復合涂膜對鮮切芹菜的保鮮效果

孔倩倩，陳曉曉，張建華*，鐘耀廣*

1.上海海洋大學食品學院 （上海 201306）；2.上海交通大學農業與生物學院 （上海200240）

芹菜經過機械切割后組織被破壞，呼吸作用會加速，內源性酶類活性增加，造成切面褐變加重。同時，貯藏期間的失水會導致細胞組織膨壓降低，組織萎蔫，鮮切芹菜（fresh-cut celery，FCC）葉柄膜脂的過氧化加劇，葉柄的衰老加速[1]。因此如何保持FCC的品質是需要解決的問題。

FCC貯藏保鮮方法主要有氣調包裝[2]、臭氧清洗[3]、茉莉酸甲酯處理[4]等，但這些方法均具有一定局限性，如臭氧容易使蔬菜脫色，氣調包裝和臭氧的設備成本高，茉莉酸甲酯的保鮮效果不佳等。涂膜保鮮劑以可食性生物大分子為基質，添加抑菌劑、抗氧化劑、抗褐變劑等配制而成，經浸涂、噴涂，可在鮮切果蔬表面形成光滑透明的保護屏障，降低其水分流失速度，并維持較低水平的氧氣濃度，抑制呼吸作用、褐變和微生物的生長繁殖，減少質量損失[8]。

涂膜保鮮劑一般為脂類、多糖或蛋白質。脂類涂膜可減少水分流失，但會導致氣體透過率低，產生厭氧條件；蛋白質類涂膜具有良好的成膜性，但不能阻止水蒸氣的擴散；多糖類涂膜易粘附在果蔬表面[9]，具有成膜性好、來源廣泛等優勢。

海藻酸鈉（sodium alginate，SA）無毒性，具有生物黏附性、生物降解性及良好的親水性和凝膠特性，可以吸收外界水分，避免果蔬水分蒸發。研究發現SA復合涂膜處理可提高鮮切芒果等果蔬的抗氧化能力，抑制褐變，維持果蔬的新鮮度[10-11]。但單一的SA涂膜的拉伸強度、韌性和阻水性等較差，為提高保鮮效果，可與其他材料進行復配。

ε-聚賴氨酸（ε-polylysine，ε-PL）是一種天然食品添加劑，對細菌和真菌有較好的抑制作用，安全性能高，水溶性好[12]，我國已批準用于果蔬的保鮮。ε-PL與SA有很好的相容性，通過兩者間的分子相互作用，可增強膜的阻濕性能及抑菌性能[13]。

氯化鈣可與SA發生螯合反應，增強復合膜的機械強度，同時CaCl2可與細胞壁多糖交聯構成離子鍵，維持細胞壁結構，也可與磷脂、蛋白質羥基和磷酸鹽橋接進而增強膜穩定性，減少酚類物質與多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的接觸，提高抗氧化能力，延緩褐變發生[14]。

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是一種小分子滲透調節物質，可降低細胞質內的滲透壓，減少細胞水分流失[15]。外源GABA處理可促進內源性GABA和多胺的積累，從而使乙烯合成代謝受阻，延緩果蔬衰老。另外，Ca2+可調控果蔬中鈣調蛋白復合體的形成，促進內源GABA的積累[16]。

復合保鮮劑對鮮切產品的保鮮效果可能比單獨使用的效果好[17]。此次研究對FCC貯藏期間的生理變化進行分析，通過單因素試驗和響應面試驗確定復合保鮮劑的最佳配比，并探究復合涂膜處理對FCC的保鮮效果及作用機制，為FCC貯藏保鮮提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

新鮮香芹（上海揚升農副產品合作社）；SA、GABA（上海鑫泰實業有限公司）；ε-PL（浙江新銀象生物工程有限公司）；CaCl2（國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 主要儀器與設備

CPA124S型分析天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；DS-351ODT11型數控超聲波清洗機（寧波新芝生物科技有限公司）；DGG-9203AD型鼓風干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司）；DF-II型集熱式磁力加熱攪拌器（上海比朗儀器有限公司）；MASTER-α型手持折射儀（日本Atago公司）；SLFPTAD型酶標儀（美國伯騰儀器有限公司）；UV-1100紫外可見分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品預處理

芹菜采摘后裝入泡沫箱運送至實驗室，選取粗細均勻，無病蟲害和機械損傷的芹菜，洗凈。將綠葉、根部和受損的莖部去掉，其余葉柄部分用鋒利的不銹鋼刀切成5 cm的小段，每組600 g。

