殼聚糖和納米ZnO復合涂膜對冬棗黑斑病抗病性的影響

摘 要：為了研究不同粒徑的納米ZnO與殼聚糖（Chitosan，CTS）復合涂膜對采后冬棗黑斑病的抗病作用及機理，分別對新鮮冬棗進行涂膜處理，再接種鏈格孢菌，測定冬棗的果實品質指標、抗病物質含量、抗氧化能力以及抗病相關酶活性的變化。結果表明，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組實驗效果最佳，可延緩冬棗果實病斑直徑的擴展，抑制呼吸強度上升，降低失重率和轉紅率；抑制總酚、黃酮等抗氧化物質含量的降低，提高冬棗的還原力和DPPH自由基清除能力，而且超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶活性也得到了提高。因此，納米ZnO與CTS復合涂膜處理通過誘導抗病相關酶活性，維持果實細胞膜結構的穩定，進而增強冬棗采后抗病性，從而延緩黑斑病的發生。

關鍵詞：冬棗；殼聚糖；納米ZnO；復合涂膜；抗病性

中圖分類號：TS255.3 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）05-0033-07

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.05.006

Effect of Composite Coating Film of Chitosan and Nanometer ZnO

on the Resistance of Black Spot Disease of Winter Jujube

YANG Chao， XIAO Nan， FENG Qiyuan， LU Zishuai， WANG Kexin， WANG Shuqing，

MIAO Yutong， ZHANG Shaoying*

（College of Food Science， Shanxi Normal University， Taiyuan 030000， China）

Abstract： In order to study the anti-disease effect and mechanism of the composite coating film of nano ZnO and chitosan （CTS） with different particle sizes on the black spot disease of post-harvest winter jujube， fresh winter jujube was subjected to coating treatments， and then inoculated with Altrenaria alternata. By determining the changes in fruit quality indexes， content of disease-resistant substances， and activities of disease-resistant related enzymes of winter jujube， we explored the optimal particle size of nano-ZnO for suppressing the black spot disease at the same concentration of CTS. The results showed that the composite coating treatment of nano-ZnO and CTS could delay the expansion of the diameter of the fruit spot of winter jujube， inhibit the rise of respiratory intensity， and reduce the rate of weight loss and spoilage. Moreover， the composite coating treatment of nano-ZnO and CTS could inhibit the decrease of the content of polyphenols， flavonoids and other antioxidant substances， and improve the reducing power and the scavenging ability of DPPH radicals in winter jujube， and it could also increase the activities of superoxide dismutase， catalase and ascorbate peroxidase activities， of which the 0.2% ≤100 nm nano ZnO composite 1% CTS treatment group had the best experimental effect. Therefore， it was believed that the composite coating treatment of nano-ZnO and CTS maintained the stabilization of fruit cell membrane structure by inducing the activities of disease-resistance-related enzymes， which in turn enhanced the disease resistance of jujube after harvesting， thus delaying the occurrence of black spot disease.

Keywords： Jujube; chitosan; nano-ZnO; composite coating; disease resistance

冬棗（Ziziphus jujuba Mill. cv. Dongzao）主產于我國華北地區，因其皮薄肉脆、甘甜可口、營養豐富而廣受消費者喜愛[1]。冬棗含水量高，采后貯藏期間呼吸代謝強，易受外界微生物等因素的影響[1-2]，有可能出現由鏈格孢菌引起的黑斑病，導致冬棗腐爛，品質下降，商品價值降低，造成經濟損失[3]。因此，防治黑斑病是冬棗采后防腐保鮮的主要任務。目前，冬棗保鮮方法主要有物理保鮮、化學保鮮、生物保鮮等[4]。其中生物可降解涂膜保鮮技術是利用生物可降解化學材料進行果蔬保鮮，這種高分子材料在不同微生物作用下可以降解為小分子氧化物[5]，在果蔬保鮮領域具有很大的應用潛力和研究價值。

