根蒂保鮮薄膜技術在南瓜儲藏保鮮中的應用

秦宇 ，王子菱，顧文佳 ，吳金鴻*，葛宇 *，廖健利

1. 上海市質量監督檢驗技術研究院（上海 200233）；2. 上海食品快速檢測工程技術研究中心（上海 200093）；3. 上海交通大學農業與生物學院（上海 200240）；4. 上海艾尼維農產品專業合作社（上海 201400）

課題組前期通過對南瓜中營養成分的系統分析發現其富含蛋白質、維生素E、胡蘿素、葉黃素、肌醇、多種氨基酸、維生素B1、礦物質、可溶性纖維和生物堿類等多種生理活性物質和營養成分[1-2]。由于南瓜具有較大根蒂凸起，在運輸過程中容易發生磕碰，為防止碰傷需要隔離包裝，使包裝所占空間較大；而在收割時的南瓜根蒂切除造成的機械傷也會導致一系列復雜的生理生化變化，嚴重縮短南瓜貯藏期[3-4]。傳統的果蔬保鮮方法主要有低溫貯藏、氣調保鮮、輻照保鮮等[5-7]。部分易污染果蔬的微生物會對人工合成的抗菌劑存在抗性，使用這部分抗菌劑無法實現抗菌效果[8]。因而，在生鮮食品盛行的當下，研究無毒、抵抗性、健康的天然食品抗菌劑和防腐劑是一個熱門的研究方向[9-13]。近年來，以食品級生物大分子為原料的可食用薄膜、涂膜的開發取得了顯著進展。構建可食用薄膜、涂膜時主要以多糖類、蛋白質類與脂質類材料為主要選擇[14-18]。其中靜電紡絲法高效制備納米纖維膜[19]在食品工業應用范圍較廣。關于南瓜切片的保鮮工藝也有報道[20-22]，但尚未見對于南瓜根蒂切口保鮮薄膜的報道。

鑒此，為了研制適合南瓜根蒂切口保鮮的抗菌膜，并將涂膜的南瓜置于不同的儲藏條件下，從南瓜營養品質、感官屬性、微生物含量等方面來考察貯存效果和分析確定適宜的貯存條件，為南瓜儲藏保鮮提供理論參考。

1 試驗部分

1.1 材料

試驗菌種：大腸桿菌（E.coliO157）、腸炎沙門氏菌（Salmonella enteritidis）與金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus），來自上海交通大學農業與生物學院食品微生物實驗室；南瓜（香菱，上海艾尼維農產品專業合作社）；聚乙烯醇（PVA，2488型）、微晶纖維素（食品級）、玉米醇溶蛋白（BR，92%）、殼聚糖（BR，脫乙酰度90%）、山梨酸鉀（高純，98%）、L-薄荷醇（BR，98%）、肉桂醛（AR，95%）、溶菌酶（蛋清，BR，2萬 U/mg），購自上海源葉生物科技有限公司；蛋白胨、瓊脂粉、酵母浸粉、氯化鈉，購自青島海博生物技術有限公司；無水乙醇、乙酸，購自上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

DP30靜電紡絲儀（天津云帆科技有限公司）；TA.XT Plus質構儀（英國Stable Micro System公司）；DSA100接觸角分析儀（德國KRUSS公司）；IR/ Nicolet 6700紅外光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；ADVANCE Da Vinci多功能X射線衍射儀（德國Bruker公司）；AF3000-02真空包裝機（上海興多機械設備有限公司）；Zealway S-10H超聲波清洗機[致微（廈門）儀器有限公司]；HPP 750 37 ℃恒溫箱[美默爾特（上海）貿易有限公司]。

1.3 試驗

1.3.1 涂膜液中抗菌劑篩選

篩選食品加工過程常用的幾種具有抗菌活性的食品添加劑，分別挑取37 ℃活化培養24 h的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌與沙門氏菌的菌種，用無菌生理鹽水制成107～108CFU/mL的菌懸液。在LB培養基中滴加1 mL菌液，用涂布棒均勻涂布；每個培養皿放置4個牛津杯，分別加入3個濃度梯度樣液（表1）和空白對照（蒸餾水），各200 μL，平行3組，于37 ℃培養18～24 h，觀察樣液抑菌圈的大小并測量其直徑。

表1 抗菌劑及其濃度

1.3.2 靜電紡絲膜制備工藝優化試驗

將4% PVA在85 ℃下攪拌8 h溶解，將0.2%微晶纖維素超聲攪拌1 h溶解，然后兩者溶液按4∶51（V/V）進行混合；同時添加0.3%肉桂醛，攪拌過夜后，取150 g膜液倒入25 cm×25 cm玻璃模具中，采用流延法成膜，于室溫（20～25 ℃）自然干燥48 h制成膜片。

