大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜的抑菌效果及對草莓的保鮮作用

管 驍，李 律，劉 靜，趙 欣

(1.上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院，上海200093； 2.上海海事大學信息工程學院，上海200135)

大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜的抑菌效果及對草莓的保鮮作用

管 驍1，李 律1，劉 靜2，趙 欣1

(1.上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院，上海200093； 2.上海海事大學信息工程學院，上海200135)

以大麥醇溶蛋白為基材，以納米TiO2粒子為改性材料制備可食性膜液，通過對草莓進行涂膜處理，探討大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜對貯藏過程中草莓質量損失率、硬度、可溶性固形物含量、Vc含量、總酸含量及腐爛率的影響，研究大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液對草莓涂膜保鮮的效果。結果表明：經涂膜處理后的草莓，其質量損失率和腐爛率相較于空白組有明顯的改善?？瞻捉M在3 d內質量損失率達到6.8%，而涂膜組在4 d后質量損失率僅為6.2%；貯藏10 d，空白組的腐爛率為3.1%，而涂膜組為2.4%；對于硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和總酸含量，涂膜組均高于空白組。上述結果表明，大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜液涂膜處理可有效延長草莓的貯藏期。抑菌試驗結果表明大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜液對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌有較好的抑制作用，抑菌圈直徑分別達到18.2和17.6 mm。

大麥醇溶蛋白；納米TiO2；可食性納米膜；抑菌；保鮮

草莓為漿果類果實，柔軟多汁、組織嬌嫩，因此極易受損傷和微生物侵染[1]。通常情況，果實在常溫下放置1～3 d即開始變色，隨著貯藏時間的延長，草莓的質量損失率、硬度、可溶性固形物含量、Vc含量、總酸含量及腐爛率等相關參數(shù)都會受到影響，這些變化使得草莓難以貯藏，最終失去營養(yǎng)價值。大麥醇溶蛋白是一種來源廣泛的谷物蛋白質，富含谷氨酸、脯氨酸及含硫氨基酸。正是由于大麥醇溶蛋白擁有這些特殊的氨基酸，能使蛋白質間以較強的二硫鍵、疏水鍵相連，易于成膜；且疏水氨基酸含量較多，使其具有水不溶性、流變性、延伸性、膨脹性和膠凝性等[2]；并且在較高濕度的環(huán)境下亦不會因為吸水而發(fā)黏，具有一定的抗水分子透過性質。因此，大麥醇溶蛋白可作為食品可食性膜的良好基材，是前景可觀的綠色保鮮膜材料。

隨著納米技術的發(fā)展，具有微尺度效應、量子效應等性質的納米粒子被發(fā)現(xiàn)可較大程度上改善材料的力學性能和生物降解性能、抗菌性能[3]等。Rong等[4]研究發(fā)現(xiàn)，包裝材料中添加納米TiO2粒子能吸收乙烯，并具有抗菌作用；同時可食膜中的鈦氧鍵對CO2和O2有吸附、溶解、擴散和釋放作用，可有效調節(jié)膜內外CO2和O2的交換量，從而保鮮食品。納米TiO2是國家批準使用的食品添加劑[5]，具有無毒、抗菌、防紫外線等特性，是目前研究最為活躍的無機納米材料之一。本文中，筆者擬用大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜具有的良好力學性能、通透性和黏附性，以浸漬方式在草莓表面形成一層均勻、透明且具有微孔通道的薄膜，并考察其對草莓的保鮮效果，旨在為果蔬保鮮提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大麥粉、草莓購自當?shù)卮笮统?；大麥醇溶蛋白，自制；納米TiO2(純度≥96%，比表面積 (150±10) m2/g，平均粒徑 (20±5) nm)，上海晶純試劑有限公司；實驗菌株(金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和黑曲霉)，保藏于筆者所在實驗室；甘油、聚乙二醇400、抗壞血酸(Vc)和2，6-二氯靛酚鈉鹽草酸白陶土等化學試劑均為市售國產分析純。

