PLA/TiO2纳米复合膜对香菇保鲜效果的研究

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(1.红河学院理学院化学系,云南蒙自 661199;2.云南省高校“地方特色资源利用与新材料”重点实验室,云南蒙自 661199)

PLA/TiO2纳米复合膜对香菇保鲜效果的研究

曾丽萍1,2,樊爱萍1,2,杨桃花1,徐世娟1,2,刘卫1,2,*

(1.红河学院理学院化学系,云南蒙自 661199;2.云南省高校“地方特色资源利用与新材料”重点实验室,云南蒙自 661199)

为研究纳米复合材料对采后香菇的保鲜效果,以未包装的香菇为对照,探讨了添加不同质量分数0%、1%、2%、3%纳米TiO2的PLA/TiO2纳米复合膜对香菇保鲜效果的影响。在(4±1) ℃条件下,每4 d测定香菇贮藏期间理化指标及微生物指标。结果表明,PLA/TiO2纳米复合膜能更好地维持香菇贮藏期间的感官品质,抑制呼吸强度,减缓水分流失,维持较高VC及还原糖含量。纳米TiO2添加量与香菇的保鲜效果成正比,其中3% PLA/TiO2纳米复合膜对香菇的保鲜效果最佳。

香菇,保鲜,聚乳酸,纳米二氧化钛,复合膜

香菇(Lentinusedodes),又名冬菇,是一种药食同源的食用菌,由于香气独特、味道鲜美、营养丰富而深受人们喜爱,目前我国是世界第二大人工食用菌[1]。但是采摘后的新鲜香菇含水量高,呼吸和蒸腾作用强烈,在非酶及酶促褐变下容易变色、变味及开伞,且表面没有任何保护结构,容易受到微生物的侵染,从而影响其货架期[2]。近年来,众多科研工作者对食用菌的保鲜工艺进行了大量研究。吴宁等[3]研究表明一定浓度葡萄籽提取物可以延长香菇货架期;Yuyue Qin等[4]研究表明，聚乳酸/聚己内酯/肉桂醛复合膜通过维持组织整体性、抑制微生物等提高蘑菇的贮藏时间;夏苗等[5]通过检测甲醛含量,探讨了不同气调包装对香菇的保鲜效果影响。因此,为了延长香菇的货架期,研制一种效果良好、成本低、污染小的保鲜技术具有十分重要的实际意义。

聚乳酸(PLA)由可再生资源制得,其来源广泛,具有无毒、可降解等性能,是一种新型绿色食品包装材料,但因其气体阻隔性差,热塑造性及力学性能不理想限制了其应用[6]。随着科技的发展,纳米材料被认为是21世纪最有前途的材料之一,将纳米材料与聚乳酸复合,可以有效地提高聚乳酸的抑菌性、透气性、机械性强度等综合性能[7],因此纳米材料广泛应用于食品包装领域。

本实验以PLA为基材,添加不同质量分数纳米TiO2制备出PLA/TiO2纳米复合膜,以未包装的香菇为对照,研究在低温贮藏条件下纳米包装材料处理对新鲜香菇生理与品质的影响,探索PLA/TiO2纳米复合膜延缓香菇老化的机理,为PLA/TiO2纳米复合膜在食用菌保鲜中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

鲜香菇 购于蒙自市观音桥市场,挑选菇体完整、大小均一(约25 g/个)、无机械损伤新鲜的香菇;葡萄糖、3,5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、结晶酚、亚硫酸钠、盐酸、氢氧化钠、胰蛋白胨、酵母浸膏、琼脂、磷酸 均为分析纯(AR),国药集团化学试剂有限公司;PLA颗粒 美国奈琪沃克公司;纳米TiO2(粒径≤30 nm) 阿拉丁试剂公司;其他实验室用水 均使用蒸馏水。

