海藻酸钠在水果贮藏保鲜中的应用*

胡晓亮，周国燕，王春霞，詹博

(上海理工大学食品与低温生物技术研究所，上海，200093)

新鲜水果是人体日常必需的维生素、矿物质和膳食纤维的重要来源，具有独特的形、色、味，是人们最好的保健食品。但由于果蔬生产的季节性、地域性和多样性，因此，产品有很明显的淡、旺季之分。果品蔬菜是鲜活商品，组织柔嫩，含水量高，营养丰富，易腐烂变质，不耐贮运，采后极易失鲜，品质下降，从而使营养价值、经济价值降低。为使人们获得水果的均衡供应，除了加强排开种植、促进栽培、选择品种、分开收获等栽培技术措施外，还要搞好采后贮藏工作，以调节淡旺季的矛盾，丰富市场果品种类。对于生产者来说，贮藏则是保证水果市场丰产丰收、减少损失、增加收入的有效途径，对促进生产发展至关重要。

目前水果的贮藏保鲜方法主要有低温贮藏、防腐保鲜剂处理、辐射保鲜以及气调保鲜等［1－2］。冷害的发生使得部分水果难于采用较低的贮运温度来控制病害和延长贮运期;传统的化学保鲜剂残留给人体健康和环境带来诸多不利的影响;辐射保鲜技术尚处于试验研究阶段，对其使用的安全性分析尚无定论，因而限制了其在水果贮藏保鲜中的应用;气调贮藏虽然对水果保鲜有一定的效果，但气调贮藏投资大、花费昂贵［3］。国内目前主要采用低温结合气调包装对果蔬进行贮藏保鲜，但仍然存在水果贮运期病害发生严重等问题，效果不理想。这就迫切要求寻找新的经济可行的保鲜技术。

涂膜保鲜是指由天然糖类、蛋白质、油脂等作为主要原料，通过对水果表面喷雾、浸渍等方法涂覆，风干后形成一层薄薄的透明坯膜(可食膜)，来防止水分蒸发，对水果起到防腐保鲜效果的一种贮藏保鲜的方法［4－9］。涂膜保鲜的应用是当今国际食品领域的研究热点之一，主要通过控制水果的呼吸作用和抑制水分的挥发来达到延长水果的货架期［10－11］。按照形成可食膜的天然大分子的种类可将可食膜分为四类:脂质膜、多糖膜、蛋白膜和复合膜。其中多糖类的海藻酸钠保鲜剂日益受到学者的广泛关注。

1 海藻酸钠概述

海藻酸钠(sodium alginate)又称褐藻酸钠;褐藻胶等，是从海带、菌类、藻类植物中提取的天然多糖类化合物，其基本结构由古洛糖醛酸与甘露糖醛酸通过α-1，4糖苷键链接而成的一种线性嵌段共聚物。具有优良的分散性、保湿性、成膜性、抗菌性、无毒无味、可生物降解、生物相容性好等诸多优点，且成本较低，正日益成为水果贮藏保鲜研究的热点［12－15］。

海藻酸钠分子的化学结构如图1所示。

图1 海藻酸钠的化学结构

海藻酸钠分子链上分布着许多羟基(—OH)，性质比较活泼，通过化学改性，引入多功能基团，能得到各种具有特殊性质及用途的海藻酸钠衍生物，增强了膜的机械性能和抑菌效果［16］。随着天然保鲜剂的开发和研究，特别是在水果贮藏保鲜领域，海藻酸钠及其衍生物有着巨大的潜力和应用前景。