1.2 主要設備

真空冷凍干燥機，上海東富龍有限公司；Avanti J-20XP型高速冷凍離心機，德國BECKMAN公司； TD-92型便攜式數(shù)顯折光儀，上海精密科學儀器有限公司；BROOKFIELD CT3型質構儀，美國Brookfield公司； YSQ.280型手提式壓力蒸汽滅菌鍋，上海華線醫(yī)用核子儀器有限公司；SPX-150C型恒溫恒濕箱，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 大麥醇溶蛋白提取

參照文獻[6]的方法進行。

1.3.2 大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液制備

稱取3 g大麥醇溶蛋白，傾入25.5 mL 55%(體積分數(shù))的異丙醇溶液中，60 ℃磁力攪拌30 min，使其充分溶解，加入0.9 mL甘油，0.6 mL聚乙二醇400，于90 ℃磁力攪拌15 min，得到大麥醇溶蛋白溶液A；將納米TiO2粒子緩慢傾入55%異丙醇溶液中，超聲分散30 min，得到B液；將B液逐滴加入到A液中，最終得到C液(蛋白質量濃度100 g/L，m(納米TiO2)/m(蛋白)=0.2%)，即為可食性納米膜液。

1.3.3 抑菌效果的評價

采用抑菌圈法評價涂膜液抗菌能力[6]。具體實驗過程如下。

1)試驗片制作 選擇吸水性強的濾紙，用打孔器打成若干個直徑為10 mm的圓形濾紙片，用紫外燈滅菌3～4 h，備用。

2)培養(yǎng)基制備

BP培養(yǎng)基：胰蛋白胨1 g，牛肉浸粉0.5 g，酵母浸粉0.1 g，丙酮酸鈉1 g，甘氨酸1.2 g，LiCl 0.5 g，瓊脂2 g，蒸餾水100 mL;pH 7.2。

LB培養(yǎng)基：蛋白胨1 g，酵母浸出汁0.5 g，氯化鈉 1 g，蒸餾水100 mL；pH 7.5。

PDA培養(yǎng)基：馬鈴薯20 g，切成塊加水100 mL，煮沸30 min，過濾，濾液加葡萄糖2 g，補足水至100 mL，瓊脂2 g；pH自然。

以上培養(yǎng)基都在121 ℃滅菌15 min。

3)細菌富集培養(yǎng) 在無菌室中將金黃色葡萄球菌接種至BP培養(yǎng)基，在38 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)24 h；在無菌室中將大腸桿菌接種至LB培養(yǎng)基，設置全溫振蕩培養(yǎng)箱參數(shù)為37 ℃、100 r/min，搖瓶培養(yǎng)15 h；在無菌室中將黑曲霉接種至PDA培養(yǎng)基，在38 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)48 h。

4)抑菌圈試驗 分別將金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉稀釋至2×106CFU/mL，各吸取0.1 mL菌懸液，分別涂布在已滅菌的BP、LB、PDA固體培養(yǎng)基平板上，同時將滅菌后的圓形濾紙片放入配制好的成膜液中浸泡1 min。夾取浸有大麥醇溶蛋白成膜液及大麥醇溶蛋白/納米TiO2成膜液的濾紙片貼在平皿上，對照組為未作處理的空白滅菌濾紙片組，分別放入培養(yǎng)箱中，在合適條件下培養(yǎng)規(guī)定時間后，觀察抑菌圈大小，測量抑菌圈直徑。根據(jù)相關檢測標準，每隔600在不同的方向，對每個樣品的抑菌圈直徑各測量6次。

