两种壳聚糖衍生物涂膜液对蓝莓保鲜作用的研究

李翠萍，李明珠，薛学亭，杨延存，王茜，袁磊，李鹏程

（1.青岛工学院食品工程学院，山东青岛266300；2.中国科学院海洋研究所，山东青岛266071）

蓝莓（Blueberry）又称越橘，果实呈蓝色或红色，果肉细腻，它的果皮及果肉中含多种维生素、花青素、黄酮类化合物、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等营养元素，具有很强的抗氧化能力和抗癌作用，有良好的保健功能，可增强人体抵抗力，有“世界水果之王”的美誉，蓝莓食品已被联合国粮农组织列为“人类五大健康食品”之一[1-3]。然而蓝莓果实含水量很高，采后极易衰老，发生失水、腐烂等现象，极不耐贮藏，货架期极短，这一特性极大地限制了它的商品价值，所以需要适合于蓝莓果实的采后贮藏保鲜技术，以减少采后损失，延长供应期，从而提高蓝莓果实的经济价值并促进蓝莓产业的健康快速发展[4]。

目前国内外对蓝莓的保存方法有物理保鲜、化学保鲜和生物保鲜方法。Schotsmans等[5]研究发现1.5℃下人工气调贮藏（2.5 kPa O2+15 kPa CO2）的兔眼蓝莓果实品质要好于常规空气贮藏（20.1 kPa O2+0.03 kPa CO2）；纪淑娟等[6]研究表明1-甲基环丙烯处理明显抑制蓝莓果实呼吸强度和乙烯的生成，延缓果实还原糖含量及细胞膜透性的升高和硬度等，保持了果实的采后品质；Wang等[7]研究结果表明异硫氰酸丙烯酯能减少蓝莓腐烂的发生。从研究的结果看，这些方法对蓝莓都有一定程度的保鲜作用，但也有一定的局限性。有的方法设备昂贵，有的方法无法在实际运输、销售过程中持续地发挥作用，有的不利于身体健康。其中壳聚糖作为一种天然的碱性多糖，具有延缓果实采后的衰老软化和抗菌作用，成膜性好且对人体无害的作用，前景一直被人们看好，它干燥后形成的生物膜是一种有效的果蔬短期贮藏剂，已开始作为果蔬涂膜剂被广泛研究[8]。汪东风[9]等研究发现壳聚糖复合膜能有效减少蓝莓的失重率，保持其硬度、可滴定酸含量，抑制VC含量的下降，提高SOD酶的活性。但是壳聚糖膜自身有一些缺点如成膜保湿性、机械强度等性能差，抑菌范围窄等，而且壳聚糖只溶于弱酸性溶液，不溶于水和碱性溶液，不便于食用前的清洗，消费者难以接受，且酸性溶剂会产生酸涩的口感，容易影响果蔬自身的风味和口感。

有研究表明壳聚糖衍生物具有更好的水溶性、保湿性、成膜性、通透性、机械特性、抑菌特性等，有利于食用前的清洗，在果蔬保鲜效果上也更加优越[10]。李成华[11]等以实验室自制壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、N-取代羧甲基壳聚糖为保鲜液，辅以成膜助剂对双孢蘑菇进行涂膜处理。结果表明，3种壳聚糖衍生物与对照组相比均能降低蘑菇的开伞率、失重率和呼吸强度，保鲜效果明显。Elbarbary等[12]的研究结果表明低分子量的羧甲基壳聚糖在延缓桃子腐败，降低其丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量上具有良好的效果，意味着他们可以成为抗氧化和防腐涂层。但目前未见壳聚糖衍生物对蓝莓保鲜的报道，本文首次用壳聚糖衍生物中的壳聚糖季铵盐和羧甲基壳聚糖对蓝莓进行涂膜，研究其对蓝莓的保鲜作用，以期为延长蓝莓的货架期提供一种新的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

