牛至精油-介孔納米二氧化硅/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇保鮮效果研究

逯文倩，王 娟

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博 255000）

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）營養價值高、口感好、種植簡單、價格低，是世界上最暢銷的食用菌之一[1]。但雙孢蘑菇含水率高且沒有明顯的保護組織，易受微生物侵染而腐爛，影響商品價值，有研究發現，雙孢蘑菇在室溫下的貯藏期只有3 d[2]。目前關于雙孢蘑菇的保鮮方法有很多，如氣調保鮮、低溫保藏、化學保鮮等[3-4]。但由于環境和成本問題，人們愈發關注天然和可再生材料制成的抗菌生物高分子保鮮膜。與合成塑料相比，以多糖、蛋白質和脂類為原料制備的生物可降解聚合物膜具有更好的生物相容性、生物降解性和環境友好性等優點[5-7]。

海藻酸鈉是一種從海藻或細菌中提取的天然多糖，由D-甘露糖醛酸（M）和L-古洛糖醛酸（G）組成[8]，具有優良的成膜性和可再生性，是最受歡迎的膜材料之一[9]，然而高水敏性、較差的抗氧化性和抗菌性限制了海藻酸鈉生物膜的應用[10-12]。為改善海藻酸鈉膜的性能，可以在膜中加入納米粒子。MSNPs 的粒徑可控、化學穩定性好、生物相容性好、表面具有大量的孔道，能夠負載大量的活性物質[13-14]。OEO 具有良好的抗菌和抗氧化活性，是一種安全、高效、無毒的天然食品防腐劑，然而精油具有較強的揮發性和特殊氣味，使其作為食品添加劑的應用受到限制[15-17]。將OEO 負載于MSNPs 的孔隙中能防止精油降解或揮發，延長抗菌時間。

本文主要研究了純海藻酸鈉膜與0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇貯藏期間生理品質的影響，為其在延長采后雙孢蘑菇保鮮期方面的研究和應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮雙孢蘑菇采自山東省淄博市臨淄區，采后立即將其運至冷庫，在（4±1）℃條件下預冷12 h 備用。

海藻酸鈉，天津光復化學試劑有限公司；OEO，江西環球天然香料有限公司；原硅酸四乙酯（TEOS）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和NH4OH，美國Sigma Aldrich公司；SOD 試劑盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

C-MAGHS4 型磁力攪拌器，德國漢堡有限公司；BSC-150 型恒溫恒濕箱，上海博訊醫療生物儀器股份有限公司；UV-2550 型紫外-可見分光光度計，日本島津公司；SHJ-6 型水浴磁力攪拌器，常州國宇儀器制造有限公司；TGL-16K 型高速低溫離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；Multiskan GO 型酶標儀，美國Thermo Scientific 公司。

1.3 方法

1.3.1 MSNPs 和OEO-MSNPs 的制備

取6.0 g CTAB，125 mL 無水乙醇，30 mL NH4OH 和125 mL 蒸餾水混合于500 mL 燒杯中，用磁力攪拌器1 500 r/min 攪拌10 min 后逐滴加入8.5 g TEOS 到混合液中攪拌2 h。攪拌后的溶液放入凈化釜中，105℃烘干48 h，超濾得到固體顆粒，蒸餾水洗滌3 次，105 ℃烘干后用馬弗爐在550 ℃下煅燒4 h 得到MSNPs。

將600 μL OEO 加入到200 mg MSNPs 中，再加入2 mL 氯仿，于10 mL 離心管中制成混合溶液。用超聲波清洗機在100 W、20 kHz 下對混合物超聲處理40 min。有機溶劑蒸發后得到OEO-MSNPs。