FA2004型电子天平 上海恒平科学仪器有限公司;RW20 digital型数显机械搅拌器 德国AKI公司;FR-770型多功能自动塑料薄膜封口机 温州市凯驰包装机械有限公司;LB90A型手持糖度计 广州市铭睿电子科技有限公司;XK97-A型菌落计数器 金坛市康华电子仪器制造厂;SY-1022型果蔬呼吸测量仪 石家庄世亚科技有限公司;SX-620型笔式pH计 上海三信仪表厂;LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂;SW-CJ-1F型洁净工作台 苏州安泰空气技术有限公司;TGL20M型台式高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司;BC/BD-519HK型卧式冷柜 青岛海尔特种电冰柜有限公司;HWS26型电热恒温水浴锅 上海一恒科技有限公司;TU-1901/1900型双光束紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2实验方法

1.2.1 复合膜的制备 称取2 g PLA颗粒溶于60 mL二氯甲烷中,搅拌均匀,将不同质量分数0%、1%、2%、3%(w/w,TiO2/PLA)的纳米TiO2与PLA溶液充分混匀,把混合均匀的PLA/TiO2混合溶液静置数分钟后(无气泡),在聚四氟乙烯板(20 cm×20 cm)上流延成膜,自然干燥,揭膜,置于干燥器中保存。

1.2.2 原料的处理 将挑选后的鲜香菇在4 ℃冰箱中预冷24 h,用剪刀剪去菇柄下端带泥部分,抽真空后包装于添加不同质量分数0%、1%、2%、3%纳米TiO2的PLA/TiO2纳米复合膜中,以未包装香菇作为对照。每袋(100±2) g,置于(4±1) ℃贮藏16 d,每4 d取香菇盖样品测定各项理化指标。

1.2.3 香菇贮藏期间理化及微生物指标的测定方法

1.2.3.1 呼吸强度 采用SY-1022型果蔬呼吸测量仪测定。

1.2.3.2 失重率 采用称量法测定[8]。

1.2.3.3 pH和可溶性固形物(TSS)含量 称取10.0 g样品,剪碎后研磨成浆,离心20 min(5000 r/min,4 ℃),取上清液测pH,用糖度计测定TSS含量[9]。

1.2.3.4 还原糖含量 采用3,5-二硝基水杨酸法测定[10]。称取1.0 g样品,加入10 mL的蒸馏水,研磨成匀浆后,于80 ℃恒温水浴30 min,冷却后于8000 r/min离心30 min,吸取2.0 mL上清液,加入1.5 mL的3,5-二硝基水杨酸试剂,沸水浴加热5 min,测定540 nm处的吸光值,通过葡萄糖标准曲线(y=5.118x-0.399,R2=0.999),计算香菇还原糖含量。

1.2.3.5 VC含量 参照谢丽源等人方法略作修改[11]。称取2.0 g样品,加入5 mL 1%盐酸研磨匀浆并定容至10 mL,离心20 min(10000 r/min,4 ℃),取0.2 mL上清液,加入盛有0.2 mL 10%盐酸的10 mL容量瓶中,定容后以蒸馏水为空白,于243 nm处测定其吸光值,通过抗坏血酸标准曲线(y=1.1417x+0.0138,R2=0.999),计算VC的含量。

1.2.3.6 菌落总数 参照GB 4789.2-2010的方法。

1.2.4 数据处理 所有实验均重复测定3次,结果表示为平均值±标准差(x±s,n=3);使用SPSS Statistics 19.0软件进行显著性分析,p<0.05时差异显著,利用Origin 8.5软件进行数据处理及作图。

