大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜的抑菌效果及对草莓的保鲜作用

管 骁，李 律，刘 静，赵 欣

(1.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093； 2.上海海事大学信息工程学院，上海200135)

大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜的抑菌效果及对草莓的保鲜作用

管 骁1，李 律1，刘 静2，赵 欣1

(1.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093； 2.上海海事大学信息工程学院，上海200135)

以大麦醇溶蛋白为基材，以纳米TiO2粒子为改性材料制备可食性膜液，通过对草莓进行涂膜处理，探讨大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜对贮藏过程中草莓质量损失率、硬度、可溶性固形物含量、Vc含量、总酸含量及腐烂率的影响，研究大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液对草莓涂膜保鲜的效果。结果表明：经涂膜处理后的草莓，其质量损失率和腐烂率相较于空白组有明显的改善。空白组在3 d内质量损失率达到6.8%，而涂膜组在4 d后质量损失率仅为6.2%；贮藏10 d，空白组的腐烂率为3.1%，而涂膜组为2.4%；对于硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和总酸含量，涂膜组均高于空白组。上述结果表明，大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜液涂膜处理可有效延长草莓的贮藏期。抑菌试验结果表明大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜液对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌有较好的抑制作用，抑菌圈直径分别达到18.2和17.6 mm。

大麦醇溶蛋白；纳米TiO2；可食性纳米膜；抑菌；保鲜

草莓为浆果类果实，柔软多汁、组织娇嫩，因此极易受损伤和微生物侵染[1]。通常情况，果实在常温下放置1～3 d即开始变色，随着贮藏时间的延长，草莓的质量损失率、硬度、可溶性固形物含量、Vc含量、总酸含量及腐烂率等相关参数都会受到影响，这些变化使得草莓难以贮藏，最终失去营养价值。大麦醇溶蛋白是一种来源广泛的谷物蛋白质，富含谷氨酸、脯氨酸及含硫氨基酸。正是由于大麦醇溶蛋白拥有这些特殊的氨基酸，能使蛋白质间以较强的二硫键、疏水键相连，易于成膜；且疏水氨基酸含量较多，使其具有水不溶性、流变性、延伸性、膨胀性和胶凝性等[2]；并且在较高湿度的环境下亦不会因为吸水而发黏，具有一定的抗水分子透过性质。因此，大麦醇溶蛋白可作为食品可食性膜的良好基材，是前景可观的绿色保鲜膜材料。

随着纳米技术的发展，具有微尺度效应、量子效应等性质的纳米粒子被发现可较大程度上改善材料的力学性能和生物降解性能、抗菌性能[3]等。Rong等[4]研究发现，包装材料中添加纳米TiO2粒子能吸收乙烯，并具有抗菌作用；同时可食膜中的钛氧键对CO2和O2有吸附、溶解、扩散和释放作用，可有效调节膜内外CO2和O2的交换量，从而保鲜食品。纳米TiO2是国家批准使用的食品添加剂[5]，具有无毒、抗菌、防紫外线等特性，是目前研究最为活跃的无机纳米材料之一。本文中，笔者拟用大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性膜具有的良好力学性能、通透性和黏附性，以浸渍方式在草莓表面形成一层均匀、透明且具有微孔通道的薄膜，并考察其对草莓的保鲜效果，旨在为果蔬保鲜提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大麦粉、草莓购自当地大型超市；大麦醇溶蛋白，自制；纳米TiO2(纯度≥96%，比表面积 (150±10) m2/g，平均粒径 (20±5) nm)，上海晶纯试剂有限公司；实验菌株(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和黑曲霉)，保藏于笔者所在实验室；甘油、聚乙二醇400、抗坏血酸(Vc)和2，6-二氯靛酚钠盐草酸白陶土等化学试剂均为市售国产分析纯。

1.2 主要设备

真空冷冻干燥机，上海东富龙有限公司；Avanti J-20XP型高速冷冻离心机，德国BECKMAN公司； TD-92型便携式数显折光仪，上海精密科学仪器有限公司；BROOKFIELD CT3型质构仪，美国Brookfield公司； YSQ.280型手提式压力蒸汽灭菌锅，上海华线医用核子仪器有限公司；SPX-150C型恒温恒湿箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

1.3 实验方法

1.3.1 大麦醇溶蛋白提取

参照文献[6]的方法进行。

1.3.2 大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液制备

称取3 g大麦醇溶蛋白，倾入25.5 mL 55%(体积分数)的异丙醇溶液中，60 ℃磁力搅拌30 min，使其充分溶解，加入0.9 mL甘油，0.6 mL聚乙二醇400，于90 ℃磁力搅拌15 min，得到大麦醇溶蛋白溶液A；将纳米TiO2粒子缓慢倾入55%异丙醇溶液中，超声分散30 min，得到B液；将B液逐滴加入到A液中，最终得到C液(蛋白质量浓度100 g/L，m(纳米TiO2)/m(蛋白)=0.2%)，即为可食性纳米膜液。