1.3.2 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜的制備

采用溶劑澆鑄法制備海藻酸鈉膜[8]。準確稱取0.8 g OEO-MSNPs 緩慢加入100 mL 蒸餾水中，用磁力攪拌器以1 500 r/min 攪拌20 min，得到均勻的OEO-MSNPs懸浮液。隨后在懸浮液中加入2.5 g 海藻酸鈉粉末，用水浴磁力攪拌器在1 000 r/min、60 ℃條件下攪拌40 min。待混合物冷卻至室溫后加入7 mL 甘油攪拌至溶液清晰透明，最后將膜液倒在水平的玻璃模具（25 cm×25 cm）內，40 ℃干燥12h。然后將薄膜用5%氯化鈣溶液交聯70s，在25 ℃、50%的相對濕度下干燥4 h，揭膜，得到0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉膜。

1.3.3 不同復合膜對雙孢蘑菇的包裝保鮮試驗

選擇大小均勻、無病蟲害和機械損傷的雙孢蘑菇，在（4±1）℃冷庫中預冷24 h。樣品隨機分為3 組，每組約20 個蘑菇子實體。分別用純海藻酸鈉膜（處理組F1），0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜（處理組F2）、空白對照組（CK）在（4±1）℃下貯藏雙孢蘑菇12 d，空白對照組未進行任何包裝處理。每3 d 取樣1 次，用于測定各項生理指標，每項指標重復測定3 次。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 呼吸速率

雙孢蘑菇的呼吸速率采用Hu 等[18]的方法測定。取每個處理組中大小相同的5 個雙孢蘑菇放置在密閉容器中，然后用手持O2/CO2測定儀測定容器中2 h 內的氣體成分變化，單位為mg CO2/(kg·s)，計算公式如式（1）所示。

式中，ΔC-密閉容器中CO2體積分數變化量，%；V-密閉容器中氣體體積，mL；m-子實體質量，g；Δt-密閉時間，s；44-CO2相對分子質量，g/mol；22.4-氣體摩爾體積，L/mol。

1.4.2 失重率

采用稱量法[19]測定，計算公式如式（2）所示。

式中，m0-第0 天時雙孢蘑菇鮮質量，g；mt-取樣時雙孢蘑菇鮮質量，g。

1.4.3 色度

用手持色差儀分別對蘑菇的表皮和果肉的L、a、b進行記錄。白度（WI）根據公式（3）計算。

1.4.4 硬度

用TPA 質構儀和直圓柱形探頭，選擇壓縮模式對雙孢蘑菇的硬度進行測試。參數：測前速度5 mm/s，測試速度5 mm/s，測后速度5 mm/s；下壓接觸力5 N，形變量80%；兩次擠壓間隔時間0.2 s。

1.4.5 總酚、類黃酮含量

稱取0.5 g 雙孢蘑菇，加入15 mL、80%乙醇溶液，冰浴下研磨并在4 ℃、5 000 r/min 條件下離心10 min，取上清液進行總酚、類黃酮含量的測定。

總酚含量采用福林酚法測定[19]。0.4 mL 上清液加入2 mL、10%福林酚溶液中，振蕩搖勻后靜置于黑暗環境中5 min，加入1.8 mL、7.5%Na2CO3溶液，振蕩搖勻后靜置于黑暗環境中1 h，于765 nm 下測定其吸光度值。采用標準沒食子酸溶液為標準曲線。總酚含量按公式（4）計算。

式中，C-根據標準曲線得到的沒食子酸質量，mg；V-提取液總體積，mL；V1-測定所取的提取液體積，mL；M-雙孢蘑菇質量，g。

測定類黃酮采用分光光度法[20]。取1 mL 上清液加入0.3 mL、5%NaNO2溶液中，振蕩搖勻后靜置于黑暗環境中5 min，加入0.3 mL、10%AlCl3溶液，振蕩搖勻后靜置于黑暗環境中5 min，再加入2 mL、1 mol/L NaOH 溶液和3.4 mL 蒸餾水，振蕩搖勻后靜置于黑暗環境中1 h，于510 nm 下測定吸光度值。采用蘆丁標準溶液做標準曲線。類黃酮含量按公式（5）計算。

