富氢水和纳米TiO2-壳聚糖对三华李的保鲜作用

郑艳梅，李艺诚，宋雯佩，郭微，李永泉，张宪智

（仲恺农业工程学院园艺园林学院，广东 广州 510225）

三华李（Prunus salicina Lindl.cv.sanhua）是华南地区特色的优质水果，含有维生素、有机酸和氨基酸等多种营养成分，其果实红皮红肉，色泽鲜艳，气味芳香，是广东省的特色水果之一，发源地是广东省翁源县三华镇[1-2]。三华李风味品质极佳，既是鲜食的上好果品，又是加工果脯的上好原料，是广式蜜饯凉果的主要原料之一[3]。三华李属于呼吸跃变型果实且普遍上市于高温季节，常温下存放的果实容易腐坏，从而影响其营养价值和商品价值[4-5]，因此，解决三华李的贮藏保鲜问题迫在眉睫。

富氢水（hydrogen water，HRW）是含有微量氢分子（H2）的水，具有健康、安全的特点。富氢水的研究多集中在生物、医药方面[6]，近年来富氢水在农业领域中也开始有相关的应用研究。相关学者研究表明富氢水具有抗氧化、延缓植物衰老的作用[7]。刘照启等[8]的研究简述了目前氢气和富氢水在农业上应用广泛，指出氢气具有较强还原性，可有效提高果蔬抗氧化能力，使果实贮藏性得到提高。有研究以番茄为研究材料，发现中等浓度的HRW（50%、75%）处理番茄果实可以在一定程度上增强番茄果实抗灰霉病侵染的能力[9]。Hu等[10]研究表明，80%HRW可以显著降低猕猴桃呼吸强度及果实腐烂率，保持果实硬度，延缓果实在贮藏过程中的成熟和衰老。随着研究的深入，学者们开始关注如何利用富氢水提高植物的抗氧化能力，调控植物的生长发育[11]。鲜有研究者利用富氢水对三华李进行保鲜处理，富氢水对于三华李的采后保鲜作用效果是否产生影响亟待研究。

纳米材料是指一类具有特殊性能且材料尺寸能达到纳米级别（1 nm～100 nm）的材料[12]，常作为非抗菌素杀菌剂，是一种新型的果蔬保鲜剂[13]。目前，在果蔬保鲜中应用较为普遍的纳米材料有纳米Ag、Si、TiO2和ZnO等，并且单一纳米材料常与其它具有良好成膜性的物质如壳聚糖复合使用，以最大限度地发挥纳米材料的性能[14]。纳米材料在柑橘的保鲜中已有初步应用[15]。前期研究也发现壳聚糖-纳米材料复合涂膜可以对猕猴桃果实起到较好的保鲜作用[16]。利用纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对采后芒果处理，结果表明其能够保持芒果的营养成分和果实品质[17]。壳聚糖涂膜保鲜技术的研究是一个相对活跃的新领域，该技术在果蔬保鲜领域的应用效果较好[18]。

本试验针对三华李保鲜时存在的失水、腐烂等现象，选择HRW、纳米TiO2-壳聚糖复合材料作为保鲜剂，研发绿色、环保、安全可靠的三华李保鲜方法。通过测定三华李果实的各项指标，分析不同浓度富氢水、纳米TiO2-壳聚糖复合材料对三华李品质变化的影响，为三华李果实贮藏提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

三华李于广东省翁源县三华镇果园采摘后，冰块运送至实验室。饱和富氢水（氢气存留量0.8 mmol/L）：北京活力氢源饮品有限公司；纳米TiO2（纯度：99.3wt%）：南京先丰纳米材料科技有限公司；月桂酸钠（化学纯）、考马斯亮蓝G-250（分析纯）、壳聚糖（试剂级）、甘油、HCl、NaOH、乙酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、95%乙醇、85%磷酸（均为分析纯）：广州晶源生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

数显糖度计（SW-32D）：广州市速为电子科技有限公司；艾普数显硬度计（GY-4）：衢州艾普计量仪器有限公司；高速离心机（TGL-16）、电子天平（BSA224S）：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；水浴锅（HWS-24）：上海一恒科学仪器有限公司；pH 计（PHS-3E）:上海仪电科学仪器股份有限公司；紫外可见光分光光度计（TU-1901）：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 富氢水处理