2 海藻酸钠及其衍生物保鲜机理

海藻酸钠及其衍生物的保鲜机理大致可以分为3个方面:(1)海藻酸钠分子具有微观网状结构，有很强的保水性能。海藻酸钠及其衍生物的分子链上均带有羧基，由于羧基上的负电荷的排斥作用，使高分子链空间伸展特别大，再加上亲水基团的作用，使其对水分子具有很强的作用力，能减缓水果中水分的蒸腾，延缓其萎篶，降低水果的失重［16］;(2)海藻酸钠具有很好的成膜特性。海藻酸钠及其衍生物覆盖在水果表面，形成一层薄膜，该膜具有气体选择渗透性能，在果蔬内部形成一个低O2高CO2浓度的微气调环境，抑制水果的呼吸作用，降低水果内营养物质的转化和消耗，减少活性氧的形成，降低膜脂过氧化，延缓细胞膜的损伤，从而达到延长水果贮藏期的效果［17－18］;(3)海藻酸钠及其衍生物具有较强的抑菌性。海藻酸钠及其衍生物高分子链密集于菌体表面，形成一层致密的膜，阻止了细胞内外物质的传递和菌体对营养物质的吸收，致使菌体新陈代谢紊乱，无法生长［19］;海藻酸钠及其衍生物是一种阳离子表面活性剂，分子链上的部分基团可以与细菌细胞膜上的类脂、蛋白质复合物发生反应，使蛋白质变性，从而改变细菌细胞膜的通透性，破坏细胞壁的完整性［20］;海藻酸钠及其衍生物可以螯合对微生物生长起关键作用的金属离子，尤其是酶的辅助因子，从而影响微生物的生长繁殖;高浓度的海藻酸钠及其衍生物能够激活微生物自身的几丁质酶活性，导致其对自身细胞壁的降解;低分子量的海藻酸钠及其衍生物能够渗入菌体内部，干扰遗传因子从DNA到RNA的转移，抑制菌体的繁殖［21］。

3 海藻酸钠在水果贮藏保鲜中的应用

目前利用海藻酸钠来涂膜保鲜的水果有:芒果、枇杷、菠萝、木瓜、苹果、贡梨等，研究主要针对保鲜剂的种类和浓度、涂膜时间、贮藏条件、以及膜助剂的浓度等对于贮藏保鲜效果的影响，研究表明海藻酸钠涂膜后具有降低果实失重、减少营养成分的损耗、控制果实的呼吸强度、增加了抵抗微生物侵染的能力以及延长果实的贮藏期限等明显改善果品保鲜的效果。

3.1 单一海藻酸钠涂膜保鲜水果

刘嘉俊［22］以不同浓度的海藻酸钠溶液对芒果进行涂膜并用PE(聚乙烯)密封处理。结果表明，经2.0%海藻酸钠水溶液浸泡处理后的芒果具有较强的抑菌性能，在常温(26～30℃)贮藏直到第15天才开始出现轻微的灰暗和斑点，比对照组延长了10 d，各营养成分、pH值、总糖含量的变化缓慢，保鲜效果最佳。而经1.5%或3.0%海藻酸钠溶液浸泡涂膜处理的芒果因保鲜液浓度太低未形成连续膜或浓度高而使膜层偏厚，均在一定程度上影响了保鲜性能。由此可见膜层的厚度对水果贮藏的效果具有显著影响。葛玉萍等［23］研究了不同厚度的保鲜膜对枸杞果实品质的影响。结果表明，涂膜处理后都对枸杞果实的呼吸强度起到了抑制作用，降低了营养成分的损失，但不同厚度的保鲜膜内气体的组成成分变化情况不同，其中0.05 mm厚度的保鲜膜在整个贮藏过程中，可溶性固形物和总酸含量变化最为缓慢，最大限度的保持了果实Vc的含量，保鲜效果最好。任玉锋等［24］以海藻酸钠作为涂膜基质处理灵武长枣，分别采用1.0%、2.0%、3.0%的海藻酸钠保鲜液对灵武长枣进行涂膜保鲜，结果表明1.0%海藻酸钠涂膜处理对保持灵武长枣果实硬度、减缓叶绿素的降解、抑制果实失重效果最为显著，经海藻酸钠涂膜处理的枣果显得更加鲜艳而有光泽;1.0%海藻酸钠涂膜处理能有效抑制灵武长枣Vc含量的损失，减缓可滴定酸的降解及可溶性固形物的降低，从而延缓了灵武长枣的后熟过程，起到较好的保鲜效果。

