复合涂膜对鲜切芹菜的保鲜效果

孔倩倩，陈晓晓，张建华*，钟耀广*

1.上海海洋大学食品学院 （上海 201306）；2.上海交通大学农业与生物学院 （上海200240）

芹菜经过机械切割后组织被破坏，呼吸作用会加速，内源性酶类活性增加，造成切面褐变加重。同时，贮藏期间的失水会导致细胞组织膨压降低，组织萎蔫，鲜切芹菜（fresh-cut celery，FCC）叶柄膜脂的过氧化加剧，叶柄的衰老加速[1]。因此如何保持FCC的品质是需要解决的问题。

FCC贮藏保鲜方法主要有气调包装[2]、臭氧清洗[3]、茉莉酸甲酯处理[4]等，但这些方法均具有一定局限性，如臭氧容易使蔬菜脱色，气调包装和臭氧的设备成本高，茉莉酸甲酯的保鲜效果不佳等。涂膜保鲜剂以可食性生物大分子为基质，添加抑菌剂、抗氧化剂、抗褐变剂等配制而成，经浸涂、喷涂，可在鲜切果蔬表面形成光滑透明的保护屏障，降低其水分流失速度，并维持较低水平的氧气浓度，抑制呼吸作用、褐变和微生物的生长繁殖，减少质量损失[8]。

涂膜保鲜剂一般为脂类、多糖或蛋白质。脂类涂膜可减少水分流失，但会导致气体透过率低，产生厌氧条件；蛋白质类涂膜具有良好的成膜性，但不能阻止水蒸气的扩散；多糖类涂膜易粘附在果蔬表面[9]，具有成膜性好、来源广泛等优势。

海藻酸钠（sodium alginate，SA）无毒性，具有生物黏附性、生物降解性及良好的亲水性和凝胶特性，可以吸收外界水分，避免果蔬水分蒸发。研究发现SA复合涂膜处理可提高鲜切芒果等果蔬的抗氧化能力，抑制褐变，维持果蔬的新鲜度[10-11]。但单一的SA涂膜的拉伸强度、韧性和阻水性等较差，为提高保鲜效果，可与其他材料进行复配。

ε-聚赖氨酸（ε-polylysine，ε-PL）是一种天然食品添加剂，对细菌和真菌有较好的抑制作用，安全性能高，水溶性好[12]，我国已批准用于果蔬的保鲜。ε-PL与SA有很好的相容性，通过两者间的分子相互作用，可增强膜的阻湿性能及抑菌性能[13]。

氯化钙可与SA发生螯合反应，增强复合膜的机械强度，同时CaCl2可与细胞壁多糖交联构成离子键，维持细胞壁结构，也可与磷脂、蛋白质羟基和磷酸盐桥接进而增强膜稳定性，减少酚类物质与多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的接触，提高抗氧化能力，延缓褐变发生[14]。

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是一种小分子渗透调节物质，可降低细胞质内的渗透压，减少细胞水分流失[15]。外源GABA处理可促进内源性GABA和多胺的积累，从而使乙烯合成代谢受阻，延缓果蔬衰老。另外，Ca2+可调控果蔬中钙调蛋白复合体的形成，促进内源GABA的积累[16]。

复合保鲜剂对鲜切产品的保鲜效果可能比单独使用的效果好[17]。此次研究对FCC贮藏期间的生理变化进行分析，通过单因素试验和响应面试验确定复合保鲜剂的最佳配比，并探究复合涂膜处理对FCC的保鲜效果及作用机制，为FCC贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

新鲜香芹（上海扬升农副产品合作社）；SA、GABA（上海鑫泰实业有限公司）；ε-PL（浙江新银象生物工程有限公司）；CaCl2（国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 主要仪器与设备

CPA124S型分析天平（赛多利斯科学仪器有限公司）；DS-351ODT11型数控超声波清洗机（宁波新芝生物科技有限公司）；DGG-9203AD型鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；DF-II型集热式磁力加热搅拌器（上海比朗仪器有限公司）；MASTER-α型手持折射仪（日本Atago公司）；SLFPTAD型酶标仪（美国伯腾仪器有限公司）；UV-1100紫外可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品预处理

芹菜采摘后装入泡沫箱运送至实验室，选取粗细均匀，无病虫害和机械损伤的芹菜，洗净。将绿叶、根部和受损的茎部去掉，其余叶柄部分用锋利的不锈钢刀切成5 cm的小段，每组600 g。

