壳聚糖涂膜对蚕豆鲜荚采后生理及贮藏品质的影响

陈 惠， 王学军， 宋居易， 王永强， 吴春芳

(江苏沿江地区农业科学研究所，江苏如皋 226541)

蚕豆(ViciafabaL.)，别称胡豆、佛豆、利马豆等，属豆科(Leguminosae)、蝶形花亚科(Papilionoideae)、野豌豆属(ViciaL.)[1]。它营养丰富，风味独特，深受消费者青睐[2]，是我国重要的豆类蔬菜之一。我国蚕豆常年播种面积在100万hm2左右，产量在150万～200万t之间[3]，其中很大一部分用来以鲜荚形式直接进入市场。由于它采收期较短，供应相对集中，且多集中在高温季节，在采摘后容易褐变、腐烂以及造成一些营养物质损失，从而严重影响其质量品质及货架期。因此蚕豆鲜荚贮藏有很大的经济效益，其贮藏保鲜技术值得研究[4]。

近年来涂膜技术在果蔬贮藏保鲜中的应用日益受到重视，它对于改善果蔬外观及内在品质，延长果蔬产品的贮藏期和货架期都有重要的作用。随着科技的发展及生活水平的不断提高，消费者对食品的营养性和安全性等提出了更高的要求，使用何种涂膜材料既能够达到保鲜效果又能降低环境污染的问题引起人们的重视。食品科学界普遍认为，开发具有良好的保鲜效果，且安全性好、可生物降解的食品涂膜剂逐步成为研究的热点[5]。

壳聚糖作为一种新型的天然保鲜剂，来源广泛，无毒、无污染，具有良好的生物安全性，己有越来越多的科研人员致力于壳聚糖膜材料的研究[6]。以壳聚糖为主的涂膜保鲜技术应用研究较多，如壳聚糖涂膜在黄瓜[7]、青椒[8]、猕猴桃[9]等多种果蔬上的研究[10-12]。目前，国内外研究主要采用速冻、防腐剂处理，热激处理、包括涂膜等技术在蚕豆籽粒保鲜中应用[4，13-15]，而蚕豆鲜荚的保鲜研究未见报道。所以本试验立足于国内蚕豆产业的现状，研究在低温下，不同浓度壳聚糖涂膜对蚕豆鲜荚的采后生理、营养物质等的影响，为其贮藏技术的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：蚕豆鲜荚，采自江苏沿江地区农业科学研究试验田；盐酸、丙酮，分析纯。

1.2 设备与仪器

DS-1型高速组织捣碎机，上海标本模型厂；Kangguang SC-80C型全自动测色色差计，北京康光仪器有限公司；UV-2100 紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；EL204电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 壳聚糖涂膜液的制备 称取一定量壳聚糖加入水中，边搅拌边滴加冰乙酸，直至全部溶解，然后用氢氧化钠(NaOH)调节pH值至5～6，加入0.05%吐温-20，搅拌均匀，得到透明的保鲜剂溶液，备用。

1.3.2 贮藏试验设计 选取新鲜无损伤蚕豆鲜荚样品，浸没于壳聚糖涂膜液中5 s，然后在4 ℃下风干；每个处理组样品控制在1 000 g，放入4 ℃低温箱中，从贮藏期开始每隔4 d随机取样1次，测定相关生理生化指标，每个组重复3次。

1.3.3 腐烂指数测定[16]腐烂率指数表示褐变的严重程度，先按豆荚上褐斑面积的大小，将褐变程度分为4级，即0级无褐斑出现，1级褐斑面积在20%，2级褐斑面积在20%～40%，3级褐斑面积超过40%，然后按下式计算腐烂指数。

腐烂率=∑[(褐变级别×该级豆荚数)/总豆荚数]÷3×100%。

1.3.4 多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性[17]准确称蚕豆鲜荚5.0 g，加入4倍体积的0.05 mol/L、pH值为7.0的磷酸缓冲液(含1% PVPP)，冰浴研磨10 min后，于4 ℃下12 000×g离心，上清液即为粗酶液。

取0.2%的邻苯二酚溶液3 mL，加0.8 mL的0.1 mol/L、pH值为7.0的磷酸缓冲液，再加入2 mL的粗酶液，在525 nm处测定吸光度，每60 s记录1次，共记录3 min。每克样品每分钟吸光度变化0.001为1个酶活力单位(U)，结果以U/g表示。