1.3.4 草莓涂膜處理

選擇無力學損傷，大小、成熟度一致的草莓，隨機分為兩大組，其中一組用大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液進行涂膜處理，另一組用大麥醇溶蛋白溶液涂膜作為對照組。再將每一個大組隨機分為兩個小組，一小組用于測定質量損失率、硬度、可溶性固形物、Vc和總酸指標，另一小組用于測定腐爛指數(shù)。將需進行涂膜處理的草莓分別放入各自涂膜液中浸泡1 min，撈出自然晾干，待在草莓表面形成膜層后貯藏于冰箱中(溫度為10 ℃，相對濕度為65%～71%)。

1.3.5 質量損失率的測定

質量損失率=(m0-mt)/m0×100%

(1)

式中：m0表示樣品的初始質量，g；t表示貯藏時間，d；mt表示貯藏時間為t的樣品質量，g。

1.3.6 硬度的測定

在圍繞草莓的赤道部位，間隔等距離的3個位置，用質構儀測定各個位置果肉的硬度。

1.3.7 可溶性固形物含量的測定

用便攜式數(shù)顯折光儀測定草莓可溶性固形物含量。

1.3.8 Vc含量的測定

[7]中的2,6-二氯靛酚滴定法測定Vc的含量。

1.3.9 總酸的測定

參照文獻[8]中的酸堿滴定法測定草莓中的總酸。

1.3.10 腐爛指數(shù)的測定

0級：無腐爛、無傷害的新鮮草莓；

1級：爛斑小于1/4草莓面積的果實；

2級：爛斑大于1/4但小于1/2草莓面積的果實；

3級：爛斑大于1/2但小于3/4草莓面積的果實；

4級：爛斑大于3/4草莓面積的果實。

(2)

1.3.11 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)平行測定3次，并采用SPSS18.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與討論

2.1 抑菌效果分析

大麥醇溶蛋白可食性膜和大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及黑曲霉的抑制效果如圖1和表1所示。由圖1和表1可知：大麥醇溶蛋白可食性膜對細菌沒有明顯抑制效果，而大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌均表現(xiàn)出較好的抑制作用，其中對金黃色葡萄球菌的抑制效果最好，但對黑曲霉沒有明顯抑制效果。

圖1 大麥醇溶蛋白及大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和黑曲霉的抑制效果Fig.1 Inhibitory effects onStaphylococcus aureus, Escheri-chia coli and Aspergillus niger of hordein film and hordein/nano-TiO2 edible film表1 大麥醇溶蛋白膜及大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜對不同菌株的抑制效果Table 1 Inhibitory effects for different bacterial of hordein film and hordein/nano-TiO2 edible film

測試菌株大麥醇溶蛋白可食性膜大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜抑菌情況大小/cm抑菌情況大小/cm金黃色葡萄球菌-0+182大腸桿菌-0+176黑曲霉-0-0

注：“+”表示有明顯抑菌圈出現(xiàn)，“-”表示無抑菌圈。

2.2 涂膜處理對草莓質量損失率的影響

草莓含水量高達85%～95%，失水皺縮是影響草莓品質及貯藏保鮮的重要因素之一，蒸騰作用和組織呼吸作用都會導致草莓質量降低，出現(xiàn)嚴重的萎蔫現(xiàn)象，并且蒸騰失水是主要原因?？疾焱磕ぬ幚韺Σ葺|量損失率的影響，結果見圖2。由圖2可知，隨著貯藏期的延長，草莓的質量損失率逐漸增大，對照組在3 d內質量損失率達到6.8%，而涂膜組在4 d后質量損失率才達到6.2%，質量損失率明顯小于對照組。這主要是由于草莓經大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液涂膜處理后，在表面形成了一層透明的蛋白質薄膜，且有納米粒子均勻地分布在蛋白的凝膠化網絡間隙中，致使比普通的蛋白薄膜更為致密，這層致密膜可以減少營養(yǎng)物質的損失和水分的蒸發(fā)，從而有效地抑制了草莓的蒸騰作用，因而使貯藏期間草莓的質量損失率降低。宋賢良等[9]在研究納米TiO2/玉米淀粉復合涂膜對圣女果保鮮作用時也有類似的結論。

