殼聚糖/納米TiO2復(fù)合涂膜對芒果保鮮效果的影響

楊 華,江雨若,邢亞閣,*,郭訓(xùn)練,李文秀,鄭 毅,茍 俊,李宣林,稅玉儒

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039;2.攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院,四川攀枝花 617000;3.黑水縣高原蔬菜種植農(nóng)民專業(yè)合作社,四川阿壩 624000)

芒果是目前栽培較多的水果之一,但是,由于芒果生產(chǎn)具有很強的季節(jié)性,采收時節(jié)正值夏季,果實代謝旺盛,容易后熟而變黃、變軟,易腐爛,導(dǎo)致采后不耐貯,低溫貯藏中也極易受到冷害[1]。目前,用于芒果保鮮的方法主要有物理法和化學(xué)法,但大都具有缺點和應(yīng)用局限性。物理法需要特殊的設(shè)備,成本高,不宜在果農(nóng)中大范圍使用;化學(xué)法會有化學(xué)品殘留,對人體健康存在潛在的危害,并會對環(huán)境造成不良影響[2-6]。

殼聚糖,又稱脫乙酰甲殼素,是一種天然多糖類的生物大分子,與生物體有良好的親合相溶性,易在物體表面形成半透膜,且該膜對氣體分子具有一定的選擇滲透作用[7];殼聚糖無毒,無污染,來源豐富。殼聚糖作為一種天然保鮮劑,近年來被較廣泛地應(yīng)用于果蔬貯藏保鮮。但是,殼聚糖作為涂膜仍存在一些問題,殼聚糖膜的濕態(tài)機械強度較差,膜的強度、韌性不夠,一段時間后易斷裂破碎,使部分表面裸露[8],從而影響其應(yīng)用的廣泛性。納米TiO2是金屬鈦的一種氧化物,具有粒徑小、比表面積大、表面活性高、無毒、抗菌、防紫外線、超親水和超親油等特性[9]。納米TiO2粒度極小,表面能極高,因此其在貯存和使用過程中易團聚,難分散,故通常采用表面活性劑對納米TiO2顆粒表面改性。把納米TiO2加入到殼聚糖中,制備的復(fù)合材料兼具有機、無機物的優(yōu)點,在吸附、降解有機污染物、果蔬保鮮、紡織材料改性、醫(yī)療材料、智能材料等方面具有優(yōu)越的性質(zhì)[10]。納米TiO2能夠分散在殼聚糖成膜液中,能夠提高復(fù)合膜的阻水性能,對金秋梨[9]、砂糖橘[11]等顯示出高效安全保鮮效果。

本研究運用殼聚糖復(fù)合涂膜處理芒果,研究貯藏期間芒果品質(zhì)和生理指標(biāo)變化,探討殼聚糖復(fù)合涂膜處理對芒果保鮮的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

攀枝花凱特芒果 購自農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場,挑選大小均勻,成熟度一致(八成熟)、無損傷無病蟲的果實為試驗材料;殼聚糖 食品級,購于濟南海得貝生物工程有限公司;納米TiO2浙江舟山明日納米材料技術(shù)有限公司;月桂酸鈉 天津市河北區(qū)大陸化學(xué)試劑廠。

KQ-100DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;BSA224S型電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;81-2型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司;GY-3型硬度計 樂清市艾德堡儀器有限公司;數(shù)字阿貝折射儀 海能儀器;電導(dǎo)儀 上海盛磁儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 殼聚糖膜的制備及涂膜處理

1.2.1.1 殼聚糖膜的制備 殼聚糖膜的制備參照Rhim等[12]的方法,稍作改動。稱取1 g殼聚糖粉末溶解在100 mL 1%(v/v)醋酸水溶液和1 g甘油混合液中,并在90 ℃下加熱約20 min,用八層粗棉布過濾,然后超聲30 min,制得殼聚糖溶液,記為CTS。

1.2.1.2 納米TiO2改性 納米TiO2的改性參照劉瑞麟等[13]的方法,稍作改動。稱取5. 0 g納米TiO2緩慢加入70 mL 去離子水中,用1 mol/L HCl或1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至5.0,然后加入0.75 g月桂酸鈉。在40 ℃加熱磁力攪拌器上低速攪拌30 min,隨后在4000 r/min速率下,用去離子水離心洗滌3次(每次15 min),棄去上清液,在(105±1) ℃干燥箱中干燥24 h,得到白色改性納米粉體,研磨成粉末,干燥器中保存,備用。

1.2.1.3 不同濃度納米TiO2復(fù)合膜的制備 分別稱取0.01、0.03 g的月桂酸鈉改性的納米TiO2溶于1 g甘油,再依次加入100 mL 1% 醋酸水溶液,1 g殼聚糖粉末,其他步驟同純殼聚糖膜的制備,記為CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03。