3.2 海藻酸钠复合涂膜保鲜水果

在海藻酸钠涂膜溶液中可以添加增塑剂、表面活性剂、抗菌剂，以及蛋白质和脂类物质，形成复合膜，可起到改善其膜性能的作用、从而增强贮藏保鲜效果。Tapia等［25］以2%海藻酸钠和0.5%结冷胶对鲜切木瓜进行复合涂膜保鲜。结果表明，在常温贮藏条件下，使用海藻酸钠-结冷胶复合涂膜液比单一海藻酸钠涂膜液防腐保鲜效果更好，能明显抑制木瓜果实的蒸腾作用，减少内部水分的蒸发，增强了木瓜的抗菌能力，降低了果实受微生物侵染的风险，降低果实可溶性固形物、Vc等营养物质的损耗，阻止果实丙二醛含量、多酚氧化酶活性的上升，显著延缓木瓜果实的软化和衰老，延长了鲜切木瓜的贮藏时间。祝美云等［28］以海藻酸钠、明胶和山梨酸钾作为涂膜材料复合涂膜鲜切贡梨，在(0±0.5)℃条件下进行贮藏保鲜，试验结果表明，海藻酸钠0.05 g/kg、明胶0.03 g/kg、山梨酸钾0.03 g/kg的复合保鲜液保鲜效果最佳，能显著降低果实的呼吸速率，从而降低相应的代谢活动，抑制酶活性，延缓果实衰老，降低了Vc等营养物质的损耗。Olivas等［26］以海藻酸钠和亚油酸制成复合保鲜液，在常温贮藏条件下，对＇Gala＇苹果进行保鲜处理。研究表明，海藻酸钠-亚油酸复合保鲜液能涂覆在苹果表面，形成一层保护膜，具有透亮、鲜艳的外观，能抵抗微生物对果实的侵染，延缓了果实的变质和腐烂进程，该复合膜对气体有较好的选择透过性，抑制了苹果的呼吸作用，降低了果实营养物质的消耗，有效的延长了＇Gala＇苹果的贮藏期。

3.3 海藻酸钠+纳米材料涂膜保鲜水果

在海藻酸钠涂膜材料中添加纳米材料来强化保鲜效果已成为当前的研究热点，添加纳米材料能增强保鲜剂的抑菌性和抗氧化性能，提高膜与基体之间的结合强度，改善成膜的气密性。Michel等［31］的研究表明:将纳米SiOx颗粒加入到涂膜剂中，其中的硅氧键对CO2和O2具有吸附、溶解、扩散和释放作用，对CO2和O2的通透性有很好的调控能力，从而可以抑制果蔬的呼吸强度，起到保鲜作用。同时，加入纳米SiOx还可以提高膜的力学性能及保湿性。贾利蓉等［27］以海藻酸钠/纳米二氧化硅作为复合涂膜剂，结合低温贮藏，对枇杷进行涂膜处理。结果表明，海藻酸钠/纳米二氧化硅复合材料具有较强的气体选择渗透性，能够保持膜内部始终处于低O2高CO2的微环境，抑制了枇杷的呼吸强度，有效的减少了枇杷营养成分的损失和褐变的发生，维持了果粒饱满坚挺的外观，较好的延缓了贮果细胞中SOD等抗氧化酶活性的降低和抑制枇杷果实生理生化功能的衰退和组织的损伤，延长了贮果的货架期。

4 问题和展望

虽然目前关于海藻酸钠涂膜保鲜水果的应用研究日益增多，但从现有的文献报道看，还存在一些问题，主要表现在以下几个方面:

(1)不同的水果具有不同的贮藏特性，对特定的水果进行保鲜时的最优配方难以确定，在选择保鲜剂浓度时，往往要反复的尝试。当涂膜剂浓度太低时，涂覆在水果表面的薄膜太薄，阻气效果不好;当涂膜剂浓度过高时，保鲜液的黏度偏大，涂覆在水果表面后不容易干燥，易滋生微生物，也容易导致涂膜不均匀，涂膜过厚会影响水果的呼吸强度，加快水果腐烂的进程。