蓝丰蓝莓：采自山东省青岛市胶州鑫邦蓝莓农庄，采后立即运回实验室，选取八成熟、无损伤、成熟程度及大小基本相同的蓝莓，在通风条件下放置预冷。壳聚糖（chitosan，CTS）、羧甲基壳聚糖（carboxymethl chitosan，CMTCS）、壳聚糖季铵盐（quaternary ammonium salt of chitosan，HTCC）（食品级）：浙江澳兴生物科技有限公司。

1.1.2 仪器

JA1003N精密电子天平：上海精密科学仪器有限公司；722型可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司；ATC-20手持式折光仪：上海淋誉贸易有限公司；CT质构仪：美国Brookfield公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的处理

将蓝莓随机分为3组，分别在质量分数为1.0%的壳聚糖涂膜液、2.5%的壳聚糖季铵盐涂膜液和4%的羧甲基壳聚糖涂膜液中浸蘸1 min，取出后于室温下通风晾干，以未处理的蓝莓（CK）作为对照，涂膜液干燥后放于市售的聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）蓝莓盒中，在4℃下进行贮藏，相对湿度为90%，每个处理重复3次。每4天取样1次，测定各项指标。

1.2.2 指标测定

失重率测定：采用称重法。

失重率/%=（m1-m2）/m1×100

式中：m1为贮藏前果实质量，g；m2为测定时果实质量，g。

硬度：采用质构仪进行测定，选用TA-10探头，测定速度设定为1.0 mm/s；可溶性固形物（total solube solid，TSS）含量：采用手持折光仪进行测定；VC含量：采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定[13]；呼吸强度：采用静置法测定[14]；MDA含量，采用硫代巴比妥酸比色法[15]测定。

花青素含量的测定[16]。具体方法：将10 g蓝莓打成匀浆，称取1 g匀浆，加入14 mL甲醇提取液（其中HCl质量分数为1%），振荡20 min后离心，用厚0.45 μm的滤膜对上清液进行过滤备用。取1 mL滤液加至4 mL醋酸钠缓冲液（pH4.5，0.4 mol/L）中，另取1 mL滤液加至 4 mL 氯化钾缓冲液（0.25 mol/L，pH1.0）中，混合均匀后，分别在510、700 nm波长处，测定其吸光度A。

花青素质量浓度/（mg/g）=（A×MW×DF×V）/（ε×l×m）

式中：A 为吸光度，A=（A510nm-A700nm）pH1.0-（A510nm-A700nm）pH4.5；MW为矢车菊花素-3-葡萄糖苷的相对分子质量，MW=449.2；DF为稀释倍数；V为溶液体积，mL；ε为摩尔吸光率；l为比色皿的光程长度，cm；m为蓝莓的质量，g。

1.3 数据分析

采用SPSS16.0和Origin9.0统计分析软件进行数据分析，所有数值均为3次重复试验所得数值的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同处理对蓝莓失重率的影响

果实失水会导致原有的饱满状态消失，出现萎蔫、皱缩的状态，因此防止失水是果蔬保鲜的重要任务，失重率成为衡量果蔬新鲜程度的一个重要指标。不同处理对蓝莓失重率的影响见图1。

图1 不同处理对蓝莓失重率的影响Fig.1 Effect of different treatments on the weight loss rate of blueberry fruit

由图1可见，各组失重率随着储存时间的延长而增加。CK组和CTS组失重率相差不大，且明显高于壳聚糖衍生物涂膜组，其中CMCTS组的失重率最低。在第20天时，CK组、CTS组、HTCC组、CMCTS组的失重率分别是 30.9%、30.57%、17.42%、13.65%，CK组和CTS组的失重率大约是HTCC和CMCTS组的两倍，壳聚糖衍生物的效果明显好于CK组和CTS组，具有显著性差异（P<0.05）。涂膜液处理后的蓝莓表面形成了一层半透膜，该膜能降低果实水分的蒸发和呼吸代谢作用，因而可以降低果实的失重率。可能是因为壳聚糖衍生物的保湿性优于CTS，可以更好的减少水分的散失，所以HTCC组和CMCTS组的失重率要低于CTS组。

