聚乳酸薄膜包装袋对杨桃保鲜效果的研究

骆文杰,张伟阳,程树军

(华东理工大学材料科学与工程学院,上海 200237)

聚乳酸薄膜包装袋对杨桃保鲜效果的研究

骆文杰,张伟阳,程树军*

(华东理工大学材料科学与工程学院,上海 200237)

杨桃分别用聚乳酸(PLA)和聚乙烯(PE)包装袋包装,包装方式采用气调包装和真空方式两种,处理好后将样品置于20 ℃,相对湿度95%的环境中贮藏,以未包装杨桃为对照,测定了杨桃贮藏过程中包装袋中O2和CO2含量,失重率、褐变度、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、多酚氧化酶(PPO)活性、抗坏血酸等变化,研究PLA薄膜包装袋包装杨桃的保鲜效果。结果表明,在真空包装对照组中,各项数据差别很小,但其对杨桃的保鲜效果普遍优于气调包装。在气调包装对照组中,气相色谱分析显示PLA袋中CO2体积分数比PE高,O2体积分数低。11 d后,PLA气调包装袋中杨桃褐变度和PPO活性为11.4%和2.3 U/min.g,低于PE气调包装的55.2%和2.9 U/min.g;有机酸分解为0.14%,pH为4.74,酸值高于PE气调包装;同时,PLA包装中杨桃的可溶性固体物和VC含量均高于PE包装袋中杨桃。由此说明,PLA包装确实可以有效延长杨桃的货架期。

果蔬保鲜,杨桃,气调包装,真空包装,PLA薄膜

杨桃是一种口味独特、外形美观、营养丰富的水果,具有很高的商业价值。然而杨桃大多生长在热带地区,易腐烂,易受损,所以如何贮存保鲜成为杨桃进一步推广的一个大问题。目前杨桃的保鲜方法有化学保鲜、涂膜保鲜、主动气调保鲜等[1],但是化学保鲜和涂膜保鲜存在着一定的食品安全隐患,而主动气调保鲜比较复杂,成本较高。

聚乳酸(PLA)作为一种生物可降解材料有很大应用潜力。其透明性好,对氧气和二氧化碳的阻隔性高,在包装领域大有作为[2]。PLA作为包装材料已经被应用于各个领域[3],而PLA薄膜包装对果蔬保鲜还鲜有报道,我们实验室前期研究了聚乳酸薄膜对金针菇保鲜效果的影响[4],Antonis等用新型PLA薄膜建立了圣女果保鲜的气调包装模型[5]。

本文用PLA、聚乙烯(PE)两种包装袋包装杨桃,测试了杨桃外观和营养组分的变化,并以真空包装和未包装杨桃作对比,研究了PLA薄膜对杨桃保鲜效果的影响,对比PLA薄膜与传统包装材料相比的优越性,为PLA薄膜包装袋在果蔬保鲜方面的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜杨桃(采后4 ℃预冷12 h) 中国福建;PLA保鲜袋(25 cm×35 cm,单层膜厚10 μm) 上海自然盾新材料有限公司。PE保鲜袋(25 cm×35 cm,单层膜厚10 μm) 沃尔玛超市,脱普日用化学品(中国)有限公司。表1是本实验采用的PLA保鲜袋和PE保鲜袋的气体透过率[6],可以发现PLA对O2和CO2的透过率比PE低,对水蒸气透过率高于PE。

表1 不同包装袋的气体透过率(kg·m/m2·s·Pa)

NaOH、标准缓冲溶液、草酸、2,6-二氯酚靛酚、冰醋酸、酚酞等 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

恒温恒湿箱 上海源长实验仪器设备厂;阿贝折光仪 上海精密科学仪器有限公司;SINBO真空包装机 香港康奈家电用品有限公司;气相色谱仪 上海天普分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 准备和包装 材料:挑选成熟均匀、大小一致、无损伤、无虫害的杨桃,将表面擦拭干净。真空包装:在PLA和PE包装袋中每袋放入约(300±10)g杨桃,抽真空后热封;气调包装:在PLA和PE包装袋中每袋放入约(300±10)g杨桃,抽真空后热封,再充入200 mL空气。将真空包装、气调包装和未包装的杨桃置于20 ℃,相对湿度95%的恒温恒湿箱中贮藏,开始计算放置时间。每隔24 h进行抽样实验,测试杨桃的失重率、可滴定酸含量、pH、可溶性固形物、VC含量、褐变度等[7]。

