纳米包装材料对生菜保鲜品质的影响

马 宁，石学彬，方 勇，汤晓智，杨 芹，杨燕婷，胡秋辉,,*

(1.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏 南京 210046；2.南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095；3.深圳出入境检验检疫局，广东 深圳 518054；4.国家知识产权局专利审查协作中心，北京 100083)

纳米包装材料对生菜保鲜品质的影响

马 宁1，石学彬2，方 勇1，汤晓智1，杨 芹3，杨燕婷4，胡秋辉1,2,*

(1.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏 南京 210046；2.南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095；3.深圳出入境检验检疫局，广东 深圳 518054；4.国家知识产权局专利审查协作中心，北京 100083)

制备一种含纳米银、纳米TiO2和高岭土的食品用纳米包装材料，研究该材料在生菜贮藏过程中的保鲜效果。对纳米膜进行结构表征及物理特性检测。并检测贮藏过程中生菜质量损失率、叶绿素、VC、多酚氧化酶活性、丙二醛含量等指标变化。研究结果表明：纳米粒子均匀分布在包装材料中，与普通包装材料相比，纵向拉伸强度增加31.69%，透湿量和透氧量降低28.07%和2.10%；4℃、贮藏14d，纳米包装处理的生菜质量损失率、丙二醛含量、多酚氧化酶比活力分别为1.35%、23.01nmol/g、5.43U/g，显著低于普通包装2.75%、26.35nmol/g(P＜0.05)、7.63U/g(P＜0.01)，VC和叶绿素含量显著高于对照组。纳米包装材料较好地保持生菜在贮藏过程中感官品质和营养成分，延长贮藏时间。

生菜；纳米包装材料；保鲜作用

生菜(lettuce)是叶用莴苣的俗称，质脆，味苦甜，风味好，营养丰富；生菜体内的乳状液含有的莴苣素、甘露醇和酶、甲状腺活动激素等生物活性物质能刺激消化、增进食欲、降低胆固醇；并具有利尿和促进血液循环等作用[1]。但由于生菜含水量高，运输过程易受机械损伤，常发生褪绿黄化、褐变、腐烂等问题，难于包装贮藏，致使其货架期缩短。生菜保鲜技术的研究主要集中在洁净生菜和切割生菜方面[2]。影响生菜保鲜的因素有很多，如生菜的化学成分、自然环境条件、栽培技术条件、生理病害及采后贮藏条件等[3]。生菜贮藏保鲜方法的文献报道也较多，包括气调包装[4-5]、保鲜剂[6]、生物制剂[7]、杀菌剂[8]处理等保鲜方法。

纳米包装材料是指通过纳米技术改进包装材料的性能，使其成为具备纳米结构、纳米尺度及特殊功能(抗菌、低透氧率、低透湿率和阻隔二氧化碳)的新材料[9]，因此在食品领域具有广阔的应用前景[10-13]。纳米银具有杀菌作用，Yang Fangmei等[14]在包装材料中添加了纳米银，结果证实采用纳米包装材料延长草莓货架期方面有正面效果。纳米TiO2复合薄膜可以减少代谢过程中产生的H2O、CO2以及乙烯等有害物质，抑制、杀灭微生物，从而减缓果蔬变质与腐烂[15]。添加高岭土，可以提高材料的覆盖性能、涂布光泽性能、不透明度、光滑度、白度及印刷适性。高岭土中SiO2含量较高，梁宏宇等[16]在纳米抗菌涂膜中适量加入纳米SiOx颗粒，利用硅氧键对O2和CO2的扩散、释放及吸附、溶解作用，调节膜内外CO2和O2的交换量，抑制了果蔬的呼吸强度，从而达到保鲜、保水的作用。高岭土中Fe2O3、TiO2等成分也具有果蔬保鲜效果。

纳米包装材料的优良性质使其在食品包装领域广受欢迎，在绿茶[17]、柿果[18]、小青菜[19]等的应用报道逐渐增多，但在生菜保鲜上还未见报道。本研究将结合纳米材料的特性，研究纳米包装材料对生菜的保鲜效果。通过制备一种含纳米银、纳米TiO2和高岭土的食品用纳米包装材料，研究其在生菜低温贮藏过程中，对生菜感官品质、营养品质和生理生化指标的影响，探讨纳米包装材料在生菜保鲜中的应用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生菜(Lactuca sativaL.)购于南京卫岗菜场。