挑选出形态一致、大小均一、无机械损伤、无病虫害的三华李果实，用自来水清洗干净，再用无菌水冲洗3遍备用。用无菌水配制等浓度梯度的富氢水（0%HRW、25%HRW、50%HRW、75%HRW、100%HRW），浸泡三华李，每组浓度的富氢水各处理50颗果实，处理时间30 min。处理后的果实捞出，置于试验台自然风干，装袋不封口，于室温（25℃）贮藏[10]。

每隔2 d，每次每组选取6个～7个果实，各项指标的测定试验重复3次，同时观察果实外观变化，对果实感官品质进行评价，直到果实出现腐烂现象试验结束。

1.3.2 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理

首先进行纳米TiO2的改性。把5 g纳米TiO2慢慢地加入到70 mL无菌水中，用HCl（1 mol/L）、NaOH（1 mol/L）调节pH至5.0，再加入月桂酸钠0.75 g。在温度为40℃条件下反应30 min，再用无菌水离心洗涤2次～3次（4 000 r/min，15 min），保留沉淀。然后将沉淀放入干燥箱中干燥（105℃），烘干至恒重，将粉体研磨成粉末，放在干燥器中保存备用[19]。

其次制备纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜液。称取适量改性后的纳米TiO2溶于1 g甘油，再依次加入100 mL 1%（体积分数）醋酸水溶液、1.5 g壳聚糖粉末，在90℃下加热约30 min，加热过程中不断搅拌振荡，制得纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜液[20]。

将三华李果实随机分成2组，每组50个，分别为纳米TiO2-壳聚糖涂膜组、无菌水对照组。取干净棉布浸润涂膜液，在保持不滴水的状态下，将沾有纳米TiO2-壳聚糖涂膜液的棉布在果实表面涂抹均匀。处理后的三华李置于实验台自然风干，装袋不封口，于室温（25℃）贮藏。每隔1 d～2 d，每次每组随机选取6个～7个果实，各项指标的测定试验重复3次，直到果实出现腐烂现象试验结束。

1.3.3 测定指标及测定方法

1.3.3.1 好果率测定

好果率计算公式[21]如下。

1.3.3.2 单果重测定

使用电子天平对果实质量进行称量，待电子天平显示屏读数稳定进行读数，精确到0.01，单位g。

1.3.3.3 果实硬度测定

利用硬度计测定果实硬度，测头直径大小为8mm，单位kg/cm2，在每个果实的赤道部位等间距选取3个点，用硬度计测定，取平均值。

1.3.3.4 可溶性固形物含量测定

利用糖度计对果实可溶性固形物含量进行测定，单位以%计。仪器调零后，进行读数，并记录。

1.3.3.5 可溶性蛋白含量测定

采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量。测定前通过配制不同浓度的标准蛋白质溶液绘制标准曲线。测定时，首先取三华李果肉0.5 g，加入5 mL磷酸缓冲液研磨成浆，取1.5 mL浆液入离心管，4 000 r/min离心15 min，得到上清液。接着取0.1 mL上清液于试管，试管中分别加入0.9 mL磷酸缓冲液和5 mL考马斯亮蓝溶液，摇匀，放置2 min后使用紫外分光光度计比色，设置波长为595nm，测出其吸光值，计算样品可溶性蛋白含量[22]，计算公式如下。

式中：C为不同浓度的蛋白质质量，μg；VT为提取液总体积，mL；VS为测定时的加样量，mL；WF为样品鲜重，g。

1.3.3.6 果实品质质量评价

选取贮藏5 d的果实进行感官品质比较，按表1标准对各项进行打分。

表1 果实感官品质评分标准Table 1 Grading standard of fruit sensory quality

1.4 数据分析

全部试验数据均用 Excel 2016、Origin 2021和SPSS 26.0统计软件进行分析，采用Duncan氏新复极差法（SSR）进行多重比较，不同英文字母表示多重比较差异显著。

2 结果与分析

2.1 富氢水处理对三华李的保鲜作用

2.1.1 富氢水处理对三华李好果率、单果重的影响

对富氢水处理三华李进行好果率、单果重测定，结果见表2、图1。

表2 不同浓度富氢水对三华李好果率的影响Table 2 Effects of HRW of different concentrations on good fruit rate of Sanhua plum

图1 不同浓度富氢水对三华李单果重的影响Fig.1 Effects of HRW of different concentrations on single fruit weight of Sanhua plum