2 结果与分析

2.1香菇的呼吸强度

采摘后的鲜香菇在呼吸过程中消耗自身的营养物质为其子实体提供生命活动所需的能量。呼吸强度越大,营养物质消耗和组织衰老越快,耐贮性也就越差[12]。如图1所示,在4 ℃条件下,随着贮藏时间的延长,香菇的呼吸强度均呈现上升后下降的趋势。不同质量分数PLA/TiO2复合膜均不同程度地抑制了香菇的呼吸作用,推迟呼吸峰值到来时间。其中,未包装的香菇贮藏至在第8 d时,呼吸强度达到峰值。包装后的香菇均贮藏至第12 d时,呼吸强度达到峰值,且随着纳米TiO2添加量的增多,呼吸强度越低。由此可见,PLA/TiO2复合膜可以有效抑制香菇的呼吸强度,且在贮藏过程中,3% PLA/TiO2复合膜抑制香菇呼吸强度的效果最好。

图1 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇呼吸强度的影响Fig.1 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on respiratory intensity of Lentinus edodes

2.2香菇的失重率

含水量是食用菌新鲜程度的重要指标之一,当失水超过5%时,菇体萎蔫变软失去食用价值[13]。在贮藏过程中,香菇采后的质量损失主要包括蒸腾作用引起的水分流失、呼吸作用形成CO2和有机物的损失[14]。如图2所示,在4 ℃条件下,随着贮藏时间的延长,香菇的失重率均逐渐上升。在第4 d时,所有香菇的质量损失急剧增加。贮藏4～16 d时,包装组的失重率明显低于未包装组(p<0.05),且添加纳米TiO2的质量分数越高,保鲜效果越佳。这是因为纳米包装材料具有相对较小的水分透过率,有效维持了包装袋内部较高的空气湿度,进而抑制了香菇子实体水分的进一步蒸发[15]。

表1 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇pH和TSS含量的影响Table 1 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on pH or the soluble solids contents in Lentinus edodes

图2 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇失重率的影响Fig.2 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the weight loss of Lentinus edodes

注:不同小写字母表示在相同贮藏时间下不同包装的香菇的pH或TSS含量差异显著(p<0.05)。

2.3香菇的pH和可溶性固形物(TSS)含量

pH反映了菇体内酶活性和微生物活动及褐变程度,TSS含量反映了香菇的品质和成熟度[16]。如表1所示,在4 ℃条件下,在贮藏过程中,香菇的pH和TSS含量均呈现下降的趋势。在第16 d时,未包装与纯PLA膜中香菇的pH差异不显著(p>0.05),与1%、2%、3%的PLA/TiO2复合膜差异显著(p<0.05)。这可能是在冷藏过程中,添加一定量TiO2的PLA复合材料对香菇表面的微生物和酶活性具有抑制作用[17]。在第16 d时,未包装香菇的TSS含量为3.80%,其损失量相对较大。这可能是未包装香菇未进行抽真空处理和表面无保护措施,导致呼吸作用强、水分流失快、微生物活动频繁从而引起TSS含量大量损失。由此可见,添加不同质量分数纳米TiO2的PLA膜可以维持较高的pH和TSS含量,且添加3%纳米TiO2的复合膜保鲜效果最佳。

2.4香菇的还原糖含量

还原糖为呼吸基质,其含量影响香菇组织细胞的呼吸代谢强弱及菇体的腐烂程度[18]。如图3所示,在4 ℃条件下,随着贮藏时间的延长,香菇还原糖含量逐渐降低。在第16 d时,未包装香菇的还原糖含量由贮藏前的1.19 mg/g降至0.65 mg/g(p<0.05),明显低于包装香菇的还原糖含量。由此可见,在整个贮藏过程中,添加纳米TiO2包装能够降低香菇还原糖的消耗,纳米TiO2添加量越多,香菇还原糖含量越高,3% PLA/TiO2复合膜能更好地保持香菇的还原糖含量。

图3 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇还原糖含量的影响Fig.3 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the reducing sugar content of Lentinus edodes

2.5香菇的VC含量

VC含量的高低是评价香菇营养价值的重要指标之一。如图4所示,在4 ℃条件下,随着贮藏时间的延长,香菇VC含量呈现下降的趋势。在第4 d后,未包装与添加纳米TiO2复合膜中VC含量差异显著(p<0.05)。Techavuthiporn等[19]人研究表明,呼吸作用也会引起抗坏血酸含量下降。这与之前的结论吻合,添加纳米TiO2的复合膜可以有效的抑制香菇的呼吸率。由此可见,纳米TiO2复合膜能更好地保持香菇中VC的含量。

