普鲁兰多糖复合液涂膜对荔枝采后保鲜效果评价

孙钦菊,李坚斌,张若璇,刘 鑫,刘继栋,2,*

(1.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004; 2.广西甘蔗产业协同创新中心,广西南宁 530004)

荔枝(LitchichinensisSonn)属亚热带水果,因其果实口感细腻、营养丰富、果味独特且具有较高的药用价值和保健功能[1],为国内外广大消费者所钟爱。由于荔枝果皮中含有大量的多酚氧化酶,果实采摘后果皮极易褐变,降低了其商品价值及贮存周期。此外,荔枝采摘、运输过程中果皮表面也常因摩擦、碰撞等而损伤,极易滋生微生物,从而对荔枝的贮藏保鲜产生不利影响[2-3]。据统计,每年荔枝因腐烂变质而造成的损失约占总产量的25%以上[4]。

为解决荔枝果实贮藏保鲜的难题,学者研究了荔枝采后生理品质变化规律及贮藏保鲜技术,迄今已有多种保鲜方法问世。当前应用最多的荔枝保鲜方法为化学保鲜法,但化学试剂残留威胁环境及人体健康。因此,开发低成本、安全可食性的涂膜保鲜剂成为荔枝保鲜领域的研究热点之一[5]。壳聚糖因其来源广泛,分子量大,具有良好的成膜性、抑菌性、预防高血压和吸附重金属等功效,被学者广泛关注并应用于食品保鲜、医药、环保等诸多领域[6]。Kumari等[7]研究发现,荔枝果实经2%壳聚糖和1.0 mmol/L水杨酸组合处理,能有效抑制果皮褐变的发生,降低果实腐烂率;Liu等[8]研究表明,荔枝贮藏过程中,壳聚糖和柠檬酸复合涂膜可以延缓果皮褐变,延长果实保质期。然而,由于壳聚糖分子间和分子内的氢键作用,导致其水溶性较差,需与酸结合使其成膜,易出现局部酸度过大加速褐变的现象,因而在果蔬保鲜方面存在其局限性[9]。

普鲁兰多糖水溶液成膜性好,制成的薄膜透明性高、保湿性强、光泽性好、有选择透过性,可以使果皮处于低氧和高二氧化碳自发调节的微气调环境[10],因而具有较好的涂膜保鲜特征。然而,普鲁兰多糖的抗湿性较差,制得的薄膜柔软度不高[11],为了改善其薄膜性能,学者研究发现加入多糖、蛋白质、淀粉和增塑剂等可以有效提高其成膜效率[12]。目前,普鲁兰多糖成膜液已用于苹果、草莓、水蜜桃等果蔬的贮藏保鲜。马赛箭等[13]以普鲁兰多糖作为成膜剂,复配羧甲基纤维素钠和蔗糖酯制备涂膜液,对苹果进行保鲜,可有效阻止果实腐烂,减少维生素C损失。张芸等[14]的研究表明,以普鲁兰多糖、明胶和壳聚糖复合液涂膜保鲜草莓,可降低其失重率、烂果率并延长贮存期。崔志宽等[15]发现常温下采用2%普鲁兰多糖复合液涂膜处理凤凰水蜜桃,可有效提高好果率。Gounga等[16]提出用普鲁兰多糖和乳清分离蛋白混合液涂膜新鲜栗子,可以防止水分丧失并延缓其表皮颜色变化,从而达到保鲜效果。由此表明,普鲁兰多糖复合液于果蔬保鲜方面存在巨大的发展潜力,但目前在荔枝保鲜方面还鲜有介绍。