纳米包装薄膜的制备：纳米银抗菌材料35%、纳米TiO240%和高岭土25%混合制成纳米粉体。按照纳米粉体30%、聚乙烯塑料56%、偶联剂10%、蜡4%混匀，制成纳米母粒。塑料粒子与纳米母粒(质量比77:3)混匀后吹膜制成厚度为40μm纳米薄膜。

草酸 南京化学试剂有限公司；抗坏血酸 南京化学试剂厂；2,6-二氯靛酚 Emanuel Merck Darmstadt公司；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠 汕头市西陇化工厂；三氯乙酸(TCA) 徐州试剂二厂；愈创木酚 中国医药(集团)上海化学试剂公司；80%丙酮(分析纯) 南京化学试剂厂；过氧化氢、邻苯二酚 南京化学试剂有限公司；硫代巴比妥酸(TBA) 合肥工业大学化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

微型粉碎机 飞利浦公司；SF-200型塑料封接机江苏连云港微波电器厂；HH-6型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；飞鸽牌TDL-5型离心机 广州市莱曼生物技术有限公司；冷冻离心机 上海菲恰尔分析仪器有限公司；H-722可见分光光度计 上海菁华科技有限责任公司；手持折光糖量仪 成都万辰光学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 原材料预处理

挑选新鲜生菜，过水除杂，用利刀切去根部、挑选嫩度、脆度均匀，中等大小，无机械损伤、淡绿色的叶片，用清水清洗，摊开叶片、低温风干30min，进行包装封口。包装袋材料为普通包装材料(对照组)和纳米包装材料(处理组)，规格为：220cm×200cm。每袋装生菜120g，对照组和处理组各20袋，置4℃冷藏14d。0～8d，每隔2d取样，9～14d，每隔3d取样，进行以下各种指标测定。取样方法：每次分别从3个包装袋中取2 0 g，磨碎、混匀、取样。

1.3.2 纳米包装材料的物理性能及SEM表征

分别测试普通包装材料(对照组)和纳米包装材料(处理组)的透湿率、透氧率及纵向拉伸强度。依据方法为：GB/T 1037—1988《塑料薄膜和薄片透水蒸汽性试验方法：杯式法》、GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法：压差法》和GB/T 1302—91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》。对包装材料进行喷金处理，在扫描电子显微镜下观察并拍照。

1.3.3 质量损失率的测定

采用称量法进行测定。

1.3.4 叶绿素测定

采用比色法，即准确称取0.5g生菜叶，用10mL 80%丙酮溶液浸提，4℃暗处保存24h后，测646、663nm处的吸光度。以80%丙酮溶液作参比，重复3次。

叶绿素含量(Ct)/(mg/L)＝17.32A646＋7.18A663

1.3.5 VC含量测定

采用GB/T 6195—86《2,6-二氯靛酚法》测定。

1.3.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性的测定

粗酶液制备：称取10.0g生菜，加入预冷过的磷酸缓冲溶液(pH6.5，0.2mol/L)研磨后定容至25mL，冷冻离心30min(10000r/min、4℃)，上清液即为粗酶液。

酶活性测定：取粗酶液0.2mL＋1.0mL 0.05mol/L的儿茶酚底物，对照组于反应前先在沸水浴中10min，使酶灭活。反应体系和对照均置于37℃保温3min后，迅速加入20% TCA 溶液2mL，终止反应。于420nm波长测定其吸光度变化，重复3次。

以A420每分钟变化0.001作为一个酶活力单位(U)，比活力以U/g表示。

1.3.7 丙二醛(MDA)的测定

参照文献[20]，进行MDA的测定。

10%三氯乙酸(TCA)溶液：称25.00g三氯乙酸溶解，定容至250mL；硫代巴比妥酸(TBA)溶液：称0.5000g硫代巴比妥酸，用10% TCA溶液定容至100mL。称取生菜叶0.5000g(m)，加入TBA溶液2mL研磨，制备匀浆。转入离心管中，并用TCA溶液6mL清洗研钵。摇匀，以3000r/min 离心10min，取上清液3mL+TBA溶液 3mL。分别置于试管中，用塑料膜封口，沸水浴20min显色，冷却。分别在A532和A600处比色。

