殼聚糖抑菌復合膜對藍莓貯藏保鮮效果的影響

連 歡，孫占新，楊相政*

（1.全國供銷合作總社濟南果蔬華德公司，山東 濟南 250220；2.中華全國供銷合作總社濟南果品研究所，山東 濟南 250220；3.稼沃（日照）生態農業有限公司，山東 日照 276800）

藍莓是杜鵑花科、越橘屬藍果類植物的小漿果，有“漿果之王”的美稱，營養豐富，口感多汁，受到消費者的歡迎，含有多種營養成分和功能成分，包括多種維生素、礦物質、花青素、酚類物質、類黃酮等，具有抗氧化、提高免疫力、保護視力、預防心血管疾病等保健作用[1]。但藍莓采收期集中，采后田間熱與呼吸熱較高，呼吸代謝旺盛，易受機械損傷和微生物侵染而腐爛變質，因此藍莓的貯藏保鮮尤為重要[2]。目前，藍莓的保鮮方法主要有低溫貯藏、機械氣調、輻照處理、涂膜處理和活性包裝等，但是它們存在對保鮮設備精密度要求高、設備成本高、操作復雜、不環保和不易降解等問題，因此開發一種安全高效的生物保鮮技術成為目前亟待解決的問題[3]。

生物活性包裝因具有良好的可降解性、氣體阻隔性、光線防護、抗氧化活性和抗菌活性而受到廣泛研究。殼聚糖是一種天然多糖類物質，具有可降解性、成膜性及較強的抑制病原菌和腐敗微生物的作用，已成功應用于食品的保鮮包裝[4]。植物精油因其較強的抗菌活性和安全性被廣泛的應用在食品保鮮中[5]。將植物精油添加到殼聚糖基質中是減少精油損失的有效途徑，殼聚糖作為一種正電荷氨基多糖，由于殼聚糖膜溶液的正電荷和黏性效應，有助于提高精油乳液的穩定性[6]。然而，作為一種脂質，植物精油具有疏水性，難以在親水性多糖膜溶液中儲存。為了提高植物精油的穩定性，許多方法如添加乳化劑[7-8]、均質[9]、干燥技術[10]和其他添加劑[11-12]用于制備抗菌活性膜。與這些添加劑相比，添加乳化劑仍然是增強精油穩定性最有效的方法之一。本研究在殼聚糖-植物精油復合膜中加入不同的天然高分子乳化劑制備復合膜，以獲得控釋型抗菌包裝材料，并將其應用于藍莓保鮮中，研究藍莓在低溫貯藏過程中品質的變化，從而獲得一種安全有效的生物保鮮材料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓，品種‘醉婆’，采摘自稼沃（日照）生態農業有限公司，同一批次采摘，成熟度一致，無機械損傷和病蟲害。

殼聚糖（脫乙酰度：90%）、阿拉伯膠、明膠、甲基纖維素、黃蓍膠，上海源葉生物科技有限公司；百里香精油，廣州文玲貿易有限公司；冰醋酸、丙三醇、氫氧化鈉、酚酞指示劑、草酸、乙醇，國藥集團化學試劑有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HJ-2A 磁力攪拌器，常州國華儀器有限公司；T10B S25 高速分散機，德國IKA 集團；高速冷凍研磨機，浙江美壁儀器有限公司；TA-XTplusC 質構儀，北京微訊超技儀器技術有限公司；TCL-1013 高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；ZG-EU-2600 紫外分光光度計，上海卓光儀器科技有限公司；精度0.001 mm 的螺旋測微器，南京蘇測計量儀器有限公司；WSC-S 色差儀，深圳市新中園儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 復合膜的制備

將殼聚糖粉末（1.5%，g/mL）溶于0.5%的冰醋酸溶液中，室溫下用磁力攪拌器攪拌4 h，得到殼聚糖溶液。將一定量的天然大分子乳化劑（0.15%，m/V）和20%甘油（m/m）緩慢加入殼聚糖溶液中，繼續攪拌0.5 h，然后將百里香精油（1%，m/V）倒入膜溶液中混合均勻。使用高速分散機在12 000 r/min 條件下均質5 min，之后用真空泵脫氣30 min，以去除氣泡。最后，將200 mL 膜溶液倒在玻璃板（25 cm×25 cm×1 cm）上，室溫干燥后揭膜，在25 ℃、相對濕度53%的條件下放置48 h 后，測定膜的性能指標。

設定5 種不同配方：無乳化劑的殼聚糖抑菌復合膜命名為CS。添加不同HLB 值（親水親油平衡值）的天然高分子乳化劑（阿拉伯膠、明膠、甲基纖維素、黃蓍膠）的殼聚糖抑菌復合膜，分別命名為CA、CG、CM和CT。

