南五味子多糖復合涂膜劑在火龍果保鮮中的應用研究

高夢蝶，陳月星，楊靜雯

（1.佛山科學技術學院 食品科學與工程學院，廣東佛山 528000；2.商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西商洛 726000）

南五味子（Kadsura longipedunculata）為南五味子屬，華中五味子的干燥成熟果實[1]。秦嶺地區盛產多種野生南五味子，物種多樣性和遺傳多樣性較高，是南五味子道地產區之一，藥材品質較好[2]。南五味子多糖作為南五味子中的主要活性成分之一，具有顯著的抗氧化、增強免疫及降血脂等功效[3-5]。同時，作為南五味子中的天然抑菌成分，南五味子多糖具有抗炎抗菌、抗病毒等作用，可以顯著抑制多種常見致病菌，可作為天然食品防腐劑資源[6-8]。林雄平等[9]探究了南五味子根黃酮提取物的抗氧化活性、抗菌抑菌作用，結果表明南五味子根黃酮提取物具有較強的抑菌抗氧化作用，有抑制羥自由基的能力。

番茄紅素作為一種天然色素，主要存在于紅色果蔬中，其中以番茄中的含量最高[10-11]。番茄紅素具有強大的抗氧化能力，其活性比維生素E高100倍，是β-胡蘿卜素的2倍以上[12]。番茄紅素不僅具有抗動脈硬化、防癌抗癌的效果，還可以減緩衰老、增強免疫力。目前，已被多個國家列為營養劑及食品添加劑，廣泛應用于保健食品、醫藥等領域[13-14]。

火龍果又名仙蜜果，系仙人掌科量天尺屬植物，為典型的亞熱帶、熱帶植物[15]。果實中含豐富的糖、維生素、膳食纖維等營養物質，具有預防衰老、抗氧化等作用，受到消費者的喜愛[16]。但火龍果的成熟季節一般在高溫多雨的夏秋，采摘后較強的呼吸作用極易導致果實腐敗而失去食用價值[17]。目前，為了延長火龍果貯藏時間和提高貯藏品質，一般采用低溫貯藏、化學保鮮劑等保鮮技術，而有關天然食品防腐劑對火龍果的保鮮研究報道較少[18]。

現有文獻多研究單一生物保鮮劑的保鮮效果，而復合生物保鮮劑卻鮮有報道。因此，本研究以南五味子多糖為原料，與氯化鈣、殼聚糖、番茄紅素進行復配，在單因素試驗基礎上，應用響應面試驗對復合涂膜劑進行配方優化，并應用于火龍果的貯藏保鮮，為南五味子復合保鮮劑的研制及其在果蔬貯藏中的應用研究提供一定的技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

南五味子：商洛市福鑫康藥業有限公司提供；火龍果市售。

1.2 供試菌種

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大腸桿菌（Escherichia coli）、沙門氏菌（Salmonella）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），均購于西安市瑞昇化玻儀器供應站。

1.3 方法

1.3.1 南五味子預處理

準確稱取五味子粉末50 g，置于提前加入250 mL石油醚的圓底燒瓶內，70℃下回流脫脂，重復3次。然后將除去石油醚的藥渣加入300 mL 80% 的乙醇溶液中，回流除去色素、單糖和一些小分子物質。結束后，于65℃烘干，備用[19-20]。

1.3.2 南五味子多糖提取

南五味子多糖的提取參照胡琴漢等[19]的方法并加以修改。稱取脫脂后南五味子粉末5 g于圓底燒瓶，加入適量蒸餾水和復合酶3.0% （纖維素酶:果膠酶=1∶1），提取 pH 為 4.8，提取溫度56℃，提取時間66 min，提取結束后取上清液，旋蒸至50 mL，加入4倍體積95% 乙醇，置于4℃冰箱12 h，5 000 r/min離心10 min，棄上清得到粗多糖沉淀，經揮醇、冷凍干燥后得到粗多糖粉末，稱重并計算產率。

