百里香精油微胶囊复合涂膜在芒果保鲜中的应用

蔡晨晨，马瑞佳，刘 涛，邓永飞，陆登俊

（广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004）

天然抗菌涂膜是利用抗菌物质和天然生物基质制备的可降解保鲜剂，将其涂覆在食品表面，风干后可形成结构致密的薄膜，能够抑制食物表面菌物的生长以及阻止食物与外界的物质交换，从而能够有效的延长食品保质期[1-3]。许多研究直接将抗菌物质与天然生物基质复合，但这会影响抗菌物质的利用率，生产成本也会增加[4-5]。因此，开发成本效益好、抗菌物质利用率高并且应用方便、范围广的保鲜剂成为一种选择。

芒果是一种热带水果，富含维生素、矿物质和营养，但由于采收时节正值夏季，采后代谢旺盛，在贮藏过程中易遭受病菌侵染腐烂，货架期短，不易贮藏和运输[6-7]。因此市场急需绿色安全且低成本的芒果保鲜剂。利用天然成膜剂淀粉、壳聚糖和膨润土等涂膜材料[8]，具有绿色、安全等优点，如杨华等[9]将壳聚糖/纳米TiO2复合涂膜应用于芒果保鲜，涂膜处理可以保持芒果果实硬度、VC及可滴定酸含量，延缓果胶的降解速度，保持细胞膜的功能活性。陈勇[10]将超声波改性膨润土涂膜应用在芒果采后保鲜，能明显降低芒果的呼吸强度,延缓呼吸高峰。百里香精油（Thyme essential oil, TEO）是一种淡黄色透明液体，其主要成分是具有抑菌作用的香芹酚和百里香酚，被广泛应用于医药界和食品防腐保鲜等领域[11-13]。目前，精油用于芒果采后保鲜，多为将其与天然成膜材料直接复合[14]，由于精油的易挥发性，降低了精油的利用率。因此，本研究以淀粉为成膜基质，百里香精油微胶囊为添加剂，研究了百里香精油微胶囊涂膜对芒果保鲜品质的影响，为复合保鲜涂膜的应用及芒果采后贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芒果（Mangifera indicaL.Tainnung NO.1） 采自中国广西百色某果园，选用无机械损伤，大小均匀（60～80 g/果），无明显缺陷和感染的芒果；玉米淀粉（纯度≥98%）、百里香精油、阿拉伯胶、β-环糊精上海源叶生物科技有限公司；无水乙醇（AR） 天津市富宇精细化工有限公司；PDA培养基 杭州百思生物技术有限公司；大肠杆菌（Escherichia coli）、枯草杆菌（Bacillus subtilis） 广西大学轻工与食品过程学院微生物实验室提供；炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioidesPenz）、蒂腐菌（Botryodiplodia theobromaePat） 广西农业科学院植物保护研究所提供。

BSA224S型分析天平 赛多利斯科学仪器有限公司；HH-6J磁力搅拌器 中国高德仪器有限公司；S-3400N型扫描电子显微镜 日本日立公司；Necus傅立叶红外分析仪 美国惠普公司；TG-16W离心机

济南欧莱博科学仪器有限公司；UV-1100 紫外可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司；GY-2硬度计 浙江托普云农科技股份有限公司；WAY-2S阿贝折光仪 上海仪电科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 百里香精油微胶囊的制备 将1 g的β-环糊精和0.3 g阿拉伯胶溶于100 mL蒸馏水中，60 ℃水浴下600 r/min持续搅拌2 h，冷却到室温；0.1 g百里香精油溶于经40 ℃预热的10 mL无水乙醇中，将百里香精油无水乙醇溶液滴入冷却后的β-环糊精/阿拉伯胶混合溶液中，在60 ℃水浴中进行搅拌6 h，之后在4 ℃条件下进行沉淀24 h；用0.22 μm微滤膜进行抽滤，用乙醇洗3次，经真空冷冻干燥，得固体百里香精油微胶囊[15-16]。

1.2.2 百里香精油微胶囊表征分析 将微胶囊喷金，采用场发射扫描电镜观察涂膜表面和断面的微观形貌；将微胶囊进行研磨处理，采用KBr压片法测定FT-IR光谱，波长范围为800～4000 cm-1。每个样扫描16次，分辨率为4 cm-1。

