壳聚糖基涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的应用_曹前荣.pdf

第 14 卷 第 2 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.2 2023 年 1 月 Journal of Food Safety and Quality Jan.,2023 基金项目:陕西省印刷包装工程重点实验室开放课题项目(2017KFKT-01)Fund:Supported by the Open Project of Shaanxi Key Laboratory of Printing and Packaging Engineering(2017KFKT-01)*通信作者:孙建明,博士,副教授,主要研究方向为食品保鲜包装和智能包装。E-mail:*Corresponding author:SUN Jian-Ming,Ph.D,Associate Professor,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471000,China.E-mail: 壳聚糖基涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的应用 曹前荣1,孙建明1,2*,李林林1,刘 辉1,2,李 昭1,2(1.河南科技大学包装工程系,洛阳 471000;2.河南省智能与防护包装设计工程研究中心,洛阳 471000)摘摘 要要:随着人们对食品安全问题的重视,生物基包装材料作用于果蔬保鲜现已成为研究热点之一,壳聚糖来源广泛、绿色安全,作为一种天然的生物涂膜保鲜剂具有良好的抗氧化性和抑菌活性,在果蔬保鲜中具有较好的应用前景。文章以草莓为实验模型,系统梳理了草莓保鲜技术,重点综述了壳聚糖-植物提取物、壳聚糖-多糖、壳聚糖-酸涂膜材料与技术在草莓保鲜包装领域中的应用。通过对草莓采后及贮藏中失重、硬度、可溶性固形物、腐烂率等生理指标的概述对壳聚糖基涂膜在草莓保鲜中的应用研究进行分析和总结,同时对果蔬保鲜的未来发展进行了展望,以期为壳聚糖基涂膜在果蔬中的广泛应用提供参考。关键词关键词:草莓保鲜;涂膜技术;壳聚糖 Application of chitosan-based coating technology in strawberry storage and preservation CAO Qian-Rong1,SUN Jian-Ming1,2*,LI Lin-Lin1,LIU Hui1,2,LI Zhao1,2(1.Department of Packaging Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471000,China;2.Henan Intelligent and Protective Packaging Design Engineering Research Center,Luoyang 471000,China)ABSTRACT:With peoples attention to food safety issues,the effect of bio-based packaging materials on fruit and vegetable preservation has become one of the research hotspots.Chitosan has a wide range of sources,green and safe.As a natural biological coating preservative,chitosan has good antioxidant and antibacterial activity,which has a good application prospect in fruit and vegetable preservation.Taking strawberry as the experimental model,this paper systematically sorted out strawberry preservation technology,focusing on the application of chitosan-plant extract,chitosan-polysaccharide,chitosan-acid coating materials and technologies in strawberry preservation packaging field,analyzed and summarized the application of chitosan-based coating in strawberry preservation based on the overview of the physiological indexes such as weight loss,hardness,soluble solids and decay rate during postharvest and storage of strawberry,and prospected the future development of fruit and vegetable preservation,in order to provide references for the extensive application of chitosan-based coating in fruits and vegetables.KEY WORDS:strawberry preservation;coating technology;chitosan 0 引 言 果蔬生长受自然条件的制约,具有明显的季节性和地域性,贮藏时间较短,采后受呼吸作用和微生物侵害等因素影响极易出现褐变、果肉腐败等现象,适当的活性包装可以通过改善果蔬周围环境、减少微生物数量、减缓酶DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.02.01176 食品安全质量检测学报 第 14 卷 促褐变等来维持果蔬品质,延长其货架期1。