纳米保鲜包装对柑橘果实贮藏品质的影响

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(宁波大学食品科学与工程系,浙江宁波 315211)

纳米保鲜包装对柑橘果实贮藏品质的影响

解淑慧,邵兴锋*,王鸿飞,许凤

(宁波大学食品科学与工程系,浙江宁波 315211)

在前期预实验的基础上,制备含有1%纳米抗菌剂的纳米保鲜包装袋,并分析其物理性能；同时,以“宫川”柑橘为实验对象,研究该纳米包装对柑橘采后贮藏品质的影响及其对人工接种真菌(Penicilliumdigitatum)病害的影响。结果表明,1%纳米抗菌剂的纳米保鲜包装袋可以降低透氧率和透湿率、提高撕裂强度,对保鲜有利；虽然该纳米材料包装对柑橘果实贮期颜色没有产生显著影响,但是显著的抑制柑橘果实硬度和可滴定酸的下降和失重率的上升,减缓柑橘人工接种病害的发生及发展,降低采后损失。

纳米抗菌剂,包装,柑橘,贮藏

柑橘为我国第二大类水果,2010年我国柑橘种植面积达221.1万公顷(3316.5万亩),产量2645.24万t。但是,柑橘采后由于真菌病害导致的腐烂损失严重,腐烂率可达到20%。化学杀菌剂抑霉唑等是目前国内外防治柑橘真菌病害的有效药剂,但是随着此类药物的长期使用导致抗性菌株的出现,同时威胁食品和环境安全。因此,寻找安全有效的采后保鲜技术方法显得日趋迫切。纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级(1～100nm)尺度水平,并且具有特殊性能的材料。纳米包装材料即是指以分子水平的形式将纳米级粒子分散在柔性高分子聚合物中而形成的复合材料,常用纳米材料有金属(Ag、Zn等)、金属氧化物(TiO2等)和无机聚合物,常用高分子聚合物有聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)等[1]。添加了纳米粒子的包装材料的物理性能、力学性能和透气、透湿性、稳定性、抗菌性、保鲜性等有大幅提高[2]。目前,纳米保鲜包装在水果[3-4]、蔬菜[5]、菌菇[6]、茶叶[7]、酱牛肉[8]等多种生鲜或加工食品中加以研究应用,可以起到抑制生理代谢、减少腐烂变质、延缓品质劣变和延长贮藏期的作用；尤其是纳米抗菌剂,如Ag能很好的抑制细菌和真菌的增殖,起到保鲜防腐的作用。水果采后的腐烂多是由于病原真菌的侵染而导致的,指状青霉(Penicilliumdigitatum)导致的绿霉病是柑橘采后的主要病害。本课题组在前期预研中发现,含有1%纳米抗菌剂的保鲜包装适合于“宫川”柑橘的保鲜。本文着重分析该保鲜包装材料的物理性能,研究纳米保鲜包装对柑橘果实品质和病害的影响,为这一新型保鲜包装技术的应用做基础研究。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

柑橘 品种为宫川,4月盛花期,10月成熟,采摘于浙江省宁海县万亩桔园,采后立即运回实验室进行处理。选择无病虫害,无机械损伤,大小、成熟度基本一致的果实用于实验；从发病症状明显的“宫川”上分离、纯化和鉴定出最主要致病菌为指状青霉(P.digitatum)[9],实验分离鉴定所得菌种在宁波大学果蔬保鲜实验室保藏,使用前在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)上25℃活化培养7d,用无菌水冲洗孢子,借助血球计数板计数,用无菌水调整至105个/mL的孢子悬浮液备用；纳米级无机抗菌剂(主要成分为纳米Ag、纳米Zn和高岭土) 购自山东省正元纳米材料有限公司。