1.2.2 袋内气体含量变化 O2、CO2的体积分数用带有TCD检测器气相色谱测定[8],重复6次。

1.2.3 失重率测定 本实验失重率测定采用称重法,重复3次:W(%)=(w0-wt)/w0×100

式中:W为失重率;w0为杨桃初始质量;wt为t天以后杨桃的质量。

1.2.4 可滴定酸含量的测定 采用酸碱滴定法。以苹果酸为换算系数计算,可滴定酸含量以鲜重的百分率表示,重复3次。

1.2.5 pH的测定 使用pH计测量,重复3次。

1.2.6 可溶性固形物的测定 取5 g杨桃研磨成匀浆,然后使用阿贝折光仪法测定,重复3次。

1.2.7 VC含量的测定 参照文献[9]使用2,6-二氯酚靛酚滴定法,重复3次。

1.2.8 褐变度的测定 用图片软件Image-Pro Plus处理褐变后的杨桃照片[10],计算出总的褐变面积S1,杨桃总面积S,褐变度(%)=S1/S×100,重复3次。

1.2.9 多酚氧化酶(PPO)活性的测定 参照文献采用分光光度计比色法[11],重复3次。计算公式为:

式中:U表示酶活性,ΔOD420表示每分钟反应混合液吸光度变化值,V表示样品提取液总体积,VS表示测定时所取样品提取液体积,m表示样品质量。

2 结果与分析

2.1 袋内气体含量变化

图1为PLA和PE气调包装内部O2和CO2气体体积分数的变化。从图中得知,PLA袋中气体体积分数在10%O2和6%CO2下达到平衡;PE包装袋中气体则在17%O2和3%CO2达到平衡。这说明在气体近似平衡时,PLA袋中的O2含量比PE保鲜袋内低,CO2含量则比PE保鲜袋内高,形成了低O2、高CO2的贮藏环境,这种环境能够有效抑制杨桃的呼吸强度从而降低了营养物质的消耗,也可以延缓后熟作用。薄膜内这种气体组分形成的主要原因是PLA和PE薄膜对O2、CO2不同的渗透率,PLA薄膜对O2、CO2的渗透率均小于PE,随着杨桃的呼吸作用进行,袋内O2减少,CO2增加,外部的O2和CO2不能及时渗透进来,在薄膜内自发形成低氧高二氧化碳的环境,有利于杨桃的贮藏,而PE对O2与CO2透过率高,薄膜内部的O2与CO2易与外界交换,无法形成低氧高二氧化碳的环境[12]。

图1 气调PLA(a)和PE(b)包装袋中气体体积分数的变化Fig.1 Volume fraction of O2 and CO2in PLA(a)and PE(b)packaging bags

2.2 外观分析

2.2.1 杨桃的外观变化 图2是杨桃包装前的外观图片;图3是未包装、PLA气调包装、PE气调包装、PLA真空包装、PE真空包装的杨桃在第5 d和第11 d的外观变化。图2中可以看出刚采摘下的杨桃果实饱满、无损伤。图3显示随着时间推移,各种包装方式的杨桃都出现不同程度的变色、干瘪,未包装和PE气调包装的杨桃在第11 d开始长霉腐烂,而气调PLA袋中杨桃却能保持比较好的外观;与气调包装相比,真空包装的杨桃11 d后保持更好的外观;造成这些杨桃外观的差异可能与失水、成熟度、褐变度等因素有关,由于未包装和PE包装袋中杨桃在第11 d已经丧失商品价值,所以实验数据对比仅维持到第11 d。

图2 杨桃包装前(第一天)的外观Fig.2 Sensory quality of unpacked carambolas on the first day

图3 不同包装方式下的杨桃在第5 d(a)和第11 d(b)时的外观变化Fig.3 Effect of different packaging methods on sensory quality of carambolas in the 5th(a)and 11th(b)day

2.2.2 失重率的变化 图4为不同包装方式对杨桃失重的影响。不同包装方式中的杨桃都有不同程度的失重,这是由于采摘后杨桃能继续进行蒸腾作用和呼吸作用,造成一定量的水分流失和营养物质的消耗,其中水分流失造成杨桃质量下降的主要原因[13]。未包装的水果由于未受到保护失重最多,在第11 d时失重率达到14%;气调包装对照组中,PLA包装的杨桃失重率约为7%,PE包装中失重率约为2%,这是由于PE对水蒸气透过率低,呼吸作用产生的水汽很难透过薄膜,在薄膜上会形成小水珠,失重率较小,而PLA材料对水蒸气的透过率高[14],使得水分能够通过薄膜释放到空气中,从而导致PLA包装的水果失重大于PE包装的水果失重。与气调包装相比,真空PLA包装中的杨桃失重率更大,其原因是真空PLA包装使薄膜有效透过面积变大,使其失重率增加[15]。研究表明,适当脱水可以减少果蔬的腐烂,因此PLA对水蒸气的透过率高使水果表面能够保持相对的干燥,不容易霉变[16]。