普鲁兰多糖、海藻酸钠以及羧甲基纤维素钠均为生物大分子物质,分子之间相互缠绕且存在氢键作用,易形成致密的网状结构,其具有较好的阻氧性和较大的抗拉强度[12]。纳他霉素(Natamycin)是一种多烯烃大环内酯类抗菌剂,能有效抑制真菌生长,已被美国、中国及日本等多个国家列入食品添加剂[17-18]。抗坏血酸[19]是一类抗氧化剂,其超强的抗氧化性能防止有机物氧化,并且有修复细胞损伤的特殊功能。本实验以普鲁兰多糖为主要成膜材料,海藻酸钠和羧甲基纤维素钠作为辅助材料替代增塑剂,纳他霉素作为抑菌剂,抗坏血酸作为抗氧化剂配制复合液,并研究普鲁兰多糖复合液涂膜荔枝的保鲜效果,从而为荔枝贮藏保鲜提供一种新的复合型保鲜材料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验所用荔枝 采摘于广西灵山县(品种为香荔),挑选八成熟荔枝且大小均一、无褐斑、无病虫害、无机械损伤。采摘后的荔枝于冰水预冷5～10 min,使果实温度达4～5 ℃,取出晾干后迅速转移至加冰(加冰量占果实重量1/3～1/2以上)泡沫箱中,以保证运送途中荔枝新鲜度;普鲁兰多糖 生工生物工程(上海)股份有限公司;羧甲基纤维素钠 阿拉丁试剂(上海)有限公司;纳他霉素 郑州奇弘生物科技有限公司;聚乙烯(PE)保鲜膜 广州市潮华塑料制品有限公司(以上均为食品级);抗坏血酸 阿拉丁试剂(上海)有限公司 分析纯;海藻酸钠 北京索莱宝科技有限公司 分析纯;施保功(咪鲜胺锰盐) 上海生农生化制品有限公司 工业级;其他 为国产分析纯试剂。

SD-390F立式透明冷藏箱 澳柯玛股份有限公司;FA1004N分析天平 奥豪斯仪器(上海)有限公司;WAY-2S阿贝折射仪 上海精密科学仪器有限公司;FE22 FiveEasy台式pH计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;78HW-1磁力搅拌器 杭州仪表电机厂;真空泵 巩义市英峪予华仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 普鲁兰多糖复合液制备及涂膜处理 本实验以普鲁兰多糖为主要原料配制的涂膜保鲜液无毒无害,安全性良好,对人体无副作用(各种成分含量参照国标GB2760-2014食品添加剂使用标准)。基于前期实验结果所得,保鲜液各成分含量如下所示:

涂膜保鲜液制备:普鲁兰多糖、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠共34 g,按12∶2∶3的比例混合,加入1000 mL去离子水,在60 ℃下使用磁力搅拌器搅拌至溶解完全,冷却,加入0.2 g纳他霉素、1 g抗坏血酸混合均匀,用真空泵在0.095 MPa下脱气,制备涂膜保鲜液。

将预处理的新鲜荔枝(360颗)置入普鲁兰涂膜复合液浸泡5 min,取出使其自然晾干,并均分为A、B、C三组,用聚乙烯(PE)保鲜膜密封,分别置于夏季常温(34±2) ℃、空调(26±2) ℃及低温环境(5±2) ℃贮藏,为保证实验数据的有效性,每组做三个平行。每隔一段时间观察果实褐变程度(间隔取样时间为:室温与及空调环境均为6 h/次,低温环境1 d/次),根据观察结果计算样品褐变指数及好果率,记录不同温度条件下的三组平行数据,结果取平均值。

但多边城市气候联盟在国际气候治理方面也有明显弱势。首先是作为NGO资金有限，最终还是要依靠国家和超国家机构的支持才能运行，因此行动多限于倡议、呼吁、技术指导等方式。同时，目前的城市气候网络主要集中在发达国家，对发展中国家城市关注不够。发达国家和发展中国家城市间的联盟，即使有也多是发达国家主导合作方式和议题，发展中国家被动接受。另外，发展中国家间的城市气候联盟更少，但这些城市才是国际气候治理中最困难的群体，既要承担高速发展的繁重任务，又缺少能力实现经济转型，于是往往只能按照传统方式发展，最后陷入发展-排放-发展的恶性循环。