PL403分析天平、梅特勒FE-20 pH计 梅特勒托利仪器有限公司；TA-XT Plus物性测试仪 英国Stable MicroSystem公司；UV-3000紫外可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司；WYH型手持糖度计 泉州光学仪器厂；FE20K酸度计 梅特勒托利多；HWS-250恒温恒湿培养箱 宁波新芝仪器公司；CR400色彩色差计 日本柯尼卡美能达公司；封口机 永康市特力包装机械有限公司。

1.2纳米保鲜袋的制备

纳米包装材料在江苏省常州市恒业塑料有限公司制作。以低密度聚乙烯(Low density polyethylene,LDPE)为基础材料,添加质量分数为1%的纳米无机抗菌剂(主要成分为纳米Ag、纳米Zn和高岭土),老化剂和润滑剂适量,高速混合15min,采用单螺杆挤出机,吹塑制成宽200mm,单层厚度0.03mm的筒膜,再采用封口机制成长300mm的保鲜袋。

1.3实验分组、处理及测定指标

1.3.1 模拟人工接种病害 将柑橘洗净浸泡在2% NaClO溶液2min后,晾干,用消毒铁钉在赤道处刺一个直径3mm、深3mm的伤口。在伤口处接种20μL 105个/mL的P.digitatum孢子悬浮液,晾干后,每5个果实置于一个纳米包装袋中,以相同厚度的普通聚乙烯保鲜袋为对照(CK)。扎口放于5℃贮藏,定期观察测定。每个平行包含5个果实,实验平行3次,重复2批次。

1.3.2 贮期自然品质变化 柑橘果实不做任何处理直接放于纳米包装袋中。以相同厚度的普通聚乙烯保鲜袋为对照(CK),扎口放于5℃贮藏,每隔10d取样测定品质指标。每个袋子中装5个果实,每次取样时,每5个果实为一个平行,实验平行3次,重复2批次。

1.3.3 测定指标 纳米保鲜袋的性能测试：由国家轻工业包装制品质量监督检测中心(江南大学)测试,并出具检测报告。厚度、透湿量、透氧量、拉伸强度(纵)测试标准分别依据GB/T6672-2001[10]、GB/T1037-1988[11]、GB/T1038-2000[12]、GB/T1040.3-2006[13]。

病害指标：发病率(%)=发病个数/总个数×100；病斑直径,采用十字交叉法测量[14]。

品质指标：失重率,采用称重法；果实硬度的测定采用TA-TX Plus物性测试仪测定,P/2(直径2mm)探头做穿刺测试,测试速度1mm/s,测试距离6mm。可溶性固形物(soluble solid content,SSC)含量采用手持糖量仪测定；可滴定酸度(titratable acid,TA)采用0.1mol/L 氢氧化钠标准溶液进行电位滴定,以pH8.1为滴定终点,结果以柠檬酸的含量表示[10]。

1.4数据分析

采用EXCEL 2003软件进行数据统计,所有数据均为3次重复的平均值,计算标准偏差。并应用SPSS17.0 One-Way ANOVA(α=0.05)进行方差分析,比较测试因素间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1纳米保鲜袋的性能分析

含1%纳米无机抗菌剂保鲜袋的物理性能测试结果如表1。由表可知,含有纳米材料的保鲜袋的透氧率仅为2.85×10-13cm3·cm/(m2·s·Pa),透湿率为8.02×10-15g·cm/(m2·s·Pa),与普通PE膜相比[15],上述2个指标显著降低；普通PE膜撕裂强度(横、纵)<30kN/m,而含有纳米材料的保鲜袋撕裂强度明显提高,达到91.9、67.5kN/m。结果表明,含1%纳米可以降低无机抗菌剂保鲜袋的透氧率,提高其撕裂强度,为果蔬保鲜提供低氧环境,并能减少水分的蒸发。

