水果保鲜纸基复合材料技术研究进展

徐昊天 黄小雷 王立军 姚献平 赵文彦

摘 要：基于抑制乙烯产生、抑菌和气调3个水果保鲜机理，综述了國内外水果保鲜纸基复合材料及其制备技术的研究进展，并对水果保鲜纸基复合材料的发展趋势进行了分析。

关键词： 保鲜;纸基复合材料;乙烯;抑菌;气调

中图分类号：TS761.2

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.01.011

我国是水果生产和消费大国，果品种植面积和产量居世界第一，年产量和消费量均在2.7亿t左右，但是采摘后果品的保鲜贮藏处理技术却远落后于发达国家。据相关报道，我国水果采摘后的腐败率高达25%，远大于发达国家5%的腐败率，年损失量约8000万t，经济损失达800亿元[1]。这种现状严重影响我国水果产业的整体发展，导致以上问题的主要原因是我国水果供应源分散，冷链物流价格昂贵，普通货运无法解决水果保鲜问题。随着社会发展和人民生活水平的提高，消费者的需求和要求不断增长，水果市场需要一种高效、安全、环保、便捷、低成本的保鲜产品。纸基复合材料容易满足以上要求，因此开发水果保鲜纸基复合材料具有广阔的应用前景。

1 水果保鲜纸基复合材料的研究进展

1.1 基于抑制乙烯机理的相关技术研究进展

乙烯是一种重要的植物激素，一般生成量极小，不超过0.1 μg/g，但会在果实萌发、成熟、衰老等发育阶段急剧增加。乙烯作为一种调节植物成熟、衰老的激素，对果实采摘后的成熟和衰老起着重要的调控作用，它影响着采摘后果实成熟和衰老过程中核酸代谢、酶活性、激素水平与呼吸速率等生理作用，从而诱导果实的转化以及果实色泽的转变。因此抑制乙烯浓度能有效延缓采摘后果实的成熟和衰老，延长贮存时间。实现该目的的方法一般有以下两种：一是使用环丙烯类抑制剂，它能与乙烯受体结合，抑制果实的成熟和衰老，其中最有效的是1-甲基环丙烯（1-MCP）[2];二是使用乙烯吸收剂[3]。

1.1.1 1-MCP抑制乙烯的产生

目前认为，乙烯的生物学效应是通过乙烯信号转导途径得以实现的。国内外学者经过研究已经建立了乙烯信号转导途径的相关线性模型，而乙烯受体是乙烯信号转导途径的第一级元件，是一类具有与乙烯结合能力的蛋白质。1-MCP的作用机理是通过与乙烯受体优先结合的方式，不可逆地作用于乙烯受体，阻止乙烯与乙烯受体结合，从而抑制水果成熟或衰老等一系列生理反应。鉴于1-MCP优良的保鲜性能，不少专家学者对1-MCP在纸张上的应用也做了研究。

吴斌等人[4]将1-MCP粉末、吸水剂、分散剂均匀放置于具有透气和透湿性的纸袋中，用热封方式制成保鲜纸袋。将保鲜纸袋、香蕉和番茄一起放入塑料筐，在20℃环境下保存。结果发现香蕉的呼吸高峰推迟6天出现，番茄在前3天保持较低的呼吸作用速率，乙烯释放时间推迟了2天，均延缓了果实的衰老进程。马修珏等人[5]以吸水纸为芯纸，两侧覆上面纸，以热熔胶黏合，在芯纸上均匀打孔载入定量的1-MCP药剂，制得保鲜纸，以油桃为保鲜对象，发现1-MCP对油桃质量损失率、呼吸作用、可溶性固形物含量的抑制作用明显。