2.2 不同处理对蓝莓硬度的影响

蓝莓在储藏过程中会逐渐变软，硬度降低，直接影响其货架期和销售，因此硬度也是评价蓝莓品质的一个重要指标。图2为蓝莓硬度在储存过程中的变化情况。

从图2可以看出，随着时间的延长，硬度逐渐呈下降趋势，前8天下降趋势较大。CK组下降的速率最快，HTCC组变化的较为平缓，涂膜组与CK组存在显著性差异（P<0.05）。HTCC组和CMCTS组硬度相差不大，且都高于CTS组。在第20天时，CK组、HTCC组、CMCTS 组和 CTS 组的硬度分别为 28、35.2、43.2、39.6 g，HTCC组的硬度明显高于CK组。可能因为壳聚糖及其衍生物具有较强的抑菌性，从而降低了微生物对果实的侵染，减缓细胞壁纤维素和半纤维素的降解、细胞间果胶减少，从而有效地减缓了果实采后硬度的降低[17]。HTCC、CMCTS的抑菌性可能高于CTS，因而可以更好的减缓微生物对果实的破坏，所以其涂膜组的硬度要高于CTS涂膜组。

图2 不同处理对蓝莓硬度的影响Fig.2 Effect of different treatments on the hardness of blueberry fruit

2.3 不同处理方式对VC含量的影响

果蔬中含有丰富的VC，而VC不稳定，在储存过程中容易被氧化分解，因此VC含量是衡量果蔬品质的重要指标之一。不同处理对蓝莓VC含量的影响见图3。

图3 不同处理对蓝莓VC含量的影响Fig.3 Effect of different treatments on the VCcontent of blueberry fruit

由图3可见，随着储存时间的增加各组VC含量都逐渐降低，对照组下降的最快。涂膜组的含量均要高于CK组，且壳聚糖衍生物涂膜组的VC含量都高于CTS组，其中HTCC组含量最高，与其他各组都有显著性差异（P<0.05）。储存20 d时，对照组VC含量为13.51 mg/100 g，HTCC组、CMCTS组、CTS组VC含量分别为为 24.55、21.1、14.43 mg/100 g。由此可见，HTCC可以明显减缓VC的损失。可能因为壳聚糖及其衍生物具有较强的抗氧化性，能够清除超氧自由基和羟自由基[18]，因此能够清除蓝莓中的氧化物质，防止VC被氧化，从而减少VC在储存过程中的损失。

2.4 不同处理方式对呼吸强度的影响

呼吸强度可以衡量呼吸作用的强弱。呼吸强度越大说明呼吸作用越旺盛，营养物质消耗得越快，会加速果蔬衰老，缩短贮藏寿命。因此呼吸强度是反映果蔬衰老程度的一个指标，不同处理对蓝莓呼吸强度的影响见图4。

图4 不同处理对蓝莓呼吸强度的影响Fig.4 Effect of different treatments on the respiratory intensity of blueberry fruit

由图4可知，涂膜组相对于CK组呼吸强度较低，有显著性差异（P<0.05），且HTCC组相对较低，在第4、16、20天与 CTS 组均有显著性差异（P<0.05），能较好的降低呼吸强度。由此可见涂膜处理能在一定程度上抑制蓝莓的呼吸作用，这可能是由于涂膜处理后形成的薄膜具有选择透气性，每个蓝莓表面形成了低O2高CO2的环境[19]，较高浓度的CO2抑制了蓝莓的呼吸作用，使其呼吸强度处于相对较低的水平，延缓了蓝莓的衰老；或是因为壳聚糖及其衍生物有抑菌和抗氧化作用，能抑制微生物对果实的侵害，从而有效保护果实细胞的完整性从而降低呼吸强度[17]。