(2)关于水果浸泡时间的选择、海藻酸钠及其衍生物的分子量大小对水果贮藏保鲜效果的研究还不够深入。

(3)作为涂膜材料的海藻酸钠虽然具有成膜性和阻气性较好的特点，但膜的机械强度和对一些微生物的抑制方面还存在不足，需要采用蛋白质和脂质等材料与其复配，因此对于复合膜的研制，还有待进一步的实验和研究。

(4)海藻酸钠涂覆在鲜切水果后直接食用，存在口感不佳，有涩味等缺陷。

(5)关于海藻酸钠其衍生物在水果贮藏保鲜中应用的安全性尚存在争议。大量毒理实验表明，海藻酸钠无明显毒副作用或几乎无毒，口服海藻酸钠是安全的。但近些年又有研究者提出，低分子质量海藻酸钠对实验鼠的肾组织存在明显毒性，可阻碍脂肪和其他营养成分的吸收，导致脂溶性纤维素的缺乏以及钙的代谢异常。

今后关于海藻酸钠保鲜剂的研究方向可以围绕以下方面展开:

(1)完善应用海藻酸钠及其衍生物来制备不同水果涂膜材料的工艺参数，研制开发相应的加工设备，尽快实现工业化生产。

(2)进一步研发出水溶性、膜的机械强度、抑菌效果更加理想的海藻酸钠衍生物及其复合材料。

(3)对海藻酸钠及其衍生物作为涂膜材料在水果贮藏保鲜中的应用，进行风险评估和毒理学实验，为今后工业化生产提供依据。

我国沿海地区辽阔，海藻酸钠来源非常丰富，海藻酸钠保鲜剂的研制，不仅能充分利用我国丰富的海藻资源，使其变废为宝，降低水果贮藏成本，提高经济效益，还可以改善化学保鲜剂残留给人体健康和环境带来诸多负面的影响，具有非常广阔的应用前景。

［1］ 修德仁.我国农产品保鲜产业的发展现状［J］.农产品加工，2003(10):1－3.

［2］ 魏长宾，孙光明，李绍鹏，等.水果贮藏保鲜研究进展［J］. 热带农业科学，2005(3):67－69.

［3］ 童军茂，李应彪，唐明翔.我国果蔬气调保鲜产业存在的问题及发展对策［J］.食品科技，2002(9):64－65.

［4］ Ouattara B，Simard R E，Piette G，et al.Dilusion of acetic and propionicacidsfrom chitosan-based antimicrobial packaging flms［J］.Journal of Food Science，2000，65:768–773.

［5］ 周晓薇，王静，顾镍，等.植物精油对果蔬防腐保鲜作用研究进展［J］.食品科学，2010，31(21):427－430.

［6］ Chien P J，Sheu F，Yang F H.Effect of edible chitosan on quality and shelf life of sliced mango fruit［J］.Journal of Food Engineering，2005，29:23 －29.

［7］ 刘亚平，焦凌霞.壳聚糖在鲜切果蔬保鲜中的应用进展［J］.河北农业科学，2008，12(8):81－83.

［8］ 卢秀彬，刘倍毓，钟耕，等.魔芋葡甘聚糖涂膜在果蔬保鲜上的应用［J］.食品工业科技，2011，32(3):450－452.

［9］ 欧阳海平，徐尔尼，彭扬.茁霉多糖在果蔬保鲜应用的研究［J］.江西化工，2010，(1):113－118.

［10］ 段丹萍，鲁丽莎，王海宏，等.果蔬涂膜保鲜技术研究现状与应用前景［J］.保鲜与加工，2009，55(6):1－6.

［11］ 张霁红。果蔬采后涂膜保鲜处理技术［J］.甘肃农业科技，2005(8):31－33.

［12］ 詹现璞，吴广辉.海藻酸钠的特性及其在食品中的应用［J］.食品工程，2011，(1):7－9.

［13］ 寇伟蛟，刘军海.海藻酸钠提取工艺的研究进展［J］.化工科技市场，2009，32(3):14 －16.

