油茶粕保鲜膜贮藏保鲜砂梨的应用研究

蒋海明，马 力，李志钢，周 波

（1.林产可食资源安全与加工利用湖南省重点实验室，湖南长沙410004；2.中南林业科技大学 食品科学与工程学院，湖南长沙410004；3.湖南科技学院 化学与生物工程系，湖南 永州425199；4.湖南省林业科学院（国家油茶工程技术研究中心），湖南 长沙410004）

目前，商业上大量使用的食品保鲜膜是阻隔性能良好的聚合塑料包装膜，是以石油为基础、以乙烯母料为原材料制备而成（如聚乙烯（PE）和聚偏二氯乙烯（PVDC）），不仅增加了石油的消耗，而且难以降解，不能被循环利用，造成环境的严重污染[1]。随着生活水平的提高和环保意识的不断增强，近年来人们对食品安全的要求越来越高，安全且环境友好型材料制备的食品保鲜膜成为消费者的首选，该类型食品保鲜膜也是国际食品包装领域的研究热点[2]。

基于许多材料的优良性比较单一，造成当前应用在果蔬保鲜和食品包装等领域的食品保鲜膜存在的最大问题是机械强度小和阻氧性差，只有将具有各自优良特性的多种材料复配才能制备出性能优异的食品保鲜膜[3-4]。安全可生物降解的复合保鲜膜通常是由2种或2种以上的生物质大分子物质（如多糖、蛋白质和脂质）经过一定的处理而形成的膜，每种生物大分子优良的性能赋予了复合保鲜膜的保鲜特性，如多糖类生物大分子为膜结构提供基本构造单元，蛋白质生物大分子使膜结构紧密化，脂质大分子赋予膜阻水的作用[5]，这些生物大分子在一定工艺条件下制备的保鲜膜形成了复杂的三维结构，使保鲜膜具备良好的机械性能[6-7]和阻氧性，具有高阻隔、高强度和可热封等特性[6-8]，膜的综合性能较好，因此蛋白-多糖复合膜[9-15]，尤其是利用天然可食性物质（如多糖、蛋白质、脂肪等）为原料，制备的可食性保鲜膜成为热点研究内容[16]，可通过微胶囊、包裹或涂布等形式覆盖于食品表面，阻隔气体、各种溶质或水汽的渗透，以及抑制腐败微生物的生长，提高食品的品质，延长食品货架期[17-18]。基于油茶粕富含蛋白和多糖，实验室利用油茶粕提取物制备了一种抗菌抗氧化效果较好的保鲜膜[19]。以砂梨为研究对象，对油茶粕保鲜膜的实际贮藏保鲜效果进行应用研究，研究结果为农林加工剩余物全值高值化利用提供理论依据，也为环境友好型保鲜膜的工业化生产提供技术依据和理论支持，还可为我国油茶产业的提质增效提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 材料

纳米二氧化钛复合薄膜（商品膜）、商品化膜，杭州万景新材料股份有限公司提供；PGC膜为根据专利[19]报道制备的油茶粕保鲜膜，PG膜为普鲁兰多糖与明胶混合制备的膜，其中普鲁兰多糖与明胶的比例与PGC膜一致，制备的工艺流程也一样。

砂梨（Pyrus pyrifolia(Burm.f.)Nakai），湖南浏阳大围山水果专业合作社联合社提供；其他化学试剂均为生化纯，上海国药集团化学试剂公司提供。

1.2 砂梨感官指标的评定

基于砂梨个大原因，为消除试验结果的偶然性误差，试验将好果率改为以腐烂指数为指标进行统计[20]。

分级标准见表1。

表1 分级标准

按下列公式计算腐烂指数和失重指数：

式中：Xij——第i组砂梨的第j个指标的评定指数，

用失重率来表示；

X——第i组砂梨的第j个指标的实测值；

Xmin——试验中的第j个指标实测值中的最小值；

Xmax——试验中的第j个指标实测值中的最大值。

1.3 可溶性固形物、还原糖以及有机酸含量的测定

采用折光仪法测定可溶性固形物含量[21]。采用费林试剂比色法测定还原糖含量，于波长590 nm处测定溶液的吸光度[22]。采用中和滴定法测定有机酸含量[22]。

1.4 外部感官和内部品质综合指数的评定

评价砂梨内部品质和外部感官综合指数采用模糊综合评定法[23]。数值“0”和“1”分别表示最优和最劣，优良度在闭区间[0,1]上连续取值，其评语值越小，代表砂梨的品质就越好。

1.4.1 砂梨外部感官综合评定指数的确定

腐烂和失重两项指数的加权平均数为外部感官综合指数[24]，试验砂梨的外部感官综合指数=0.6×腐烂指数+0.4×失重指数。

1.4.2 砂梨内部品质综合评定指数的确定

梨内部品质综合评定指数的评定是根据有机酸评定指数、还原糖评定指数和可溶性固形物评定指数来确定[24]。试验砂梨内部品质的综合评定指数=0.2×有机酸评定指数+0.4×还原糖评定指数+0.4×可溶性固形物评定指数。

