羧甲基壳聚糖/海藻酸钠/纳米二氧化硅涂膜保鲜草莓

谭福能，金梦飞

文山学院化学与工程学院（文山 663000）

草莓（拉丁名：Fragaria ananassa Duch）含水多，皮薄且组织娇嫩，易受外界微生物侵染而导致果实变质。草莓采后室温下放置1～3 d就开始变色、变味甚至腐烂，因而很大程度上限制了草莓产业发展[1-2]。目前草莓贮藏保鲜技术主要有冷藏法[3]、辐照保鲜法[4]、气调保鲜法[5]、臭氧处理保鲜法[6]以及涂膜保鲜法[7]等。其中涂膜保鲜技术是在果实表面涂上一层液态膜，干燥后成为一层很均匀的膜，可以隔离果实与空气的气体交换，从而降低果实的呼吸作用、营养物质的消耗，改善果实的硬度和新鲜饱满程度，并减少病原菌的侵染而造成的腐烂，特别适用于草莓等水分含量较高的果蔬[8]。

壳聚糖（CS）来源广泛，是自然界中含量仅次于纤维素的天然性多糖[9]，因其具有绿色安全、天然可降解、成膜和抗菌性能优良等优点，作为果蔬保鲜涂膜材料而被广泛应用[10-11]。但壳聚糖水溶性差的缺点限制了其应用，通过化学改性成水溶性良好的壳聚糖衍生物（如羧甲基壳聚糖[12]、季铵盐壳聚糖[13]），其保鲜涂膜食用前更易清洗，同时具有更优良的保湿性、成膜性、通透性、机械特性、抑菌特性。但单一的壳聚糖或其衍生物制成的保鲜涂膜机械强度和保鲜效果都不够理想[14]，因此，将壳聚糖衍生物与高机械强度的高分子材料复配，再加入抗菌活性成分，能够有效提升涂膜的保鲜效果。

因此，试验以不同羧甲基取代度的羧甲基壳聚糖（CMCS）为基底，与另一种具有优良成膜性的天然高分子材料海藻酸钠（SA）复配作为涂膜载体材料，添加抗菌活性成分纳米二氧化硅粒子，制成复合保鲜涂膜，并将其用于对草莓保鲜研究。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

草莓，采收于云南省文山市郊区草莓园，采摘后草莓浸泡在体积分数为2%的次氯酸钠溶液中，浸泡3 min做消毒处理，晾干。

壳聚糖（食用级，脱乙酰度91%，国药集团上海化学试剂厂）；海藻酸钠（食用级，南京化学试剂股份有限公司）；纳米二氧化硅（粤盛化工科技有限公司）；羧甲基壳聚糖，采用文献[15]方法制备。

P-E 240 C元素分析仪（美国PE公司）；WAY-2 S数字阿贝折射仪（北京华辰乐天生物实验设备有限公司）；GY-1型果实硬度计（厦门智昊电子科技有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 羧甲基壳聚糖取代度的测定

分别取少量制备好的CMCS样品，在50 ℃下真空干燥10 h后取出，充分研细后装入仪器样品池中，测定其中C、N元素含量，并通过C与N的质量比（m(C)/m(N)）计算CMCS的取代度[16]。计算公式为：m(C)/m(N)=12×[6+2（1-A）+2B]/14。其中，A表示CS的脱乙酰度（此次试验中CS的脱乙酰度为91%），B表示CMCS的取代度。

1.2.2 处理方法

将不同取代度的CMCS溶于蒸馏水中，磁力搅拌2 h后加入少量甘油继续搅拌0.5 h，然后取一定量的海藻酸钠溶液和纳米SiO2的混合液，60 ℃恒温水浴加热并搅拌20 min，取出后超声30 min，备用，配成含有质量分数为1%羧甲基壳聚糖、0.8%海藻酸钠、0.8%纳米二氧化硅、1%甘油的复合涂膜液。