如表2所示，对照组（0%HRW）在室温（25℃）贮藏的第5天，三华李果实开始出现腐烂；75%HRW、100%HRW处理组在7 d开始出现果实腐烂；而25%HRW、50%HRW处理下，直到第12天才出现烂果。贮藏至第12天时，对照组好果率为92%，25%HRW、50%HRW处理的三华李好果率为98%，75%HRW、100%HRW处理的三华李好果率为96%，表明富氢水处理可起到一定程度的抑菌效果，延迟果实腐烂的发生。25%HRW、50%HRW处理在一定程度上增强了三华李果实抗菌能力，防腐效果较好，而经75%HRW、100%HRW处理的三华李较早出现烂果，其防腐效果相对较弱。从图1可知，随贮藏时间延长，三华李单果重均因失水而下降，但是25%HRW、50%HRW、75%HRW处理组，单果重下降速度相较于0%HRW、100%HRW更加缓慢。贮藏8 d时，25%HRW、50%HRW、75%HRW、100%HRW处理组果实失重率分别4.70%、4.07%、3.54%、5.14%，而对照组（0%HRW）果实失重率为4.91%，说明适宜浓度富氢水浸泡一定程度上可以抑制果实失水减重，其中75%HRW效果最好，其次是50%HRW、25%HRW。

2.1.2 富氢水处理对三华李果实硬度的影响

对富氢水处理三华李进行果实硬度的测定，结果见表3。

表3 不同浓度富氢水对三华李硬度的影响Table 3 Effects of HRW of different concentrations on hardness of Sanhua plum

从表3可知，对照组和富氢水处理组，三华李果实硬度都随贮藏时间的增加而降低。但是在贮藏至8 d时，25%HRW，50%HRW处理组的果实硬度显著高于对照组、75%HRW和100%HRW处理组，其中50%HRW处理组后期硬度最高，达1.67 kg/cm2。由此可见富氢水处理在一定程度上能延缓三华李果实硬度下降，其中50%HRW处理效果最佳，其次是25%HRW，而过高浓度的富氢水处理反而会加快三华李果实的软化。

2.1.3 富氢水处理对三华李可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量的影响

对富氢水处理三华李进行果实可溶性固形物含量测定，结果见图2。

图2 不同浓度富氢水对三华李可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effects of HRW of different concentrations on soluble solid content of Sanhua plum

由图2可知，三华李的可溶性固形物含量整体上呈现先增后减的趋势。在贮藏前期（0～4 d），对照组和富氢水处理组的可溶性固形物含量都呈现平稳上升的趋势，其中50%HRW处理组上升趋势最为缓慢。在贮藏中期（5 d～7 d），各组的可溶性固形物含量持续上升，直到出现峰值随后呈现下降的趋势：对照组在5 d时出现峰值，为11.96%；25%HRW和100%HRW处理组在6 d时出现峰值，分别为12.15%和11.97%；75%HRW处理组在7 d时出现峰值，为12.17%。而50%HRW处理组在贮藏后期8 d的阶段，可溶性固形物含量仍然呈现上升趋势，在8 d时为12.41%。由此可见，富氢水处理三华李能减慢果实可溶性固形物含量上升的速率，推迟可溶性固形物含量峰值的出现，从而达到延长三华李果实贮藏期的效果。选择中、高浓度的富氢水处理果实效果更显著，其中50%HRW处理最佳，其次是75%HRW。

2.1.4 富氢水处理对三华李可溶性蛋白含量的影响

对富氢水处理三华李进行果实可溶性蛋白含量测定，结果见表4。

表4 不同浓度富氢水对三华李可溶性蛋白含量的影响Table 4 Effects of HRW of different concentrations on soluble protein content of Sanhua plum

由表4可以大致看出三华李在整个贮藏阶段中各组果实的可溶性蛋白在4 mg/g～6 mg/g的水平波动。贮藏前期0～4 d的阶段，经过富氢水处理的果实中可溶性蛋白均高于对照组。贮藏中期5 d～7 d的阶段，除25%HRW处理组出现果实中的可溶性蛋白低于对照组外，其它富氢水处理组均高于对照组。贮藏后期8 d的阶段，100%HRW处理组可溶性蛋白的含量显著高于对照组，75%HRW和50%HRW处理组可溶性蛋白的含量也高于对照组，而25%HRW处理组可溶性蛋白的含量略低于对照组。由此可见富氢水处理在一定程度上能使三华李果实可溶性蛋白的含量高于对照组，三华李果实当中的可溶性蛋白作为渗透调节物质和营养物质，可溶性蛋白的增加和积累能提高细胞的保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用，从而达到延长三华李果实贮藏期的效果。选择中高浓度的富氢水处理果实效果更显著，其中100%HRW处理最佳，其次是75%HRW和50%HRW。