1.2.2 化学药剂浸泡处理 施保功保鲜液制备:配制浓度为200 mg/L的施保功溶液[20]。

将预处理的新鲜荔枝(360颗)置入施保功保鲜液浸泡5 min,取出使其自然晾干,并均分为A、B、C三组,用聚乙烯(PE)保鲜膜密封,分别置于常温(34±2) ℃、空调(26±2) ℃及低温环境(5±2) ℃贮藏,为保证实验数据的有效性,每组做三个平行。每隔一段时间观察果实褐变程度(间隔取样时间为:室温及空调环境均为6 h/次,低温环境1 d/次),根据观察结果计算样品褐变指数及好果率,记录不同温度条件下的三组平行数据,结果取平均值。

1.2.3 空白对照组处理 将预处理的新鲜荔枝(360颗)置入清水中浸泡5 min,其他条件与上述操作相同。

1.3 评价方法与检测指标

荔枝的完好程度是影响荔枝销售的关键环节,褐变指数和好果率是反映荔枝是否完好最为直观、明确的外观指标[21],果肉中可溶性固形物、pH、可滴定酸、维生素C含量是反映荔枝新鲜度的营养成分指标。本研究通过分析褐变指数和好果率两个外观指标及荔枝果肉的可溶性固形物、pH、可滴定酸、维生素C等营养成分变化,来评价普鲁兰多糖复合液涂膜和施保功溶液浸泡对荔枝采后的保鲜效果。

1.3.1 果皮褐变指数和好果率 采用分级法统计果皮褐变指数和好果率,各级别由果皮褐变面积占果皮总面积的大小来确定,分为5级[22]:

每次取40颗观察,并按下式计算褐变指数[23]与好果率[24]:

1.3.2 营养成分的测定 用阿贝折射仪法[25]测定可溶性固形物含量;用台式pH计[26]测定果肉pH;用酸碱滴定法[27]测定可滴定酸含量;用2,6-二氯靛酚滴定法[27]测定维生素C含量。

1.4 数据处理

实验所得数据采用Origin 9.1软件进行数据处理及绘图,采用Adobe Illustrator CS5软件进行数据图表的修饰。

2 结果与讨论

2.1 不同温度条件下普鲁兰多糖复合液涂膜处理对荔枝保鲜的影响

2.1.1 夏季常温环境下(34±2) ℃荔枝不同保鲜方法效果对比 荔枝成熟于炎热的夏季,此时环境温度较高(34±2) ℃,高温会加速荔枝褐变,导致果实腐烂,难以长时间贮藏。为减缓荔枝果皮褐变进程,本研究考察了施保功溶液浸泡和普鲁兰多糖复合液涂膜两种方法对荔枝采后保鲜效果。实验结果表明(图1):荔枝经普鲁兰多糖复合液涂膜,贮藏12 h后,果皮开始褐变,相比于施保功溶液浸泡法延迟6 h;当贮藏时间为72 h时,多糖复合液涂膜的荔枝褐变指数达1.63,好果率为80%,而此时经施保功溶液浸泡的荔枝已完全褐变,好果率为0%。此外,与空白对照相比,采用施保功溶液浸泡并未有效遏制荔枝果实的褐变,褐变指数及好果率经显著性检验p值分别为0.854及0.579,表明施保功溶液浸泡与对照相比无显著性差异(p>0.05)。此外,施保功溶液浸泡后好果率降为0%的时间较空白组延长了6 h,应该是归因于施保功溶液功效主要以抑菌为主。荔枝果实保鲜效果如图2所示。由此可知,荔枝经普鲁兰多糖复合液涂膜,果皮褐变指数低于采用施保功溶液浸泡法,好果率较高,常温贮藏120 h,果皮褐变指数达3,好果率为46.7%。褐变指数及好果率经显著性检验p值分别为0.000,表明普鲁兰多糖涂膜与对照相比具显著性差异,因此常温环境下普鲁兰多糖涂膜保鲜效果显著(p<0.05)。

图1 夏季常温环境下荔枝不同保鲜方法对比Fig.1 Comparison of litchi fresh-keeping methods in summer room temperature environment