1.4 统计方法

采用SAS软件对数据进行ANOVA分析。

2 结果与分析

2.1 纳米包装材料的物理性能与结构分析

2.1.1 纳米包装材料的物理性能检测

纳米包装材料的保鲜效果与包装材料物理性能直接相关。试验测定的物理性能包括：包装材料的透湿量、透氧量和机械性能。如表1所示，纳米包装材料的透湿量和透氧量分别较普通包装降低了28.07%和2.10%。纵向拉伸强度则增加了31.69%。说明添加纳米粒子能够有效地改善包装材料的机械性和功能，与前人[21]的研究结果一致。

表1 包装材料的物理性能分析Table 1 Physical properties of nano-PE material and ordinary PE material

2.1.2 纳米包装材料的结构表征

图1 纳米包装材料(A)和普通包装材料(B)的扫描电镜图Fig.1 Scanning electron micrographic images of nano-PE material (A)and normal PE material (B)

图1为纳米包装材料(A)和没添加纳米粒子的普通聚乙烯薄膜(B)的扫描电镜照片。由图1A可以看出，纳米粒子在薄膜中分散比较均匀，没有出现明显的团聚现象，对膜厚度和均匀度没有影响。大部分粒子的直径在250nm范围内，个别粒径较大，可能是在加工过程中粒子团聚引起的。

2.2 纳米包装材料对生菜质量损失率的影响

生菜是一种含水量很高的蔬菜，新鲜生菜含水量在97%～98%[22]。采摘后的生菜仍进行呼吸作用和蒸腾作用等生理活动，水分很容易散失，导致叶菜失水，外在表现为萎焉、皱缩、质量下降。由图2可以看出，普通包装和纳米包装材料处理的生菜在4℃贮藏期间，两种材料包装的质量损失率都保持在3%以内，这是因为薄膜包装能够有效地抑制水分散失，防止生菜质量损失。两种包装方式在储藏前期差异不大，后期逐渐显出差异，第11天以后的纳米材料的质量损失效果显著低于普通薄膜(P＜0.05)。第14天时，纳米材料质量损失率为1.35%，显著低于普通包装的2.75%(P＜0.01)。说明纳米包装材料能很好地保持生菜在贮藏期间的质量，随贮期延长效果越好。这是由于纳米材料具有良好的阻隔性能，能够有效地保持袋内较高的空气湿度。

图2 纳米包装材料对生菜质量损失率的影响Fig.2 Effect of nano-packaging material on weight loss rate of lettuce

2.3 纳米包装材料对生菜叶绿素含量的影响

图3 纳米包装材料对生菜叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of nano-packaging material on chlorophyll content of lettuce

生菜成熟和采收后，叶绿素的合成作用停止，并且随着贮藏时间延长，叶绿素酶会分解叶绿素而使绿色消退，从而失去鲜嫩而导致黄化，因此叶绿素含量是评价生菜成熟与衰老的重要标志。由图3可以看出，贮藏期间两种包装材料处理的生菜叶绿素含量都有不同程度的下降，普通包装处理的生菜叶绿素含量下降幅度比纳米包装处理的大。这与感官评定得到的普通包装处理的生菜叶片颜色先变黄相符。普通包装到第8天叶绿素含量下降了28.69%，而相同条件下纳米包装材料处理的生菜到第8天叶绿素含量下降了12.38%。纳米材料在贮藏前期能很好地保持叶绿素的含量。到实验结束时，相比于对照组，纳米材料的保绿效果较好(P＜0.05)。

2.4 纳米包装材料对生菜VC含量的影响

VC是果蔬中重要的营养成分之一，其含量是衡量果实品质的重要指标。由图4可知，贮藏前期，VC含量快速下降，贮藏中后期，VC含量下降较平缓。贮藏前2d的VC含量损失最快，普通包装处理组的损失达55.06%，而纳米材料可以减缓VC的损失(P＜0.01)，在第2天纳米材料处理组的VC损失率为32.42%。整个贮藏期间，纳米包装材料处理的生菜VC含量始终高于普通包装，纳米材料包装的VC含量在第14天达到2.19mg/100g，普通包装的VC含量由初始值5.83mg/100g降低到1.74mg/100g。纳米材料对生菜VC的保藏效果显著(P＜0.05)优于普通材料，并且对于延缓生菜酶促褐变具有积极作用。

图4 纳米包装材料对生菜VC含量的影响Fig.4 Effect of nano-packaging material on vitamin C content of lettuce

2.5 纳米包装材料对生菜中PPO比活力的影响

图5 纳米包装材料对生菜中多酚氧化酶比活力的影响Fig.5 Effect of nano-packaging material on PPO activity of lettuce