納米ZnO是一種新型功能性納米材料，與傳統ZnO相比，具有比表面積大、化學性高、產品粒度為納米級等特點[6]；具有很強的抑菌效果，用于食品的保鮮也有報道[7]。納米ZnO可以通過粒子釋放離子，激發活性氧和直接接觸破壞的方式對微生物的細胞生長產生抑制作用[8]。而不同粒徑的納米ZnO對果蔬保鮮效果的研究還不多見。殼聚糖（CTS）作為一種安全無毒、可生物降解的多糖，是自然界僅次于纖維素的最豐富的天然高分子材料，在果蔬貯藏中也得到了廣泛的應用[9-10]。

在對CTS涂膜的研究和應用中發現，CTS作為涂膜劑仍存在一些問題，如CTS膜的強度、韌性不夠，透水率高[11]。CTS膜中添加納米材料可以使CTS膜的力學性能、保濕性和抗菌性能等得到提高和改善，增強CTS復合膜的果蔬保鮮效果[12]。然而不同粒徑的納米ZnO復合CTS處理對冬棗采后黑斑病的作用研究還未見報道。本試驗通過研究不同粒徑的納米ZnO復合CTS涂膜結合鏈格孢菌接種處理采后冬棗，探討涂膜處理對冬棗采后的抗病作用，為進一步了解不同粒徑的納米ZnO復合CTS涂膜處理在果蔬采后抗病中的作用機理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沾化冬棗，采摘于山西省臨汾市堯都區冬棗種植基地。

水溶性殼聚糖，山東奧康科技公司；納米ZnO：30±10 nm、50±10 nm、≤100 nm，山東奧康科技公司；鏈格孢菌（Altrenaria alternata），北納生物有限公司，福林酚試劑（1 mol/L）、DPPH，上海源葉生物科技有限公司；Na2CO3，天津市登峰化學試劑廠；NaNO2、Al（NO3）3，天津市科密歐化學試劑有限公司；H2O2，天津市風船化學試劑科技有限公司；NaOH，西隴化學試劑有限公司，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

MDF-U53V超低溫冰箱，日本三洋集團；IMS-40全自動雪花制冰機，常熟市雪科電器有限公司；752N紫外可見分光光度計，上海棱光技術有限公司；CP214電子天平，常州奧豪斯儀器有限公司；H1850R臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；LH199235折光儀，儀斯特電子有限公司；GY-4硬度計，樂清市愛德堡儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 CTS涂膜制備

稱取10 g CTS溶解于蒸餾水溶液，勻速攪拌15 min，溶液質地要均勻分散，定容至1 L，配制得到1%的CTS溶液，備用。

1.3.2 不同粒徑納米ZnO涂膜制備

不同粒徑的納米ZnO粉末分別稱取2 g，充分溶解在蒸餾水中，勻速攪拌15 min，使溶液均勻分散，定容至1 L，制得0.2%的納米ZnO溶液，備用。

1.3.3 復合膜制備

將兩種涂膜劑按照1∶1混合配制，備用。

1.3.4 果實采后接種和接種損傷

選取成熟度相同、大小顏色均一、飽滿結實、無病蟲害、無微生物感染、無其他機械損傷的新鮮冬棗進行試驗。經過次氯酸鈉（2%）消毒浸泡2 min，自來水沖洗干凈，將果實分為五組：蒸餾水處理組、1% CTS涂膜處理組、0.2% 30±10 nm納米ZnO＋1% CTS涂膜處理組、0.2% 50±10 nm納米ZnO＋1% CTS涂膜處理組、0.2% ≤100 nm納米ZnO＋1% CTS涂膜處理組。

將冬棗浸泡于四種涂膜液中2 min，隨后取出自然晾干，裝于保鮮袋密封防止污染，于室溫（26 ℃）、相對濕度（90%）下貯藏24 h。貯藏結束后用酒精（75%）進行噴灑消毒，之后用直徑為3 mm的打孔器在棗果實中部打一個直徑3 mm、深度2 mm的孔，隨后取5 μL配置好的鏈格孢菌孢子懸浮液（1×105 CFU/mL）接種于孔內。接種后裝入保鮮盒中用聚乙烯薄膜封口于室溫（26 ℃）、相對濕度（90%）下貯藏。每3 d取一次樣。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 病斑直徑

