壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓贮藏保鲜效果的影响

连 欢，孙占新，杨相政*

（1.全国供销合作总社济南果蔬华德公司，山东 济南 250220；2.中华全国供销合作总社济南果品研究所，山东 济南 250220；3.稼沃（日照）生态农业有限公司，山东 日照 276800）

蓝莓是杜鹃花科、越橘属蓝果类植物的小浆果，有“浆果之王”的美称，营养丰富，口感多汁，受到消费者的欢迎，含有多种营养成分和功能成分，包括多种维生素、矿物质、花青素、酚类物质、类黄酮等，具有抗氧化、提高免疫力、保护视力、预防心血管疾病等保健作用[1]。但蓝莓采收期集中，采后田间热与呼吸热较高，呼吸代谢旺盛，易受机械损伤和微生物侵染而腐烂变质，因此蓝莓的贮藏保鲜尤为重要[2]。目前，蓝莓的保鲜方法主要有低温贮藏、机械气调、辐照处理、涂膜处理和活性包装等，但是它们存在对保鲜设备精密度要求高、设备成本高、操作复杂、不环保和不易降解等问题，因此开发一种安全高效的生物保鲜技术成为目前亟待解决的问题[3]。

生物活性包装因具有良好的可降解性、气体阻隔性、光线防护、抗氧化活性和抗菌活性而受到广泛研究。壳聚糖是一种天然多糖类物质，具有可降解性、成膜性及较强的抑制病原菌和腐败微生物的作用，已成功应用于食品的保鲜包装[4]。植物精油因其较强的抗菌活性和安全性被广泛的应用在食品保鲜中[5]。将植物精油添加到壳聚糖基质中是减少精油损失的有效途径，壳聚糖作为一种正电荷氨基多糖，由于壳聚糖膜溶液的正电荷和黏性效应，有助于提高精油乳液的稳定性[6]。然而，作为一种脂质，植物精油具有疏水性，难以在亲水性多糖膜溶液中储存。为了提高植物精油的稳定性，许多方法如添加乳化剂[7-8]、均质[9]、干燥技术[10]和其他添加剂[11-12]用于制备抗菌活性膜。与这些添加剂相比，添加乳化剂仍然是增强精油稳定性最有效的方法之一。本研究在壳聚糖-植物精油复合膜中加入不同的天然高分子乳化剂制备复合膜，以获得控释型抗菌包装材料，并将其应用于蓝莓保鲜中，研究蓝莓在低温贮藏过程中品质的变化，从而获得一种安全有效的生物保鲜材料。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓，品种‘醉婆’，采摘自稼沃（日照）生态农业有限公司，同一批次采摘，成熟度一致，无机械损伤和病虫害。

壳聚糖（脱乙酰度：90%）、阿拉伯胶、明胶、甲基纤维素、黄蓍胶，上海源叶生物科技有限公司；百里香精油，广州文玲贸易有限公司；冰醋酸、丙三醇、氢氧化钠、酚酞指示剂、草酸、乙醇，国药集团化学试剂有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HJ-2A 磁力搅拌器，常州国华仪器有限公司；T10B S25 高速分散机，德国IKA 集团；高速冷冻研磨机，浙江美壁仪器有限公司；TA-XTplusC 质构仪，北京微讯超技仪器技术有限公司；TCL-1013 高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂；ZG-EU-2600 紫外分光光度计，上海卓光仪器科技有限公司；精度0.001 mm 的螺旋测微器，南京苏测计量仪器有限公司；WSC-S 色差仪，深圳市新中园仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 复合膜的制备

将壳聚糖粉末（1.5%，g/mL）溶于0.5%的冰醋酸溶液中，室温下用磁力搅拌器搅拌4 h，得到壳聚糖溶液。将一定量的天然大分子乳化剂（0.15%，m/V）和20%甘油（m/m）缓慢加入壳聚糖溶液中，继续搅拌0.5 h，然后将百里香精油（1%，m/V）倒入膜溶液中混合均匀。使用高速分散机在12 000 r/min 条件下均质5 min，之后用真空泵脱气30 min，以去除气泡。最后，将200 mL 膜溶液倒在玻璃板（25 cm×25 cm×1 cm）上，室温干燥后揭膜，在25 ℃、相对湿度53%的条件下放置48 h 后，测定膜的性能指标。

设定5 种不同配方：无乳化剂的壳聚糖抑菌复合膜命名为CS。添加不同HLB 值（亲水亲油平衡值）的天然高分子乳化剂（阿拉伯胶、明胶、甲基纤维素、黄蓍胶）的壳聚糖抑菌复合膜，分别命名为CA、CG、CM和CT。