1.3.2 溶液的配制

SA溶液：分别称取一定质量的SA粉末，将其缓慢加入500 mL蒸馏水中，置于磁力搅拌器上，转速1400 r/min，于60 ℃搅拌30 min后取出，并超声脱气20 min，配制成浓度为0.05%，0.15%，0.25%，0.35%和0.45%的溶液，备用。

ε-PL溶液：将一定质量的ε-PL粉末加入500 mL蒸馏水中溶解，配制成浓度为0，0.02%，0.04%，0.06%和0.08%的溶液，备用。

CaCl2溶液：将一定质量的CaCl2粉末加入500 mL蒸馏水中溶解，配制成浓度为0，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的溶液，备用。

GABA溶液：将一定质量GABA粉末分别倒入500 mL蒸馏水中溶解，配制浓度为1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%的溶液，备用。

1.3.3 单因素试验

将FCC放入配制好的保鲜剂中浸泡2 min。沥干后放入聚乙烯保鲜袋中，在4 ℃条件下贮藏8 d取出，测定失重率、褐变指数和可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量。

1.3.4 响应面试验设计

根据单因素试验结果，选取4种保鲜剂的较优浓度，设计四因素三水平的响应面模型方案，以4种保鲜剂的浓度为自变量，失重率为响应值，筛选FCC复合涂膜保鲜剂的最佳复配比，试验因素和水平见表1。

表1 响应面试验因素、水平表 单位：%

1.3.5 复合涂膜对鲜切芹菜保鲜效果

以响应面优化所得最佳条件，按1.2.3的方法处理FCC，将处理后的样品放置于聚乙烯保鲜袋内，所有样品均放置于4 ℃下，在开始贮藏的第0，第2，第4，第6，第8，第10和第12天取样检测。

1.3.6 指标测定

1.3.6.1 褐变指数的测定

参照Zhan等[18]的方法，根据切面褐变面积占总切面面积的比例将褐变分为5个等级：0=无褐变，1=有褐变斑点，2=轻度褐变（＜1/5），3=中度褐变（1/5～1/3），4=严重褐变（1/～1/2），5=完全褐变（＞1/2）。褐变指数（BI）按式（1）计算。

1.3.6.2 失重率的测定

采用称重法。每个试验组取20根芹菜，新鲜FCC初始质量记为m0，相同FCC低温贮藏8 d再次称重，记为m。失重率按式（2）计算。

1.3.6.3 TSS含量的测定

称取10 g的FCC，磨碎，用4层纱布过滤出汁液，收集在烧杯中，将汁液滴于折光仪上进行读数，结果以%表示。

1.3.6.4 硬度的测定

参照叶宏宇等[19]的方法。选用直径5 mm的P5探针，压力载荷1 kg。测定条件：压缩模式，测前、测中、测后速度均为1 mm/s，压缩30%，取每段芹菜的中间部位测定其硬度。

1.3.6.5 VC含量的测定

按南京建成生物工程研究所试剂盒说明书进行测定。

1.3.6.6 PPO活性的测定

参考王凯晨等[20]的方法，以1 min内吸光度ΔA变化0.01所需的酶量为1个酶活力单位（U/min），结果以ΔOD/（min·g）表示。

1.3.6.7 相对电导率的测定

参照李君兰等[21]的方法并略作修改。每组取5 g粗细基本一致芹菜茎样品，用打孔器制成厚薄均匀、大小一致的薄片，用蒸馏水充分清洗3次，以去除表面残留液。用洁净滤纸拭干芹菜薄片表面水分，在40 mL蒸馏水中静置10 min，测定电导率C1，煮沸10 min后再次测定电导率C0，相对电导率按式（3）计算。

1.3.6.8 丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的测定

参考马超等[22]的方法，采用硫代巴比妥酸法测定，结果以μmol/g表示。

1.4 数据处理

采用Excel 2021进行统计分析，Origin 2018软件作图，SPSS 22.0软件检验差异显著性，P＜0.05表示差异显著，响应面优化试验采用Design Expert 8软件进行回归分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

新鲜芹菜切割后，组织结构被破坏，使代谢活动加快，呼吸作用加强，引起酶促褐变，造成水分和营养物质大量流失，质量逐渐减少，FCC萎蔫皱缩，因此失重率和褐变指数可作为评定FCC品质的指标。TSS含量是检测果蔬贮藏效果的重要指标，其值越高，食用品质越好[24]。