1.3.3 抑菌效果的评价

采用抑菌圈法评价涂膜液抗菌能力[6]。具体实验过程如下。

1)试验片制作 选择吸水性强的滤纸，用打孔器打成若干个直径为10 mm的圆形滤纸片，用紫外灯灭菌3～4 h，备用。

2)培养基制备

BP培养基：胰蛋白胨1 g，牛肉浸粉0.5 g，酵母浸粉0.1 g，丙酮酸钠1 g，甘氨酸1.2 g，LiCl 0.5 g，琼脂2 g，蒸馏水100 mL;pH 7.2。

LB培养基：蛋白胨1 g，酵母浸出汁0.5 g，氯化钠 1 g，蒸馏水100 mL；pH 7.5。

PDA培养基：马铃薯20 g，切成块加水100 mL，煮沸30 min，过滤，滤液加葡萄糖2 g，补足水至100 mL，琼脂2 g；pH自然。

以上培养基都在121 ℃灭菌15 min。

3)细菌富集培养 在无菌室中将金黄色葡萄球菌接种至BP培养基，在38 ℃的恒温箱中培养24 h；在无菌室中将大肠杆菌接种至LB培养基，设置全温振荡培养箱参数为37 ℃、100 r/min，摇瓶培养15 h；在无菌室中将黑曲霉接种至PDA培养基，在38 ℃的恒温箱中培养48 h。

4)抑菌圈试验 分别将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉稀释至2×106CFU/mL，各吸取0.1 mL菌悬液，分别涂布在已灭菌的BP、LB、PDA固体培养基平板上，同时将灭菌后的圆形滤纸片放入配制好的成膜液中浸泡1 min。夹取浸有大麦醇溶蛋白成膜液及大麦醇溶蛋白/纳米TiO2成膜液的滤纸片贴在平皿上，对照组为未作处理的空白灭菌滤纸片组，分别放入培养箱中，在合适条件下培养规定时间后，观察抑菌圈大小，测量抑菌圈直径。根据相关检测标准，每隔600在不同的方向，对每个样品的抑菌圈直径各测量6次。

1.3.4 草莓涂膜处理

选择无力学损伤，大小、成熟度一致的草莓，随机分为两大组，其中一组用大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液进行涂膜处理，另一组用大麦醇溶蛋白溶液涂膜作为对照组。再将每一个大组随机分为两个小组，一小组用于测定质量损失率、硬度、可溶性固形物、Vc和总酸指标，另一小组用于测定腐烂指数。将需进行涂膜处理的草莓分别放入各自涂膜液中浸泡1 min，捞出自然晾干，待在草莓表面形成膜层后贮藏于冰箱中(温度为10 ℃，相对湿度为65%～71%)。

1.3.5 质量损失率的测定

质量损失率=(m0-mt)/m0×100%

(1)

式中：m0表示样品的初始质量，g；t表示贮藏时间，d；mt表示贮藏时间为t的样品质量，g。

1.3.6 硬度的测定

在围绕草莓的赤道部位，间隔等距离的3个位置，用质构仪测定各个位置果肉的硬度。

1.3.7 可溶性固形物含量的测定

用便携式数显折光仪测定草莓可溶性固形物含量。

1.3.8 Vc含量的测定

[7]中的2,6-二氯靛酚滴定法测定Vc的含量。

1.3.9 总酸的测定

参照文献[8]中的酸碱滴定法测定草莓中的总酸。

1.3.10 腐烂指数的测定

0级：无腐烂、无伤害的新鲜草莓；

1级：烂斑小于1/4草莓面积的果实；

2级：烂斑大于1/4但小于1/2草莓面积的果实；

3级：烂斑大于1/2但小于3/4草莓面积的果实；

4级：烂斑大于3/4草莓面积的果实。

(2)

1.3.11 数据统计分析

实验数据平行测定3次，并采用SPSS18.0软件进行数据处理。

2 结果与讨论

2.1 抑菌效果分析

大麦醇溶蛋白可食性膜和大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及黑曲霉的抑制效果如图1和表1所示。由图1和表1可知：大麦醇溶蛋白可食性膜对细菌没有明显抑制效果，而大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌均表现出较好的抑制作用，其中对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好，但对黑曲霉没有明显抑制效果。