图2 夏季常温环境下荔枝果皮表观变化Fig.2 Apparent changes of litchi peel in summer room temperature environment注：A：空白对照组(60 h)；B：施保功溶液浸泡(60 h)； C：普鲁兰多糖复合液涂膜(72 h)。

2.1.2 夏季空调环境下(26±2) ℃荔枝不同保鲜方法效果对比 荔枝受采收季节及自身组织褐变的限制,无法长时间贮藏。研究表明,荔枝在贮藏期过程中组织褐变是酚类物质(PPO)酶促氧化的结果,PPO活性受温度影响[28]。因此,控制温度可以在一定程度上减缓褐变的发生,保持果实品质。荔枝采摘后一般运输到各大超市(空调环境)上架销售,其贮藏温度低于夏季常温环境。本研究模拟超市空调环境(26±2) ℃,考察此环境下施保功溶液浸泡和普鲁兰多糖复合液涂膜两种方法对荔枝采后保鲜效果。

实验结果表明(图3):荔枝置于(26±2) ℃空调环境,若不作任何处理,18 h左右已全部褐变,果皮干褐,几乎没有好果,贮藏时间比夏季常温环境缩短36 h。已有研究结果显示,果皮一般含水率在68～75%,当果皮失水大于30%开始褐变,失水大于50%全部褐变[29]。这表明,荔枝果皮含水量也是影响果实褐变的重要因素。由此可知,空调环境虽然能相对降低室内温度,但会大量带走室内空气中的水分,从而加速荔枝果皮褐变。因此,空调环境不仅不利于荔枝保鲜,反而会加快其腐败速率。

荔枝经普鲁兰多糖复合液涂膜处理与采用施保功溶液浸泡处理相比,二者在空调环境下,均比空白对照组荔枝保鲜时间长。其中,普鲁兰多糖复合液保鲜效果明显高于施保功溶液(图3,图4)。荔枝褐变指数高达3时,经普鲁兰多糖复合液涂膜荔枝贮藏时间为78 h,相比施保功溶液处理延长69 h,此时好果率为32%(图3,图4)。褐变指数及好果率经显著性检验p值分别为0.012及0.023,表明普鲁兰多糖复合液涂膜与对照相比具显著性差异(p<0.05)。因此,普鲁兰多糖复合液涂膜可有效延长荔枝保鲜时间。

图3 空调环境下荔枝不同保鲜方法对比Fig.3 Comparison of litchi fresh-keeping methods in air-conditioned environment

图4 空调环境下荔枝果皮表观变化Fig.4 Apparent changes of litchi peel in air-conditioned environment注:A：空白对照组(78 h)；B：施保功溶液浸泡(78 h)； C：普鲁兰多糖复合液涂膜(78 h)。

2.1.3 低温环境下(5±2) ℃荔枝不同保鲜方法效果对比 研究表明,低温可以抑制采后荔枝果实的呼吸强度,5 ℃下荔枝果实呼吸强度约为20 ℃下的1/10。但贮藏温度也不能过低,否则荔枝易出现冷害症状,贮藏时间越长,冷害越严重,荔枝果皮花色素苷降解速度越快,从而促进褐变进程的发生[30]。已有研究显示,5 ℃为荔枝贮藏的适宜温度[31]。

本组实验选择于低温5 ℃环境考察荔枝采后保鲜效果。实验发现,低温贮藏会大幅度延长荔枝保鲜时间。如图5所示,荔枝好果率为80%时,空白对照组与采用施保功溶液浸泡的荔枝保鲜时间均为5 d,与常温相比分别延长108、102 h,和空调环境相比延长116 h;而经普鲁兰多糖复合液涂膜的荔枝保鲜时间达20 d,比常温和空调环境分别延长17、18.5 d。此时,荔枝果实保鲜效果如图6所示。

图5 低温环境下荔枝不同保鲜方法对比Fig.5 Comparison of litchi fresh-keeping methods in low temperature environment