1.3.2 溶液的配制

SA溶液：分別稱取一定質量的SA粉末，將其緩慢加入500 mL蒸餾水中，置于磁力攪拌器上，轉速1400 r/min，于60 ℃攪拌30 min后取出，并超聲脫氣20 min，配制成濃度為0.05%，0.15%，0.25%，0.35%和0.45%的溶液，備用。

ε-PL溶液：將一定質量的ε-PL粉末加入500 mL蒸餾水中溶解，配制成濃度為0，0.02%，0.04%，0.06%和0.08%的溶液，備用。

CaCl2溶液：將一定質量的CaCl2粉末加入500 mL蒸餾水中溶解，配制成濃度為0，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的溶液，備用。

GABA溶液：將一定質量GABA粉末分別倒入500 mL蒸餾水中溶解，配制濃度為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%的溶液，備用。

1.3.3 單因素試驗

將FCC放入配制好的保鮮劑中浸泡2 min。瀝干后放入聚乙烯保鮮袋中，在4 ℃條件下貯藏8 d取出，測定失重率、褐變指數和可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量。

1.3.4 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，選取4種保鮮劑的較優濃度，設計四因素三水平的響應面模型方案，以4種保鮮劑的濃度為自變量，失重率為響應值，篩選FCC復合涂膜保鮮劑的最佳復配比，試驗因素和水平見表1。

表1 響應面試驗因素、水平表 單位：%

1.3.5 復合涂膜對鮮切芹菜保鮮效果

以響應面優化所得最佳條件，按1.2.3的方法處理FCC，將處理后的樣品放置于聚乙烯保鮮袋內，所有樣品均放置于4 ℃下，在開始貯藏的第0，第2，第4，第6，第8，第10和第12天取樣檢測。

1.3.6 指標測定

1.3.6.1 褐變指數的測定

參照Zhan等[18]的方法，根據切面褐變面積占總切面面積的比例將褐變分為5個等級：0=無褐變，1=有褐變斑點，2=輕度褐變（＜1/5），3=中度褐變（1/5～1/3），4=嚴重褐變（1/～1/2），5=完全褐變（＞1/2）。褐變指數（BI）按式（1）計算。

1.3.6.2 失重率的測定

采用稱重法。每個試驗組取20根芹菜，新鮮FCC初始質量記為m0，相同FCC低溫貯藏8 d再次稱重，記為m。失重率按式（2）計算。

1.3.6.3 TSS含量的測定

稱取10 g的FCC，磨碎，用4層紗布過濾出汁液，收集在燒杯中，將汁液滴于折光儀上進行讀數，結果以%表示。

1.3.6.4 硬度的測定

參照葉宏宇等[19]的方法。選用直徑5 mm的P5探針，壓力載荷1 kg。測定條件：壓縮模式，測前、測中、測后速度均為1 mm/s，壓縮30%，取每段芹菜的中間部位測定其硬度。

1.3.6.5 VC含量的測定

按南京建成生物工程研究所試劑盒說明書進行測定。

1.3.6.6 PPO活性的測定

參考王凱晨等[20]的方法，以1 min內吸光度ΔA變化0.01所需的酶量為1個酶活力單位（U/min），結果以ΔOD/（min·g）表示。

1.3.6.7 相對電導率的測定

參照李君蘭等[21]的方法并略作修改。每組取5 g粗細基本一致芹菜莖樣品，用打孔器制成厚薄均勻、大小一致的薄片，用蒸餾水充分清洗3次，以去除表面殘留液。用潔凈濾紙拭干芹菜薄片表面水分，在40 mL蒸餾水中靜置10 min，測定電導率C1，煮沸10 min后再次測定電導率C0，相對電導率按式（3）計算。

1.3.6.8 丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的測定

參考馬超等[22]的方法，采用硫代巴比妥酸法測定，結果以μmol/g表示。

1.4 數據處理

采用Excel 2021進行統計分析，Origin 2018軟件作圖，SPSS 22.0軟件檢驗差異顯著性，P＜0.05表示差異顯著，響應面優化試驗采用Design Expert 8軟件進行回歸分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

新鮮芹菜切割后，組織結構被破壞，使代謝活動加快，呼吸作用加強，引起酶促褐變，造成水分和營養物質大量流失，質量逐漸減少，FCC萎蔫皺縮，因此失重率和褐變指數可作為評定FCC品質的指標。TSS含量是檢測果蔬貯藏效果的重要指標，其值越高，食用品質越好[24]。