參照Gong等[13]的方法，采用十字交叉法測量冬棗的病斑直徑。

1.4.2 轉紅率

參照張靜茹[14]的方法

1.4.3 失重率

參照Tang等[15]的方法。

1.4.4 硬度

參照Tang等[15]的方法。

1.4.5 可溶性固形物

參照Fan等[16]的方法。

1.4.6 呼吸強度

參照Tang等[15]的方法，略有修改。準確稱取1 kg冬棗，放到密閉的容器，在陰涼的室內放1 h后，用氣體分析儀測定密閉容器中CO2濃度。

1.4.7 總酚含量

參考Fan等[16]的方法。

1.4.8 黃酮含量

參考武繼蕓[17]的方法。

1.4.9 DPPH自由基清除率

參照Sharma等[18]的方法。

1.4.10 SOD活性

參照曹建康等[19]的方法。

1.4.11 CAT活性

參照曹建康等[19]的方法并作修改。酶液的提取方法與SOD相同。0.1 mL酶液與2.9 mL、20 mmol/L H2O2溶液混合反應。以蒸餾水調零，于560 nm處測定吸光值。

1.4.12 APX活性

參照曹建康等[19]的方法。

1.5 數據處理

使用Excel 2019記錄整理數據，使用SPSS處理數據并進行Duncan's顯著性差異分析，使用Origin 2021繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同處理對冬棗的貯藏品質的影響

2.1.1 不同處理對冬棗外觀的影響

由圖1可知，冬棗在貯藏期間，各處理組的病斑直徑均有明顯變化，對照組皺縮明顯。與對照組相比，納米ZnO復合CTS處理組轉紅和病斑直徑變化小。貯藏8 d，0.2%≤100 nm納米ZnO＋1% CTS處理組的冬棗病斑明顯小于其他處理組。貯藏16 d，對照組轉紅程度高，且病斑擴展范圍大，而其他處理組變化較小，尤其是0.2%≤100 nm納米ZnO＋1% CTS處理組的效果優于其他處理組。說明復合處理能較好地保持冬棗色澤，延緩果實的腐爛。

2.1.2 不同處理對冬棗病斑直徑和轉紅率的影響

由圖2A可知，冬棗的病斑直徑呈現先急速增加后趨于平緩的變化趨勢。

貯藏7 d后，其他處理組的病斑直徑均顯著低于對照組（P＜0.05）。在貯藏7 d后，0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理和0.2% ≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的轉紅率小于對照組和CTS處理組（圖2B），尤其是在11、15 d（P＜0.05）。而0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組抑制病斑擴散的效果明顯優于其他處理組，轉紅率變化最小，更耐貯存。

2.1.3 不同處理對冬棗失重率和硬度的影響

由圖3A可知，各處理組的失重率都呈現上升的趨勢，貯藏3 d開始，明顯看到納米ZnO復合CTS處理的失重率低于對照組（P＜0.05），原因可能是納米ZnO涂膜阻止水分散失，納米ZnO復合CTS處理較好地改善了CTS膜的透水性。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的失重率最低。由圖3B可知，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的硬度顯著高于其他處理組，15 d后下降趨勢變緩。

2.2 不同處理對冬棗營養品質和活性物質的影響

2.2.1 不同處理對可溶性固形物含量和呼吸強度的影響

如圖4A所示，可溶性固形物含量總體呈現先上升后下降的趨勢，貯藏7 d開始，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的可溶性固形物含量顯著高于其他處理組。在貯藏15 d，各組都出現峰值。