可通过下公式（3）（4）计算各评定指数：

式中：Xij——第i组砂梨的第j个指标的评定指数；

X——第i组砂梨的第j个指标的实测值；

Xmin——试验中第j个指标实测值中的最小值；

Xmax——试验中第j个指标实测值中的最大值。

若第i组砂梨的第j个因素的评定指数为Xij，且第j个因素数的加权系数为aj，那么第i组砂梨内部品质的综合评定指数（Ri）为：

1.4.3 砂梨好果率的确定

每次统计砂梨果实的完好状况，确定梨表面烂斑累计低于1 cm2以上者为好果，用每天剩余的好果与每个处理砂梨实际的原始个数之比来表示砂梨的好果率[25]。

1.5 砂梨中酶活性的测定

过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性的测定分别根据文献[26-27]报道检测，分别以愈创木酚和邻苯二酚为底物，于波长470 nm和410 nm处测定吸光度，结果都以U/g·FW表示。

1.6 数据处理

数据分析和绘图处理分别采用Excel 2003和OriginPro 8.0进行。所有数据均为3个生物样品的平均值。

2 结果与分析

2.1 膜处理对砂梨还原糖含量的影响

还原糖和有机酸含量变化见图1。

图1 还原糖和有机酸含量变化

植物组织中含糖量主要通过还原糖含量来反映，高含量还原糖可提高细胞的渗透压，提高植物组织细胞的持水能力，防止果蔬水分损失和保持果蔬商品性状具有重要的作用。由图1（a）可知，还原糖含量在对照组（冷藏不包膜）和包膜处理组砂梨中都呈现下降的趋势，但在包膜处理组中还原糖含量的下降速度较慢，其含量也要高。在贮藏第30天，还原糖含量分别为10.25%（对照组），12.52%（商品膜），11.36%（PG膜）和12.01%（PGC膜），分别下降28.57%（对照组），12.08%（商品膜），20.34%（PG膜）和16.01%（PGC膜），这是因为包膜导致氧气进入果实内部和呼吸产生的二氧化碳向外扩散受到阻滞，造成抑制果实正常生理消耗的低氧/高二氧化碳微环境，进而减少了营养物质的损耗[28]。结果表明，PGC膜对砂梨贮藏中还原糖的下降有明显的阻抑作用，也进一步说明油茶粕提取物的添加更有利于砂梨的贮藏保鲜，对于保持砂梨的商品性状有促进作用。

2.2 膜处理对砂梨有机酸含量的影响

果实有机酸在风味上起着很重要的作用，有机酸含量下降速率的快慢直接反映了在贮藏过程中果蔬呼吸作用的强弱。从图1（b）可知，贮藏过程中砂梨的有机酸含量不断下降，且对照组（冷藏不包膜）有机酸含量下降速度明显比包膜处理组的要快，如贮藏90 d时，砂梨中有机酸含量分别只有0.13%（对照组），0.39%（PG膜），0.28%（PG膜）和0.35%（PGC膜），分别下降了85.71%（对照组），57.14%（PG膜），69.66%（PG膜）和60.67（PGC膜）。有机酸除了赋予果蔬风味之外，果蔬活细胞所需要的能量主要由此而来[29-30]，有机酸含量下降速率的快慢直接反映了呼吸作用的强弱[31]。结果表明，对照组砂梨中的好氧呼吸发生较激烈，较多营养物质被消耗，而包膜处理则延缓了砂梨呼吸作用，降低了砂梨的呼吸强度和生理代谢速度，从而减少了有机酸的消耗。同时，商品膜处理效果优于PGC膜和PG膜处理的，其中商品膜处理的和试验制作的PGC膜处理的效果相差不大，表明PGC膜能明显减缓贮藏过程中砂梨有机酸含量的下降是抑制了砂梨的呼吸作用造成的。

2.3 膜处理对砂梨可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物含量和失重率的变化见图2。

图2 可溶性固形物含量和失重率的变化

作为水果甜味的主要来源，可溶性固形物（各种多糖类物质积累的总和）也是作为果蔬呼吸作用的主要底物之一，其与果蔬中糖含量的高低呈正相关。由图2（a）可知，砂梨的可溶性固形物含量都呈先上升后下降的趋势，只是最高含量出现时间不同，如对照、商品膜组、PG膜组和PGC膜组分别在第10天、第50天、第40天、第40天到最大，分别为17.98%、18.75%、17.12%、18.87%，随之缓慢下降。这是因为包膜处理降低了砂梨的代谢速度，减慢了多糖类物质的水解速度，导致可溶性糖消耗较慢[32]，造成包膜处理后的砂梨仍具有较高含量的可溶性固形物。同时，PGC膜的保鲜效果也明显优于PG膜，表明油茶粕提取物添加制备的保鲜膜对砂梨保鲜效果起到有利的作用。

