肉桂精油缓释剂的开发及其在红薯保鲜中的应用
2023-03-03李晨迪范仪琳王晓飞张珊珊刘闪焦献中
李晨迪，范仪琳，王晓飞，张珊珊，刘闪，焦献中
1. 黄淮学院生物与食品工程学院（驻马店 463000）；2. 西平西地红薯业有限公司（驻马店 463000）
近年来红薯价格居高不下，提高了农民种植红薯的积极性。良好的贮藏不仅可以保持其品质，也可以维持批量销售和供应。而红薯在长期储存过程中易出现腐败的状况[1]。因此，红薯的储藏是一个受关注和迫切需要解决的问题。通常红薯在储藏过程中需要加入一定剂量的保鲜剂，从而降低腐败发生，因此保鲜剂的缓释对其整体的保鲜作用至关重要[2]。
微胶囊技术、脂质体技术和多孔微球技术是最常用的三大缓释技术[3]。果蔬保鲜领域常用的缓释技术是微胶囊技术。微胶囊技术是壁材和芯材的结合，壁材为人工合成或者天然特殊材料，芯材为固、液、气3种形态的活性物质，芯材被壁材包埋处理，形成一种微型胶囊，同时芯材能通过溶出或扩散的方式缓慢释放到环境中，常用的缓释活性成分有乙醇、ClO2、SO2和植物精油类物质[4]。
化学缓释剂的使用会引发药剂残留、环境污染及抗药性等问题。在21世纪倡导绿色地球、健康环保和走可持续发展道路的今天，开发高效无毒、低残留的天然缓释保鲜剂，对果蔬采后保鲜具有重要意义。
试验将肉桂精油应用于红薯保鲜剂的研制中，并通过对3种缓释剂缓释能力的比较，以失重率、感官、表面细菌真菌总数和糖度为指标，研制一种新型生物抑菌红薯缓释保鲜剂，并应用于新鲜红薯，以期为红薯保鲜提供理论基础和方法，为肉桂精油在红薯等果蔬的保鲜推广应用提供依据，也为其他果蔬的保鲜技术提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 试材
外皮无损伤、无病虫害的新鲜红薯。
1.1.2 试剂
主要试验试剂见表1。
表1 主要实验试剂
1.1.3 仪器与设备
主要试验仪器与设备见表2。
表2 主要试验仪器与设备
1.2 试验方法
1.2.1 新型缓释剂的试验设计
1.2.1.1 缓释保鲜剂成品
分别在有机载体缓释剂、还原型缓释剂、酸性缓释剂中加入肉桂精油，混合均匀后装入到透气盒或袋中，得到新型生物抑菌技术的红薯缓释保鲜剂。
1.2.1.2 有机载体缓释剂的试验设计
以有机载体缓释剂成分和添加比例作为变量，称取红薯质量（精确到0.1 g），装入保鲜盒内。每个保鲜盒装1种有机载体缓释保鲜剂。以不同有机物为变量，分为组A和B组，有机载体缓释剂成分及其配制比例如表3和表4所示。
表3 A组有机载体缓释剂活性物质质量比
表4 B组有机载体缓释剂活性物质质量比
1.2.1.3 还原型缓释剂的试验设计
分别称取不同质量红薯（精确到0.1 g），以还原型缓释剂添加量和双吸剂还原铁的添加与否作为变量，装入保鲜盒或袋中，每个保鲜盒或袋中装入1包还原型缓释保鲜剂，分为C组和D组，设置不同添加量的还原型缓释剂，如表5和表6所示。
表5 C组还原型缓释剂活性物质质量 单位：g
表6 D组还原型缓释剂活性物质质量 单位：g
1.2.1.4 酸性缓释剂的试验设计
分别称取不同质量的红薯（精确到0.1 g），以酸性缓释剂添加量和缓释剂载体不同为变量，装入保鲜袋中，每个保鲜袋中装入1种酸性缓释保鲜剂，根据吸附载体不同，分为E组和F组，酸性缓释剂成分及配制如表7和表8所示。
表7 E组酸性缓释剂活性物质质量 单位：g
表8 F组酸性缓释剂活性物质质量 单位：g
1.2.2 指标测定
1.2.2.1 失重率
失重率是衡量果蔬贮藏品质的重要指标。失重率变化越小，表明红薯在贮藏过程中营养成分和水分损失最小，保藏效果最好。
对红薯在第0，第3，第6，第9，第12和第15天进行称重，利用差重法按式（1）计算红薯失重率。
失重率=（初始质量-测定质量）/初始质量×100% （1）
1.2.2.2 感官评价
根据表9，对红薯进行感官评分，判定红薯的新鲜程度。评价标准见表9。每个样品重复3次，取平均值。
表9 红薯的感官评价标准
1.2.2.3 表面细菌和真菌总数
使用无菌水冲洗样品红薯表面，稀释菌液，并将其表面的微生物分离接种至细菌培养皿和真菌培养皿中，进行涂布，培养48 h，观察菌落总数。
1.2.2.4 糖度测定
称取10 g红薯样品，用无菌水稀释2倍，用阿贝折光仪测定其糖度[5]，重复3次，取平均值。
1.2.3 数据处理
所有试验每组3个平行，并用Excel和Statistical Product and Service Solutions软件对试验数据进行统计学分析。
2 结果与分析
2.1 有机载体缓释剂对红薯储藏的影响
2.1.1 失重率
由图1可知，随着红薯储藏时间的延长，其失重率整体逐渐增大。对照组失重率变化最大，第15 天时失重率达到2.6%，其他处理组的失重速率变化较为平缓，在整个观察期失重率的变化范围较小。A1在后期表现出明显优势，并且逐渐平缓。表明A1组保鲜效果较于其余处理组保鲜效果最好。
