纳米SiO2和聚乳酸/己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物复合材料包装袋对小白菜货架期品质的影响

张沛宇，王帆帆，林琼，段玉权

（中国农业科学院农产品加工研究所，北京100193）

小白菜（Brassica chinesnsis L.）原产于中国，在我国广泛栽培，因其质地鲜嫩、可口，营养成分丰富，深受广大消费者的喜爱[1]。虽然小白菜生长周期短，产量高，但在采摘后随着叶绿素降解叶片很快由绿变黄，同时，因失水导致叶片萎蔫，使其商品价值降低。由于小白菜质地相对脆嫩，在采摘及运输过程中也极易遭受机械损伤而导致其在货架期快速腐烂[2-3]，大大降低了经济效益。因此，亟待寻找一种高效、经济、便捷的采后保鲜技术以维持小白菜的品质，延长其货架期。

保鲜袋包装是目前维持果蔬采后品质和延长货架期而广泛采用的一种方法。保鲜袋因其透明、保湿、透气的性能，不仅能够让消费者对贮藏期间果蔬状况一目了然，同时还能防止果蔬采后失水萎蔫[4]。聚乙烯（polyethylene,PE）包装袋因其价格低廉，在市场上已广泛应用于果蔬的采后包装，它不仅能自发地调节气体成分，还具有较强的防水性和韧性[5]。纳米二氧化硅（SiO2）是目前研究较多的纳米保鲜材料，相关研究已证明纳米SiO2能改善薄膜的机械性能、透气透水性能[6]。经过纳米SiO2改性后的保鲜膜通常具有抗菌、低透湿、阻隔二氧化碳等性能，并已广泛应用于草莓[7]、杨梅[8]、猕猴桃[9]等农产品的采后贮藏保鲜中。

本研究比较了纳米SiO2保鲜袋、聚乳酸/己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物[polylactide/poly(butylenes adipate-co-terephthalate),PLA/PBAT]复合材料和普通聚乙烯包装袋对小白菜货架期品质的影响，旨在为延长小白菜货架期、提高产业经济效益提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料与包装袋

本研究所用小白菜于2019 年3 月12 日购自北京市海淀区某超市。购买标准为色泽嫩绿，无黄叶，无明显机械损伤，无腐烂，外观、成熟度基本一致。

普通聚乙烯保鲜袋，厚度为0.010 mm，购自北京市海淀区某超市；聚乳酸/己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物（PLA/PBAT）复合材料，厚度为0.015 mm，购自康润洁股份有限公司；纳米SiO2复合材质保鲜袋，由中国农业科学院农产品加工研究所研制，厚度为0.028 mm。

1.2 主要试剂与仪器设备

主要试剂：三氯乙酸，硫代巴比妥酸，氢氧化钠，石英砂，碳酸钙粉，丙酮，亚铁氰化钾，乙酸锌，硼酸钠，对氨基苯磺酸，盐酸萘乙二胺，冰醋酸，盐酸，亚硝酸钠，草酸，抗坏血酸，2，6-二氯酚靛酚钠盐，碳酸氢钠，乙醇。除非另有说明，本实验所有试剂均为分析纯。试剂盒：过氧化氢酶（catalase,CAT）活性检测试剂盒、过氧化物酶（peroxidase,POD）活性检测试剂盒、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性检测试剂盒（北京索莱宝科技有限公司，生产批号分别为20190508、20190505、20190508）。

仪器设备：GTH-200 型控制器气调箱（天津捷盛东辉保险科技有限公司）；ASC（6）型电子计价秤（中国凯丰集团有限公司）；F-500型便携式乙烯/O2/CO2分析仪（北京阳光亿事达科技有限公司）；恒温水浴锅（北京利康达圣科技发展公司）；SHZ-D（Ⅲ）实验室纯水制备机（上海和泰仪器有限公司）；混合振荡型研磨仪（五洲鼎盛北京科技有限公司）；KQ5200DB 型数控超声波清洗器（江苏省昆山市超声仪器有限公司）；计时器（北京优莱博技术有限公司）；T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；美菱冷冻冰箱（安徽中科美菱低温科技股份有限公司）；混匀仪（上海大龙医疗设备有限公司）；恒温干燥箱（湖北科辉环境检测设备有限公司）。

1.3 包装贮藏

将挑选好的小白菜随机分成3组，每组5棵，分别用普通聚乙烯保鲜袋（对照组）、聚乳酸/己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物复合材料（PLA/PBAT组）、纳米SiO2复合材质保鲜袋（纳米SiO2组）进行包装、密封，置于20 ℃、相对湿度为85%～100%气调箱中贮藏8 d，每种包装袋重复3 次，分别在贮藏的第0、2、4、6、8 天观察小白菜衰老情况，并拍照和取样冻存，以待进一步分析。