表1 纳米保鲜袋的物理性能分析

注：由国家轻工业包装制品质量监督检测中心检验报告,国轻检认字第2011094号,编号：2012049；检测环境条件：温度23℃,湿度50%。

2.2纳米包装对柑橘颜色的影响

如图1A所示,表征果实底色亮度的L*在柑橘的贮藏过程中无明显的变化,纳米包装和对照组的果实L*也无明显的差异。在颜色指标中,a*值和b*值的上升表示果实绿色的消退和黄色的增加。在柑橘贮藏的前10d,a*值(图1B)和b*值(图1C)迅速上升,随后保持稳定,这表示柑橘果实在贮藏前期就迅速褪绿变黄,后期颜色保持稳定。但是,纳米包装并没有能减缓果实颜色的变化。

图1 纳米包装对柑橘果皮颜色的影响

2.3纳米包装对柑橘硬度和失重率的影响

柑橘果实的硬度在贮藏期间总体上呈现下降趋势(图2A),纳米包装组果实的硬度一直高于对照组果实,尤其是在贮藏的中后期差异更明显。由图2B可见,柑橘果实的失重率随着贮藏时间的延长逐渐增加。对照组果实的失重率始终保持最高,纳米保鲜包装的柑橘果实失重率上升缓慢且保持在较低的水平。可见,该纳米包装能有效的抑制柑橘果实硬度的下降和失重率的上升,保持柑橘果实品质。这可能与该包装材料较低的透氧率和透湿率有关,减低了果实的呼吸作用和水分的蒸腾作用,从而有利于减低果实失重率的上升。

图2 纳米包装对柑橘硬度(A)和失重率(B)的影响

2.4纳米包装对柑橘SSC和TA含量的影响

从如图3A,柑橘的SSC含量在贮藏期间呈先上升后下降的趋势,且2组果实的变化趋势一致。纳米包装组在保藏前期的SSC含量较高,但在30d时低于对照组。在贮藏末期,2组间无差异(p>0.05)。图3B显示,柑橘果实的TA含量呈现明显的下降趋势。在贮藏前期,2组的TA含量无显著差异；但是贮藏后期,纳米包装组的TA含量显著高于对照组(p<0.05)。可见,该纳米包装可以延缓柑橘果实TA含量的下降。纳米包装对柑橘果实的有利影响可能与该纳米包装材料所具备的低氧气透过率有关。低氧气通透率能减少包装中的氧气的进入,减低氧气浓度,抑制果实的呼吸作用,从而减少糖类和有机酸被作为呼吸底物而消耗。

图3 纳米包装对柑橘果实SSC(A)和TA(B)含量的影响

2.5纳米包装对柑橘人工接种病害发病率和病斑直径的影响

如图4可知,人工接种P.digitatum后的柑橘果实在冷藏到15d时能观察到伤口处出现的水渍状,记为腐烂发生,2组果实的发病率均记为40%。随后,对照组果实病害发生率快速上升,到第19d时达到70%左右,而纳米包装组还保持在原始的发病状态。在贮藏25d时,2组果实的发病率均为100%,但是纳米保鲜组的病斑直径显著小于对照组(p<0.05)。由此可见,纳米保鲜包装能减缓柑橘病害的发生及发展,能减少或降低采后腐烂损失。这主要是由于包装材料中含有的纳米级抗菌剂,尤其是其中的Ag能有效地抑制食品表面微生物的生长繁殖,减低食品腐烂变质的速度。

图4 纳米包装对柑橘人工接种病害发病率(A) 和病斑直径(B)的影响

3 结论

本实验主要研究含有1%纳米抗菌剂的纳米保鲜包装袋的物理性能及其在柑橘上的保鲜作用效果。研究发现,添加了1%纳米抗菌剂的LDPE包装材料能降低透氧率和透湿率、提高撕裂强度,这有利于减少氧气和水分的通透,降低果实的呼吸作用和水分蒸发,对果蔬保鲜有利。贮藏实验研究表明,该纳米材料包装对柑橘果实的颜色没有产生显著影响(p>0.05),但是能使柑橘果实维持较高的硬度和可滴定酸含量,降低失重率；模拟人工接种病害的实验发现,该包装能减缓柑橘病害的发生及发展。可见,该包装材料适合柑橘的采后保鲜包装,降低采后损失。

[1]Clara S,Dotella D,Sossio C. Food packaging based on polymer

nanomaterials [J]. Progress in Polymer Science,2011,36(12):1766-1782.