不同濃度SA、ε-PL、CaCl2和GABA對FCC失重率、TSS含量和褐變指數的影響如圖1所示。隨著4種保鮮劑濃度的增大，失重率和褐變指數均呈現先迅速降低后上升趨勢，TSS則相反。SA濃度0.25%時，FCC的3個指標分別達到最高或最低，可能是由于過高濃度的SA使分子交聯更緊密，涂膜厚度增大，造成FCC內部發生無氧呼吸，加速其成熟腐敗[25]。張春潔等[26]研究表明0.25%的SA處理對鮮切蓮藕護色效果最好。

圖1 不同濃度的4種保鮮劑對FCC失重率、褐變指數、TSS的影響

ε-PL濃度0.04%時，失重率和TSS含量與對照組差異顯著（P＜0.05），可能是由于ε-PL有效抑制FCC表面微生物的生長繁殖，減少營養物質的消耗[27]。魏奇等[28]用ε-PL處理雙孢蘑菇，提高了其硬度和持水性，并延緩了褐變，且濃度的影響趨勢與此次試驗結果類似。

CaCl2濃度1%時，FCC失重率最低，為3.394%，TSS最高，為3.3%，抑制褐變的效果較好，且3個指標均與其他濃度處理組差異顯著（P＜0.05）。祝競芳等[29]研究發現用1% CaCl2處理的鮮切萵苣，不僅失重率和褐變指數在整個貯藏期間均保持最低水平，減緩營養物質的消耗，還可以保持較好的色澤和外觀。

2%的GABA溶液處理組的失重率、褐變指數和TSS含量分別為5.26%，1.67和2.87%，在各濃度處理組中效果最為顯著。Liang等[30]發現外源GABA處理可使鮮切南瓜保持較低的活性氧含量、較高的抗氧化酶活性，并促進內源GABA產生，減緩氧化損傷。

2.2 復合涂膜保鮮劑最佳配方的篩選

2.2.1 響應面試驗設計方案及試驗結果

基于單因素試驗結果，失重率、褐變指數、TSS這3個指標的變化規律有良好的相關性（P＜0.000 1）。因此，以失重率為響應值，選取效果較好的保鮮劑濃度，應用Box-Behnken中心組合原理設計四因素三水平響應面模型方案，對復合涂膜保鮮劑濃度進行優化。試驗方案及FCC貯藏8 d的失重率結果見表2。

表2 響應曲面優化試驗設計與結果 單位：%

各試驗因素對響應值的影響可表示為Y=3.06-0.3A-0.13B-0.18C-0.11D+0.29AB-0.18AC+0.052AD+0.21BC-0.1BD+0.13CD+0.59A2+0.61B2+0.36C2+0.65D2。

2.2.2 多元回歸模型分析

響應面分析模型的方差分析如表3所示。試驗選用的模型極顯著（P＜0.000 1）。該模型的失擬項P值為0.112 3，大于0.05，決定系數R2為0.966 1，校正決定系數Radj2為0.932 3，說明模型與試驗擬合良好。模型的變異系數（C.V.）為3.57%，值較小，說明試驗穩定性較好，操作可信。

表3 模型及回歸系數的分析結果

另外，該回歸方程的一次項A、B、C差異極顯著，D差異顯著，交互項AB差異極顯著，AC、BC差異顯著。A、B、C、D的F值分別為52.51，10.47，18.8和7.22，各因素對FCC失重率的影響次序為A＞C＞B＞D。

2.2.3 交互作用分析

兩因素交互作用對FCC失重率的影響如圖2所示。圖2（A）為SA和ε-PL的交互作用情況，其響應面坡度較陡，等高線呈橢圓形，表明兩者交互作用顯著[31]。同時失重率隨SA變化的坡度大于ε-PL，說明前者對失重率的影響大于后者，SA濃度0.2%～0.35%、ε-PL濃度0.03%～0.05%時，失重率最小。

圖2 兩因素交互作用對FCC失重率的影響

由圖2（B）得知，失重率隨SA濃度增加呈先降后升趨勢，說明SA和CaCl2的交互作用較顯著。失重率隨SA變化的坡度大于CaCl2，說明其對失重率的影響大于后者，在SA濃度0.25%～0.30%、CaCl2濃度0.9%～1.3%時，失重率最小。

由圖2（C）可知，CaCl2濃度較低時，隨著ε-PL濃度增加，失重率先降低后緩慢增加，說明兩者的交互作用較顯著。失重率隨ε-PL濃度的變化坡度大于CaCl2，說明ε-PL濃度對失重率的影響更大，在CaCl2濃度0.9%～1.3%、ε-PL濃度0.03%～0.05%時，失重率最小。