1.4 生理品质测定

1.4.1 失重率的测定

采用称量法进行测定。称量小白菜在0 d时的质量（m0）及用3 种包装袋处理后货架期2、4、6、8 d时的质量（mt），然后根据以下公式[10]进行计算：

1.4.2 呼吸速率及乙烯释放量的测定

采用便携式乙烯/O2/CO2分析仪进行测定，根据呼吸速率及乙烯释放速率计算公式[11]进行计算：

式中：Rr为呼吸速率；Re为乙烯释放速率；VT为呼吸室容积（1 500 mL）；VS为小白菜体积，mL；C 为CO2测定值；n为乙烯测定值；m 为样品质量，g；t为测定时间（2 h）。

1.4.3 叶绿素含量的测定

称取1.0 g小白菜样品放入烧杯中，加入少量的石英砂和碳酸钙粉，再加入10 mL 80%丙酮溶液，混匀，静置3～5 min后提取。采用双波长分光光度法测定小白菜中叶绿素的含量[12]。

1.4.4 抗坏血酸含量的测定

采用2，6-二氯酚靛酚滴定法对还原型抗坏血酸含量进行测定[13]。

1.4.5 丙二醛含量的测定

根据GB 5009.181—2016《食品安全国家标准食品中丙二醛的测定》进行测定。

1.4.6 亚硝酸盐含量的测定

称取1.0 g小白菜样品置于50 mL烧杯中，加入2.5 mL 饱和硼砂溶液，搅拌均匀，用70 ℃左右的水（约60 mL）将试样洗入100 mL容量瓶中，沸水浴加热15 min，取出，置于冷水中冷却，并放置至室温。参照盐酸萘乙二胺分光光度法[14]测定小白菜中亚硝酸盐的含量。

1.4.7 酶活性测定

采用试剂盒法分别测定过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，根据相应的试剂盒说明书步骤操作。

1.5 数据处理分析

结果均以3 次重复的平均值±标准差表示。采用Excel 2007 及SPSS 23.0 软件进行数据处理分析及作图。

2 结果与分析

2.1 不同材料包装袋对小白菜外观的影响

从图1中可以看出：对照组小白菜在货架期2 d时部分叶片就已经开始黄化、失水萎蔫，6 d后，对照组小白菜叶片几乎全部变黄，并且腐烂严重。PLA/PBAT 组小白菜在货架期4 d 后叶片开始变黄、萎蔫，到6 d时叶片大面积黄化，腐烂情况稍好于对照组。而纳米SiO2组小白菜直至货架期6 d时部分叶片边缘才开始脱绿变黄，几乎未腐烂。由于贮藏到8 d 时部分样品已经彻底腐烂进而完全失去商品价值，且无法取样，因此无贮藏8 d 的样品图片，且部分后续相关分析无贮藏8 d的数据。

图1 不同包装袋对小白菜货架期外观品质变化的影响Fig.1 Effect of different packaging bags on the variation of external quality of Chinese cabbage during shelf life

2.2 不同材料包装袋对小白菜失重率的影响

失重率是判断蔬菜在贮藏期间是否保持新鲜最直接的指标之一。不同包装处理下小白菜的失重率随贮藏时间的变化趋势见图2。从中可以看出，不同处理组小白菜失重率在货架期都随着贮藏时间的延长而上升。在货架期前4 d，纳米SiO2包装对小白菜失重率变化影响不显著。在货架期6 d及8 d时，纳米SiO2组失重率显著低于PLA/PBAT组和对照组（P＜0.05）。货架期8 d 时，纳米SiO2组失重率为10.24%，而PLA/PBAT 组和对照组分别为18.24%和14.89%。可见，相较于PLA/PBAT植物可降解包装袋，纳米SiO2包装袋抑制小白菜失水失重效果更佳。

图2 不同包装袋对小白菜失重率变化的影响Fig.2 Effect of different packaging bags on the variation of weight loss rate of Chinese cabbage

2.3 不同材料包装袋对小白菜呼吸速率和乙烯释放速率的影响

呼吸作用是贮藏期间植物最基本的生理活动，植物采后贮藏期间的呼吸速率是判断其衰老程度最重要的指标之一[15]。由图3A 可知，小白菜呼吸速率在货架期呈上升的趋势。在货架期前2 d，不同包装袋处理组小白菜呼吸速率差异不显著（P＞0.05）。而在货架期4 d 后，PLA/PBAT 组和纳米SiO2组小白菜呼吸速率显著低于对照组（P＜0.05），并且随着贮藏时间的增加，纳米SiO2包装袋对小白菜呼吸作用的抑制效果明显优于PLA/PBAT 植物可降解包装袋。因此，相较于对照组，这2 种新型材料包装袋均能抑制小白菜货架期呼吸作用，并且纳米SiO2包装袋作用效果优于PLA/PBAT 植物可降解包装袋。