图4 不同包装方式对杨桃失重的影响Fig.4 Effect of different packaging methods on weight loss of carambolas

2.2.3 褐变度 图5为不同的包装方式对杨桃褐变的影响。从图中可以看出,随着贮藏时间的延长,各种包装方式的杨桃褐变程度都加剧。在开始贮藏的7 d里,褐变度变化不明显。7 d后,PE气调包装内的杨桃褐变度最高,在第11 d褐变度达到55.24%,这是由于PE袋中水蒸气凝结导致杨桃腐烂加剧,褐变度急速升高,PLA气调包装中的杨桃褐变度小于PE气调包装和未包装的杨桃,这说明气调包装PLA袋内杨桃衰老较缓慢,其原因可能是PLA袋内较为干燥,低O2、高CO2的贮藏环境使杨桃衰老缓慢,而PE包装水蒸气透过率低,袋内潮湿导致杨桃发生霉变,使得果实的褐变度增加。与气调包装相比,真空包装的褐变度普遍较小,这是由于真空条件下杨桃呼吸缓慢,延缓衰老,所以褐变度较低。

图5 不同包装方式下杨桃的褐变情况Fig.5 Effect of different packaging methods on browning degree of carambolas

2.3 营养组分

2.3.1 可滴定酸和pH 杨桃中的有机酸种类和含量对果蔬的口味、风味、酸糖比、pH、贮藏性、加工性质都具有重要影响。随着水果的呼吸作用,有机酸会被分解,pH会升高。图6中,五组包装中杨桃的可滴定酸含量都在下降,pH升高,这表明杨桃在贮藏过程中的酸度下降。在第11 d时,气调对照组中,PLA可滴定酸含量高于PE,pH含量低于PE包装,这表明不同包装方式对杨桃中的可滴定酸含量和pH会产生影响,PE袋中可滴定酸含量最少,pH最高,说明了PE袋中杨桃的有机酸分解很快,而PLA袋中杨桃的有机酸则分解较为缓慢,主要原因是PLA包装杨桃呼吸作用比PE包装弱,营养消耗慢。与气调包装相比,两种真空包装方式中的杨桃都表现出较高的可滴定酸含量(18%)和较低的pH,这可能是因为真空包装使生理活动缓慢使得有机酸分解很少[17]。

图6 不同包装方式下杨桃的可滴定酸(a)和pH(b)的变化Fig.6 Effect of different packaging methods on total titratable acidity and pH of carambolas

2.3.2 可溶性固体物 果蔬里的可溶性固体物(主要是指可溶性糖)含量能直接反映果蔬的成熟程度和品质状况。一般情况下,在杨桃成熟过程中,储存的营养物质转化为糖,可溶性固体物会逐渐增加,而在杨桃衰老过程中,由于可溶性糖的分解,使得可溶性固体物含量降低。如图7所示,未包装的杨桃中可溶性固形物含量在第3 d达到最高随后开始降低,而其他四种包装方式中的可溶性固体物则在第5 d达到最高值,这表明包装可以有效地减缓杨桃的成熟衰老速度。气调包装中,PLA包装中杨桃的可溶性固体物含量高于PE包装和未包装,可见PLA中杨桃衰老比其他两种缓慢。两种真空包装差别不明显,但可溶性固体物含量均小于气调包装,这是由于真空包装均抑制杨桃呼吸作用,减缓成熟和衰老;与气调包装相比,真空包装中的杨桃可溶性固体物含量比较低,保鲜效果更好。

图7 不同包装方式下杨桃的可溶性固体物值变化Fig.7 Effect of different packaging methods on soluble solid of carambolas

2.3.3 多酚氧化酶(PPO)活性 多酚氧化酶能够将水果中的酚类氧化形成醌类,这是水果褐变的主要原因,多酚氧化酶活性越强,水果褐变的趋势越大,所以多酚氧化酶的活性大小表示了杨桃衰老的趋势,由图8可知,气调包装中,PE包装的杨桃和未包装杨桃一样表现出较强的PPO活性,从第1 d开始提高到第7 d开始下降,这是由于杨桃开始代谢旺盛,PPO活性很高,当杨桃开始衰老以后,PPO活性会随之降低;PLA包装袋中杨桃PPO活性很低,PPO活性先缓慢降低至9 d以后活性才开始升高,说明PLA袋中的杨桃在一开始褐变被抑制,第9 d以后褐变的趋势变大,这是由于PLA包装袋中特有的低氧高二氧化碳环境使杨桃的成熟和衰老受到抑制[18],但是随着贮藏时间的延长,杨桃的褐变度还是会增加,开始衰老。与气调包装相比,两种真空包装的杨桃因为呼吸缓慢,代谢缓慢,PPO活性保持很低并有降低的趋势,保鲜效果好。