目前，国内外已有不少以1-MCP为抑制剂的水果保鲜纸基复合材料的产品，表1所示为国内外3种以1-MCP为抑制剂制作水果保鲜纸基复合材料的产品。

大量研究证明1-MCP对很多呼吸跃变型果实（如苹果、香蕉、梨）的成熟和衰老有显著的抑制作用，它能够延缓果实软化、表皮变黄等不良生理变化，延长果实的货架期[6-7]。不过，对处于不同成熟时期的呼吸跃变型果实，1-MCP对抑制乙烯产生的作用却不同。孙希生等人[8]采用3种不同成熟期（早熟、中熟和晚熟）的苹果，使用1-MCP对不同成熟期的苹果进行熏蒸处理，对处理后果实的呼吸速率和乙烯产生率进行检测，发现1-MCP对早熟品种抑制作用不明显。根据以上结果可以认为，对于苹果这种乙烯产生量高的果实，早熟品种的果实在采摘时已经达到呼吸高峰，1-MCP对乙烯的抑制效果较差，而对中熟和晚熟两个品种乙烯抑制作用效果较好。

对于已经进入成熟后期的果实，1-MCP抑制乙烯的作用可能不太明显，但这方面文献较少，有必要进行进一步的研究。

1.1.2 乙烯吸收剂去除乙烯

乙烯吸收剂一般分为两种，一种是像沸石、硅藻土、白硅石等可以依靠强吸附性吸附乙烯的多孔材料;另一种是像高锰酸钾等可通过氧化反应去除乙烯的氧化物，从而控制乙烯浓度，延长水果保鲜期[9]。

余浩[10]专利介绍了一种纳米保鲜瓦楞纸箱，该专利将多纳米方沸石粉、纳米斜沸石粉、纳米氧化硅粉和胶水等混合后用作瓦楞纸的胶黏层，该保鲜纸箱可以有效延长水果贮存时间7～15天。但多孔材料与胶黏剂共混后，其孔隙被胶黏剂堵塞，因而其吸附性能受到很大的影响。Zeyfert等人[11]的专利介绍了一种涂布型水果保鲜纸，该专利通过控制改性多孔材料的粒径、用量以及胶黏剂种类和用量，产品的乙烯吸附性达到900 μL/m2左右;据了解该专利目前已经实现产业化，其产品已经从北美拓展到英国、南非和中国。表2列举了2种国内外使用乙烯吸收剂的水果保鲜纸基复合材料产品。

利用乙烯吸收剂与纸结合制成水果保鲜纸，具有生产成本低、使用简便、保鲜效果好的优点，特别适合在保鲜技术发展和普及度不高的农村地区推广，具有很大的市场发展潜力。

1.2 基于抑菌机理的相关技术研究进展

水果采摘后腐败将严重影响水果的贮藏运输，缩短水果及产品的货架期，不仅影响经济效益，而且也会降低水果的营养价值，是困扰果农的主要问题。致病微生物的生长繁

殖是产生该问题的主要原因。导致水果腐败的关键致病微生物主要有葡萄孢属、青霉属、曲霉属、链格孢属、梅奇酵母属等。由于大多数水果内部呈酸性环境，因此引起水果变质腐烂的致病菌主要为霉菌属[12]。

抑菌类水果保鲜纸的制备工艺，是将抑菌剂通过涂布、内部加填等方式加到纸基基材后包装水果，形成抑制腐败菌生长繁殖、利于水果保存的微环境，达到延缓果实腐败的目的。目前抑菌类水果保鲜纸中采用的抑菌成分主要有：二氧化硫缓释剂、二氧化氯缓释剂、天然植物抑菌剂以及无机抑菌剂。

王建清等人[13]使用二氧化硫缓释剂对樱桃进行保鲜实验。结果表明，二氧化硫可以明显降低果实的腐败率，延长贮藏时间。郑永华等人[14]研究了不同二氧化硫释放计量对枇杷果实品质、多酚氧化酶活性、呼吸强度及腐败率的影响。结果表明，二氧化硫缓释剂可以明显抑制多酚氧化酶活性和呼吸作用强度，减缓可滴定酸和果实可溶性固形物（TSS）含量的下降，防止果心褐变，降低果实腐败率，从而延长贮存时间。但使用二氧化硫缓释剂往往会有一定残留，在贮存期间会对果实产生漂白和毒害作用，影响果实的品质，具有一定局限性。