1.3.3 南瓜根蒂涂膜保鮮試驗

選取成熟度相近、外觀品質相同且切除根蒂的南瓜，根據外包裝形式、儲藏溫度、儲藏時間設計三因素三水平的正交試驗。涂膜保鮮儲藏試驗方案設計見表2。

表2 涂膜保鮮儲藏試驗設計方案

2 結果與分析

2.1 抗菌劑的選擇

在給定的試驗條件下，山梨酸鉀和殼聚糖對選擇的試驗菌種幾乎無抑菌作用。由圖1可知：溶菌酶僅在較高濃度下具有抗菌能力；相比較而言，薄荷醇和肉桂醛具有更好的抗菌性能。5種抗菌劑中以肉桂醛的抗菌性能最佳，且濃度越高抑菌效果越明顯，尤其是對金黃色葡萄球菌的抑制性能最強。因此，在后續制膜中添加高濃度的肉桂醛作為抗菌保鮮劑。查閱GB 2760—014，結果發現其最大使用濃度可以達到0.3 mg/kg，結合此次試驗結果，確定抗菌涂膜中選用0.18 mg/kg肉桂醛作為抗菌劑。

圖1 不同抗菌劑抑菌活性分析結果圖

2.2 靜電紡絲抗菌膜的制備

試驗探討了不同涂膜液配方及靜電紡絲制備膜的情況，紡絲結果見表3。結果發現，10%聚乙烯醇與0.2%微晶纖維素按體積比8∶2配成的涂膜液（配方4），在紡絲速度0.3 mL/h、電壓14 kV、接收距離12 cm的紡絲情況下可以進行較好紡織，膜表面光滑。通過以上初試驗，確定抗菌膜制備方法如試驗1.3.2所示。膜性能測定結果表明：抗菌膜厚度為0.172 0± 0.002 8 mm，斷裂伸長率為82.30%±4.53%，拉伸強度為28.08±0.76 MPa，透濕度為0.35±0.02 g·mm/（m2·h·kPa），膜接觸角為91.5±1.90°。其拉伸斷裂性能優良，不易因為拉扯而破裂。

表3 膜液配方設計及靜電紡絲情況

2.3 南瓜涂膜儲藏試驗分析

2.3.1 外觀腐爛程度分析

從儲藏保鮮試驗外觀分析，4 ℃下南瓜去除根蒂涂膜后腐爛程度明顯下降，而25 ℃與37 ℃下腐爛明顯，且有外包裝的南瓜儲藏情況相較于相同存儲條件下未進行外包裝的腐爛程度較弱。此外，利用真空包裝的南瓜普遍出現不同程度的漲袋，說明儲藏過程中南瓜的呼吸作用較為明顯，釋放出大量氣體。

2.3.2 微生物指標分析

由表4和表5可知，在不同包裝或者不同儲藏溫度下，切口覆膜后的根蒂切口處的霉菌含量均較低接近于無，而在未進行覆膜的南瓜組織中均有檢出不同量的霉菌，說明抗菌膜對于霉菌的抑制率較高，可以保護切口不易受霉菌感染。

表4 南瓜根蒂切口處微生物指標分析 單位：CFU/mL

表5 南瓜果肉微生物指標分析 單位：CFU/g

在給定試驗條件下，南瓜不易受到金黃色葡萄球菌的感染，而大腸桿菌在切口處均大量檢出，且大腸桿菌含量相對于南瓜組織中較高，說明抗菌膜對大腸桿菌的抑制效果較差。試驗結果顯示大腸桿菌的含量均相對較高，說明南瓜本身就較易受到大腸桿菌的污染，可以在進行包裝前進行一定的殺菌處理。

2.3.3 失重率分析

如表6所示，排除部分腐敗嚴重的試驗組，從剩余試驗組進行分析。可以發現，在4 ℃進行儲藏的南瓜（第1，第6與第8組樣品）腐爛程度明顯降低，且其失重率顯著低于其他溫度。同時在4 ℃下儲藏，保鮮膜熱收縮包裝（第6組樣品）和真空包裝（第8組樣品）后失重率分別為0.15%與0.14%，兩者之間無顯著性差異。然而無包裝南瓜（第1組樣品）失重率達到0.46%，與無包裝南瓜相比，失重率大約降低68%。因此可以發現南瓜切口涂膜處理后，適當包裝處理可以顯著降低南瓜在儲藏過程的失重率。

表6 不同保藏條件下南瓜失重率分析結果

3 結論

試驗篩選5種常見食品防腐劑（山梨酸鉀、溶菌酶、殼聚糖、薄荷醇、肉桂醛），分析不同濃度的抗菌劑對大腸桿菌、腸炎沙門氏菌、金黃色葡萄球菌抗菌活性。結果表明，肉桂醛具有較佳的抗菌能力，并以肉桂醛，10% PVA與0.2%微晶纖維素溶液制備抗菌膜。涂膜南瓜儲藏試驗表明：南瓜不易受金黃色葡萄球菌污染但易受大腸桿菌污染，通過涂膜處理后可以降低霉菌污染率，但無法抑制大腸桿菌；低溫可以降低南瓜儲藏過程中的失重，并且涂膜處理和使用外包裝可以進一步減少南瓜儲藏過程中的失重。此次研究結果初步確定了一種南瓜根蒂切口涂膜保鮮的抗菌膜配方與制備工藝，并揭示了抗菌膜涂膜結合適當包裝處理，有利于在南瓜低溫儲藏過程抑制金黃色葡萄球菌和霉菌等部分微生物生長，顯著降低南瓜水分損失，從而提高南瓜儲藏品質，相關研究成果為南瓜保鮮新工藝開發提供科學依據。