图1 大麦醇溶蛋白及大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和黑曲霉的抑制效果Fig.1 Inhibitory effects onStaphylococcus aureus, Escheri-chia coli and Aspergillus niger of hordein film and hordein/nano-TiO2 edible film表1 大麦醇溶蛋白膜及大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜对不同菌株的抑制效果Table 1 Inhibitory effects for different bacterial of hordein film and hordein/nano-TiO2 edible film

测试菌株大麦醇溶蛋白可食性膜大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜抑菌情况大小/cm抑菌情况大小/cm金黄色葡萄球菌-0+182大肠杆菌-0+176黑曲霉-0-0

注：“+”表示有明显抑菌圈出现，“-”表示无抑菌圈。

2.2 涂膜处理对草莓质量损失率的影响

草莓含水量高达85%～95%，失水皱缩是影响草莓品质及贮藏保鲜的重要因素之一，蒸腾作用和组织呼吸作用都会导致草莓质量降低，出现严重的萎蔫现象，并且蒸腾失水是主要原因。考察涂膜处理对草莓质量损失率的影响，结果见图2。由图2可知，随着贮藏期的延长，草莓的质量损失率逐渐增大，对照组在3 d内质量损失率达到6.8%，而涂膜组在4 d后质量损失率才达到6.2%，质量损失率明显小于对照组。这主要是由于草莓经大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液涂膜处理后，在表面形成了一层透明的蛋白质薄膜，且有纳米粒子均匀地分布在蛋白的凝胶化网络间隙中，致使比普通的蛋白薄膜更为致密，这层致密膜可以减少营养物质的损失和水分的蒸发，从而有效地抑制了草莓的蒸腾作用，因而使贮藏期间草莓的质量损失率降低。宋贤良等[9]在研究纳米TiO2/玉米淀粉复合涂膜对圣女果保鲜作用时也有类似的结论。

图2 贮藏期间涂膜处理对草莓质量损失率的影响Fig.2 Effects of coating on weight-loss rate ofstrawberry during storage period

2.3 涂膜处理对草莓硬度的影响

草莓果皮保水性差，在贮藏过程中，草莓硬度逐渐降低，主要是由于果实组织中果胶和水分含量发生变化[10]，随着水分的散失，逐渐发生萎蔫现象。因此考察涂膜处理对草莓硬度的影响，结果见图3。由图3可以看出，经涂膜处理的草莓硬度下降速度比对照组要慢。涂膜处理后的草莓表面形成的薄膜能有效地抑制草莓果实内果胶物质的转化与水分蒸发，并且由于添加了纳米TiO2粒子，使膜内形成低O2分压、高CO2分压的小环境[11]，有效地抑制了草莓的呼吸作用，从而延缓了草莓的软化。

图3 贮藏期间涂膜处理对草莓硬度的影响Fig.3 Effects of coating on strawberry hardnessduring storage period

2.4 涂膜处理对草莓可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物含量的高低，反映了贮藏过程中果实营养物质保留的多少，影响着果实的品质和口感。考察涂膜处理对草莓可溶性固形物含量的影响，结果见图4。由图4可知，随着贮藏时间延长，草莓可溶性固形物含量逐渐降低。经涂膜处理的草莓，其可溶性固形物含量均高于同一时间的对照组。大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液涂膜处理有效地抑制了草莓的呼吸作用，使草莓的一些生理活动减弱，延缓了可溶性固形物的减少，降低了后熟速率，使果实的保鲜期延长。姚闽娜等[12]在研究魔芋葡甘聚糖涂膜对草莓保鲜时也有类似的研究结果。

图4 贮藏期间涂膜处理对草莓可溶性固形物含量的影响Fig.4 Effects of coating on soluble solid content ofstrawberry during storage period

2.5 涂膜处理对草莓Vc含量的影响

水果中一般都含有丰富的Vc，而Vc是人类必需的营养元素。它是衡量水果营养价值的重要指标，并且也是果实内清除活性氧的抗氧化剂，对延缓果实衰老具有一定效果。因此考察涂膜处理对草莓Vc含量的影响，结果见图5。由图5可以看出，对照组和经涂膜处理的草莓中Vc含量随贮藏时间的延长而逐渐下降，但在整个贮藏期间，经涂膜处理的草莓Vc含量比对照组下降慢。贮藏6 d后，涂膜处理组与对照组的草莓Vc含量(以100 g草莓计)分别为62.3、49.2 mg。表面涂膜处理对草莓中Vc能起到一定的保护作用，避免其迅速氧化分解，但草莓本身含有的Vc氧化酶也会把Vc氧化，所以随着贮藏时间的延长，Vc含量逐渐减少。经涂膜处理后，草莓表面的可食性膜能有效地阻隔草莓内外的气体交换，使氧化还原型Vc所需O2含量降低，因而延缓了经涂膜处理后草莓中Vc的氧化。