将新采摘的经预处理后的草莓分为6组，每组25个。分别置于不用取代度的CMCS-SA-纳米SiO2保鲜溶液、0.8% SA溶液、0.8% CS溶液、0.8%纳米SiO2溶液和蒸馏水中浸泡50 s，取出后自然晾干，以未处理的草莓作为对照组。所有草莓样品均套袋装箱贮藏，贮藏温度为22 ℃。

1.2.3 测定指标与方法

1) 腐烂率=（腐烂果实数/总果实数）×100%。

2) 失重率=（初始质量-贮存后质量）/初始质量×100%。

3) 硬度：每组选取5个果实作为测定对象，在每个果实的赤道线上取3个不同的位置，利用硬度计进行测定，结果取平均值。

4) 可溶性固形物含量：利用折射仪进行测定。

5) 抗坏血酸含量[17]：采用2, 6-二氯靛酚滴定法进行测定。

6) 可滴定酸：采用参照文献[18]的方法进行测定，平行滴定3次，取平均值。

1.2.4 数据处理方法

采用SPSS 19.0软件数据分析，取置信度为95%水平测验方法进行显著性比较，Origin 9.0软件绘制曲线。

2 结果与讨论

2.1 CMCS取代度

通过C与N的质量比计算CMCS的取代度，结果见表1。试验选用的三个CMCS样品的取代度分别为61.12%，63.36%和54.28%。

表1 CMCS样品取代度

2.2 腐烂率

草莓的腐烂率是判断保鲜效果最直观的指标之一。草莓腐烂率如图1所示：腐烂率均随储藏时间的延长而逐渐上升。在相同储藏时间内，复合涂膜组和单一涂膜组草莓的腐烂率均明显低于对照组，且具有显著性差异（p＜0.05）。对照组草莓在第8天时，腐烂率是复合涂膜组的近3倍。复合涂膜组草莓的腐烂率也明显低于单一涂膜组，同样具有显著性差异（p＜0.05）。说明CMCS-SA-纳米SiO2复合涂膜能有效控制草莓的代谢和腐烂。随CMCS取代度的增加，复合涂膜组草莓的腐烂率有一定的下降。

图1 不同涂膜对草莓腐烂率的影响

2.3 失重率

失重率是判断草莓新鲜程度的重要指标之一。草莓在贮藏过程中机体会发生呼吸作用和蒸发作用，使自身的水分散失。如图2所示，随着贮藏时间的延长，草莓的失重率也呈现增加的趋势。在相同储藏时间内，对照组和纳米SiO2涂膜组失重率较大，分别为28.12%和23.04%，这说明仅靠纳米SiO2涂膜不能有效减少草莓水分散失。CS和海藻酸钠涂膜组失重率相比对照组有所降低，为19.21%和18.92%，而在复合涂膜组中，草莓失重率（16.01%，15.63%和14.01%）相比对照组和单一涂膜组均有明显降低，具有显著性差异（p＜0.05），且随CMCS取代度的增加而降低，说明CMCS-SA-纳米SiO2复合涂膜能有效控制草莓的代谢和水分散失，CMCS取代度越高，CMCS分子链上亲水基团数量越多，复合涂膜的保湿性越好，因而降低了草莓的失重率。

图2 不同涂膜对草莓失重率的影响

2.4 硬度的测定

草莓硬度大小是由果肉中果胶含量所决定，硬度大小不仅影响口感，还直接影响运输和加工成本，根据草莓的硬度便可以判断其成熟度。图3显示不同处理组草莓硬度随时间的变化趋势。从第2天开始，各处理组的草莓硬度变化就有明显差异，对照组处理硬度下降速度最快，CMCS复合涂膜组硬度下降速度明显低于对照组和单一涂膜组的，且具有显著性差异（p＜0.05）。说明经草莓复合保鲜液处理后腐烂速度明显减慢，对照组草莓在第8天后基本腐坏，硬度降低明显（仅为试验开始时的27.2%），而CMCS复合涂膜组草莓在第8天硬度减少不大，三种不同取代度CMCS复合涂膜草莓硬度分别为试验开始时的56.0%，59.6%和62.8%，CMCS取代度越高，草莓硬度越高。