2.2.4 最優條件的確定

根據回歸方程模型，得到FCC復合涂膜保鮮劑的最佳配方，即0.28% SA、0.04%ε-PL、1.16% CaCl2和2.02% GABA，在此條件下預測的失重率為2.99%。選取此條件進行驗證，FCC失重率為2.96%±0.11%，預測值與試驗值吻合度為98.96%，誤差在5%以內，說明該模型可較準確反映復合涂膜對FCC的保鮮效果。

2.3 復合涂膜處理對FCC保鮮效果的研究

2.3.1 復合涂膜處理對FCC失重率、TSS、VC和呼吸強度的影響

復合涂膜處理對失重率、TSS、VC和呼吸強度的影響如圖3所示。由圖3（A）可知，隨著貯藏時間的延長，FCC失重率逐步上升，復合涂膜保鮮劑組（PH組）與CK組差異顯著（P＜0.05），PH組第9天的失重率與CK組第6天接近，這可能是由于SA具有吸水性，同時外源GABA可以調節內源GABA代謝，降低細胞質的滲透壓，減少水分流失[32]。

圖3 復合涂膜處理對失重率（A）、TSS（B）和VC（C）的影響

由圖3（B）可知，貯藏過程中各組FCC的TSS含量呈下降趨勢，PH組第10天的值與CK組第6天接近，表明添加復合涂膜保鮮劑可以較好地保持FCC的營養品質。

VC含量越高，表明蔬菜越新鮮，蔬菜的營養品質也更佳[33]。如圖3（C）所示，貯藏期間VC含量逐漸下降，第6天后，各組間均差異顯著（P＜0.05），PH組第9天的VC含量與CK組第6天接近。

2.3.2 復合涂膜處理對FCC褐變指數和PPO活性的影響

PPO能催化多種酚類物質氧化成醌類化合物，醌聚合并與細胞內氨基酸反應，產生黑色素沉淀[34]。復合涂膜處理對褐變指數和PPO活性的影響如圖4所示。在整個貯藏過程中，前6 d各組的褐變指數和PPO活性變化緩慢，之后快速上升。第8天CK組切面褐變及腐敗程度已較嚴重，可能是由于復合涂膜中的CaCl2具有抗氧化和護色作用，PH組的褐變指數變化較慢，第10天的值介于CK組第6～第8天之間。

圖4 復合涂膜處理對褐變指數（A）和PPO（B）的影響

2.3.3 復合涂膜處理對FCC硬度、相對電導率和MDA含量的影響

硬度是衡量蔬菜質地的指標，可間接反映蔬菜的成熟度和腐爛程度；相對電導率越大，則電解質的滲漏量越多，細胞膜受害程度越重；MDA含量則表示細胞膜脂過氧化的程度。復合涂膜處理對硬度、相對電導率和MDA含量的影響如圖5所示。由圖5（A）可知，第10天，PH組的硬度介于CK組第6～第8天之間，這表明PH處理可以延緩其軟化。

圖5 復合涂膜處理對硬度（A）、相對電導率（B）和MDA（C）的影響

如圖5（B）所示，第12天PH組的相對電導率顯著低于CK組（P＜0.05），表明復合涂膜處理可有效減緩FCC細胞膜滲透性的增大，延緩老化現象的發生，這可能是因為復合涂膜中的Ca2+可與FCC中的果膠酸形成果膠酸鈣，維持了FCC細胞膜結構的穩定性[14]。

由圖5（C）可知，PH組第12天的MDA含量略低于CK組第8天，這說明PH處理可以抑制FCC膜脂損傷，降低貯藏期MDA含量的增長。

綜上，通過對保鮮指標進行分析，結果發現在貯藏6 d后，CK組的VC、TSS含量下降速率開始加快，失重率、褐變指數、相對電導率和MDA含量的上升幅度也開始增大，結合感官評價結果（數據未顯示），表明CK組的貯藏期為6～8 d。PH組第12天的各項指標分別接近或優于CK組第8天的對應值，表明復合涂膜聯合處理可將FCC的貯藏時間延長3～4 d。

3 結論

通過單因素試驗和響應面試驗，確定復合涂膜的最優配比，即0.28% SA、0.04%ε-PL、1.16% CaCl2和2.02% GABA。該涂膜處理的FCC貯藏8 d的失重率為2.96%。復合涂膜處理可減少水分和營養物質（VC和TSS等）的消耗，維持較好的細胞結構，進而抑制FCC相對電導率的升高，減輕細胞膜的受害程度，減少MDA含量的累積。同時復合涂膜處理可有效抑制PPO活性，減輕褐變程度，較好維持FCC的品質。通過對不同處理FCC貯藏期間的失重率、TSS、VC、硬度和MDA等保鮮指標進行分析，結果發現CK組的保質期為6 d，復合涂膜處理可將FCC的貯藏時間延長3～4 d。