2.1.5 富氢水处理对三华李外观品质的影响

选取富氢水处理后贮藏5 d的三华李按照评分标准进行感官品质鉴定，结果见表5。

表5 不同浓度富氢水对三华李果实品质质量的影响Table 5 Effects of different concentrations of HRW on fruit quality of Sanhua plum

由表5可知，在果面光滑度方面，对照组果皮表面有少量的褶皱，而25%HRW和50%HRW处理组果皮表面光滑，且与对照组有显著差异。在果肉色泽方面，50%HRW处理组和对照组果肉颜色为鲜红偏深，而25%HRW和100%HRW处理组果肉颜色相对鲜红有光泽，与对照组有显著差异。在果实酸甜度方面，50%HRW处理组味道偏酸，对照组味道偏甜，二者存在显著差异。在果实风味方面，25%HRW、50%HRW和75%HRW处理组果实风味更为浓厚，而100%HRW处理组风味偏淡，各处理组与对照组无明显差异。在果实异味方面，25%HRW、50%HRW和75%HRW处理组没有出现异味，而100%HRW处理组和对照组都有轻微的异味。在果实质地方面，对照组和25%HRW、50%HRW处理组肉质都比较细嫩，而75%HRW和100%HRW处理组果实肉质略微粗糙。在果汁量方面，富氢水处理各组与对照组存在显著差异，果汁量更多。50%HRW处理组的各项评分和综合评价相较其他处理组和对照组更优。

通过综合上述分析结果，可以得出50%HRW处理下三华李的果实保鲜整体效果最优。在该浓度的富氢水处理下，三华李的好果率、单果重、果实硬度、可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量和外观品质都得到了最大程度的保持。

2.2 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对三华李的保鲜作用

采用相同的方法测定以上指标，分析纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对贮藏期间三华李果实的影响，并与最优的50%HRW处理组进行比较，最终确定适宜于三华李果实保鲜的有效手段。

2.2.1 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对三华李好果率、单果重、果实硬度的影响比较

对不同处理三华李进行好果率、果重和果实硬度测定，结果见表6、图3、表7。

表6 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理对分别对三华李好果率的影响Table 6 Effects of Nano-TiO2-chitosan composite coating and 50%HRW treatment on good fruit rate of Sanhua plum

图3 不同处理对三华李单果重的影响Fig.3 Effects of different treatments on single fruit weight of Sanhua plum

表7 不同处理对三华李硬度的影响比较Table 7 Effects of different treatments on hardness of Sanhua plum

由表6可知，在贮藏第5天，对照组的果实中开始出现腐烂，而纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理组和50%HRW处理组分别在第6天和第7天才出现腐烂果。三华李贮藏至第12天，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理组的好果率为96%，低于50%HRW处理的三华李好果率。相较于纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理，50%HRW处理对三华李的贮藏有更好的防腐效果。由图3可知，在整个贮藏阶段中，对照组的失重率是4.92%，而纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理组果实失重率分别是是4.55%和4.07%，说明纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理三华李都可以抑制果实质量减少，而且50%HRW处理达到的效果要优于纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理的效果。

通过表7可看出在整个贮藏期间，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜的果实硬度比对照组都高。到贮藏后期8 d时，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜的果实硬度为1.58 kg/cm2，显著高于对照组，但是比50%HRW处理组低（1.67 kg/cm2）。说明50%HRW处理更加有利于维持三华李的果实硬度，延迟其软熟。

2.2.2 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对三华李可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量的影响比较

对不同处理三华李进行可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量测定，结果见表8和表9。

表8 不同处理对三华李可溶性固形物含量的影响比较Table 8 Effects of different treatments on soluble solid content of Sanhua plum

表9 不同处理对三华李可溶性蛋白含量的影响比较Table 9 Effects of different treatments on soluble protein content of Sanhua plum

根据表8可见在整个贮藏期间，三华李对照组在5 d时可溶性固形物含量出现峰值为11.96%，而纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理试验组在此期间一直没有出现峰值，由此可说明纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理三华李能减慢果实可溶性固形物含量上升的速率，推迟可溶性固形物含量峰值的出现，从而达到延长三华李果实贮藏期的效果。但是纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理对三华李的保鲜效果没有显著差异。通过表9可知，在整个贮藏期纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理组的三华李可溶性蛋白含量均高于对照组。而且纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW对三华李的保鲜作用效果大致相同，没有显著差异。