1.2.3 百里香精油微胶囊抑菌实验

1.2.3.1 百里香精油微胶囊对大肠杆菌与枯草杆菌的抑菌试验 采用抑菌圈法[17]，将浓度为106～108CFU/L的大肠杆菌菌悬液与浓度为106～108CFU/L的枯草杆菌菌悬液分别涂布于牛肉膏蛋白胨培养基表面，用直径为6 mm的经高温灭菌的打孔器于培养基表面打孔，并将百里香精油微胶囊放置于孔中。37 ℃恒温培养24 h后，测定抑菌圈直径。

1.2.3.2 百里香精油微胶囊对炭疽菌和蒂腐菌的抑菌试验 根据卢燕霞等[18]方法，将炭疽菌与蒂腐菌在马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）中，28 ℃恒温培养7 d。将百里香精油微胶囊与液态20 mL的PDA培养基混合均匀，倒入90 mm×10 mm培养皿；用直径为6 mm的经高温灭菌的打孔器于无菌条件下制备菌块。将菌块放置于PDA培养基中心位置；28 ℃恒温培养48 h，十字交叉法量取菌块直径。

1.2.4 百里香精油微胶囊涂膜的制备及涂膜方法

1.2.4.1 百里香精油微胶囊涂膜的制备 玉米淀粉、甘油与蒸馏水以质量比3:1:100进行混合，搅拌均匀，90 ℃进行加热处理30 min；冷却至室温后，加入不同质量分数百里香精油微胶囊（w/w, TEOM/Starch），50 ℃搅拌60 min。

1.2.4.2 涂膜处理 选择大小、外观、颜色和形状相似且没有明显的机械损伤或真菌感染迹象的芒果。实验前，清洗水果，自然风干。然后分为三组，每组15个；第一组不做处理，第二组使用质量分数为0%TEOM的百里香精油微胶囊复合涂膜进行浸涂，第三组使用质量分数为3% TEOM百里香精油微胶囊复合涂膜进行浸涂。芒果在涂膜溶液中进行三次浸涂，每次浸涂30 s，间隔为10 s，并滴下多余的涂膜溶液，晾干；在25±1 ℃，相对湿度为65%条件下进行贮藏，每2 d测定果实的失重率、硬度、可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量。

1.2.5 测定指标及方法

1.2.5.1 失重率 失重率根据Chi等[19]的方法，以百分比表示。

式中：M0是第一天的芒果质量，g；M1每个测定日的芒果的质量，g。

1.2.5.2 硬度 根据李辉[20]的方法，采用硬度测试仪测试，该测试仪配有直径为（3.5±0.02） mm的圆柱形探头，起始力为0.2 N，测试速度为70 mm/min，回程速度为70 mm/min，测试距离为8 mm；去除果皮，取芒果三个点测定，取平均值，单位为N。

1.2.5.3 可滴定酸 将10 g芒果样品与30 mL蒸馏水进行研磨，再放置于80 ℃水浴中加热30 min，然后冷却，过滤。使用滴定法测定可滴定酸（TA）[21]。

式中：V：消耗 NaOH 量，mL；C：NaOH的浓度，mol/L；K：苹果酸换算系数，0.067；P：稀释倍数；M：芒果重量，mg。

1.2.5.4 可溶性固形物 芒果去皮，取芒果（10 g）进行研磨，过滤，取滤液，用折光仪测定[22]。

1.2.5.5 维生素C测定 将10 g芒果样品在冰水浴中用50 mL 2%草酸研磨并过滤；用2，6-二氯苯酚法测定维生素C含量。结果表示为维生素C mg/kg提取物[21]。

1.3 数据处理

所有实验均重复测定3次，结果表示为平均值±标准差（x±s, n=3）；使用SPSS Statistics 19.0软件进行显著性分析，P＜0.05时差异显著，采用Origin 2018软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 百里香精油微胶囊结构表征分析