1.3.2 膜厚度的測定

參考連歡[15]測定方法，選擇干燥、平整、質地均勻的膜，用精度為0.001 mm 的螺旋測微器在膜上隨機測定6個點，計算膜的平均厚度。

1.3.3 膜顏色的測定

參考連歡[15]測定方法，使用WSC-S 色差儀進行測定。參照CIE LAB 表色系統來表示顏色，每種膜隨機取6個點測定，分別記錄膜的L*、a*和b*值。

1.3.4 藍莓的保鮮處理

將預冷后的藍莓裝入保鮮盒內，殼聚糖復合膜被剪成3 cm×3 cm 的正方形，貼在保鮮盒的內蓋上，沒貼膜的處理為空白對照（CK）。每盒裝125 g 藍莓，所有樣品置于0 ℃冷庫中貯藏，每隔5 d 取樣進行評估，共取5 次樣，每個處理重復6 次。本研究共設置6 個殼聚糖復合膜處理：空白對照（CK），殼聚糖精油復合膜（CS），添加不同乳化劑（分別為CA、CG、CM和CT）。

1.3.5 指標測定方法

（1）感官品質

參考霍若冰等[13]研究方法，根據藍莓質地、新鮮度、色澤、氣味等方面給出綜合感官評分，感官評分=質地×25%+新鮮度×25%+色澤×25%+氣味×25%，滿分9 分。評分標準見表1。

（2）硬度

使用質構儀對隨機挑選的20 粒果實進行硬度測定。儀器相關參數的設定為選用2 mm 的探頭，測前速度1.00 mm/s，測中速度1.00 mm/s，測后速度5.00 mm/s，位移10.000 mm，觸發力5.0 g。

（3）腐爛率

采用稱量法，對腐爛果質量進行統計為n1，初始質量為n0，果實的腐爛率見公式（1）。

表1 感官評分標準表Table 1 Sensory evaluation form

（4）失重率

采用稱重法測定藍莓失重率，測定各組櫻桃番茄原始質量為m0（g），每5 d 重新測定一次質量記為m1（g），失重率計算公式見式（2）。

（5）可滴定酸含量

可滴定酸含量的測定參照《果蔬采后生理生化試驗指導》[14]。

（6）維生素C（VC）含量

維生素C 含量測定參照《果蔬采后生理生化試驗指導》[14]。

（7）花青素含量

花青素含量的測定參照《果蔬采后生理生化試驗指導》[14]。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2010 軟件分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜厚度的影響

如圖1（見下頁）所示，純殼聚糖抑菌復合膜的厚度為0.80 mm，添加大分子乳化劑增加了復合膜的厚度，隨著乳化劑HLB 值的增加，復合膜的厚度逐漸增加，CT 膜的厚度最大，相對于CS膜增加了61.35%。復合膜厚度的增加可能與殼聚糖、天然大分子乳化劑和精油相互作用有關[15]。

圖1 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜厚度的影響Fig.1 Effect of emulsifier on the thickness of chitosan essential oil composite film

2.2 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜顏色的影響

從表2 可以看出，添加乳化劑降低了復合膜的L*值和a*值，不同乳化劑對復合膜的亮度有不同的影響，可能與乳化劑本身的顏色有關。添加阿拉伯膠增加復合膜的b*值，使得復合膜黃色增加，其他乳化劑反而降低復合膜的黃色，說明添加阿拉伯膠的復合膜中保留了更多的精油[16]。

表2 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜顏色的影響Table 2 Effect of emulsifier on the color of chitosan essential oil composite film

2.3 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜透濕性的影響

如圖2所示，CS 膜的水蒸氣透過率為1.158×10-10g/(m·s·Pa)，添加阿拉伯膠和明膠降低復合膜的WVP，然而甲基纖維素和黃蓍膠增加了復合膜的WVP，其中CT 膜的水蒸氣透過率最高，其值為2.709×10-10g/(m·s·Pa)。CA膜和CG 膜的WVP 較低的原因可能是聚陰離子阿拉伯膠負載的COO-與殼聚糖負載的NH4＋的相互作用，以及殼聚糖與明膠之間較強的氫鍵相互作用，阻礙了水分子與膜基質中極性基團之間的相互作用[17]。殼聚糖分子間的氫鍵作用大于殼聚糖與黃蓍膠之間的氫鍵作用，導致微觀相分離，使復合膜的WVP 增加[18]。

圖2 乳化劑對殼聚糖抑菌復合膜水蒸氣透過率的影響Fig.2 Effect of emulsifier on water vapor permeability of chitosan essential oil composite film

2.4 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓感官評分的影響

如圖3所示，藍莓的感官評分隨著貯藏時間的延長呈逐漸下降的趨勢，同時使用復合膜減緩了藍莓感官評分的下降。在貯藏20 d 時，CA 膜處理組為7.67 分，保鮮效果最好。

圖3 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓感官評分的影響Fig.3 Effect of chitosan essential oil composite film on sensory score of blueberry