圖2 貯藏期間涂膜處理對草莓質量損失率的影響Fig.2 Effects of coating on weight-loss rate ofstrawberry during storage period

2.3 涂膜處理對草莓硬度的影響

草莓果皮保水性差，在貯藏過程中，草莓硬度逐漸降低，主要是由于果實組織中果膠和水分含量發(fā)生變化[10]，隨著水分的散失，逐漸發(fā)生萎蔫現(xiàn)象。因此考察涂膜處理對草莓硬度的影響，結果見圖3。由圖3可以看出，經涂膜處理的草莓硬度下降速度比對照組要慢。涂膜處理后的草莓表面形成的薄膜能有效地抑制草莓果實內果膠物質的轉化與水分蒸發(fā)，并且由于添加了納米TiO2粒子，使膜內形成低O2分壓、高CO2分壓的小環(huán)境[11]，有效地抑制了草莓的呼吸作用，從而延緩了草莓的軟化。

圖3 貯藏期間涂膜處理對草莓硬度的影響Fig.3 Effects of coating on strawberry hardnessduring storage period

2.4 涂膜處理對草莓可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量的高低，反映了貯藏過程中果實營養(yǎng)物質保留的多少，影響著果實的品質和口感?？疾焱磕ぬ幚韺Σ葺扇苄怨绦挝锖康挠绊?，結果見圖4。由圖4可知，隨著貯藏時間延長，草莓可溶性固形物含量逐漸降低。經涂膜處理的草莓，其可溶性固形物含量均高于同一時間的對照組。大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液涂膜處理有效地抑制了草莓的呼吸作用，使草莓的一些生理活動減弱，延緩了可溶性固形物的減少，降低了后熟速率，使果實的保鮮期延長。姚閩娜等[12]在研究魔芋葡甘聚糖涂膜對草莓保鮮時也有類似的研究結果。

圖4 貯藏期間涂膜處理對草莓可溶性固形物含量的影響Fig.4 Effects of coating on soluble solid content ofstrawberry during storage period

2.5 涂膜處理對草莓Vc含量的影響

水果中一般都含有豐富的Vc，而Vc是人類必需的營養(yǎng)元素。它是衡量水果營養(yǎng)價值的重要指標，并且也是果實內清除活性氧的抗氧化劑，對延緩果實衰老具有一定效果。因此考察涂膜處理對草莓Vc含量的影響，結果見圖5。由圖5可以看出，對照組和經涂膜處理的草莓中Vc含量隨貯藏時間的延長而逐漸下降，但在整個貯藏期間，經涂膜處理的草莓Vc含量比對照組下降慢。貯藏6 d后，涂膜處理組與對照組的草莓Vc含量(以100 g草莓計)分別為62.3、49.2 mg。表面涂膜處理對草莓中Vc能起到一定的保護作用，避免其迅速氧化分解，但草莓本身含有的Vc氧化酶也會把Vc氧化，所以隨著貯藏時間的延長，Vc含量逐漸減少。經涂膜處理后，草莓表面的可食性膜能有效地阻隔草莓內外的氣體交換，使氧化還原型Vc所需O2含量降低，因而延緩了經涂膜處理后草莓中Vc的氧化。

圖5 貯藏期間涂膜處理對草莓Vc含量的影響Fig.5 Effects of coating on Vc content in strawberryduring storage period