1.3.5 质量损失率 每隔4 d进行蚕豆荚贮藏期间质量损失率的测定，由下式得出蚕豆鲜荚的质量损失率。

1.3.6 叶绿素含量的测定 采用双波法测定[18]，将蚕豆清洗整理，称取5.0 g左右至研钵中，加入少量碳酸钙中和细胞溶液中的有机酸，再加入80%丙酮，研磨成匀浆。在玻璃漏斗底部垫一小团脱脂棉，将匀浆通过脱脂棉过滤到100 mL的容量瓶中，用80%的丙酮冲洗残渣使之无色，再用80%的丙酮定容到100 mL，即得叶绿素的80%丙酮提取液。以80%的丙酮溶液作空白，于663、645 nm处测得吸光度分别为D663 nm和D645 nm，代入方程：

式中：m为称取的样品质量(g)；V为提取液体积(mL)；n为稀释倍数；D645 nm为样品管在645 nm处的吸光度；D663 nm为样品管在663 nm处的吸光度。

1.3.7 维生素C含量的测定 使用紫外快速测定法，以维生素C含量作标准曲线(y=0.898x-0.003，r2=0.999)。称取剪碎混匀的蚕豆籽粒5.0 g，加入5 mL 1%盐酸匀浆，转移至 25 mL 容量瓶中，稀释定容。离心(10 000 r/min)10 min后，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，在243 nm处用紫外分光光度计测定吸光度，根据标准曲线，计算维生素C含量。

1.3.8 硬度测定[19]采用GY-1型果实硬度计测定。每处理分别取3～5个蚕豆籽粒，硬度计探针垂直指向果实并施加压力直至探头顶端压入果肉为止，读出指针所显示的最大值。求出每个果实的平均硬度。

1.3.9 数据处理 各指标重复测定3次，由SPSS 17.0分析处理，数据所得的图由Excel绘制。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对蚕豆鲜荚褐变指数的影响

褐变是蚕豆鲜荚在采摘后极易发生的一种现象，其程度也是蚕豆商品性的一个重要指标。由图1可知，随着贮藏时间的增长，蚕豆鲜荚的褐变指数也在上升。在贮藏0～8 d中，各处理间的褐变指数值相近；贮藏8 d后，对照的褐变指数值高于其余处理；当贮藏20 d时，对照褐变指数达22.2%，且与其余各处理差异明显。在整个贮藏过程中，经壳聚糖涂膜处理的褐变指数的差异不明显，在贮藏8 d后10 g/L处理的褐变指数均低于其他处理。这主要是因为壳聚糖涂膜处理在一定程度可以减弱呼吸，延缓后熟，同时壳聚糖还具有抑制蚕豆鲜荚病原菌的作用，因此，能够降低褐变指数。

2.2 壳聚糖对PPO活性的影响

多酚氧化酶(PPO)是果蔬发生酶促褐变的主要因素之一。由图2可知，在贮藏期间，PPO活性先增加后下降。对照的PPO活性高于其余各处理，且与其余各处理的差异明显；10、15、20 g/L的处理间的差异不明显，但10 g/L的PPO活性相对较低。

2.3 壳聚糖对蚕豆鲜荚质量损失率的影响

果蔬失水会引起形态、质地等多方面的变化，会降低果蔬的新鲜度。蚕豆鲜荚采收后含水量高，但由于组织幼嫩，呼吸作用旺盛，导致水分蒸发，当失水过多时，会造成其萎蔫失鲜、品质下降等，质量损失率可以作为衡量其保鲜效果的一个重要指标[20]。由图3可知，随着贮藏时间的延长，蚕豆鲜荚的质量损失率逐渐增大。其中对照组的质量损失率大于同期的各处理，在贮藏20 d时，达8.19%，且与其他处理间的差异明显。在整个贮藏期间，20 g/L处理的质量损失率相对较低，但与10、15 g/L处理间差异不明显。由此可知， 壳聚糖涂膜处理可以明显减小蚕豆鲜荚质量损失率。

2.4 壳聚糖对蚕豆籽粒硬度的影响

硬度是果蔬的一个重要品质指标，一般认为硬度变化越小，其贮藏品质越好[21-22]。由图4可知，在贮藏过程中，蚕豆籽粒的硬度总体上呈上升的趋势，在贮藏16 d后，对照的硬度高于其余各处理，且有不断加大趋势。20 g/L处理的硬度变化最小，说明20 g/L壳聚糖涂膜处理效果较好，能更好地延缓蚕豆硬度的上升。另外，各处理在贮藏期间的蚕豆硬度有所增加，这主要与木质化败坏有关[23]。