1.2.1.4 涂膜處理 芒果果實先用自來水沖洗,晾干,然后用不同的膜溶液涂膜,自然風(fēng)干。未用殼聚糖處理的果實作為對照。上述處理均用打孔薄膜包裝,將果實置于13 ℃下貯藏,貯藏20 d,每隔5 d取樣。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.2.1 膜的微觀形態(tài) 采用掃描電鏡(SEM)觀察[14]。

1.2.2.2 轉(zhuǎn)黃指數(shù) 果皮顏色級別判定:0級(全綠);1級(果蒂處微黃);2級(果蒂處及以外局部變黃);3級(果面約2/3 變黃);4 級(果面全黃),計算公式如下[15]:

轉(zhuǎn)黃指數(shù)(%)=∑(果皮顏色級別×該級別果數(shù))/(最高果皮顏色級別×檢查總果數(shù))×100

1.2.2.3 失重率 采用稱重法測定芒果失重率[15]。

1.2.2.4 硬度 采用水果硬度計測定,削去芒果果實赤道處的果皮,用GY-3 硬度計測定其硬度[15]。

1.2.2.5 VC采用2,6-二氯靛酚法,取10.0 g芒果果肉,加入少量 20 g/L草酸溶液,磨成勻漿后定容到100 mL容量瓶抽濾后取10 mL濾液用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定,根據(jù)2,6-二氯酚靛酚滴定消耗量,計算芒果果實中VC的含量,單位為mg/100 g[15]。

1.2.2.6 可滴定酸 采用酸堿中和滴定法,用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定芒果提取液,根據(jù)氫氧化鈉的消耗量計算芒果中總酸的含量[15]。

1.2.2.7 可溶性固形物 采用阿貝折射儀測定,取5 g果肉放入研缽中磨碎后,經(jīng)過離心后取汁液測定[15]。

1.2.2.8 原果膠及可溶性果膠 采用咔唑-比色法[15]。

1.2.2.9 細胞膜透性 采用電導(dǎo)率儀法[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各項生理生化指標(biāo)測試時取三個平行樣,重復(fù)三次測試,然后計算平均值,運用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析,p<0.05、p<0.01分別表示差異顯著、極顯著。采用Origin Pro 8.0做圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同納米TiO2添加量的復(fù)合膜微觀形態(tài)

圖1是純殼聚糖膜和復(fù)合膜放大100倍的SEM 照片。圖中隆起的小點是包埋在殼聚糖中的納米TiO2,因其分散在膜的內(nèi)部而不是覆蓋在膜的表面,所以SEM圖片中納米TiO2粒子不是特別清晰。添加納米 TiO2復(fù)合膜的 SEM顯示,納米TiO2與殼聚糖溶液有較好的相容性。由圖1可以看出,隨著納米 TiO2含量的增加,復(fù)合膜的表面出現(xiàn)出越來越多的團聚的細小晶粒;但是較好地包埋在殼聚糖中,整體表現(xiàn)出良好的分散性,但存在少許團聚現(xiàn)象。

圖1 純殼聚糖膜、不同含量納米 TiO2復(fù)合膜的 SEM 圖

2.2 不同處理對芒果轉(zhuǎn)黃指數(shù)的影響

色澤是芒果成熟過程中變化最顯著的指標(biāo),是判斷芒果是否后熟的主要外觀依據(jù)之一,不同處理組均能夠延緩果實在貯藏期間的轉(zhuǎn)黃。從圖2可看出,在貯藏第5 d時,對照組和處理組果皮都開始轉(zhuǎn)黃;在貯藏20 d時,CK組芒果果皮轉(zhuǎn)黃指數(shù)為80.36%,CTS組芒果的轉(zhuǎn)黃指數(shù)為71.92%,CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組芒果的轉(zhuǎn)黃指數(shù)分別為62.31%和58.16%,CTS/TiO2-0.03組分別比CK、CTS、CTS/TiO2-0.01組降低了22.2%、13.76%和4.15%,CTS/TiO2-0.03組芒果的轉(zhuǎn)黃指數(shù)顯著低于其他各組(p<0.05)。結(jié)果表明,殼聚糖復(fù)合膜處理效果好于純殼聚糖膜。

圖2 不同處理對芒果轉(zhuǎn)黃指數(shù)的影響

2.3 不同處理對芒果失重率的影響

芒果采收后,水分供應(yīng)中斷,但蒸騰作用繼續(xù)進行,水分蒸騰是導(dǎo)致芒果貯藏過程中質(zhì)量損失的主要原因。從圖3可看出,貯藏期間,所有果實失重率均逐漸上升,但對照組的失重率明顯高于處理組。在貯藏20 d時,CTS組處理果的失重率為8.35%,對照組則達到了12.45%。此外,不同濃度殼聚糖-納米二氧化鈦涂膜處理得到的芒果的失重率存在一定差異(p<0.05),CTS/TiO2-0.01組失重率為7.24%,CTS/TiO2-0.03組失重率為6.72%。涂膜處理使得芒果表面形成了一層保護膜,從而使果實表面的水分流失減少,加入改性的納米二氧化鈦又有效地改善了水分的損失,不同濃度的復(fù)合膜其透水性也有一定的不同。