2.2.3 纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜对三华李外观品质的影响比较

选取不同处理后贮藏5 d的三华李进行外观品质鉴定和评分，结果见表10。

表10 不同处理对三华李果实品质质量的影响Table 10 Effects of different treatments on fruit quality of Sanhua plum

由表10可知，从果面光滑度上来看，对照组和纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理试验组果皮表面有少量的褶皱，而50%HRW处理试验组则更平滑且有光泽。从果肉色泽上来看，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理试验组的颜色比对照组果肉要更鲜艳一些。从果实酸甜度上来看，50%HRW处理的试验组味道偏酸，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理试验组和对照组味道偏甜。从果实风味上来看，50%HRW处理的试验组比对照组和纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理试验组果实风味更为浓厚。从果实异味上来看，50%HRW处理的试验组没有出现异味，而对照组和纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理试验组都有轻微的异味，与50%HRW处理相比有显著差异。从果实质地上来看，果实质地都是比较细嫩，三者没有显著差异。从果汁量上来看，纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理试验组均比对照组果实含量要高，具有显著差异。纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜和50%HRW处理组的综合评价都高于对照组。两者一定程度上都能维持三华李的外观品质，但是50%HRW处理优于纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜的效果。

3 讨论与结论

研究表明富氢水处理可以通过调节抗氧化防御来延缓果实在贮藏过程中的成熟和衰老。不同浓度富氢水在抑制猕猴桃氧化方面有着不同的效果，其中80%HRW处理的猕猴桃果实，腐烂数量少于其他处理，并且硬度高于其他处理组[10]。除了富氢水，单独的氢气处理对猕猴桃也有一定影响，用H2熏蒸增加了内源性H2的浓度，同时抑制乙烯（C2H4）的生成说明H2诱导的猕猴桃延迟成熟的机理是，抑制了C2H4的生物合成[23]。本研究也发现富氢水对于三华李的保鲜具有明显作用，可以预防果实腐烂，防止果实失水失重，维持果实硬度、可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量、感官品质等。但是不同的浓度起到的效果是不一样的，并且单一指标所需的最佳浓度也有差别，与Hu等[10]的研究结果类似。在好果率这一指标上，富氢水处理能延长三华李贮藏期，选择中低浓度25%HRW和50%HRW处理三华李效果更佳；在单果重这一指标上，75%HRW能最有效抑制果实质量减少，其次是50%HRW和25%HRW；在果实硬度这一指标上，50%HRW处理最佳，其次是25%HRW，能有效抑制果实硬度下降；在可溶性固形物含量这一指标上，50%HRW处理最佳，其次是75%HRW，能减慢果实可溶性固形物含量上升的速率，推迟可溶性固形物含量峰值的出现；在可溶性蛋白含量这一指标上，选择中、高浓度的富氢水处理果实效果更显著，其中100%HRW处理最佳，其次是75%HRW和50%HRW；在果实品质这一指标上，选择25%HRW和50%HRW处理三华李可以使得果实有更好的外观和口感。综合以上所有结果可得出结论：50%HRW处理能更有效地延长三华李的贮藏期和保留果实风味，是最佳的富氢水处理浓度。

壳聚糖-纳米复合材料存在许多特性，是非常具有潜力的保鲜剂，可用于水果保鲜并被证实效果良好且安全无毒[24]。利用纳米TiO2可降解包装材料对葡萄进行保鲜的研究显示，纳米TiO2可以明显抑制葡萄腐败，减缓霉变速度[25]。纳米TiO2也被应用于荔枝的采后保鲜，结果表明纳米处理可以降解荔枝采后贮藏时释放的乙烯气体，并且能抑制细菌生长，改善荔枝保鲜效果，延长荔枝保鲜时间[13]。本研究也发现纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜可以抑制细菌生长，防止果实腐烂，在贮藏后期维持较高的好果率；具有防止果实失水失重，维持果实硬度、延迟果实软熟的作用；对于维持果实可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量、感官品质均有明显作用。

本试验通过对三华李贮藏不同时期各项指标的测定，对不同浓度富氢水和纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜处理的效果进行比较。试验结果表明，富氢水和纳米TiO2-壳聚糖复合涂膜均能有效延长三华李的货架期，但在保鲜效果、使用成本、操作简便程度方面，50%浓度的富氢水保鲜效果更好，是一种绿色环保、低成本易操作的保鲜方法，更加方便在生产上推广应用。