2.5 可溶性固形物含量

可溶性固形物的主要成分是糖、酸、维生素、矿物质和果胶等物质。其含量高低直接反映草莓的呼吸速率和成熟度，是草莓保鲜效果的评价指标之一[19]。在整个贮藏期内，涂膜组和对照组草莓的可溶性固形物含量如图4所示。在贮藏期的前6 d，对照组中的可溶性固形物含量迅速下降（下降了61%），可能是果实经过后熟阶段后，代谢速率加快，加快对可溶性固形物的消耗。之后可溶性固形物含量下降速度明显变缓。在整个贮藏过程中，复合涂膜组始终保持较高的可溶性固形物的含量，明显高于对照组和单一涂膜组，且具有显著性差异（p＜0.05）。这是草莓经过复合涂膜处理后能够抑制代谢从而降低可溶性固形物的消耗量的结果。

图3 不同涂膜对草莓硬度的影响

图4 不同涂膜对草莓可溶性固形物含量的影响

2.6 抗坏血酸含量

抗坏血酸作为一种营养成分对维持人体生理机能有重要的作用，因此抗坏血酸含量的高低直接体现了草莓的新鲜程度和营养价值。由图5可看出，草莓中抗坏血酸的含量随着贮藏时间增加而呈下降趋势，在第1天时，涂膜组和对照组中草莓的抗坏血酸含量的影响效果相差不大，但是从第2天以后，对照组中草莓中抗坏血酸含量下降速度明显增加，在第8天时，复合涂膜组草莓抗坏血酸含量（34.61，36.21和36.99 mg）要明显高于对照组（23.01 mg），且具有显著性差异（p＜0.05）。在3组复合涂膜草莓中，抗坏血酸含量随CMCS取代度的增大而增大。

2.7 可滴定酸含量

可滴定酸含量影响草莓果实风味品质，其主要成分是有机酸。草莓中的可滴定酸一部分在贮藏过程中当作呼吸底物被消耗掉，一部分则会转化为糖分，成熟度越高，可滴定酸含量越少。因此，可滴定酸被认为是评价草莓保鲜效果的重要指标之一[20]。图6为贮藏期间各组草莓中可滴定酸含量的变化。可以看出，复合涂膜组和对照组的可滴定酸含量在第1天含量差别并不明显，但从第2天以后，各组中可滴定酸含量变化开始显著，尤其是对照组中可滴定酸下降速度较快，到第8天时可滴定酸含量为1.152%，说明在此期间后对照组的呼吸和代谢速率快，可滴定酸消耗多。而复合涂膜组有机酸含量要高于对照组（为1.274%，1.281%和1.287%），且具有显著性差异（p＜0.05），这表明复合涂膜对草莓的代谢能起到抑制作用。而CMCS取代度对复合涂膜组草莓中可滴定酸含量影响不大。

图5 不同涂膜对草莓抗坏血酸含量的影响

图6 不同涂膜对草莓可滴定酸含量的影响

3 结论

试验采用不同取代度的质量分数1% CMCS、0.8%SA和0.8%纳米SiO2制成复合保鲜涂膜对草莓进行保鲜。通过研究发现，该复合涂膜能有效降低草莓在贮藏期间的腐烂率、失重率、抗坏血酸、可滴定酸、可溶性固形物含量，减少营养成分的损失，延长了货架期。复合涂膜组的保鲜效果要优于空白对照组和单一涂膜组，说明CMCS、海藻酸钠和纳米SiO2三者之间可起到共同和协调作用。且随着CMCS取代度的增大，复合涂膜对草莓的保鲜效果有一定的提升。