1.3.2 膜厚度的测定

参考连欢[15]测定方法，选择干燥、平整、质地均匀的膜，用精度为0.001 mm 的螺旋测微器在膜上随机测定6个点，计算膜的平均厚度。

1.3.3 膜颜色的测定

参考连欢[15]测定方法，使用WSC-S 色差仪进行测定。参照CIE LAB 表色系统来表示颜色，每种膜随机取6个点测定，分别记录膜的L*、a*和b*值。

1.3.4 蓝莓的保鲜处理

将预冷后的蓝莓装入保鲜盒内，壳聚糖复合膜被剪成3 cm×3 cm 的正方形，贴在保鲜盒的内盖上，没贴膜的处理为空白对照（CK）。每盒装125 g 蓝莓，所有样品置于0 ℃冷库中贮藏，每隔5 d 取样进行评估，共取5 次样，每个处理重复6 次。本研究共设置6 个壳聚糖复合膜处理：空白对照（CK），壳聚糖精油复合膜（CS），添加不同乳化剂（分别为CA、CG、CM和CT）。

1.3.5 指标测定方法

（1）感官品质

参考霍若冰等[13]研究方法，根据蓝莓质地、新鲜度、色泽、气味等方面给出综合感官评分，感官评分=质地×25%+新鲜度×25%+色泽×25%+气味×25%，满分9 分。评分标准见表1。

（2）硬度

使用质构仪对随机挑选的20 粒果实进行硬度测定。仪器相关参数的设定为选用2 mm 的探头，测前速度1.00 mm/s，测中速度1.00 mm/s，测后速度5.00 mm/s，位移10.000 mm，触发力5.0 g。

（3）腐烂率

采用称量法，对腐烂果质量进行统计为n1，初始质量为n0，果实的腐烂率见公式（1）。

表1 感官评分标准表Table 1 Sensory evaluation form

（4）失重率

采用称重法测定蓝莓失重率，测定各组樱桃番茄原始质量为m0（g），每5 d 重新测定一次质量记为m1（g），失重率计算公式见式（2）。

（5）可滴定酸含量

可滴定酸含量的测定参照《果蔬采后生理生化试验指导》[14]。

（6）维生素C（VC）含量

维生素C 含量测定参照《果蔬采后生理生化试验指导》[14]。

（7）花青素含量

花青素含量的测定参照《果蔬采后生理生化试验指导》[14]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010 软件分析并作图。

2 结果与分析

2.1 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜厚度的影响

如图1（见下页）所示，纯壳聚糖抑菌复合膜的厚度为0.80 mm，添加大分子乳化剂增加了复合膜的厚度，随着乳化剂HLB 值的增加，复合膜的厚度逐渐增加，CT 膜的厚度最大，相对于CS膜增加了61.35%。复合膜厚度的增加可能与壳聚糖、天然大分子乳化剂和精油相互作用有关[15]。

图1 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜厚度的影响Fig.1 Effect of emulsifier on the thickness of chitosan essential oil composite film

2.2 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜颜色的影响

从表2 可以看出，添加乳化剂降低了复合膜的L*值和a*值，不同乳化剂对复合膜的亮度有不同的影响，可能与乳化剂本身的颜色有关。添加阿拉伯胶增加复合膜的b*值，使得复合膜黄色增加，其他乳化剂反而降低复合膜的黄色，说明添加阿拉伯胶的复合膜中保留了更多的精油[16]。

表2 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜颜色的影响Table 2 Effect of emulsifier on the color of chitosan essential oil composite film

2.3 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜透湿性的影响

如图2所示，CS 膜的水蒸气透过率为1.158×10-10g/(m·s·Pa)，添加阿拉伯胶和明胶降低复合膜的WVP，然而甲基纤维素和黄蓍胶增加了复合膜的WVP，其中CT 膜的水蒸气透过率最高，其值为2.709×10-10g/(m·s·Pa)。CA膜和CG 膜的WVP 较低的原因可能是聚阴离子阿拉伯胶负载的COO-与壳聚糖负载的NH4＋的相互作用，以及壳聚糖与明胶之间较强的氢键相互作用，阻碍了水分子与膜基质中极性基团之间的相互作用[17]。壳聚糖分子间的氢键作用大于壳聚糖与黄蓍胶之间的氢键作用，导致微观相分离，使复合膜的WVP 增加[18]。

图2 乳化剂对壳聚糖抑菌复合膜水蒸气透过率的影响Fig.2 Effect of emulsifier on water vapor permeability of chitosan essential oil composite film

2.4 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓感官评分的影响

如图3所示，蓝莓的感官评分随着贮藏时间的延长呈逐渐下降的趋势，同时使用复合膜减缓了蓝莓感官评分的下降。在贮藏20 d 时，CA 膜处理组为7.67 分，保鲜效果最好。

图3 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓感官评分的影响Fig.3 Effect of chitosan essential oil composite film on sensory score of blueberry