1.3.3 葡萄糖標準曲線

依次吸取100 mg/L葡萄糖標準溶液0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 mL，分別定容至1 mL，依次加入新制5% 苯酚溶液1.6 mL和7.0 mL濃硫酸，搖勻后靜置15 min，25℃冷卻10 min，定容至10 mL。同時，以蒸餾水作為空白溶液，測定490 nm處吸光度值[21-22]。繪制標準曲線（見圖1），回歸方程為：y=0.1028x+0.0151，R2=0.999。本研究中南五味子多糖得率為7.65% 。

圖1 葡萄糖標準曲線

1.3.4 南五味子中多糖含量的測定

準確稱取脫脂后的南五味子粉末5 g，根據料液比 1：30（g：mL），加入 150 mL 蒸餾水，加入復合酶3.0% （纖維素酶：果膠酶=1：1），pH 調至4.8，超聲波功率調至250 W、溫度56℃，提取66 min。結束后取上清液，濃縮至1/3體積，濃縮液中加入4倍體積95% 乙醇，4℃過夜，4 000 r/min條件下離心10 min，收集沉淀，經揮醇、干燥（50℃）后得南五味子粗多糖粉末[18-19]。然后精密稱取多糖粉末25 mg，取100 mL容量瓶，加水定容，計算多糖含量。多糖得率計算公式為[21,23]：

式(1)中，N—稀釋倍數；C—多糖溶液濃度，mg/mL；M—樣品質量，g；V—多糖提取液體積，mL。

1.3.5 南五味子多糖的抑菌試驗

將金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌、枯草芽孢桿菌的菌液濃度調整為1×105cfu/mL，配制5個濃度梯度的南五味子多糖提取液（6.25，12.50，25.00，50.00，100.00 mg/mL），蒸餾水為CK。十字交叉法測量其抑菌圈的直徑，確定不同濃度的南五味子多糖對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌、枯草芽孢桿菌的抑菌效果[5-7]。

1.3.6 單因素試驗設計

分別探討不同濃度南五味子多糖（1% ，2% ，3% ，4% ）、殼聚糖（0.5% ，1.0% ，1.5% ，2% ）、氯化鈣（0.5% ，1.0% ，1.5% ，2% ）、番茄紅素（0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% ）對火龍果新鮮度指標的影響，蒸餾水為CK。

1.3.7 火龍果新鮮度指標的測定

參考火龍果新鮮度的常用檢測方法，測定其失重率[24]和可溶性固形物含量[25]。

1.3.8 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，選取3個對火龍果新鮮度指標影響比較顯著的因素為自變量，利用Design-Expert 8.0.6軟件，設計三因素三水平試驗，以可溶性固形物為響應值（Y），優化復合保鮮涂膜劑配方。

1.3.9 驗證試驗

對1.3.7優化配方后制備的復合涂膜劑進行火龍果的保鮮貯藏試驗，檢測貯藏后的新鮮度指標，驗證其保鮮效果。

2 結果與分析

2.1 南五味子多糖的抑菌效果

由表1可得，南五味子多糖對四種供試菌均具有明顯抑制作用，隨著南五味子多糖濃度的增大，對供試菌的抑制作用也逐漸增加，其中對金黃色葡萄球菌的抑菌效果最為顯著。抑菌效果由強到弱依次為：金黃色葡萄球菌＞枯草芽孢桿菌＞大腸桿菌＞沙門氏菌。

表1 不同濃度南五味子多糖的抑菌效果

2.2 南五味子多糖復合涂膜劑對火龍果保鮮效果的單因素試驗

2.2.1 殼聚糖對火龍果保鮮的效果

由圖2可知，隨著貯藏期的延長，火龍果質量損失率不斷增加，均呈現上升趨勢。貯藏至15 d時，CK質量損失率從第3天的3.04% 增加到13.28% 。0.5% ，1.0% ，1.5% ，2.0% 殼聚糖分別涂膜處理的火龍果質量損失率分別為10.22% ，8.82% ，7.02% ，8.27% 。殼聚糖各濃度處理的火龍果質量損失率明顯低于CK，其原因可能是殼聚糖作為成膜劑，在火龍果表面形成一層可食性薄膜，抑制了其自身的呼吸代謝和水分散失，有效減緩了質量損失[26]。其中1.5% 殼聚糖涂膜處理的火龍果質量損失率顯著低于其他濃度處理，相較于CK低了6.26% ，保鮮效果最好。