图4 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇VC含量的影响Fig.4 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on the vitamin C contents of Lentinus edodes

2.6香菇的菌落总数

如图5所示,随着贮藏时间的延长,香菇的菌落总数均呈现上升趋势。在整个贮藏期间,未包装香菇的菌落总数明显高于包装组,且纯PLA与1%、2%、3% PLA/TiO2复合膜中香菇的菌落总数差异显著(p<0.05),2% PLA/TiO2与3% PLA/TiO2复合膜中香菇的菌落总数差异不显著(p>0.05)。由此可见,在贮藏过程中,包装处理在一定程度上能抑制微生物生长,添加具有抗菌作用的纳米TiO2可以增强包装袋的抑菌功能,其中，3% PLA/TiO2复合膜对香菇的抑菌效果最好。

图5 不同质量分数的纳米复合膜包装对香菇菌落总数的影响Fig.5 Effect of different mass fraction of nano-composite film packaging on total number of colonies of Lentinus edodes

3 结论

在4 ℃条件下,以未包装的香菇为对照,探讨不同质量分数PLA/TiO2复合膜对香菇的保鲜效果。结果表明,纳米材料对香菇的呼吸强度、失重率、pH、TSS含量、还原糖含量、VC含量、菌落总数均优于对照组,且随着纳米TiO2添加量的增多,香菇的保鲜效果越好。其中,包装可以抑制香菇的呼吸强度,延迟呼吸峰值的到来。贮藏末期,纳米材料可以维持香菇良好的品质,减缓水分流失,维持较高VC及还原糖含量。包装后香菇的菌落总数明显低于未包装(p<0.05),且在同一贮藏时期香菇中的菌落总数随着纳米TiO2添加量的增加而减少,但当纳米TiO2添加量为3%时,与纳米TiO2为2%的复合膜添加量差异不明显。综上所述,选择添加量为3%纳米TiO2复合膜作为香菇保鲜膜。

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Thepreservationeffectofpolylacticacidnano-TiO2compositefilmpackagingonLentinusedodes

ZENGLi-ping1,2,FANAi-ping1,2,YANGTao-hua1,XUShi-juan1,2,LIUWei1,2,*

(1.Department of Chemistry,College of Science,Honghe University,Mengzi 661199,China; 2.Local Characteristic Resource Utilization and New Materials Key Laboratory of Universities in Yunnan,Honghe University,Mengzi 661199,China)

In order to study preservation effects of nano-composite materials to harvestedLentinusedodes,compared with unpacked ones,this article meaned to discuss the preservation effect of PLA composite films in which added different mass fractions of nanometer TiO2(the TiO2fractions:0%,1%,2% and 3%)toLentinusedodes.Lentinusedodes’ physical and chemical indexes,as well as microbiological indicators,were measured every 4 days when storing at the temperature of(4±1) ℃. The results demonstrated that polylactic acid nano-TiO2composite film could better maintain the sensory quality,reduce respiration intensity and the loss of moisture,keep VCand reducing sugars contents ofLentinusedodesin storage period. The additive amount of nano-TiO2was proportional to the preservation effect,and the preservation effect of polylactic acid with 3 percent fraction of nanometer TiO2toLentinusedodesachieved the optimal effect.

Lentinusedodes;preservation;PLA;nanometer TiO2;composite film

2017-02-13

曾丽萍(1990-)，女，硕士研究生，助教，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：825767453@qq.com。

*通讯作者:刘卫 (1962-)女，硕士，教授，研究方向：天然产物化学及开发利用，E-mail：liuwei4728@126.com。

云南省自然科学基金应用基础研究项目(2013FZ120)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)16-0225-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.042