2.5 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓失重率的影响

水分是维持细胞生命活动的主要成分，当蓝莓内部水分充足时，才能使蓝莓显示出一定的弹性和硬度。由于蓝莓采后的呼吸作用和蒸腾作用，导致蓝莓的养分消耗和水分流失，从而造成蓝莓的质量损失[13]。如图4所示，随着贮藏时间的延长，蓝莓的失重率逐渐增加。贮藏前期蓝莓的质量急剧下降，后期呈缓慢下降趋势。未经处理的蓝莓失重率增速最快，在第20 天时，相对于对照处理组，CT 膜处理组失水率增加了28.48%。王和涛[19]发现丁香精油和壳聚糖复配可抑制蓝莓果实的失重率和腐烂率，延缓果实细胞衰老，保持蓝莓品质。

图4 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓失重率的影响Fig.4 Effect of chitosan essential oil composite film on weight loss rate of blueberry

2.6 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓腐烂率的影响

腐烂率是判断果实贮藏品质最直观的指标之一，蓝莓果实的腐烂通常是由于机械损伤和真菌侵染引起的[3]。由图5 可知，各处理组蓝莓的腐烂率随着贮藏时间的延长而增加，但始终低于空白对照组，其中，CA 膜处理组的腐烂率最低，在第20 天时，壳聚糖和百里香精油处理的抗菌性能也有效抑制了包装中致病微生物的生长，从而控制了蓝莓果实的腐败。

图5 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓腐烂率的影响Fig.5 Effect of chitosan essential oil composite film on decay rate of blueberry

2.7 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓可滴定酸含量的影响

图6 显示，壳聚糖复合膜组的蓝莓可滴定酸含量变化较为平缓，在10～20 d 明显优于CK 组。在蓝莓贮藏期间，复合膜能有效减缓蓝莓的呼吸作用，延长后熟期，抑制蓝莓可滴定酸含量的降低[20]。

图6 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓可滴定酸含量的影响Fig.6 Effect of chitosan essential oil composite film on titratable acid content of blueberry

2.8 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓VC 含量的影响

VC 不仅是蓝莓中重要的营养成分，也是衡量其新鲜程度的一个重要指标，VC 在贮藏过程中被氧化分解。如图7所示，经过复合膜处理的蓝莓在贮藏后期VC 含量相对较高，其中CA 膜处理的蓝莓在贮藏20 d 时维生素含量最高，为0.069 1 mg/100 mg，相对于CK 组提高了11.45%。一方面可能是因为精油的主要成分为醛类化合物，具有还原性，可以减缓VC 的氧化；另一方面原因是精油中的化学成分可减缓蓝莓中明胶层和纤维素的分解，且熏蒸后使果实内部形成低氧环境，抑制VC的氧化[13]。

图7 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓VC 含量的影响Fig.7 Effect of chitosan essential oil composite film on vitamin C content of blueberry

2.9 壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓花青素含量的影响

花青素是蓝莓主要组成成分，蓝莓的保鲜效果对其含量影响显著。采摘后的蓝莓有着后熟过程，其花青素合成的含量大于被分解消耗的含量，使花青素含量有所增加[20]。到贮藏后期，果实中花青素分解消耗量又大于合成量，使花青素含量有所降低。由图8 可知，除CK 组外，其他处理组花青素含量都呈先上升后下降的趋势。使用复合膜处理的蓝莓花青素含量使用高于空白对照组，其中CA 膜处理组花青素含量最高，在贮藏20 d 时，CA 膜处理组的花青素含量为0.27 U，相对于CK 组提高了85.19%，可见抑菌包装对延缓蓝莓中活性成分的损失起到了重要作用。百里香酚具有抑菌性和抗氧化性，其一方面可以有效地抑制微生物对蓝莓表皮的侵害，另一方面可以延缓蓝莓衰老，因此其花青素含量相对对照组变化较为平缓[21]。

图8 壳聚糖精油复合膜对蓝莓花青素含量的影响Fig.8 Effect of chitosan essential oil composite film on cyanidin content of blueberry

3 小结

乳化剂对复合膜的物理性能有一定的影响，添加乳化剂增加复合膜的厚度和水蒸气透过率。随着乳化剂HLB 值的增加，复合膜的膨胀程度和水溶性增加，但是添加阿拉伯胶的复合膜膨胀程度和水溶性反而降低。壳聚糖抑菌复合膜处理的蓝莓相比空白对照，质地、色泽、风味、新鲜度等保鲜效果有了明显的提升。其中添加阿拉伯胶的复合膜保鲜效果最好，表皮坚硬程度持续时间长，失重率和腐烂率较低，营养成分也不易流失。本研究获得了一种安全有效的保鲜方法，为壳聚糖抑菌复合膜对蓝莓的保鲜应用提供了参考。