在贮藏过程中，蚕豆籽粒的的硬度逐渐增加，主要是因为其纤维素与木质素含量都逐渐增加，导致蚕豆变硬[24]，目前关于木质素生成的主要途径是苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase，PAL)、过氧化物酶(peroxidase，POD)负责催化木质素单体生成木质素大分子，或PPO酶参与氧化酚类物质，从而促进木质素的合成[25]。

2.5 壳聚糖对蚕豆籽粒维生素C含量的影响

维生素C是蚕豆籽粒的营养成分之一。由图5可知，在贮藏期间，各处理的维生素C含量均呈先下降后上升再下降的趋势。在贮藏期间，对照的维生素C含量均低于其余各处理，且与各处理间的差异明显。10 g/L处理的维生素C含量相对优于其他的涂膜处理，但与它们之间的差异不明显。说明壳聚糖涂膜处理可有效降低蚕豆籽粒维生素C含量的损失。

2.6 壳聚糖对蚕豆籽粒叶绿素含量影响

绿色蔬菜中绿色主要来源于叶绿素[26]，一般认为，经处理的果蔬与其新鲜状态下的叶绿素含量越接近，其贮藏品质就越好。由图6可知，贮藏期间经各处理的蚕豆叶绿素含量大体上先下降，在贮藏后期有轻微的上升。各处理在贮藏4 d叶绿素含量相比0 d急剧下降，在4 d后总体变化平缓。20 g/L 的壳聚糖涂膜处理效果较好，能更好地维持叶绿素的含量。

3 讨论与结论

蚕豆鲜荚在贮藏过程中色泽比较容易褐变，而在荚内的蚕豆粒色泽变化则较为缓慢，如果剥去豆荚，其豆粒褐变速度则较快，这说明蚕豆外荚对其籽粒有一定的保护作用。而不同浓度的壳聚糖涂膜液对果蔬的保鲜效果有很大影响，浓度太低，不能形成完整的膜，起不到保鲜作用，反之，则成膜过厚或不均匀，导致其变质速度加快。

PPO是引起果蔬褐变最为重要的酶，本试验显示，经壳聚糖涂膜处理的PPO活性明显低于对照，是由于壳聚糖溶液涂膜处理，在蚕豆鲜荚的表面形成半透膜，对CO2、O2、C2H4选择性渗透[27]，从而使PPO的活性受到一定程度的抑制[28]。另外，处理组的PPO活性、褐变指数均低于对照，说明PPO活性越小，其褐变指数也随之减少[21]。壳聚糖涂膜处理可以明显减小蚕豆鲜荚质量损失率，这主要是由于壳聚糖涂膜处理可以在蚕豆鲜荚表面形成一层透明的薄膜，从而阻碍水分的散失及其的皱缩。这与壳聚糖涂膜处理能有效地控制失水作用研究结果[11，29-30]相一致。维生素C含量是果蔬重要的一个品质指标，在贮藏期间，涂膜处理的维生素C含量均高于对照，主要是因为涂膜能降低其呼吸作用，使蚕豆的衰老延迟[31]；贮藏12 d时，维生素C含量有所增加，可能是因为维生素C参与呼吸作用小于合成。叶绿素容易降解，在贮藏期间果蔬的叶绿素含量是逐渐减少的。本试验结果表明，经涂膜处理的叶绿素含量均高于对照，主要是因为蚕豆鲜荚在壳聚糖涂膜处理后，相当于微环境下的自发气调贮藏(modified atmosphere storage，MA)，随着CO2浓度的升高，叶绿含量降解减缓，这与Kittur等的研究[32]基本一致。在贮藏试验期间，叶绿素含量出现了少量的回升，这可能是因为成熟的蚕豆组织具有合成叶绿素的能力，可以补偿其叶绿素的降解[33]。

在低温下，采用不同浓度的壳聚糖涂膜液处理蚕豆鲜荚，测定相关生理及品质指标，壳聚糖涂膜处理抑制蚕豆鲜荚的PPO活性；减少其褐变指数、质量损失率、硬度的上升幅度；维生素C含量、叶绿素含量在整个贮藏阶段均高于对照。其中10 g/L壳聚糖溶液涂膜处理蚕豆鲜荚的褐变指数、PPO活性均较低；而20 g/L壳聚糖溶液涂膜处理的质量损失率最低，叶绿素含量损失及硬度变化较少。