2.1.1 百里香精油微胶囊微观形态β-环糊精相对疏水的空腔可容纳各种客体分子，从而会形成形态各异的包合物；其中，以β-环糊精为壁材、精油为芯材通过共沉淀法制备得到的微胶囊会具有独特的单斜晶结构[22]；如图1所示，大多数微胶囊呈现出单斜晶结构、表面相对光滑、完整，平均尺寸在10～20 μm之间；但有少数微胶囊呈现出破裂，这可能是由于精油进入β-环糊精的空腔中时，会降低β-环糊精的致密性，以及搅拌、加热等条件对β-环糊精的结构也造成一定的破坏。

图1 百里香精油微胶囊微观结构Fig.1 Microstructure of the thyme essential oil microcapsules

2.1.2 百里香精油微胶囊的FT-IR分析 如图2所示，β-环糊精的红外光谱中，3345 cm-1处的吸收峰为O-H的伸缩振动吸收峰；2922 cm-1为C-H的伸缩振动吸收峰；1645 cm-1为O-H的弯曲振动；1154 和1026 cm-1为C-O-C的伸缩振动[22]；与β-环糊精红外图谱比较，并未发现新的吸收峰，而1645 cm-1的O-H的弯曲振动移动到1635 cm-1，可能是由于氢键的形成使得电子云密度平均化，从而使振动频率降低，吸收峰向低波数移动[23]。同时精油的特征峰未出现在微胶囊的红外图谱中，表明精油已经嵌入到环糊精疏水腔内。

图2 百里香精油微胶囊、β-环糊精及百里香精油的FT-IR谱图Fig.2 FT-IR spectra of thyme essential oil microcapsules,β-cyclodextrin and thyme essential oil

2.2 百里香精油微胶囊的抗菌性分析

如图3所示，抑菌效果随着微胶囊的浓度增加呈增加趋势。图3（a）中，微胶囊对枯草杆菌的抑菌效果显著高于微胶囊对大肠杆菌的抑菌效果（P＜0.05）；图3（b）中，炭疽菌和蒂腐菌的菌块直径数值代表了抑菌效果[18]，菌块直径数值与抗菌作用负相关。从图3（b）可以得到微胶囊对炭疽菌和蒂腐菌具有抑菌的作用，且其对炭疽菌的抑菌效果显著高于蒂腐菌（P＜0.05）。对于百里香精油微胶囊，因为精油已经嵌入到环糊精疏水腔内，从而减慢了精油挥发的速率，微胶囊呈现出优异的抑菌效果。精油的抗菌活性可能是由于精油能够穿透细胞膜，破坏细胞膜，抑制细胞功能特性，最终导致细胞内容物泄露导致细胞死亡[24-25]。

图3 百里香精油微胶囊抑菌效果Fig.3 Antibacterial activity of thyme essential oil microcapsules

2.3 百里香精油微胶囊涂膜对芒果保鲜效果的影响

2.3.1 百里香精油微胶囊涂膜对芒果失重率的影响

如图4，随着贮藏时间的延长，每组芒果的失重率均不断增加。整个贮藏期间，3%-TEOM/Starch组和0%-TEOM/Starch组芒果失重率呈现相似的趋势，显著低于未处理组（P＜0.05）。在第10 d时，3%-TEOM/Starch组果实失重率为2.2%，未处理组则为6.5%。涂膜处理在整个贮藏过程中起着重要的水屏障作用，从而使果实表面的水分流失减少，加入的精油微胶囊又有效地改善了水分的损失。

图4 百里香精油微胶囊涂膜对贮藏芒果失重率的影响Fig.4 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on weight loss rates in mango fruits during storage

图5 百里香精油微胶囊涂膜对贮藏芒果硬度的影响Fig.5 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on firmness in mango fruits during storage

2.3.2 百里香精油微胶囊涂膜对芒果硬度的影响如图5所示，果实硬度在贮藏过程中不断下降。整个贮藏期间，3%-TEOM/Starch组果实硬度均显著（P＜0.05）高于0%-TEOM/Starch组与未处理组，更有效地延缓了果实硬度的降低。芒果贮藏4 d后，0%-TEOM/Starch组与未处理组果实硬度差异不显著（P＞0.05）。芒果贮藏10 d后，3%-TEOM/Starch组、0%-TEOM/Starch组和未处理组果实的硬度分别为11.8、8.2和7.2 N，3%-TEOM/Starch组果实的硬度显著高于其他各组（P＜0.05）。芒果的硬度与果胶和细胞物质的降解有关，随着果实的成熟，果胶和细胞物质在整个贮藏期间被水解酶降解。另外，芒果中的水分流失会影响果实的柔软度[26-27]。由于精油在一定程度上抑制了微生物的生长，降低了微生物分解芒果内有机物的速率，因此起到了维持果实硬度的作用。