壳聚糖(chitosan,CS)是具有生物可降解性、生物相容性、无毒性、抑菌性等特性的天然多糖,能够抑制乙烯的产生,在不破坏食品味道和外观情况下达到保鲜效果,是延缓果蔬氧化、提高果蔬货架期的良好生物基涂膜包装材料2。壳聚糖基涂膜材料在诸多果蔬应用表现出了优良的保鲜效果,广泛应用于食品的贴体包装3。草莓属于蔷薇科(Rosaceae)草莓属(Fragaria spp.),含水量高达 90%、组织娇嫩、风味独特,营养价值高,是一种重要的经济作物4。草莓采摘期集中、销售时间短、采后不耐贮藏,这在一定程度上限制了草莓的经济价值,因此延长草莓货架期,保持其商品价值是草莓在储运销过程中亟待解决的问题5。果蔬保鲜一直是国内外学者研究的重点,目前草莓保鲜技术大致可以划分为物理保鲜技术、化学保鲜技术及生物保鲜技术 3 种类型,主要从降低果蔬自身的呼吸作用、抑制病原微生物的侵害、控制贮藏环境中的温湿度等环境因子 3 方面进行调控6。物理保鲜7是采用温控8、气调9、辐照10、超高压等1114物理手段对食品进行处理,能够充分保留食品的营养成分和原有风味,但存在设备复杂、操作要求高、投资大等问题;化学保鲜作为传统保鲜技术,通过采用添加氧化剂、防腐剂或诱导剂等的方法来达到防腐效果,保鲜效果显著,但亦存在不足之处,草莓在临采收及采后已经不满足农药安全间隔期的要求时,不能再使用农药等化学保鲜剂,其次化学防腐剂存在诱癌性、致畸性及易引起食物的慢性中毒等不安全问题,近年来,由化学保鲜导致的食品安全问题频发15。相比之下,生物保鲜技术利用拮抗微生物、天然提取物质、涂膜保鲜技术对食品进行保鲜是基于生物角度的活性保鲜包装技术,具有绿色、安全、高效的特点,引起了人们的兴趣和关注(表 1)。目前学界对果蔬保鲜技术研究的较多,但基于壳聚糖涂膜对果蔬采后理化特征影响的研究综述鲜少。本文通过梳理国内外最新的文献资料,以草莓为实验模型综述了壳聚糖涂膜在草莓的贮藏保鲜中的应用,并从失重、硬度、可溶性固形物、腐烂率等采后理化特征方面分析了壳聚糖基涂膜对草莓贮藏品质的影响,以期为壳聚糖在果蔬保鲜中的应用与发展提供参考。1 草莓采后病害 1.1 生理病害 草莓是具有生长发育、休眠、呼吸作用等功能的生命有机体,采摘一方面切断了果实的母体养分补给,在没有外界补给的情况下只能利用果实自身贮藏的营养元素维持生命活动,另一方面采后由于水分胁迫导致信号传导系统紊乱,果实会发生一系列生理生化变化,例如细胞壁破损、细胞的衰老和解体、营养流失、免疫力下降等19,进而促成微生物的侵害,加速了果实腐烂和变质。1.2 机械伤害 草莓生长受自然条件的制约,具有明显的季节性和地域性,草莓属于非呼吸跃变型果实,采后乙烯含量不会增加,需在较高成熟度时采收,过早采收风味和口感不佳。同时草莓属于浆果,采摘运输过程中产生的摩擦、振动程度、环境的温湿度、气体成分和包装程度都会对草莓的品质和染菌程度产生重要影响。因此,草莓不适宜长途运输,最好就近产销,采后及时进行预冷、贮藏20。1.3 微生物病害 草莓在生长和采后极易受到致病性微生物的侵染,真菌和细菌是造成草莓腐败和营养价值降低的根本原因。真菌是引起草莓采后腐烂和导致其病变的主要病原微生物,它侵染范围广、危害作用大,一旦致使果实表现病症就会迅速蔓延,病害程度难以控制。灰葡萄孢霉、扩展青霉、葡枝根霉、尖孢炭疽菌是草莓采后主要感染的 4 种真菌21。2 壳聚糖抑菌机制及影响因素 2.1 壳聚糖抑菌机制 壳聚糖是一种由-(14)连接的 N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖残基组成的聚合线性多糖,国内外学者对壳聚糖的抗菌机制做了大量研究和验证,目前被广泛认可的机理主要是通过与静电相互作用引起膜壁渗透性变化导致内部渗透失衡22;与微生物的 DNA 相互作用从而抑制其mRNA 和蛋白质的合成23;与金属鳌和作用24;吸附在菌体表面形成致密外膜25等 4 个方面抑制细菌的生长26。表 1 草莓生物保鲜技术 Table 1 Biological preservation technology of strawberry 保鲜方法 作用机制 优点 参考文献拮抗微生物 通过拮抗菌进行营养和空间的竞争、产生抗菌物质等方式抑制果蔬采后病害,减缓果实腐烂。抑制率高且不会引入其他成分。16 天然植物提取物 从植物中获得生物活性物质,合理应用于其他产品中,阻止病原菌的生长,灭活病毒达到一定的保鲜效果。成本低、安全性高、副作用小。17 涂膜保鲜技术 运用具有一定成膜性的材料或与有抑菌等其他作用的物质在果蔬表面形成一层薄膜,相对降低果蔬的呼吸蒸腾作用以及防止微生物侵染,达到抑菌保鲜效果。绿色环保,来源广泛,可降解、无污染。18 第 2 期 曹前荣,等:壳聚糖基涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的应用 77 2.2 壳聚糖抑菌性的影响因素(1)壳聚糖抑菌性与其分子量相关27,低分子量壳聚糖主要通过抑制微生物的代谢酶活性,破坏菌体细胞膜渗透性改变其正常形态,干扰菌体 DNA 的正常功能来阻碍菌体蛋白质的合成和表达等实现抑菌作用;高分子量的壳聚糖主要通过直接阻断能力阻止营养物和氧气进入细胞内空间来抑制细菌的生长。(2)细菌类型对壳聚糖抗菌效果存在影响28,以常见的革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌为例,革兰氏阴性菌的亲水性明显高于革兰氏阳性菌,所带的负电荷多,壳聚糖与细胞膜间发生静电作用增加了细胞膜的渗透性,最终导致菌体的死亡,使得革兰氏阴性菌对壳聚糖的作用更敏感29,(3)壳聚糖的抑菌性受 pH 限制,酸性环境条件下抑菌性较强,在中性和碱性条件下的抗菌效果较差30。3 壳聚糖基复合涂膜技术在草莓中的应用 3.1 壳聚糖基复合涂膜技术在草莓保鲜中的应用 壳聚糖具有较高的生物活性和广谱抑菌性,但其水溶性差限制了这一优势。研究表明,在壳聚糖膜基础上添加不同特性的植物提取物和天然大分子物质能够发挥协同效应,显著改