图1 红薯储藏过程中有机载体缓释剂对其失重率的影响
2.1.2 感官评价
硬度、色泽、气味和表面菌落分布情况等感官指标可以清楚反映红薯在储藏期间所处的生理阶段及商业价值，测定有机载体缓释剂对红薯储藏期间感官的影响。
由图2可知，在常温下贮藏，对照组第6天其硬度和色泽开始发生变化，第15天总体评分为6分，达到价值流通的最低标准。其他6组处理组的效果明显高于对照组，其中A1组效果最佳，贮藏第15天其总体评分为7.75分。
图2 红薯储藏过程中有机载体缓释剂对其感官的影响
2.2 还原型缓释剂对红薯储藏的影响
2.2.1 失重率
由图3可知，红薯失重率逐渐随着试验天数的增加而增大。其他组的失重速率较为平缓，C2组在后期表现出明显优势，第15天时失重率仅为0.85%。
图3 红薯储藏过程中还原型缓释剂对其失重率的影响
2.2.2 感官评价
由图4可知，在红薯储藏期间还原型缓释剂相比于对照组效果较好，其中C2的感官评分高于其他组，且能有较好保持。
图4 红薯储藏过程中有还原型缓释剂对其感官的影响
2.3 酸型缓释剂对红薯储藏的影响
2.3.1 失重率
由图5可知，在硅藻土与硅胶2种活性物中，硅藻土组的失重率变化较小，且F组中F1较于其他处理组最为平缓，表明F1组保鲜效果最好。
图5 红薯储藏过程中酸型缓释剂对其失重率的影响
2.3.2 感官评价
由图6可知，在常温下储藏，对照组在15 d后感官评分为6分，达到流通价值的底线，其他试验组均高于6分，F1组的评分最高，为8分，红薯品质保持较好。
图6 红薯储藏过程中酸性缓释剂对其感官的影响
2.4 缓释剂对红薯表面细菌和真菌总数的影响
通过平板计数法来测定在10-2浓度梯度时红薯表面菌落总数，结果如图7和图8所示。
由图7可知，3种缓释剂对红薯储藏过程中细菌菌落表面总数的变化，第15天时试验组整体比对照组的菌落数较低，效果较明显的是A1、C2、F1这3组，且A1组的细菌菌落总数最少。
图7 3种缓释剂对红薯储藏过程中表面细菌菌落总数的影响
表面菌落总数越少，表面红薯在储藏过程中品质越高，流通价值也越大。由图8可知，缓释剂对红薯储藏过程中真菌菌落总数较少的为A1、B1、C2和F1这4组，且A1组的真菌菌落总数明显底于其他几组，与对照组形成鲜明的对比。
图8 3种缓释剂对红薯储藏过程中表面真菌菌落总数的影响
2.5 缓释剂对红薯糖度的影响
综合3种指标观察可知，红薯在储藏过程中保鲜效果较好的为A1、C2、F1这3组，为探究出最佳缓释剂，进一步测定这3组在储藏过程中的糖度，用阿贝折光仪测定红薯在储藏过程中糖度的变化。
由图9可知：对照组的红薯在储藏过程中第15天时糖度为2.32%，明显低于其他试验组；A1组的红薯在储藏过程中第15天时糖度为2.67%；C2组的红薯在储藏过程中第15天时糖度为2.61%；F1组的红薯在储藏过程中第15天时糖度为2.58%。由此表明A1组的糖度最高，A1组保鲜效果在所有试验组中，保鲜效果最好。
图9 红薯储藏过程中糖度的变化
3 结论与讨论
缓释技术是物质包覆在空腔内并缓慢释放出来的一种技术[6]。Alikhani[7]采用迷迭香精油和百里香精油为芯材，羧甲基纤维素钠作为壁材，用真空干燥法制备两者混合物的微胶囊，结果表明，制得的微胶囊都能够降低草莓贮藏期间的腐烂，保持草莓良好品质。张博云等[8]研究发现，加入有机活性物质（羧甲基纤维素钠）能够明显低柑橘果实腐烂率，保持果实硬度，还能降低果实中丙二醛含量，达到保鲜目的。侯璟玥等[9]研究结果表明，制备的交联羧甲基纤维素膜疏水性增强，对尿素的释放具有一定的可调控能力。卢健康等[10]以HNO3处理后的羧甲基纤维素钠为原料，对其保水、缓释行为及盆栽进行试验，结果表明，其具有良好的亲和力，吸附平衡时间为120 min，吸附容量为18.78 mg/g。易菊珍等[11]以可生物降解和生物相容的羧甲基纤维素钠为原料，制得不同配比的多糖共混膜，结果表明，共混膜对布洛芬这种疏水性药物具有较好的缓释性能。
试验中，红薯在储藏过程中对保鲜剂缓释效果最佳配方为A1组，即琼脂、硅胶、羧甲基纤维素钠的质量比为1∶1∶2。且有机缓释剂的保鲜效果要优于其他试验组。它明显保持了红薯的感官品质，减少了红薯储藏表面微生物的数量，降低了失重率，抑制了糖度的下降。同时试验使用肉桂精油作为保鲜剂抑菌，有机载体中的硅胶作为交联剂，羧甲基纤维素钠作为固体吸附剂，不仅实现肉桂精油保鲜剂的缓慢释放，也优化缓释剂的最佳制备条件，将红薯货架期延长超过15 d。
通过对红薯感官评价、失重率、糖度、表面菌落总数等指标的测试，考察复合缓释剂对红薯的保鲜效果，以期为复合缓释剂在这类果蔬保鲜中的应用提供参考依据，后期可以进一步细化确定更优的保鲜剂和更优比例的缓释剂，从而发挥保鲜剂的最大效果。