圖2 不同濃度殼聚糖對火龍果質量損失率的影響

由圖3可知，隨著貯藏期的延長，火龍果可溶性固形物含量先升后降。第3天時CK可溶性固形物含量最高，分析原因可能是由于果實后熟現象造成，3 d之后CK可溶性固形物含量迅速降低，主要是因為體內的有機物隨時間的延長被逐漸分解消耗。而經過不同濃度殼聚糖處理的果實在第6天才達到峰值，之后呈逐步下降趨勢。由此可以看出，殼聚糖可以有效延緩果實中可溶性固形物的分解，其中以1.5% 殼聚糖處理的火龍果可溶性固形物含量下降最為緩慢，保鮮效果最好。

圖3 不同濃度殼聚糖對火龍果可溶性固形物的影響

2.2.2 氯化鈣對火龍果保鮮的效果

由圖4可知，隨著貯藏期的延長，不同濃度氯化鈣處理的火龍果質量損失率不斷增加，均呈現上升趨勢。貯藏至15 d時，CK質量損失率最多，為13.28% ，不同濃度氯化鈣處理的火龍果質量損失率均明顯小于CK，1.5% 氯化鈣處理的火龍果質量損失率為8.40% ，2.0% 氯化鈣分別處理的火龍果質量損失率為9.21% ，其中，1.5% 氯化鈣處理的火龍果質量損失率相較于CK低了4.88% ，保鮮效果較好。結果表明，氯化鈣可以有效減緩火龍果質量損失，其原因可能是氯化鈣處理的火龍果質量損失率維持了果實細胞膜的穩定性，從而有效減緩了果實組織軟化及果實體內果膠物質的散失，抑制了微生物的生長繁殖，延緩了果實的衰老進程[26]。

圖4 不同濃度氯化鈣對火龍果質量損失率的影響

由圖5可知，隨著貯藏期的延長，火龍果可溶性固形物含量先升后降。CK以及經過0.5% ，1.0% ，2.0% 氯化鈣分別處理的火龍果可溶性固形物含量在第3天達到最大值，相比之下，經過1.5% 氯化鈣處理的火龍果可溶性固形物含量在第6天出現峰值。貯藏至15 d時，CK可溶性固形物含量達到5.2% ，1.5% 氯化鈣處理的火龍果可溶性固形物含量為7.2% ，比CK高了2% 。分析原因可能是氯化鈣很好地抑制了火龍果與空氣的接觸，最大限度地抑制了火龍果自身的呼吸作用，有效防止了可溶性固形物含量發生變化，使其含量維持在較高水平，達到較好的保鮮效果。結果表明，1.5% 氯化鈣處理保鮮效果最好。

圖5 不同濃度氯化鈣對火龍果可溶性固形物的影響

2.2.3 番茄紅素對火龍果保鮮的效果

由圖6可知，隨著貯藏期的延長，火龍果質量損失率均不同程度呈現上升趨勢。用不同濃度番茄紅素處理的火龍果質量損失率均顯著低于CK。0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% 番茄紅素分別處理的火龍果質量損失率分別為9.58% ，7.69% ，8.42% ，10.34% ，而CK在貯藏后期已經達到了13.28% ，其中以0.002% 番茄紅素處理的火龍果在貯藏過程中質量損失率最小，為7.69% ，比CK低了5.59% 。結果表明，用番茄紅素處理火龍果有效抑制了果實質量損失率上升，其中0.002% 番茄紅素保鮮效果最佳。