式中，C-根據標準曲線得到的蘆丁質量，mg；V-提取液總體積，mL；V1-測定所取的提取液體積，mL；M-雙孢蘑菇質量，g。

1.4.6 細胞膜透性

用1 cm 的打孔器將雙孢蘑菇菌蓋切成厚度為0.3 cm的小圓片。稱取1.0 g 蘑菇圓片放入25 mL 蒸餾水的離心管中，用電導率儀測得電導率EC0。然后于25 ℃緩慢振蕩1 h，測定電導率EC1。再于沸水浴中加熱30 min，冷卻至室溫后將蒸餾水補至25 mL，測定電導率EC2。相對電導率按照公式（6）計算。

1.4.7 丙二醛（MDA）

取1.5 g 雙孢蘑菇，加入6 mL、10%三氯乙酸溶液，冰浴研磨。在4 ℃、10 000 r/min 條件下離心15 min，取上清液用于MDA 含量的測定。

取2 mL 上清液，加入2 mL、0.6%2-硫代巴比妥酸溶液，沸水浴10 min，隨后冷卻至室溫，在4 ℃、10 000 r/min條件下離心5 min，取上清液分別在450、532、600 nm 下測定OD 值。MDA 濃度（c）根據經驗公式（7）計算，MDA含量根據公式（8）計算。

式中，c-公式（7）得到的MDA 濃度，μmol/L；V-樣品提取液總體積，mL；m-雙孢蘑菇質量，g。

1.4.8 抗氧化性

取1.0 g 雙孢蘑菇，加入6 mL、0.05 mol/L 磷酸鉀緩沖液（pH 7.8，含5%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）），冰浴研磨，在4 ℃、10 000 r/min 條件下離心20 min，取上清液進行多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性的測定。

取0.5 mL 上清液，加入3 mL、0.12 mol/L 鄰苯二酚溶液（pH 4.5），立刻搖勻，在410 nm 下測定OD 值，每30 s讀數，記錄3 min 內的變化。PPO 活性以每分鐘OD 值變化0.01 為一個活性單位U，用U/g 表示。PPO 活性按照公式（9）計算。

式中，ΔA410-每分鐘OD 值的變化值；V-樣品提取液總體積，mL；V1-測定時所取提取液體積，mL；m-雙孢蘑菇質量，g。

取0.4 mL 上清液，加入2.8 mL、0.25%愈創木酚溶液（pH 5.4）和0.1 mL、0.75%H2O2溶液，立即搖勻，在470 nm下測定OD 值，每30 s 讀數，記錄3 min 內的變化。POD酶活以每分鐘OD 值變化0.001 為一個活性單位U，用U/g 表示。結果按公式（10）計算。

式中，ΔA470-每分鐘OD 值的變化值；V-樣品提取液總體積，mL；V1-測定時所取提取液體積，mL；m-雙孢蘑菇質量，g。

取0.2 mL 上清液，加入1.5 mL、0.05 mol/L 磷酸鉀緩沖液（pH 7.0）和0.3 mL、0.01 mol/L H2O2溶液，立即搖勻，在240 nm 下測定OD 值，每30 s 讀數，記錄OD 值在3 min內的變化。CAT 酶活以每分鐘OD 值變化0.01 為一個活性單位U，用U/g 表示。CAT 活性按公式（11）計算。

式中，ΔA240-每分鐘OD 值的變化值；V-樣品提取液總體積，mL；V1-測定時所取提取液體積，mL；m-雙孢蘑菇質量，g。

SOD 測定方法依照試劑盒說明進行。

1.4.9 菌落總數

從每個包裝中取1.0 g 雙孢蘑菇，搗碎并與10 mL、0.1%蛋白胨水混合。8 000 r/min 均質2 min，取9 mL 蛋白胨水將樣品從10-1濃度連續稀釋到10-9。選取2～3 個適宜稀釋度的樣品勻液，各吸取1 mL 于無菌PDA 培養基中，均勻涂布。在28 ℃下培養5 d，進行菌落計數。