從圖4B可以看出，隨著貯藏時間的延長，呼吸強度呈現先上升后下降的趨勢。從貯藏7 d開始，與對照組相比，其他處理組的呼吸強度均有明顯降低。第11天，各個處理組的呼吸強度均出現最大值。11～15 d呼吸強度呈現急速下降趨勢，15 d后，各處理組的呼吸強度趨于平緩?？傮w來看，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組效果最佳，能夠在很大程度上抑制可溶性固形物含量和呼吸強度的降低，減少果實的腐爛。

2.2.2 不同處理對冬棗總酚和黃酮的影響

由圖5A可知，冬棗的總酚含量在貯藏期間有明顯的趨勢變化。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組、0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理組與其他處理組差異顯著，而且比其他處理組總酚含量高。

如圖5B所示，在整個貯藏過程中黃酮含量呈先下降后上升的趨勢，在0～3 d時，對照組下降得最快。從第3天開始CTS涂膜處理和納米ZnO復合CTS涂膜處理其黃酮含量都顯著高于對照組。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的黃酮含量在11 d達到峰值且與其他處理組有明顯差異，其黃酮含量是對照組的1.40倍，是1% CTS處理組的1.07倍。

2.3 不同處理對抗氧化性和抗氧化酶活性影響

由圖6A可知，在貯藏期間冬棗的DPPH自由基清除能力呈現先上升后下降的變化趨勢。從整個貯藏過程可以看出，對照組的DPPH自由基清除能力一直低于其他處理組（P＜0.05）。貯藏前11 d，對照組與其他涂膜處理組抗氧化能力都呈上升趨勢，11 d各組均達到峰值，此時0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組抗氧化能力比對照組和1% CTS處理組分別高9.00%和2.00%。11 d后處理組的抗氧化活性下降，與總酚、黃酮等抗氧化物質逐漸減少有關。在貯藏11～19 d，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組下降趨勢低于其他處理組。

在貯藏期間，冬棗果肉的SOD活性如圖6B可知，呈現先上升后下降的變化趨勢。與對照組相比，CTS處理可顯著提升SOD活性，而0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理組和0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的SOD活性要顯著優于1% CTS處理組（P＜0.05）。貯藏7 d，1% CTS處理組、0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理組、0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的SOD活性達到峰值，分別比對照組高出58.3%、66.9%和74.4%。從7 d開始至貯藏后期，可以明顯看出0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的SOD活性優于其他四組處理。

由圖6C可知，隨著冬棗轉紅，酶活性不斷下降，冬棗果肉CAT活性總體呈下降趨勢。從11 d開始，可以看到0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理組和0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組酶活性下降速度變慢，酶活性顯著高于對照組和1% CTS處理組（P＜0.05），此時0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的CAT活性比對照組高87.3%，比1% CTS處理組高43.6%。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組CAT活性一直處于較高水平，抑制了冬棗的氧化。

冬棗APX活性如圖6D所示，各處理組都呈現下降的變化趨勢。3～7 d，各處理組的APX活性下降趨勢最快，11 d之后，APX活性下降趨于緩慢。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組、0.2% 30±10 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的APX活性與其他處理組有顯著差異，其中0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的APX活性比對照組和1% CTS處理組分別高出84.79%、34.26%。

綜上所述，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理，提高了冬棗的抗氧化酶的活性，延緩了冬棗的腐爛。

3 結論

用不同粒徑的納米ZnO與CTS復合涂膜液處理冬棗，結果顯示，0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理組的效果最佳。0.2%≤100 nm納米ZnO復合1% CTS處理能有效抑制冬棗營養成分的損失和抗氧化酶活性的下降，提高果實的抗氧化能力。因此，CTS復合納米ZnO涂膜處理可應用于冬棗涂膜保鮮，實操性強、成分安全，可作為采后冬棗保鮮的有效手段。

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收稿日期：2023-12-23

基金項目：山西省應用基礎研究計劃項目（20210302123329、202203021211254）

第一作者簡介：楊超（1998—），女，在讀碩士，研究方向為果蔬貯藏與加工

*通信作者簡介：張少穎（1977—），女，教授，博士，主要從事果蔬貯藏與加工方面工作