通过测定植物乙烯释放速率可判断植物衰老程度。由图3B可知，小白菜在货架期乙烯释放速率呈先上升后下降的趋势。其中，对照组和PLA/PBAT组乙烯释放峰值出现在货架期4 d时，而纳米SiO2组出现在6 d时。同时，从货架期4 d时起，对照组小白菜乙烯释放速率显著高于其余2 组（P＜0.05），并且纳米SiO2组显著低于PLA/PBAT组（P＜0.05）。说明这2 种新型材料包装袋均能延缓小白菜货架期的衰老，并且纳米SiO2包装袋作用效果优于PLA/PBAT植物可降解包装袋。

图3 不同包装袋对小白菜呼吸速率和乙烯释放速率变化的影响Fig.3 Effect of different packaging bags on the variation of respiration rate and ethylene release rate of Chinese cabbage

2.4 不同材料包装袋对小白菜叶绿素及抗坏血酸含量的影响

脱绿是植物衰老最明显的标志，蔬菜是否呈现绿色也是消费者判断蔬菜是否新鲜最直接的指标。不同材料包装袋对小白菜叶绿素降解的影响如图4A所示。从中可以看出，小白菜叶绿素含量随着贮藏时间的增加而呈现出不同程度的减少。从货架期2 d 时起，对照组叶绿素降解速率显著高于PLA/PBAT组和纳米SiO2组（P＜0.05）。在贮藏6 d时，纳米SiO2组小白菜叶绿素含量显著高于其余2组（P＜0.05）。说明纳米SiO2包装袋和PLA/PBAT 植物可降解包装袋均能在一定程度上延缓小白菜叶绿素的降解，减缓植物衰老。

抗坏血酸（ascorbic acid,AsA）是人体必需的营养素，是决定果蔬营养价值的重要评价指标。从图4B 中可以看出，货架期小白菜AsA 含量呈下降趋势。而随着贮藏时间的延长，PLA/PBAT 组和纳米SiO2组小白菜AsA含量显著高于对照组（P＜0.05），并且货架期4 d 后，纳米SiO2包装袋对小白菜中AsA含量的维持效果更佳。

2.5 不同材料包装袋对小白菜丙二醛和亚硝酸盐含量的影响

丙二醛（malondialdehyde,MDA）是一种脂质氧化的产物，脂质过氧化水平反映了脂质过氧化程度，直接体现了细胞膜的损伤程度；MDA 含量越高，代表损伤程度越大[16]。不同材质包装袋对小白菜丙二醛含量的影响如图5A 所示。可以看出，货架期小白菜丙二醛含量呈现出上升的趋势。贮藏到4 d 及6 d 时，PLA/PBAT 组和纳米SiO2组小白菜丙二醛含量显著低于对照组（P＜0.05），但二者之间作用效果差异不显著（P＞0.05）。贮藏到6 d 时，纳米SiO2组和PLA/PBAT组丙二醛含量相比于贮藏初期分别增加了38.46%和61.20%，而对照组含量几乎为0 d时的2倍。可见，这2种包装袋均可显著减缓小白菜货架期脂质过氧化程度，并且纳米SiO2材质的保鲜袋抑制效果更佳。

蔬菜在采后贮运过程中极易富集亚硝酸盐，而亚硝酸盐进入人体后毒性很大，不仅会造成人体缺氧中毒，还可形成具有强致癌作用的亚硝胺[17]。不同材质包装袋对小白菜亚硝酸盐含量的影响如图5B所示。从中可以看出，小白菜在货架期前4 d时，亚硝酸盐含量变化不大。到贮藏6 d 时，亚硝酸含量大幅度增加，但纳米SiO2组显著低于PLA/PBAT组和对照组（P＜0.05）。相较于PLA/PBAT 植物可降解包装袋，纳米SiO2包装袋对小白菜货架期亚硝酸盐累积的抑制作用更佳。

图4 不同包装袋对小白菜叶绿素和抗坏血酸含量变化的影响Fig.4 Effect of different packaging bags on the variation of chlorophyll and ascorbic acid contents of Chinese cabbage

2.6 不同材料包装袋对小白菜抗氧化酶活性的影响

植物体内过氧化氢酶（CAT）可以清除体内的H2O2，将其分解为水，使活性氧的含量降低，延缓植物衰老[18]。如图6A 所示，小白菜CAT 活性在货架期前2 d 时略微增加，之后迅速降低。货架期2 d后，纳米SiO2组CAT 活性显著高于另外2 组（P＜0.05），而PLA/PBAT 组和对照组无显著差异（P＞0.05）。