图5 贮藏期间涂膜处理对草莓Vc含量的影响Fig.5 Effects of coating on Vc content in strawberryduring storage period

2.6 涂膜处理对草莓总酸含量的影响

酸度是构成水果风味的主要组成部分，一般通过测定总酸含量来判断果实的成熟度。草莓的酸性成分主要有苹果酸和柠檬酸，其次是酒石酸和少量的琥珀酸及草酸。考察涂膜处理对草莓总酸含量的影响，结果见图6。由图6可以看出，对照组和经涂膜处理的草莓中可滴定酸量均呈下降趋势，并在贮藏期前5 d明显下降。对照组在贮藏5 d时可滴定酸百分数降到0.44%，而经涂膜处理组其可滴定酸百分数降到0.47%，下降速度较慢，使可滴定酸的含量在贮藏期间得到一定的保持。由于贮藏过程中草莓仍然具有一定的生理活性，需要消耗自身的养料以维持其生理活动，而有机酸是其代谢活动中的呼吸底物，并且可以作为合成能量ATP的主要来源，因此贮藏期间草莓总酸的含量主要呈下降趋势[13]。经涂膜处理后草莓的呼吸强度明显减弱，使有机酸的消耗减少，因此涂膜处理过的草莓总酸含量相对较高。

图6 贮藏期间涂膜处理对草莓总酸含量的影响Fig.6 Effects of coating on total acid content ofstrawberry during storage period

2.7 涂膜处理对草莓腐烂率的影响

草莓在贮藏期间，由于受霉菌感染、呼吸作用影响，容易引起腐烂。考察涂膜对草莓腐烂率的影响，结果见图 7。由图7可以看出，对照组草莓在整个贮藏期间的腐烂指数明显高于涂膜处理组，贮藏10 d时，对照组的腐烂指数为3.1%，而涂膜处理组的腐烂指数为2.4%，表明涂膜处理可以抑制草莓果实贮藏期间的腐烂指数。可能的原因是涂膜处理能够适当堵塞果蔬表面的气孔，从而抑制果实的呼吸作用，延缓产品后熟，并且减轻草莓表皮机械损伤。

图7 贮藏期间涂膜处理对草莓腐烂率的影响Fig.7 Effects of coatingon rotting rate of strawberryduring storage period

3 结论

本文研究表明大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液对草莓具有较好的保鲜效果。随着贮藏时间的增加，草莓的质量损失率和腐烂率呈递增的变化趋势，而硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和总酸含量则呈递减的变化趋势。经涂膜处理后的草莓，其质量损失率和腐烂率均低于对照组，而硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和总酸含量均高于空白组，说明大麦醇溶蛋白/纳米TiO2可食性纳米膜液涂膜处理可有效延长草莓的贮藏期，并且对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌有较好的抑制作用。

参考文献：

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[8] 国家质量监督检验检疫总局.食品中总酸的测定:GB/T 12456—2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

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[13] 杨继涛,史继华.草莓采后生理品质变化及贮藏保鲜技术研究进展[ J].陕西农业科学,1998(5):32-35.

(责任编辑 荀志金)

Antibacterial effects of hordein/nano-TiO2compositefilm and its application for strawberry preservation

GUAN Xiao1,LI Lyu1,LIU Jing2,ZHAO Xin1

(1. School of Medical Instruments and Food Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China; 2. College of Information Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 200135，China)

We prepared an edible film using hordein obtained in laboratory as the main material and nano-TiO2particle as the modified material. The coating was used to treat strawberry. The weight-loss rate,hardness,soluble solid content,vitamin C content,total acid content and decay rate of treated strawberry during storage were periodically measured for investigating its fresh-keeping effect. The results showed that the weight-loss rate was 6.2% (for 4 d),lower than that of the control (6.8% for 3 d),and the decay rate was 2.4% (for 4 d), lower than that of the control (3.1% for 3 d).And the hardness,soluble solids content,total acid content,vitamin C content were higher. Hordein/nano-TiO2edible film could effectively prolong the storage of strawberry.Bacteriostatic test showed that the diameter of inhibition zone againstStaphylococcusaureusandEscherichiacoliwas respectively up to 18.2 mm and 17.6 mm,and had a superior performance of bacteriostasis.

hordein; nano-TiO2; edible film; antibacterial activity; fresh-keeping

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.06.011

2016-06-27

国家自然科学基金(31101348)；上海市自然科学基金(14ZR1419200)

管 骁(1979—)，男，湖北黄冈人，博士，副教授，研究方向：食品生物技术，E-mail:gnxo@163.com

TS210

A

1672-3678(2016)06-0061-05