1.5 數據分析

使用SPSS（Version 11.5，SPSS Inc.，Chicago，USA）進行統計學分析。所有試驗重復3 次。利用Duncan 法進行方差分析，P＜0.05 被認為具有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇呼吸速率和失重率的影響

圖1a 所示，隨著貯藏時間的延長，各處理雙孢蘑菇的呼吸速率均呈現先升高后降低的趨勢，CK、F1 和F2處理的呼吸高峰分別出現在第6、6、9 天，其大小分別為0.010 8、0.008 4、0.006 8 mg CO2/(kg·s)。可見，0.8%OEOMSNPs/海藻酸鈉復合膜能顯著抑制雙孢蘑菇呼吸強度的變化（P＜0.05），并延緩了呼吸高峰的出現。這可能是因為0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜能維持高CO2、低O2的氣體環境，抑制了雙孢蘑菇呼吸相關的酶活性及代謝[21]。

如圖1b 所示，在整個貯藏期間，各處理雙孢蘑菇的失重率均呈上升趨勢，相比于CK 處理，所有的海藻酸鈉膜處理顯著抑制了失重率的增加（P＜0.05）。第12 天時，CK、F1 和F2 的失重率分別為19.78%、14.31%和6.95%，這可能與海藻酸鈉膜處理影響了雙孢蘑菇呼吸速率有關，低呼吸強度減少了營養底物的損耗。司金金等[22]研究發現微孔包裝袋較PE 保鮮膜中紅薯葉失重率高，主要因為微孔包裝袋透氣性好，更有利于紅薯葉的呼吸作用和蒸騰作用，造成了較大的水分損耗。Wang 等[23]使用1.5%殼聚糖單獨或聯合10 mmol/L 抗壞血酸涂膜處理鴨梨，結果表明不同涂膜處理均延緩了果實的質量損失。另外這也與膜的水蒸氣透過率有關，低水蒸氣透過率可以維持一定的水分濕度，從而抑制雙孢蘑菇的水分散失[24]，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉膜水蒸氣透過率較低也證實了這一點。

圖1 不同處理對雙孢蘑菇呼吸速率（a）和失重率（b）的影響Fig.1 Effect of different treatments on respiration rate (a)and weight loss rate (b) of Agaricus bisporus

2.2 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇白度的影響

雙孢蘑菇采收后極易褐變，造成菇體白色的喪失，影響雙孢蘑菇的市場價值。雙孢蘑菇貯藏期間菇皮和菇肉部位的白度變化如圖2 所示，所有處理雙孢蘑菇的白度值均逐漸減小，海藻酸鈉膜處理在一定程度上延緩了雙孢蘑菇白度的降低。而OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理則更好地維持了菇皮和菇肉的白度，較對照組具有顯著性差異（P＜0.05）。在整個貯藏期間僅降低9.26 和9.42，分別為CK 和F1 處理的48.0%、66.6%和47.3%、85.6%。這可能是因為0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜形成了低O2的環境，從而抑制了雙孢蘑菇酶促褐變的發生[25]。Nasiri 等[26]在黃芪膠溶液中添加不同濃度薄荷精油對雙孢蘑菇進行涂膜處理，結果也表明涂膜能夠延緩雙孢蘑菇褐變現象的出現。

圖2 不同處理對雙孢蘑菇菇皮（a）和菇肉（b）的白度指數影響Fig.2 Effect of different treatments on whiteness of Agaricus bisporus surface (a) and flesh (b)