不同浓度SA、ε-PL、CaCl2和GABA对FCC失重率、TSS含量和褐变指数的影响如图1所示。随着4种保鲜剂浓度的增大，失重率和褐变指数均呈现先迅速降低后上升趋势，TSS则相反。SA浓度0.25%时，FCC的3个指标分别达到最高或最低，可能是由于过高浓度的SA使分子交联更紧密，涂膜厚度增大，造成FCC内部发生无氧呼吸，加速其成熟腐败[25]。张春洁等[26]研究表明0.25%的SA处理对鲜切莲藕护色效果最好。

图1 不同浓度的4种保鲜剂对FCC失重率、褐变指数、TSS的影响

ε-PL浓度0.04%时，失重率和TSS含量与对照组差异显著（P＜0.05），可能是由于ε-PL有效抑制FCC表面微生物的生长繁殖，减少营养物质的消耗[27]。魏奇等[28]用ε-PL处理双孢蘑菇，提高了其硬度和持水性，并延缓了褐变，且浓度的影响趋势与此次试验结果类似。

CaCl2浓度1%时，FCC失重率最低，为3.394%，TSS最高，为3.3%，抑制褐变的效果较好，且3个指标均与其他浓度处理组差异显著（P＜0.05）。祝竞芳等[29]研究发现用1% CaCl2处理的鲜切莴苣，不仅失重率和褐变指数在整个贮藏期间均保持最低水平，减缓营养物质的消耗，还可以保持较好的色泽和外观。

2%的GABA溶液处理组的失重率、褐变指数和TSS含量分别为5.26%，1.67和2.87%，在各浓度处理组中效果最为显著。Liang等[30]发现外源GABA处理可使鲜切南瓜保持较低的活性氧含量、较高的抗氧化酶活性，并促进内源GABA产生，减缓氧化损伤。

2.2 复合涂膜保鲜剂最佳配方的筛选

2.2.1 响应面试验设计方案及试验结果

基于单因素试验结果，失重率、褐变指数、TSS这3个指标的变化规律有良好的相关性（P＜0.000 1）。因此，以失重率为响应值，选取效果较好的保鲜剂浓度，应用Box-Behnken中心组合原理设计四因素三水平响应面模型方案，对复合涂膜保鲜剂浓度进行优化。试验方案及FCC贮藏8 d的失重率结果见表2。

表2 响应曲面优化试验设计与结果 单位：%

各试验因素对响应值的影响可表示为Y=3.06-0.3A-0.13B-0.18C-0.11D+0.29AB-0.18AC+0.052AD+0.21BC-0.1BD+0.13CD+0.59A2+0.61B2+0.36C2+0.65D2。

2.2.2 多元回归模型分析

响应面分析模型的方差分析如表3所示。试验选用的模型极显著（P＜0.000 1）。该模型的失拟项P值为0.112 3，大于0.05，决定系数R2为0.966 1，校正决定系数Radj2为0.932 3，说明模型与试验拟合良好。模型的变异系数（C.V.）为3.57%，值较小，说明试验稳定性较好，操作可信。

表3 模型及回归系数的分析结果

另外，该回归方程的一次项A、B、C差异极显著，D差异显著，交互项AB差异极显著，AC、BC差异显著。A、B、C、D的F值分别为52.51，10.47，18.8和7.22，各因素对FCC失重率的影响次序为A＞C＞B＞D。

2.2.3 交互作用分析

两因素交互作用对FCC失重率的影响如图2所示。图2（A）为SA和ε-PL的交互作用情况，其响应面坡度较陡，等高线呈椭圆形，表明两者交互作用显著[31]。同时失重率随SA变化的坡度大于ε-PL，说明前者对失重率的影响大于后者，SA浓度0.2%～0.35%、ε-PL浓度0.03%～0.05%时，失重率最小。

图2 两因素交互作用对FCC失重率的影响

由图2（B）得知，失重率随SA浓度增加呈先降后升趋势，说明SA和CaCl2的交互作用较显著。失重率随SA变化的坡度大于CaCl2，说明其对失重率的影响大于后者，在SA浓度0.25%～0.30%、CaCl2浓度0.9%～1.3%时，失重率最小。

由图2（C）可知，CaCl2浓度较低时，随着ε-PL浓度增加，失重率先降低后缓慢增加，说明两者的交互作用较显著。失重率随ε-PL浓度的变化坡度大于CaCl2，说明ε-PL浓度对失重率的影响更大，在CaCl2浓度0.9%～1.3%、ε-PL浓度0.03%～0.05%时，失重率最小。

2.2.4 最优条件的确定

根据回归方程模型，得到FCC复合涂膜保鲜剂的最佳配方，即0.28% SA、0.04%ε-PL、1.16% CaCl2和2.02% GABA，在此条件下预测的失重率为2.99%。选取此条件进行验证，FCC失重率为2.96%±0.11%，预测值与试验值吻合度为98.96%，误差在5%以内，说明该模型可较准确反映复合涂膜对FCC的保鲜效果。