2.5 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓失重率的影響

水分是維持細胞生命活動的主要成分，當藍莓內部水分充足時，才能使藍莓顯示出一定的彈性和硬度。由于藍莓采后的呼吸作用和蒸騰作用，導致藍莓的養分消耗和水分流失，從而造成藍莓的質量損失[13]。如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，藍莓的失重率逐漸增加。貯藏前期藍莓的質量急劇下降，后期呈緩慢下降趨勢。未經處理的藍莓失重率增速最快，在第20 天時，相對于對照處理組，CT 膜處理組失水率增加了28.48%。王和濤[19]發現丁香精油和殼聚糖復配可抑制藍莓果實的失重率和腐爛率，延緩果實細胞衰老，保持藍莓品質。

圖4 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓失重率的影響Fig.4 Effect of chitosan essential oil composite film on weight loss rate of blueberry

2.6 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓腐爛率的影響

腐爛率是判斷果實貯藏品質最直觀的指標之一，藍莓果實的腐爛通常是由于機械損傷和真菌侵染引起的[3]。由圖5 可知，各處理組藍莓的腐爛率隨著貯藏時間的延長而增加，但始終低于空白對照組，其中，CA 膜處理組的腐爛率最低，在第20 天時，殼聚糖和百里香精油處理的抗菌性能也有效抑制了包裝中致病微生物的生長，從而控制了藍莓果實的腐敗。

圖5 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓腐爛率的影響Fig.5 Effect of chitosan essential oil composite film on decay rate of blueberry

2.7 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓可滴定酸含量的影響

圖6 顯示，殼聚糖復合膜組的藍莓可滴定酸含量變化較為平緩，在10～20 d 明顯優于CK 組。在藍莓貯藏期間，復合膜能有效減緩藍莓的呼吸作用，延長后熟期，抑制藍莓可滴定酸含量的降低[20]。

圖6 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓可滴定酸含量的影響Fig.6 Effect of chitosan essential oil composite film on titratable acid content of blueberry

2.8 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓VC 含量的影響

VC 不僅是藍莓中重要的營養成分，也是衡量其新鮮程度的一個重要指標，VC 在貯藏過程中被氧化分解。如圖7所示，經過復合膜處理的藍莓在貯藏后期VC 含量相對較高，其中CA 膜處理的藍莓在貯藏20 d 時維生素含量最高，為0.069 1 mg/100 mg，相對于CK 組提高了11.45%。一方面可能是因為精油的主要成分為醛類化合物，具有還原性，可以減緩VC 的氧化；另一方面原因是精油中的化學成分可減緩藍莓中明膠層和纖維素的分解，且熏蒸后使果實內部形成低氧環境，抑制VC的氧化[13]。

圖7 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓VC 含量的影響Fig.7 Effect of chitosan essential oil composite film on vitamin C content of blueberry

2.9 殼聚糖抑菌復合膜對藍莓花青素含量的影響

花青素是藍莓主要組成成分，藍莓的保鮮效果對其含量影響顯著。采摘后的藍莓有著后熟過程，其花青素合成的含量大于被分解消耗的含量，使花青素含量有所增加[20]。到貯藏后期，果實中花青素分解消耗量又大于合成量，使花青素含量有所降低。由圖8 可知，除CK 組外，其他處理組花青素含量都呈先上升后下降的趨勢。使用復合膜處理的藍莓花青素含量使用高于空白對照組，其中CA 膜處理組花青素含量最高，在貯藏20 d 時，CA 膜處理組的花青素含量為0.27 U，相對于CK 組提高了85.19%，可見抑菌包裝對延緩藍莓中活性成分的損失起到了重要作用。百里香酚具有抑菌性和抗氧化性，其一方面可以有效地抑制微生物對藍莓表皮的侵害，另一方面可以延緩藍莓衰老，因此其花青素含量相對對照組變化較為平緩[21]。

圖8 殼聚糖精油復合膜對藍莓花青素含量的影響Fig.8 Effect of chitosan essential oil composite film on cyanidin content of blueberry

3 小結

乳化劑對復合膜的物理性能有一定的影響，添加乳化劑增加復合膜的厚度和水蒸氣透過率。隨著乳化劑HLB 值的增加，復合膜的膨脹程度和水溶性增加，但是添加阿拉伯膠的復合膜膨脹程度和水溶性反而降低。殼聚糖抑菌復合膜處理的藍莓相比空白對照，質地、色澤、風味、新鮮度等保鮮效果有了明顯的提升。其中添加阿拉伯膠的復合膜保鮮效果最好，表皮堅硬程度持續時間長，失重率和腐爛率較低，營養成分也不易流失。本研究獲得了一種安全有效的保鮮方法，為殼聚糖抑菌復合膜對藍莓的保鮮應用提供了參考。