［14］ Chanthaphon S，Chanthachum S，Hongpattarakere T.Antimicrobial activities of essential oils and crude extracts from tropical Citrus spp［J］.Against food-related microorganisms.Songklanakarin Journal of Science and Technology，2008，30:125－131.

［15］ Ayranci E，Tunc S.A method for the measurement of the oxygen permeability and the development of edible flms to reduce the rate of oxidative reactions in fresh foods［J］.Food Chemistry，2003，80:423 –431.

［16］ Georgantelis D，Ambrosiadis I，Katikou P，et al.Effect of rosemary extract，chitosan and a-tocopherolon microbiological parameters and lipid oxidation of fresh pork sausages stored at 4 C［J］.Meat Science，2007，76:172 －181.

［17］ 肖茜，童群义.普鲁兰多糖/海藻酸钠/羧甲基纤维素钠复合可食用包装膜性能的研究［J］.食品工业科技，2009，30(5):286 －292.

［18］ Marta Montero-Calderón，María Alejandra Rojas-Graü，Olga Martín-Belloso.Effect of packaging conditions on quality and shelf-life of fresh-cut pineapple［J］.Postharvest Biology and Technology，2008，50:182 －189.

［19］ 宗会，徐照丽，胡文玉.海藻酸钠涂膜对苹果的保鲜效果［J］.贮运保鲜，2000(1):18－19.

［20］ 曾庆祝，许庆陵.褐藻酸钠涂膜剂的特性研究［J］.大连水产学院学报，1996，11(1):65－69.

［21］ Oberyukhtina I A，Bogolitsyn K G，Popova N P.Physicochemical properties of solutions of sodium alginate extracted from brown algae laminaria digitata［J］.Russian Journal of Applied Chemistry，2001，74(10):1 645 －1 649.

［22］ 刘嘉俊.海藻酸钠保鲜芒果的研究［J］.现代食品科技，2009，25(6):650 －652.

［23］ 葛玉萍，曹有龙，许兴，等.不同厚度保鲜膜对枸杞果实品质的影响［J］.安徽农业科学，2008，36(20):8 805－8 806.

［24］ 任玉锋，马玉贤.海藻酸钠涂膜对灵武长枣低温保鲜效果的影响［J］.安徽农业科学，2009，37(15):7 175－7 176.

［25］ Tapia M S，Rojas-Grau M A，Carmonac A.Use of alginateand gellan-based coatings for improving barrier，texture and nutritional properties of fresh-cut papaya［J］.Food Hydrocolloids，，2008，22:1 493 －1 503.

［26］ Olivas G I，Mattinson D S，Barbosa-C'anovas G V.Alginate coatings for preservation of minimally processed‘Gala’apples［J］.Postharvest Biology and Technology，2007，45:89 －96.

［27］ 贾利蓉，夏娟，周南，等.水解胶原/海藻酸钠/纳米粒子复合保鲜液用于水果涂膜保鲜的研究［J］.食品与机械，2008，24(1):46 －49.

［28］ 祝美云，林顺顺.海藻酸钠复合膜对鲜切贡梨贮藏品质的影响［J］.食品与机械，2009，25(6):37－39.

［29］ Rosa M Raybaudi-Massilia，Jonathan Mosqueda-Melgar，Olga Martín-Belloso.Edible alginate-based coating as carrier of antimicrobials to improve shelf-life and safety of fresh-cut melon［J］.International Journal of Food Microbiology，2008，121:313 －327.

［30］ Oms-Oliu G，Soliva-Fortuny R，Marti'-Belloso O.Using polysaccharide-based edible coatings to enhance quality and antioxidant properties of fresh-cut melon［J］.Food Science and Technology，2008，41:1 862 －1 870.

［31］ Michel Boissière，Joachim Allouche，Corinne Chanéac，et al.Potentialities of silica/alginate nanoparticles as Hybrid Magnetic Carriers［J］.International Journal of Pharmaceutics，2007，344:128 –134.