[2]Henriette M C,Azerdo. Nanocomposites for food packaging applications [J]. Food Research International,2009,42(9):1240-1253.

[3]Hu Q,Fang Y,Yang Y,etal. Effect of nanocomposite-based packaging on postharvest quality of ethylene-treated kiwifruit (Actinidiadeliciosa) during cold storage[J]. Food Research International,2011,44:1589-1596.

[4]Bodaghi H,Mostofi Y,Oromiehie A,etal. Evaluation of the photocatalytic antimicrobial effects of a TiO2 nanocomposite food packaging film byinvitroandinvivotests[J]. LWT - Food Science and Technology,2013,50:702-706.

[5]马宁，石学彬，方勇，等. 纳米包装材料对生菜保鲜品质的影响[J]. 食品科学，2012,33(18):281-285.

[6]杨文建,单楠,杨芹,等. 纳米包装材料延长双孢蘑菇贮藏品质的作用[J]. 中国农业科学,2012,45(24):5065-5072

[7]林津,曹婵月,杨文建,等. 纳米包装及急冷处理对绿茶保鲜品质的影响[J]. 食品科学，2012,33(6):247-251.

[8]李红梅,吴娟,胡秋辉. 食品包装纳米材料对酱牛肉保鲜品质的影响[J]. 食品科学，2008,29(5):461-464.

[9]解淑慧，邵兴锋，王可，等. 柑橘采后腐烂主要致病菌的分离鉴定及丁香精油对其抑制作用研究[J]. 果树学报，2013，30(1):134-139.

[10]GB/T 6672-2001. 塑料薄膜和薄片厚度测定 机械测量法[S]. 北京：中国标准出版社，2001.

[11]GB/T1037-1988. 塑料薄膜和片材透水蒸汽性能试验方法 杯式法[S]. 北京：中国标准出版社，1988.

[12]GB/T 1038-2000. 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法[S]. 北京：中国标准出版社，2000.

[13]GB/T1040.3-2006. 塑料拉伸性能的测定第3部分:薄膜和薄片的试验条件[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[14]解淑慧，王维琴，叶卫东,等. 纳米TiO2 -壳聚糖复合涂膜对砂糖橘的保鲜效果[J]. 食品与发酵工业，2012,38(4)：219-223.

[15]滕立军,王高升,曹敏,等. 淀粉-聚乙烯生物降解塑料薄膜的性能研究[J]. 包装工程,2004,25(6):63-65.

Effect of nanocomposite-based packaging on the postharvest quality of citrus fruit

XIEShu-hui,SHAOXing-feng*,WANGHong-fei,XUFeng

(Department of Food Science and Engineering,Ningbo University,Ningbo 315211,China)

Based on the pre-test results,LDPE bags contained 1% inorganic antimicrobial agent(the main component of the nano-Ag,nano-Zn and kaolin)was suitable for the package of citrus fruit. The physical properties of the bag were analyzed. Meanwhile,the changes of quality and artificial inoculated disease on citrus fruit were studied. The results showed that the oxygen permeability and water vapor transmission rate of the nano-packaging material were reduced,and the tear strength was increased. The nano packaging could not influence the color of fruits,however,it could significantly inhibited the declining of fruit firmness and titratable acid and the increasing of weight loss,reduced the development of the artificial disease and postharvest loss.

nanometer antibacterial agent;packaging;citrus;storage

2013-07-01 *通讯联系人

解淑慧(1986-)，女，硕士研究生，研究方向：农产品贮藏与加工。

浙江省公益性技术应用研究计划项目( 2013C32094)；宁波市农业攻关项目(2010C10021)。

TS206.4

：A

：1002-0306(2014)01-0326-04