2.3.3 百里香精油微胶囊涂膜对芒果可滴定酸的影响 可滴定酸是芒果成熟的一个重要参数，它也决定了果实在成熟过程中的风味和贮藏质量。如图6所示，研究了三组在整个贮藏期间对芒果可滴定酸含量的影响。在整个贮藏期间，随着贮藏时间的延长，三组果实TA含量均呈现不断下降的趋势。贮藏前果实TA含量为0.72%，在贮藏第10 d时，3%-TEOM/Starch组果实TA含量显著高于0%-TEOM/Starch组和未处理组（P＜0.05）。此外0%-TEOM/Starch组TA含量降为0.045%，而未处理组降为0.042%，两组差异不显著（P＞0.05）。结果表明，百里香精油微胶囊复合涂膜对芒果的成熟有延缓作用。这可能是由于微胶囊的加入改变了涂膜的结构，如涂膜在水蒸气透过率等性能方面的优势。此外，水果的代谢速率和呼吸过程中有机酸的使用也对TA含量的变化有影响。

图6 百里香精油微胶囊涂膜对贮藏芒果可滴定酸的影响Fig.6 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on titratable acidity in mango fruits during storage

2.3.4 百里香精油微胶囊涂膜对芒果可溶性固形物含量的影响 呼吸速率和代谢活动是影响果实可溶性固形物含量变化的关键因素；同时可溶性固形物的含量代表了果实成熟程度[28]。如图7所示，在贮藏的前6 d，所有样品的SSC均随着代谢的进展而逐渐升高，特别是未处理组，后期随着糖的消耗，SSC略有下降。对于贮藏前期，果实SSC的增加可能是由于不溶性多糖被水解成单糖；贮藏后期的下降，是由于呼吸过程中碳水化合物的再吸收和糖苷分解为亚单位所致。由于含有微胶囊的涂膜对芒果的成熟有延缓作用，对于百里香精油微胶囊复合涂膜组芒果SSC的变化趋势在整个贮藏期间最为稳定。

图7 百里香精油微胶囊涂膜对贮藏芒果可溶性固形物含量的影响Fig.7 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on soluble solids content in mango fruits during storage

2.3.5 百里香精油微胶囊涂膜对芒果维生素C的影响 维生素C是芒果中重要的营养和抗氧化活性物质。从图8可以看出，贮藏期间各组抗坏血酸的含量均有所下降。在整个贮藏期间，3%-TEOM/Starch组果实维生素C含量均高于其他组；在第6 d后，3%-TEOM/Starch组果实维生素C含量显著高于0%-TEOM/Starch组和未处理组（P＜0.05）。贮藏第8 d时，0%-TEOM/Starch组和未处理组差异不显著（P＞0.05）。贮藏第10 d，3%-TEOM/Starch组、3%-TEOM/Starch组和未处理组果实维生素C含量分别为41、53和73 mg/kg。这与以往研究果实保鲜材料中的精油与果实维生素C含量之间的关系是一致的，百里香精油中的酚类抗氧化剂化合物可以提高果实的抗氧化活性，果实可以保持较高的维生素C含量[29]。

图8 百里香精油微胶囊涂膜对贮藏芒果维生素C的影响Fig.8 Effects of thyme essential oil microcapsules coating on ascorbic acid in mango fruits during storage

3 结论

百里香精油微胶囊对大肠杆菌、枯草杆菌与芒果炭疽菌、芒果蒂腐菌具有抑菌效果；微胶囊浓度为0.6和16 mg/mL时呈现出最优抑菌效果。芒果经过百里香精油微胶囊复合涂膜处理后，可以较好地延缓果实重量、可溶性固形物含量的降低以及保持芒果果实硬度、维生素C及可滴定酸含量。相比于未处理组和0%-TEOM/Starch组，3%-TEOM/Starch组呈现出最优保鲜效果。说明精油微胶囊复合涂膜对芒果在常温贮藏条件下起到了较好的保鲜作用。