图5 不同包装袋对小白菜丙二醛和亚硝酸盐含量变化的影响Fig.5 Effect of different packaging bags on the variation of MDA and nitrite contents of Chinese cabbage

过氧化物酶（POD）具备催化和消除过氧化氢、胺类、酚类物质毒性的双重作用，也可以清除组织体内H2O2，它的活性变化可以体现出叶片的成熟衰老[19]。如图6B所示，POD活性也呈现出先上升后下降的趋势。除了在货架期2 d时纳米SiO2组POD活性显著高于PLA/PBAT 组（P＜0.05），贮藏4、6 d 时二者无显著差异（P＞0.05），但均显著高于对照组（P＜0.05）。

超氧化物歧化酶（SOD）可以消除阴离子自由基，抑制膜脂过氧化作用，是植物组织成熟衰老的重要指标[20]。与CAT和POD不同的是，SOD在货架期呈现出先下降后上升的趋势，在贮藏2 d 时活性最低（图6C）。在货架期纳米SiO2组和PLA/PBAT组SOD活性均高于对照组，但二者之间作用效果无显著差异（P＞0.05）。

总的来看，相较于普通聚乙烯包装袋，货架期经PLA/PBAT植物可降解包装袋和纳米SiO2包装袋密封包装后的小白菜抗氧化酶活性更高，并且纳米SiO2包装袋作用效果更佳。

图6 不同包装袋对小白菜CAT、POD 和SOD 活性变化的影响Fig.6 Effect of different packaging bags on the variation of CAT,POD and SOD activities of Chinese cabbage

3 讨论

由于小白菜含水量高，叶片面积较大，因此采后损耗较高[21]。目前，已有许多关于采用不同的采后保鲜方法以维持小白菜采后品质的研究。赵昕等发现，用1.5%橘皮精油处理可降低小白菜贮藏期间水分、叶绿素和维生素C的损失率[22]。吕佳煜等的研究证明了2 mg/kg亚硒酸钠溶液浸泡处理结合气调包装贮藏能够显著保持小白菜的品质，降低其损耗率、失重率及呼吸强度等[23]。而关于纳米SiO2保鲜材料对小白菜货架期品质变化影响的报道较少。

本研究结果发现，相较于普通聚乙烯包装袋和PLA/PBAT 植物可降解材质包装袋，纳米SiO2保鲜袋的保湿效果更显著，这可能是由于经纳米SiO2改性后的包装袋具有更低的透湿性，因此更有利于维持小白菜叶片中的水分。同时，研究还发现，纳米SiO2保鲜袋和PLA/PBAT植物可降解材质包装袋均可降低小白菜的呼吸强度，这是因为保鲜膜可以通过调节O2和CO2的比例来调节包装袋中的气体成分和浓度，进而调节植株表皮气体交换以减弱细胞呼吸强度。叶绿素和抗坏血酸是评价小白菜商品价值的重要指标。PLA/PBAT植物可降解材质包装袋和纳米SiO2保鲜袋均可抑制小白菜货架期叶绿素和抗坏血酸的降解，这与前人的研究结果[24]一致。此外，MDA 作为脂质过氧化的产物，在PLA/PBAT植物可降解材质包装袋和纳米SiO2保鲜袋包装后的小白菜体内显著更少，且CAT、POD 和SOD 等抗氧化酶活性更高，表明上述2 种保鲜包装袋均可抑制小白菜的呼吸作用，进而大大减缓了植物的衰老进程。可见，PLA/PBAT 植物可降解材质包装袋和纳米SiO2保鲜袋均有维持小白菜货架期品质的作用，但纳米SiO2保鲜袋的透水、透气性能要显著优于PLA/PBAT植物可降解材质包装袋。

4 结论

纳米SiO2包装袋可显著抑制小白菜的失水、失重。同时，纳米SiO2和PLA/PBAT 植物可降解材质包装袋均能降低小白菜货架期呼吸速率及乙烯释放速率，并抑制丙二醛和亚硝酸盐的累积，还能减缓叶绿素和抗坏血酸的降解，以及抑制CAT、POD、SOD活性的降低。结果还表明：用普通聚乙烯包装袋包装的小白菜货架期只有2 d，且2 d 后失去商品性和营养价值；用PLA/PBAT 植物可降解材质包装袋包装的小白菜虽然其他品质指标维持较好，但2 d后开始失水萎蔫，货架期也只有2 d；而纳米SiO2材质包装袋可将小白菜货架期延长至4 d，且货架期前4 d内外观及内在品质维持较好。