2.3 复合涂膜处理对FCC保鲜效果的研究

2.3.1 复合涂膜处理对FCC失重率、TSS、VC和呼吸强度的影响

复合涂膜处理对失重率、TSS、VC和呼吸强度的影响如图3所示。由图3（A）可知，随着贮藏时间的延长，FCC失重率逐步上升，复合涂膜保鲜剂组（PH组）与CK组差异显著（P＜0.05），PH组第9天的失重率与CK组第6天接近，这可能是由于SA具有吸水性，同时外源GABA可以调节内源GABA代谢，降低细胞质的渗透压，减少水分流失[32]。

图3 复合涂膜处理对失重率（A）、TSS（B）和VC（C）的影响

由图3（B）可知，贮藏过程中各组FCC的TSS含量呈下降趋势，PH组第10天的值与CK组第6天接近，表明添加复合涂膜保鲜剂可以较好地保持FCC的营养品质。

VC含量越高，表明蔬菜越新鲜，蔬菜的营养品质也更佳[33]。如图3（C）所示，贮藏期间VC含量逐渐下降，第6天后，各组间均差异显著（P＜0.05），PH组第9天的VC含量与CK组第6天接近。

2.3.2 复合涂膜处理对FCC褐变指数和PPO活性的影响

PPO能催化多种酚类物质氧化成醌类化合物，醌聚合并与细胞内氨基酸反应，产生黑色素沉淀[34]。复合涂膜处理对褐变指数和PPO活性的影响如图4所示。在整个贮藏过程中，前6 d各组的褐变指数和PPO活性变化缓慢，之后快速上升。第8天CK组切面褐变及腐败程度已较严重，可能是由于复合涂膜中的CaCl2具有抗氧化和护色作用，PH组的褐变指数变化较慢，第10天的值介于CK组第6～第8天之间。

图4 复合涂膜处理对褐变指数（A）和PPO（B）的影响

2.3.3 复合涂膜处理对FCC硬度、相对电导率和MDA含量的影响

硬度是衡量蔬菜质地的指标，可间接反映蔬菜的成熟度和腐烂程度；相对电导率越大，则电解质的渗漏量越多，细胞膜受害程度越重；MDA含量则表示细胞膜脂过氧化的程度。复合涂膜处理对硬度、相对电导率和MDA含量的影响如图5所示。由图5（A）可知，第10天，PH组的硬度介于CK组第6～第8天之间，这表明PH处理可以延缓其软化。

图5 复合涂膜处理对硬度（A）、相对电导率（B）和MDA（C）的影响

如图5（B）所示，第12天PH组的相对电导率显著低于CK组（P＜0.05），表明复合涂膜处理可有效减缓FCC细胞膜渗透性的增大，延缓老化现象的发生，这可能是因为复合涂膜中的Ca2+可与FCC中的果胶酸形成果胶酸钙，维持了FCC细胞膜结构的稳定性[14]。

由图5（C）可知，PH组第12天的MDA含量略低于CK组第8天，这说明PH处理可以抑制FCC膜脂损伤，降低贮藏期MDA含量的增长。

综上，通过对保鲜指标进行分析，结果发现在贮藏6 d后，CK组的VC、TSS含量下降速率开始加快，失重率、褐变指数、相对电导率和MDA含量的上升幅度也开始增大，结合感官评价结果（数据未显示），表明CK组的贮藏期为6～8 d。PH组第12天的各项指标分别接近或优于CK组第8天的对应值，表明复合涂膜联合处理可将FCC的贮藏时间延长3～4 d。

3 结论

通过单因素试验和响应面试验，确定复合涂膜的最优配比，即0.28% SA、0.04%ε-PL、1.16% CaCl2和2.02% GABA。该涂膜处理的FCC贮藏8 d的失重率为2.96%。复合涂膜处理可减少水分和营养物质（VC和TSS等）的消耗，维持较好的细胞结构，进而抑制FCC相对电导率的升高，减轻细胞膜的受害程度，减少MDA含量的累积。同时复合涂膜处理可有效抑制PPO活性，减轻褐变程度，较好维持FCC的品质。通过对不同处理FCC贮藏期间的失重率、TSS、VC、硬度和MDA等保鲜指标进行分析，结果发现CK组的保质期为6 d，复合涂膜处理可将FCC的贮藏时间延长3～4 d。