固形物含量迅速下降（下降了61%），可能是果實經(jīng)過后熟階段后，代謝速率加快，加快對可溶性固形物的消耗。之后可溶性固形物含量下降速度明顯變緩。在整個貯藏過程中，復(fù)合涂膜組始終保持較高的可溶性固形物的含量，明顯高于對照組和單一涂膜組，且具有顯著性差異（p＜0.05）。這是草莓經(jīng)過復(fù)合涂膜處理后能夠抑制代謝從而降低可溶性固形物的消耗量的結(jié)果。

圖3 不同涂膜對草莓硬度的影響

圖4 不同涂膜對草莓可溶性固形物含量的影響

2.6 抗壞血酸含量

抗壞血酸作為一種營養(yǎng)成分對維持人體生理機能有重要的作用，因此抗壞血酸含量的高低直接體現(xiàn)了草莓的新鮮程度和營養(yǎng)價值。由圖5可看出，草莓中抗壞血酸的含量隨著貯藏時間增加而呈下降趨勢，在第1天時，涂膜組和對照組中草莓的抗壞血酸含量的影響效果相差不大，但是從第2天以后，對照組中草莓中抗壞血酸含量下降速度明顯增加，在第8天時，復(fù)合涂膜組草莓抗壞血酸含量（34.61，36.21和36.99 mg）要明顯高于對照組（23.01 mg），且具有顯著性差異（p＜0.05）。在3組復(fù)合涂膜草莓中，抗壞血酸含量隨CMCS取代度的增大而增大。

2.7 可滴定酸含量

可滴定酸含量影響草莓果實風(fēng)味品質(zhì)，其主要成分是有機酸。草莓中的可滴定酸一部分在貯藏過程中當(dāng)作呼吸底物被消耗掉，一部分則會轉(zhuǎn)化為糖分，成熟度越高，可滴定酸含量越少。因此，可滴定酸被認為是評價草莓保鮮效果的重要指標(biāo)之一[20]。圖6為貯藏期間各組草莓中可滴定酸含量的變化。可以看出，復(fù)合涂膜組和對照組的可滴定酸含量在第1天含量差別并不明顯，但從第2天以后，各組中可滴定酸含量變化開始顯著，尤其是對照組中可滴定酸下降速度較快，到第8天時可滴定酸含量為1.152%，說明在此期間后對照組的呼吸和代謝速率快，可滴定酸消耗多。而復(fù)合涂膜組有機酸含量要高于對照組（為1.274%，1.281%和1.287%），且具有顯著性差異（p＜0.05），這表明復(fù)合涂膜對草莓的代謝能起到抑制作用。而CMCS取代度對復(fù)合涂膜組草莓中可滴定酸含量影響不大。

圖5 不同涂膜對草莓抗壞血酸含量的影響

圖6 不同涂膜對草莓可滴定酸含量的影響

3 結(jié)論

試驗采用不同取代度的質(zhì)量分數(shù)1% CMCS、0.8%SA和0.8%納米SiO2制成復(fù)合保鮮涂膜對草莓進行保鮮。通過研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合涂膜能有效降低草莓在貯藏期間的腐爛率、失重率、抗壞血酸、可滴定酸、可溶性固形物含量，減少營養(yǎng)成分的損失，延長了貨架期。復(fù)合涂膜組的保鮮效果要優(yōu)于空白對照組和單一涂膜組，說明CMCS、海藻酸鈉和納米SiO2三者之間可起到共同和協(xié)調(diào)作用。且隨著CMCS取代度的增大，復(fù)合涂膜對草莓的保鮮效果有一定的提升。