2.4 膜处理对砂梨失重率的影响

相比于包膜处理的砂梨，对照组砂梨失水较严重，而包膜处理的砂梨失水较少且它们之间的差异较小，其中商品膜处理的砂梨失重率最小，其次是PGC膜处理的砂梨，都明显优于PG膜处理的砂梨（如图2（b）所示），这归结于水分散失在减弱细胞紧张现象的同时加快分解了细胞中有机物质，进而提高其呼吸消耗，导致果蔬正常的生理机能就要受到破坏，从而使果蔬对微生物感染的抗性明显降低[33]，更能容易导致发生褐心病[4]，影响果蔬外观品质，降低其食用和商品价值。结果表明，PGC膜能明显降低砂梨的失水，导致砂梨在冷藏过程中具有较低的失重率，从而保持了砂梨的品质，提高了其食用价值和商品价值。

2.5 膜处理砂梨贮藏期间品质的变化

2.5.1 砂梨外部感官品质的变化

包膜处理组的砂梨贮藏90 d后，腐烂指数、失重指数及外部综合指数都明显优于未包膜处理组，最优的为商品膜包膜处理组，其次为PGC膜包膜处理组，这也表明油茶粕提取物的添加明显有利于保持砂梨外部感官品质。

贮藏90 d后梨外部感官评定结果见表2。

表2 贮藏90 d后梨外部感官评定结果

2.5.2 膜处理砂梨贮藏期间内部品质的变化

贮藏90 d后梨内部品质评定结果见表3。

包膜处理组的砂梨贮藏90 d后，可溶性固形物、还原糖、有机酸及内部品质综合指数都明显优于未包膜处理组，最优的为商品膜包膜处理组，其次为PGC膜包膜处理组，这也表明油茶粕提取物的添加明显有利于保持砂梨内部品质。

2.6 膜对砂梨中酶活性的影响

表3 贮藏90 d后梨内部品质评定结果

膜对砂梨中多酚氧化酶和过氧化物酶活性的变化见图3。

图3 膜对砂梨中多酚氧化酶和过氧化物酶活性的变化

由图3（a）可知，在贮藏期间，多酚氧化酶（PPO）酶活性不断增加，对照组砂梨的PPO活性变化幅度较大且始终高于处理组，贮藏90 d后对照组砂梨中的PPO活性达到了213.12 U/g·FW，包膜处理组砂梨中的PPO活性随贮藏时间延长都有一定的上升，商品膜、PG膜和PGC膜处理组梨的PPO活性在贮藏90 d时分别达到170.23，185.64，175.23 U/g·FW，但分别比对照组的PPO活性低。这主要是由于果实在采后贮藏过程中各种生理变化和环境因素导致果实中的PPO由结合态转化为游离态，而使其活性增强，而包膜处理延缓并减轻了这些生理和环境因素的影响，进而减缓结合态PPO转化成游离态PPO。同时，商品膜优于PGC膜和PG膜，PGC膜优于PG膜的结果表明油茶粕提取物的添加有利于砂梨的贮藏。

所有试验组中砂梨的过氧化物酶（POD）活性在贮藏初期较低，但随着贮藏期的延长，所有包膜处理组砂梨的POD活性均呈现先逐渐升高后有所下降的趋势，且POD活性在60 d达到高峰，但包膜处理能明显地抑制砂梨的POD活性提高，在贮藏60 d时，对照组中砂梨的POD的活力达到33.78 U/g·FW，分别比PGC膜、PG膜和商品膜处理组的高出17.10，9.33，19.00 U/g·FW，商品膜处理砂梨的效果最好，POD酶活最高也只达到14.78 U/g·FW，PGC膜处理的最高达到16.68 U/g·FW（图3（b））。包膜处理组明显优于对照组，商品膜和PGC膜处理效果相差不明显，但是两者都比PG膜处理的效果要好。

酚类底物在多酚氧化酶作用下发生氧化的直接结果之一就是导致水果黑心病的发生，黑心病是一种组织褐变现象，是因为酚类物质在有氧的情况下被多酚氧化酶催化生成醌，再经过脱水及聚合反应生成黑褐色物质而引起的[34]。砂梨富含酚类化合物，膜处理可减少砂梨O2的吸收和CO2的释放，进而降低相关酶的酶活性，起到防治酶促褐变的作用，保持了果蔬的食用价值和商品价值[35]。

3 结论

包膜处理砂梨，以有机酸、还原糖和可溶性固形物含量等作为保鲜内部理化指标分析了贮藏过程中梨的保鲜效果。结果表明，油茶粕提取物添加的PGC膜对砂梨的贮藏保鲜起到促进作用，随着贮藏时间的延长，砂梨中有机酸和还原糖含量逐渐降低，对照组和PGC膜处理组中砂梨的有机酸含量分别降低85.71%和60.67%（贮藏90 d），在贮藏第30天时，对照组和PGC膜处理组中砂梨的还原糖含量分别下降了28.57%和16.01%（贮藏30 d）；相比于对照组，PGC膜处理组中砂梨的PPO和POD活性的提高也明显受到抑制。