2.6 涂膜處理對草莓總酸含量的影響

酸度是構成水果風味的主要組成部分，一般通過測定總酸含量來判斷果實的成熟度。草莓的酸性成分主要有蘋果酸和檸檬酸，其次是酒石酸和少量的琥珀酸及草酸?？疾焱磕ぬ幚韺Σ葺偹岷康挠绊懀Y果見圖6。由圖6可以看出，對照組和經涂膜處理的草莓中可滴定酸量均呈下降趨勢，并在貯藏期前5 d明顯下降。對照組在貯藏5 d時可滴定酸百分數(shù)降到0.44%，而經涂膜處理組其可滴定酸百分數(shù)降到0.47%，下降速度較慢，使可滴定酸的含量在貯藏期間得到一定的保持。由于貯藏過程中草莓仍然具有一定的生理活性，需要消耗自身的養(yǎng)料以維持其生理活動，而有機酸是其代謝活動中的呼吸底物，并且可以作為合成能量ATP的主要來源，因此貯藏期間草莓總酸的含量主要呈下降趨勢[13]。經涂膜處理后草莓的呼吸強度明顯減弱，使有機酸的消耗減少，因此涂膜處理過的草莓總酸含量相對較高。

圖6 貯藏期間涂膜處理對草莓總酸含量的影響Fig.6 Effects of coating on total acid content ofstrawberry during storage period

2.7 涂膜處理對草莓腐爛率的影響

草莓在貯藏期間，由于受霉菌感染、呼吸作用影響，容易引起腐爛。考察涂膜對草莓腐爛率的影響，結果見圖 7。由圖7可以看出，對照組草莓在整個貯藏期間的腐爛指數(shù)明顯高于涂膜處理組，貯藏10 d時，對照組的腐爛指數(shù)為3.1%，而涂膜處理組的腐爛指數(shù)為2.4%，表明涂膜處理可以抑制草莓果實貯藏期間的腐爛指數(shù)?？赡艿脑蚴峭磕ぬ幚砟軌蜻m當堵塞果蔬表面的氣孔，從而抑制果實的呼吸作用，延緩產品后熟，并且減輕草莓表皮機械損傷。

圖7 貯藏期間涂膜處理對草莓腐爛率的影響Fig.7 Effects of coatingon rotting rate of strawberryduring storage period

3 結論

本文研究表明大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液對草莓具有較好的保鮮效果。隨著貯藏時間的增加，草莓的質量損失率和腐爛率呈遞增的變化趨勢，而硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和總酸含量則呈遞減的變化趨勢。經涂膜處理后的草莓，其質量損失率和腐爛率均低于對照組，而硬度、可溶性固形物含量、Vc含量和總酸含量均高于空白組，說明大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液涂膜處理可有效延長草莓的貯藏期，并且對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌有較好的抑制作用。

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(責任編輯 荀志金)

Antibacterial effects of hordein/nano-TiO2compositefilm and its application for strawberry preservation

GUAN Xiao1,LI Lyu1,LIU Jing2,ZHAO Xin1

(1. School of Medical Instruments and Food Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China; 2. College of Information Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 200135，China)

We prepared an edible film using hordein obtained in laboratory as the main material and nano-TiO2particle as the modified material. The coating was used to treat strawberry. The weight-loss rate,hardness,soluble solid content,vitamin C content,total acid content and decay rate of treated strawberry during storage were periodically measured for investigating its fresh-keeping effect. The results showed that the weight-loss rate was 6.2% (for 4 d),lower than that of the control (6.8% for 3 d),and the decay rate was 2.4% (for 4 d), lower than that of the control (3.1% for 3 d).And the hardness,soluble solids content,total acid content,vitamin C content were higher. Hordein/nano-TiO2edible film could effectively prolong the storage of strawberry.Bacteriostatic test showed that the diameter of inhibition zone againstStaphylococcusaureusandEscherichiacoliwas respectively up to 18.2 mm and 17.6 mm,and had a superior performance of bacteriostasis.

hordein; nano-TiO2; edible film; antibacterial activity; fresh-keeping

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.06.011

2016-06-27

國家自然科學基金(31101348)；上海市自然科學基金(14ZR1419200)

管 驍(1979—)，男，湖北黃岡人，博士，副教授，研究方向：食品生物技術，E-mail:gnxo@163.com

TS210

A

1672-3678(2016)06-0061-05