由圖7可知，隨著貯藏時間的延長，火龍果可溶性固形物含量先升后降。CK與各濃度番茄紅素處理的火龍果均在貯藏至第3天時其可溶性固形物含量達到最大值。而0.002% ，0.003% 番茄紅素分別處理的火龍果在3～6 d期間其可溶性固形物含量基本保持不變，隨后緩慢下降。貯藏至15 d時，0.001% ，0.002% ，0.003% ，0.004% 番茄紅素分別處理的火龍果可溶性固形物含量均明顯高于CK，分別為6.4% ，7.4% ，6.8% ，6.1% 。結果表明，番茄紅素涂抹處理的火龍果可以延緩其可溶性固形物含量的降低，減緩后期糖分的消耗，保持其原有的良好品質和口感，有效延緩了果實的衰老。其中0.002% 番茄紅素對保持果實品質的效果最佳。

圖7 不同濃度番茄紅素對火龍果可溶性固形物的影響

2.2.4 南五味子多糖對火龍果保鮮的效果

由圖8可知，隨著貯藏期的延長，火龍果質量損失率不斷增加，呈現上升趨勢，且不同濃度南五味子多糖處理的火龍果質量損失率均顯著小于CK，說明南五味子多糖處理有效抑制了火龍果水分的蒸發。貯藏15 d時，CK質量損失率增加到13.28% ，不同濃度南五味子多糖處理的火龍果質量損失率從小到大依次為：2% ＜1% ＜3% ＜4% ，其中4% 南五味子多糖處理的火龍果質量損失率最高，為10.23% 。2% 南五味子多糖處理的火龍果質量損失率最低，為6.41% ，比CK低了6.87% ，保鮮效果較好。結果表明，南五味子多糖對火龍果的質量損失有顯著的抑制效果，其中2% 南五味子多糖處理火龍果保鮮效果最好。

圖8 不同濃度南五味子多糖對火龍果質量損失率的影響

由圖9可知，由于果實后熟現象，28℃貯藏下CK在第3天可溶性固形物含量達到最大值，南五味子多糖處理的火龍果基本貯藏至6 d時其可溶性固形物含量達到峰值，相比CK延長了3 d，其中1% ，2% 南五味子多糖分別處理的火龍果貯藏至第9天時其可溶性固形物含量基本沒有發生變化，保持穩定，之后開始緩慢下降。由此得出，南五味子多糖處理火龍果在一定程度上抑制了其可溶性固形物含量的降低，有效延緩了果實的衰老進程，其中以2% 南五味子多糖處理火龍果，其可溶性固體物含量下降最為緩慢，與貯藏前基本一致，保鮮效果最好。

2.3 南五味子多糖復合涂膜劑對火龍果保鮮的效果響應面試驗

基于單因素試驗結果，固定殼聚糖濃度為1.5% ，以氯化鈣（A）、番茄紅素（B）、南五味子多糖（C）為自變量，確定火龍果可溶性固形物含量為響應值（Y）設計三因素三水平的響應面試驗，試驗因素水平編碼，見表2。在溫度28℃、濕度80% ，貯藏15 d，測量火龍果的可溶性固形物含量。響應面的設計方案及結果，見表3。

Design-Expert 8.0.6.0進行多元回歸擬合，得到的回歸方程Y=9.61－0.24A＋0.25B－0.27C－0.093AB－0.068AC＋0.062BC－0.47A2－0.55B2－0.84C2。回歸模型系數的顯著性檢驗結果，見表4。

表4 南五味子多糖對火龍果可溶性固形物含量的回歸模型系數的顯著性檢驗

根據回歸方程可得，對火龍果可溶性固形物含量影響最大的因素是南五味子多糖。由表4可知，方程模型顯著（P<0.000 1）。A、B、C、AB、A2、B2、C2對 Y 值的影響極顯著（P<0.01），AC、BC 對Y值的影響顯著（P<0.05），失擬項不顯著（P=0.743 1>0.05），C.V.=0.50% ，擬合方程符合實際情況，能夠較好地反映實際試驗值。

由圖10可知，番茄紅素（A）與氯化鈣（B）兩個因素之間存在較為明顯的交互作用。當氯化鈣濃度一定時，番茄紅素濃度增大，火龍果可溶性固形物含量也隨之增大，番茄紅素濃度為0.002% 時，火龍果可溶性固形物含量出現最大值。當番茄紅素濃度一定時，火龍果可溶性固形物含量，隨著氯化鈣濃度的增加先增大后降低，氯化鈣濃度為1.4% ～1.6% 時，火龍果可溶性固形物含量有最大值，表明在此濃度范圍內，保鮮效果最好。由此可知，氯化鈣和番茄紅素對火龍果可溶性固形物含量影響較為重要。