图6 低温环境中荔枝果皮表观变化Fig.6 Apparent changes of litchi peel in low temperature environment注：A：空白对照组(5 d)；B：施保功溶液浸泡(5 d)； C：普鲁兰多糖复合液涂膜(21 d)。

随着贮藏时间的延长,空白对照组荔枝自第5 d褐变速率加快,在此期间,多酚氧化酶活性增加,果皮失水逐渐变干,保鲜达10 d时荔枝全部褐变。贮藏期间,采用施保功溶液浸泡的荔枝保鲜效果并不明显,14 d时已无好果,褐变指数及好果率经显著性检验p值分别为0.848及0.356,表明施保功溶液浸泡与对照相比无显著性差异(p>0.05)。同样情况下,荔枝经多糖复合液涂膜处理,保鲜26 d仍有60%的好果率,褐变指数为3.02,相比施保功溶液浸泡荔枝的贮藏时间延长19 d,褐变指数及好果率经显著性检验p值分别为0.000,表明普鲁兰多糖复合液涂膜与对照相比具显著性差异(p<0.05)。结果表明:低温条件可以延长荔枝果实贮藏时间,贮藏14 d后好果率仍保持91%,褐变指数为1,在此环境下,荔枝经普鲁兰多糖复合液涂膜保鲜效果远高于施保功溶液浸泡法,可明显抑制荔枝腐烂,当贮藏达32 d时,果皮褐变指数为3.53,好果率为33%。

2.2 不同温度条件下普鲁兰多糖复合液涂膜处理对荔枝营养成分的影响

新鲜荔枝采摘后,果实仍具有生物活性,呼吸作用及其它生理生化反应持续进行,果实内部的营养物质作为呼吸作用的底物,其含量呈下降趋势[32]。维生素C、有机酸等则作为生理生化反应底物被消耗,表现为可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量下降,pH上升[26]。因此,可以通过分析荔枝果肉中可溶性固形物、pH、可滴定酸、维生素C等营养成分指标的含量变化,来评价荔枝贮藏保鲜效果。

在常温、空调及低温条件下,随着贮藏时间延长,三组荔枝果肉中可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量都呈下降趋势,而果肉pH变化呈上升趋势,其中空白对照组和施保功溶液浸泡组的可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量下降趋势均高于普鲁兰多糖复合液涂膜组。由此表明该复合液涂膜可有效降低荔枝果实营养物质损失,其原因可能是涂膜处理阻止了果实与空气的接触,减缓果实呼吸作用,从而降低了可溶性固形物损失。此外,呼吸作用减弱导致生理生化反应减缓,从而抑制维生素C、有机酸含量的下降和pH的上升。因此,普鲁兰多糖复合液涂膜处理能有效保持荔枝果实的营养物质,延缓果实营养成分损失(图7)。

图7 不同环境下普鲁兰多糖复合液涂膜对荔枝营养成分的影响Fig.7 Effect of pullulan compound liquid coating on the nutritional components of litchi in different environments

此外,荔枝果肉的可溶性固形物、pH、可滴定酸和维生素C的含量在常温及空调环境中的下降幅度比低温环境更明显(图7)。因此,低温环境贮藏荔枝可有效维持其采后新鲜度,延长保鲜期。

3 结论

上述三个环境下多组实验研究表明:普鲁兰多糖复合液涂膜可有效抑制荔枝褐变,降低可溶性固形物、可滴定酸、维生素C等营养物质的损失,维持好果率。其中,荔枝经普鲁兰多糖复合液涂膜处理,置于低温环境中贮藏时间最长且保鲜效果最佳,果实营养物质损失最少,14 d后好果率仍保持91%,褐变指数为1。本研究通过施保功溶液浸泡荔枝保鲜效果对比实验,确定普鲁兰多糖复配海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、纳他霉素及抗坏血酸保鲜液结合低温贮藏,可以有效维持荔枝采后新鲜度,延长保鲜期,从而为荔枝贮藏保鲜提供一种操作简便、安全有效的新方法。

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