多酚氧化酶是引起生菜酶促褐变的主要酶类之一，它以组织中游离的酚类物质为反应底物，组织褐变发生的进程与PPO活性变化趋势一致，抑制该酶活性可以延缓生菜褐变的进程。如图5所示，在贮藏期间生菜组织的PPO活性呈先上升后缓慢下降的趋势，普通包装处理的PPO活性显著高于纳米包装。第14天，纳米包装中其PPO活性为5.43U/g，显著低于普通包装的7.63U/g(P＜0.01)。说明纳米包装材料对生菜多酚氧化酶活性有一定的抑制作用，这与感官观察到的纳米包装处理组褐变程度比普通包装组低的结果一致。

2.6 纳米包装材料对生菜丙二醛(MDA)含量影响

细胞质膜完整性的破坏是果实衰老的重要标志，膜的损伤表现为失去选择性透性，电解质漏泄增大。丙二醛反映脂膜过氧化的程度，数值升高与后熟过程中脂酶活性和细胞衰老有关，是衡量脂膜过氧化的重要指标[23]。由图6所示，整个贮藏期间MDA的含量呈先略有下降后快速上升的趋势，贮藏至第8天，两种包装材料的MDA含量无差异。第11天后纳米包装中MDA的含量明显比普通包装的低，纳米材料的MDA含量在21nmol/g左右，普通包装的MDA含量高于25nmol/g，贮藏结束时纳米包装处理的MDA含量显著低于普通包装(P＜0.05)。说明纳米材料能够有效抑制生菜在贮藏过程中丙二醛的增长，延缓细胞膜氧化，对细胞膜结构有一定保护作用。这可能与纳米包装材料具有较低的透氧性有关。

图6 纳米包装材料对生菜丙二醛含量的影响Fig.6 Effect of nano-packaging material on MDA content of lettuce

3 结 论

本实验研制一种添加纳米银、纳米TiO2和高岭土的新型食品用纳米包装材料，此种材料的纳米粒子在薄膜中分散比较均匀，具有较低的透湿量和透氧量，且具有良好的机械性能。应用纳米包装对生菜保鲜品质的影响进行研究，结果表明，纳米包装材料贮藏的生菜的质量损失率、丙二醛含量、多酚氧化酶比活力较低、褐变程度较低，同时VC和叶绿素含量均显著高于普通包装材料。纳米包装材料能够较好地保持生菜在贮藏过程中感官品质和营养成分，延缓生菜的品质劣变过程及延长货架期。

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Effect of Nano-Packaging Material on Quality Preservation of Lettuce (Lactuca sativa)

MA Ning1，SHI Xue-bin2，FANG Yong1，TANG Xiao-zhi1，YANG Qin3，YANG Yan-ting4，HU Qiu-hui1,2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210046, China；2. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China；3. Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shenzhen 518054, China；4. Patent Examination Cooperation Center of State Intellectual Property Office, Beijing 100083, China)

A nano-packaging material was prepared by blending polyethylene (PE) with nano-Ag, nano-TiO2 and kaolin,structurally characterized and analyzed for physical properties. Its effect on quality preservation of lettuce was investigated by periodically measuring the changes of weight loss rate, chlorophyll, vitamin C and MDA contents, and polyphenol oxidase(PPO) activity during refrigerated storage. It was observed that nano-particles were evenly distributed in the composite material.Compared with ordinary PE material, it showed an increase in tensile strength of 31.69%, a decrease in water vapor permeability of 28.07%, and a decrease in oxygen permeability of 2.10%. After 14 d of storage at 4 ℃, the weight loss rate, MDA content and PPO activity of lettuce packaged with the nano-material were 1.35%, 23.01 nmol/g and 5.43 U/g, respectively, which were those from ordinary PE packaging (2.75%, 26.35 nmol/g and 7.63 U/g, respectively), while the nano-material resulted in significantly increased VC and chlorophyll contents in lettuce in comparison with the control (ordinary PE material). This composite material could better maintain the sensory quality and nutrients of lettuce during cold storage and consequently extend its shelf life.

lettuce；nano-packaging material；preservation

TS206.4

A

1002-6630(2012)18-0281-05

2012-02-20

马宁(1978—)，女，讲师，博士研究生，研究方向为食品保鲜技术。E-mail：mning1978@sina.com

*通信作者：胡秋辉(1962—)，男，教授，博士，研究方向为食品营养化学。Email：qiuhuihu@njue.edu.cn