图8 不同包装方式杨桃的PPO活性变化Fig.8 Effect of different packaging methods on polyphenol oxidase activity of carambolas

图9 不同包装方式下杨桃的VC值变化Fig.9 Effect of different packaging methods on VC of carambolas

2.3.4 VC值的变化 图9表示了不同包装方式下杨桃的VC值变化。VC又名抗坏血酸,是一种人类必需的维生素,因此是果蔬的营养品质和贮藏效果的评价指标之一。新鲜的水果中VC含量较高,随着储藏时间的增加,水果的VC含量下降,这是由于水果在成熟过程中VC被氧化破坏。如图所示,五组杨桃中VC含量均随时间增加而降低。气调包装对照组中,PLA包装中的杨桃VC值高于PE和未包装并且下降缓慢,这说明PLA包装减缓VC的消耗,这是由于PLA中的低氧成分对VC起到一定的保护作用;第11 d,PE包装袋中VC的含量低于未包装,这是由于PE包装袋中水汽凝结,杨桃快速衰老和腐烂,VC的含量降低。同理,真空包装对照组中,杨桃会无氧呼吸,也能降低VC的消耗,所以真空包装VC降低最缓慢,VC含量最高。

3 结论

本实验对比研究了不同气体条件下,未包装、PLA气调包装、PE气调包装、PLA真空包装、PE真空包装对杨桃保鲜效果的影响。实验表明,这种PLA薄膜包装袋能够很好的保存杨桃的外观质量和营养组分,抑制杨桃的生理生化活动,减缓杨桃的衰老,延长杨桃的货架期。在温度20 ℃,相对湿度95%的环境中贮存11 d后,真空包装对照组中,PE和PLA包装数据差别很小,但是真空包装对杨桃的保鲜效果普遍优于气调包装,这是由于真空包装使袋内杨桃呼吸缓慢,延缓了杨桃衰老。在气调包装对照组中,气相色谱分析显示PLA袋中CO2体积分数比PE高,O2体积分数低。11 d后,PLA气调包装袋中杨桃褐变度和PPO活性为11.4%和2.3 U/min.g,低于PE气调包装的55.2%和2.9 U/min.g;有机酸分解为0.14%,pH为4.74,酸值高于PE气调包装;同时,PLA包装中杨桃的可溶性固体物和VC含量均高于PE包装袋中杨桃。这是由于PLA特有的气体透过率,使得包装袋内易形成低O2、高CO2且相对干燥的贮藏环境,从而延长杨桃货架期。

这种新型PLA薄膜作为一种绿色可降解包装,不仅包装效果优于传统的包装袋,而且有利于生态环境,在不断地改进中成本大大下降,以后应用前景将会越来越广阔。

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Effect of polylactic acid film bags on the preservation of Carambola

LUO Wen-jie,ZHANG Wei-yang,CHENG Shu-jun*

(College of Materials Science and Engineering,East China University of Science and technology,Shanghai 200237,China)

Carambolas were vacuum and modified atmosphere packaged with Polylactic acid(PLA)and Polyethylene(PE)bags,the packs were stored in temperature humidity chamber at temperature 20 ℃ and RH of 95%,unpacked carambolas were used as controls. The following fruit quality parameters were measured to study the effect of PLA film bags on the preservation of carambola in the experiment:volume fraction,weight loss,browning degree,total titratable acidity,pH,soluble solid,polyphenol oxidase(PPO)activity and ascorbic acid. Experimental results showed that data difference between PLA and PE vacuum packagings was small,but vacuum packaging had a better fresh-keeping effect than modified atmosphere packaging. In the control group of modified atmosphere packaging,gas chromatograph showed that the O2content of the PLA packaging was lower than PE packaging in all groups,while the CO2content was higher. On the 11th day,the browning degree and PPO activity of carambolas in PLA packaging were 11.4% and 2.3 U/min.g,lower than 55.2% and 2.9 U/min.g of PE packaging. The total titratable acidity was 0.14%,pH was 4.74,higher than that of PE packaging after 11 days. Furthermore,carambolas in PLA packaging exhibited high soluble solid and ascorbic acid content. The result showed that PLA packs could extend the sshelf life of carambolas.

fruits preservation;Carambola;modified atmosphere packaging;vacuum packaging;PLA film

2015-03-27

骆文杰(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：生物可降解材料，E-mail:luowenjie1991@163.com。

*通讯作者:程树军(1956-)，男，博士，副教授，研究方向：生物可降解材料，E-mail:chshj2003@126.com。

TS254.1

A

1002-0306(2015)23-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.056