2.3 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇硬度的影響

硬度是反映雙孢蘑菇品質的重要參數，雙孢蘑菇采后軟化嚴重，極大地影響了其商品價值。各處理雙孢蘑菇的硬度隨貯藏時間延長逐漸降低，與對照組相比，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜包裝雙孢蘑菇的硬度下降速度顯著減緩（P＜0.05）。如圖3（見下頁）所示，第12 天時，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉膜處理雙孢蘑菇的硬度值為25 471 g，高于CK 組雙孢蘑菇在第6 天的硬度值（24 547 g），將雙孢蘑菇的軟化進程延緩了6 天。另外，貯藏環境中的高CO2對軟化相關酶活性的抑制也可能是一個重要原因。

圖3 不同處理對雙孢蘑菇硬度的影響Fig.3 Effect of different treatments on hardness of Agaricus bisporus

2.4 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇總酚和類黃酮含量的影響

圖4 不同處理對雙孢蘑菇總酚（a）和類黃酮（b）含量的影響Fig.4 Effect of different treatments on total phenolic content(a) and flavonoid content (b) of Agaricus bisporus

酚類物質和類黃酮物質是雙孢蘑菇中極為重要的抗氧化物質，在抵御外界不利環境脅迫、內部氧化脅迫以及病原菌侵染等方面均發揮著重要作用[27-28]。圖4 反映了各處理雙孢蘑菇在貯藏期間總酚和類黃酮含量的變化。隨著貯藏時間的延長，各處理雙孢蘑菇的總酚和類黃酮含量均呈下降趨勢。相較于CK 組和海藻酸鈉膜處理組，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉膜處理組雙孢蘑菇在整個貯藏期間均維持了最高的總酚和類黃酮含量（P＜0.05）。這可能是因為海藻酸鈉膜中加入的OEO 具備了優良的抗氧化性能，在緩釋過程中與雙孢蘑菇外源接觸，刺激了雙孢蘑菇苯丙烷類代謝的途徑，進而合成了更多的抗氧化次級代謝產物。同時，這可能也與0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉膜抑制了雙孢蘑菇的呼吸速率有關，雙孢蘑菇低代謝強度減緩了活性氧對抗氧化物質的氧化能力降低酚類物質和類黃酮物質的損耗。

2.5 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇細胞膜透性和MDA 含量的影響

圖5 不同處理對雙孢蘑菇相對電導率（a）和MDA 含量（b）的影響Fig.5 Effect of different treatments on relative conductivity(a) and MDA content (b) of Agaricus bisporus

細胞膜透性是反映膜系統完整性的指標，可以反映果實的損傷程度[18]。MDA 是膜脂過氧化的最終產物，可以間接反映組織的過氧化損傷程度[29]。圖5 顯示在整個貯藏期間，各處理雙孢蘑菇的相對電導率和MDA 含量均呈升高趨勢，其中，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理顯著延緩了相對電導率和MDA 含量的增加（P＜0.05）。如圖5 所示，第12 天時，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理組的雙孢蘑菇相對電導率和MDA 含量比0 天增加13.5%和47.9%；而海藻酸鈉膜處理組和CK組比0 天分別增加了19.1%、91.7%和21.9%、135.4%。這是因為0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理的雙孢蘑菇維持了更高的總酚和類黃酮含量，具備更強的抗氧化和清除自由基的能力，進而緩解了雙孢蘑菇受到的氧化脅迫。另外，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜具備一定的抑菌活性，也在一定程度上避免了由于病原菌侵染而產生的傷害。

2.6 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇PPO、POD、SOD 和CAT 活性的影響

PPO 是雙孢蘑菇采后褐變的主要原因，酚類物質在PPO 的催化氧化下，最終生成對應的醌類物質，導致雙孢蘑菇商品價值降低[30]。雙孢蘑菇PPO 活性的變化如圖6a所示，由圖知，隨著貯藏時間的延長，各處理PPO 的活性均逐漸升高，CK 組的PPO 活性增加最快，而0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理更好地延緩了PPO活性的增加，具有顯著性差異（P＜0.05）。這說明0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜能夠顯著抑制PPO 活性升高，從而抑制雙孢蘑菇的褐變。王韻儀等[31]研究發現茶多酚/川陳皮素/羧甲基纖維素復合膜可以有效減緩PPO活性的升高，抑制刺嫩芽的褐變。