2.5 不同处理方式对花青素含量的影响

果实成熟期间叶绿素迅速降解，花青素不断增加。花青素含量的增加是蓝莓不断成熟的标志，其在贮藏期间含量的变化是衡量蓝莓品质变化的一项重要指标。不同处理对蓝莓花青素含量的影响见图5。

图5 不同处理对蓝莓花青素含量的影响Fig.5 Effect of different treatments on the anthocyanin content of blueberry fruit

由图5可见，随着储存时间的增加，各组花青素含量的变化趋势均为先降低后升高再降低，在第12天时达到最高值。这可能是由于刚采摘后蓝莓中的花青素因氧化作用和呼吸作用而分解，含量下降；在贮藏过程中，由于蓝莓不断成熟，花青素的合成速度增加且大于消耗，含量上升；随着时间的延长，花青素的降解速度高于合成速度，导致花青素含量又逐渐下降[20]。涂膜组的花青素变化比CK组缓慢，与CK组有显著性差异（P<0.05），且HTCC组和CMCTS组与CTS组有显著性差异（P<0.05）。其中HTCC组花青素含量变化趋势最平缓，可以较好的延缓蓝莓的衰老。可能是因为壳聚糖及其衍生物能减缓蓝莓的呼吸作用，从而可以延缓蓝莓衰老，所以花青素含量相对于对照组变化较小。

2.6 不同处理方式对总糖含量的影响

不同处理对蓝莓总糖含量的影响见图6。

图6 不同处理对蓝莓总糖含量的影响Fig.6 Effect of different treatments on the total sugar content of blueberry fruit

由图6可见，总糖含量总体呈现先升高后下降的趋势。这个与张一妹[8]的研究结果一致。各组在第4天时，总糖含量升高的较快，在第16天时达到最高值，第20天时含量降低。涂膜组在第16、20天总糖含量变化较平缓；在整个贮藏期间，HTCC组总体来说较其他组变化平缓。总糖含量总体先升高后下降，这可能是因为随着果实的后熟，蓝莓中的淀粉、纤维素、果胶等多糖被相应的酶分解为可溶性糖，在贮藏前期，糖分的积累大于呼吸作用的消耗量，总糖含量升高；在贮藏后期，糖分的积累小于呼吸作用的消耗量，总糖含量不断下降[21]，且涂膜组总糖的含量要高于CK组，可能是因为涂膜组的呼吸强度低于CK组的缘故。

2.7 不同处理方式对MDA含量的影响

膜脂过氧化作用是果蔬衰老的原因之一。MDA是脂类过氧化的产物之一，采后果蔬衰老时MDA含量会增加，因此可以由MDA含量来判断果蔬衰老的程度。不同处理对蓝莓MDA含量的影响见图7。

图7 不同处理对蓝莓MDA含量的影响Fig.7 Effect of different treatments on the content of MDA of blueberry fruit

随着储存时间的延长各组MDA含量呈现增长的趋势，CK组增长的最快，HTCC组和CMCTS组增长的较缓慢。第20天时，HTCC组、CMCTS组、CTS组、CK组 、MDA 含 量 分 别 为 5.63、5.53、3.09、3.05 μmol/g，HTCC组和CMCTS组与CK组和CTS组相比，有显著性差异（P<0.05）。且HTCC组的MDA含量总体略低于CMCTS组。可能是因为HTCC和CMCTS提高了果实中过氧化物酶的活性从而抑制细胞膜脂的过氧化速度[22]，降低了果实的过氧化程度。

3 结论

通过研究发现，在低温贮藏条件下，涂膜组与对照组相比可以有效减少蓝莓失重率、VC含量和硬度的降低和MDA的产量，减缓花青素、TSS和呼吸强度的变化，减少营养成分的损失，HTCC和CMCTS的保鲜效果要好于CTS，且HTCC的效果最好，可以较好的减缓蓝莓的衰老，为研发蓝莓保鲜液提供新的依据。

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