圖10 氯化鈣與番茄紅素交互作用對火龍果可溶性固形物含量的影響

由圖11可知，氯化鈣（A）、南五味子多糖（C）之間的交互作用顯著，響應面曲面圖呈先升后降的趨勢。確定氯化鈣濃度一定時，火龍果可溶性固形物含量，隨著南五味子多糖濃度的增加而增大，當南五味子多糖濃度為2% 左右時，火龍果可溶性固形物含量出現最大值。當南五味子多糖濃度一定時，氯化鈣濃度增加，火龍果可溶性固形物含量隨之增大，火龍果可溶性固形物含量的峰值出現在濃度為1.4% ～1.6% 時，此時對火龍果的保鮮效果是最好的。由此可得，氯化鈣和南五味子多糖濃度對火龍果可溶性固形物含量有重要影響，預測對最終配方可能也會產生比較顯著的影響效果。

圖11 氯化鈣與南五味子多糖交互作用對火龍果可溶性固形物含量的影響

由圖12可知，番茄紅素（B）、南五味子多糖（C）兩因素之間存在比較顯著的交互作用。響應面曲面圖呈先升后降的趨勢，說明番茄紅素和南五味子多糖對火龍果可溶性固形物的影響顯著。番茄紅素濃度一定時，火龍果可溶性固形物含量，隨著南五味子多糖濃度的增加而增大，當南五味子多糖濃度為2% 左右時，火龍果可溶性固形物含量出現最大值，此時有較好保鮮貯藏效果。當南五味子多糖濃度一定時，隨著番茄紅素濃度的增加，火龍果可溶性固形物含量增大，番茄紅素濃度為0.002% 左右時，火龍果可溶性固形物含量有最大值，此時對火龍果有較好的保鮮效果。由此可以預測，適宜的番茄紅素及南五味子多糖的濃度對最終配方會產生比較顯著的影響。

圖12 番茄紅素與南五味子多糖交互作用對火龍果可溶性固形物含量的影響

由響應面分析優化復合涂膜劑配方為：1.94% 南五味子多糖、1.5% 殼聚糖、1.37% 氯化鈣、0.002% 番茄紅素。在此條件下，將火龍果于溫度28℃、濕度80℃的培養箱加速貯藏10 d，火龍果可溶性固形物含量為（11.24±1.31）% ，質量損失率為（3.04±1.24）% ，均優于單因素和響應面各組合試驗結果。

3 討論與結論

本研究采用酶法輔助提取南五味多糖，提取pH為4.8、提取溫度56℃、提取時間66 min、復合酶用量為3.0% ，提取率為7.65% ，與胡琴漢等[19]的研究結果基本一致。本研究發現，所提取的南五味子多糖對4種供試菌有明顯抑制作用，抑菌效果從強到弱依次為：金黃色葡萄球菌＞枯草芽孢桿菌＞大腸桿菌＞沙門氏菌。

進一步以所提取的南五味子粗多糖為特征組分，通過單因素和響應面優化試驗，研究南五味子多糖復合涂膜劑的最優配方為：1.94% 南五味子多糖、1.5% 殼聚糖、1.37% 氯化鈣、0.002% 番茄紅素。幾種具有保鮮效果的物質相互復配發揮協同作用更能提高保鮮效果。本研究制備的天然復合保鮮劑。

在溫度28℃、濕度80% 的條件下，加速貯藏10 d，對優化結果進行驗證，本研究發現，火龍果可溶性固形物含量為（11.24±1.31）% ，質量損失率為（3.04±1.24）% ，與對照（CK）對比，優化組合處理的火龍果質量損失率顯著降低，火龍果可溶性固形物含量明顯增加，表明使用復合涂膜劑后保鮮效果明顯，可有效延長火龍果貯藏期。優化結果可靠，研究結果可為商洛南五味子多糖相關產品研發及在食品保鮮方面的應用提供參考依據。