POD、SOD 和CAT 是雙孢蘑菇中幾種重要的抗氧化酶，可以將雙孢蘑菇內產生的高毒性自由基和過氧化物轉化成低毒性或無毒的物質，在延緩食用菌采后衰老中發揮著至關重要的作用。SOD 負責將超氧陰離子轉化成H2O2，而CAT 和POD 負責將H2O2轉化成H2O。各處理組雙孢蘑菇POD、SOD 和CAT 活性的變化如圖6b、c 和d所示，由圖可知，在整個貯藏期間，POD、SOD 和CAT 活性均呈先升高后降低的趨勢，SOD 和CAT 活性分別在第3 天和第6 天達到峰值然后降低，POD 活性在9 d 內逐漸升高最后略有下降。其中，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理均維持了較高的抗氧化酶活性，CK 組的各種酶活性最低。這可能是因為復合膜中外源添加的OEO-MSNPs 激活了雙孢蘑菇的抗氧化系統，在整個貯藏期間維持了較高的抗氧化酶活性，進而延緩了雙孢蘑菇貯藏期間的成熟和衰老[32]。另一方面，0.8%OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜處理維持了高抗氧化酶活性，也可能正是雙孢蘑菇總酚和類黃酮含量高的一個原因。

圖6 不同處理對雙孢蘑菇多酚氧化酶（a）、過氧化物酶（b）、超氧化物歧化酶（c）和過氧化氫酶（d）的影響Fig.6 Effect of different treatments on PPO (a),POD (b),SOD (c) and CAT (d) of Agaricus bisporus

2.7 OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜對雙孢蘑菇菌落總數的影響

雙孢蘑菇感染病原菌易造成子實體腐爛、品質下降，影響商品價值，即使在低溫環境下也可能會存在耐低溫病菌的侵染。圖7 為不同處理對雙孢蘑菇低溫貯藏期菌落總數的影響。

圖7 不同處理對雙孢蘑菇菌落總數的影響Fig.7 Effect of different treatments on microbial count of Agaricus bisporus

由圖知，隨著貯藏期的延長，3 組不同處理的子實體菌落總數均不斷上升。但是OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜包裝的蘑菇菌落總數上升較緩慢，且顯著低于其他2個處理（P＜0.05）。在第12 天時，CK 組菌落總數達12.04 lg（CFU/g），純海藻酸鈉膜處理后的菌落總數為11.36 lg（CFU/g），復合膜包裝的菌落總數僅為7.36 lg（CFU/g），表明OEO-MSNPs/海藻酸鈉復合膜可以顯著抑制雙孢蘑菇病原菌數量的增長，能夠降低雙孢蘑菇因感染微生物導致的腐爛。

3 結論

在本實驗中，OEO-MSNPs/海藻酸鈉抑菌復合膜對采后雙孢蘑菇的保鮮效果均優于其他處理組。與對照相比，復合膜處理能夠保持子實體的硬度，這可能與抑制相對電導率、降低MDA 積累有關，同時延緩了總酚、類黃酮含量的降低。復合膜包裝后的雙孢蘑菇可以有效抑制由PPO 引起的酶促褐變，還可以通過促進POD、SOD 和CAT 活性來提高蘑菇的抗氧化能力。綜合各項指標可以看出，海藻酸鈉復合膜能夠延緩采后雙孢蘑菇的衰老，延長其貨架期。目前生物活性膜的研究基本停留在實驗室階段，應用于市場包裝仍需大量的試驗和分析。因此，牛至精油-介孔納米二氧化硅/海藻酸鈉復合膜作為可生物降解的環保包裝材料在食品保鮮應用方面具有潛在價值，且符合我國可持續發展戰略和環保政策。