除了采用缓释剂的水果保鲜纸，不少学者还在无机抑菌保鲜纸方向做了不少研究。王忠良等人[15]以壳聚糖（CS）和AgNO3为原料，以NaBH4为还原剂，制备了载银壳聚糖（Ag-CS）涂布纸，并对圣女果进行包装保鲜实验。结果表明，包装的圣女果10天后质量损失率、可滴定酸含量和抗壞血酸含量减少量明显小于空白组，但是采用载银涂布的方式其原料成本较高，难以在市场推广。因为壳聚糖本身具有良好的抑菌性能，可以考虑壳聚糖与其他材料复合进行涂布。胡芳等人[16]使用蒙脱土（MMT）与壳聚糖（CS）复合，将MMT作为CS的载体，提高了CS的热稳定性和长效性。研究表明，CS和MMT质量比为1∶3，CS相对分子质量为20万～50万时，CS-MMT抑菌涂布纸可获得良好的抑菌性能和抗张性能。

随着化学和其他学科的迅速发展，植物体内的抗菌物质及其抗菌作用的研究更为广泛和深入，许多具有抗菌活性的物质从植物体内分离、鉴定出来，越来越多的专家和学者也将注意力转移到使用植物抑菌物质来对水果进行保鲜的方向上。岳淑丽等人[17]用β-环糊精包埋技术制备肉桂精油微胶囊，并与聚乙烯醇（PVA）混溶制备抗菌添加剂。结果表明，将肉桂精油微胶囊与PVA混溶制备具有较好抗菌性能的涂布抗菌剂，对大肠杆菌和金色黄葡萄球菌具有很好的抑制作用，将其涂布于纸张上制得抗菌纸，对圣女果具有良好的保鲜效果，可改善圣女果的感官评价，降低质量损失率和呼吸作用强度，延长果实的货架期。Shukla K的专利[18]介绍了利用葫芦巴抑菌成分制成保鲜纸的技术[18]，目前该技术已经产业化，产品在亚马逊出售。表3列举了3种国内外采用抑菌剂的水果保鲜纸基复合材料产品，产品实物图如图2、图3所示。目前，植物抑菌类水果保鲜纸还没有大规模商业化应用，可能原因有：①植物抑菌剂的成分复杂，含量不易确定，作用机理不易弄清;②制剂本身的稳定性不易解决;③某些植物抑菌物质使用时有特殊的气味，会影响水果本身的香味或可食用性[19]。不过，从长远来看，抑菌类水果保鲜纸会朝着安全、高效的方向发展，所以植物抑菌水果保鲜纸应该会有可观的发展空间。

1.3 基于气调机理的相关技术研究进展

气调保鲜是通过降低贮藏环境中的O2浓度，提高CO2浓度，通过抑制果实呼吸作用来延缓果实的衰老和变质，达到较好的保鲜效果。但是普通纸基包装材料透气性较好，不能形成密闭的环境，难以达到气调保鲜的要求。因此，目前基于此机理的相关技术并没有在纸张上得到实质性应用。但纸张透气性高的问题可以通过在纸张表面涂布高气体阻隔性的涂料来解决。如鲍文毅等人[20]将纤维素-壳聚糖共混制膜，该薄膜透光率维持在80%左右，疏水性得到提高（其水接触角从纤维素膜的70°提高到共混膜的100°），氧气渗透系数甚至低于市场上理想的氧气阻隔材料乙烯-乙烯醇共聚物（EVA），且抗菌性能也得到提高。可以尝试进一步利用纤维素-壳聚糖共混物溶液，涂布或浸渍纸张来提高纸张的气体阻隔性能，从而实现纸基包装的气调保鲜。

2 结 语

水果作为人们生活密不可分的一部分，本身的营养价值、新鲜度、安全性越来越受到人们的重视。影响采摘后水果变质的因素很复杂，单单依靠一种保鲜剂往往难以达到最优的保鲜效果，因此针对具体一类水果，根据其保鲜机理，开发出多功能的复合保鲜剂应用于纸基复合材料，是未来的研究方向之一。随着越来越多的政府法规限制在食品包装、保鲜领域使用更少甚至不使用化学品，水果保鲜纸基复合材料今后势必要朝环保、安全、高效、便捷的方向发展。而低成本、规模化、标准化生产是实现其广泛应用的关键。

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（责任编辑：黄 举）