圖3 不同處理對芒果失重率的影響

2.4 不同處理對芒果硬度的影響

果實硬度的大小表明了果實的軟化程度。由圖4可看出,隨著貯藏時間的延長芒果果實硬度呈下降趨勢:在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03組果實硬度分別為2.8、4.1、7.6和8.7 kg/cm2,CTS/TiO2-0.03處理組的芒果果實硬度顯著高于其他各組(p<0.05),這說明殼聚糖復(fù)合涂膜可有效延長芒果的硬度。果實的軟化主要是由于果實內(nèi)的原果膠被多種水解酶水解導(dǎo)致[16]。涂膜除了有效抑制芒果的失水,還能在芒果果皮表面形成低氧高二氧化碳的微環(huán)境,降低氧氣濃度,可以抑制果蔬的呼吸作用,削弱芒果的新陳代謝,降低了與芒果硬度相關(guān)酶的活性,從而延緩了芒果果實的軟化[17]。

圖4 不同處理對芒果硬度的影響

2.5 不同處理對芒果VC含量的影響

VC是衡量水果營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)之一,但在貯藏過程中易被氧化分解,使其含量顯著降低。由圖5可看出,隨著貯藏時間的延長,各組芒果中VC含量均逐漸下降。其中,CK中VC下降最快,而涂膜組的VC含量降低的幅度始終小于CK,可能與在果實表面形成的一層涂膜有關(guān),該涂膜因其對O2透氣差,從而降低果實內(nèi)酶的活性,達到延緩VC氧化的作用[18]。貯藏20 d后,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01、CTS/TiO2-0.03組VC含量分別為34.96、48.78、50.31和54.34 mg/100 g。CTS/TiO2-0.03組VC含量比CK組高19.38 mg/100 g,且與其他處理組存在顯著差異(p<0.05),表明涂膜處理可以有效地保持芒果中VC含量。

圖5 不同處理對芒果VC含量的影響

2.6 不同處理對芒果可滴定酸的影響

可滴定酸主要由各種有機酸組成,也是影響果實風(fēng)味和貯藏品質(zhì)的重要因素之一。由圖6可看出,隨著貯藏時間的延長,CK組和涂膜組芒果中可滴定酸含量均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。貯藏前可滴定酸含量為1.2%,第20 d時,CTS/TiO2-0.01組與CTS/TiO2-0.03組差異不顯著(p>0.05)。此外,CK組可滴定酸含量降為0.37%,而CTS/TiO2-0.03組降為0.64%,兩組差異顯著(p<0.05)。這說明經(jīng)殼聚糖復(fù)合涂膜后,在抑制芒果中可滴定酸降解、保持果實酸甜可口方面具有較好的效果。這與陳勇等[19]研究發(fā)現(xiàn)涂膜后芒果的可滴定酸分解速度降低的結(jié)果一致。

圖6 不同處理對芒果可滴定酸的影響

2.7 不同處理對芒果可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量是反映果實營養(yǎng)價值及判斷果實耐貯藏能力的重要指標(biāo)。芒果在成熟過程中可溶性固形物含量逐漸增加,但是在衰老過程中,部分糖作為底物被消耗,從而可能使芒果的可溶性固形物含量出現(xiàn)下降。貯藏保鮮的目的之一是延緩芒果可溶性固形物的上升速度。由圖7可看出,對照組芒果的可溶性固形物始終保持上升趨勢,且其值最大。在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組可溶性固形物含量分別為15.93%、11.21%、9.52%和9.40%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK低6.53%,CTS/TiO2處理組芒果的可溶性固形物含量顯著低于其他組(p<0.05)。表明殼聚糖/納米TiO2涂膜抑制了芒果可溶性固形物上升的速度,維持了芒果良好的品質(zhì),增加了芒果的耐貯藏性。

圖7 不同處理對芒果可溶性固形物含量的影響

2.8 不同處理對芒果原果膠及可溶性果膠的影響

在未成熟果實中,果膠物質(zhì)與纖維素結(jié)合以原果膠的形式存在。隨著果實的成熟,原果膠部分被分解為可溶性果膠,果實組織也就變得松馳,軟化,硬度下降。從圖8和圖9可看出,芒果果肉的原果膠含量呈下降趨勢,可溶性果膠含量呈上升趨勢。在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組原果膠含量分別降為0.12%、0.28%、0.34%和0.39%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK高0.27%(p<0.05);CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組可溶性果膠含量分別上升為0.70%、0.62%、0.54%和0.49%,CTS/TiO2-0.03處理組比CK低0.21%。這說明經(jīng)殼聚糖復(fù)合涂膜在抑制芒果原果膠下降、可溶性果膠上升方面具有好的效果。這與劉琨等[20]研究發(fā)現(xiàn)芒果經(jīng)涂膜處理后,果膠的降解速度得到了控制,果實硬度保持較好的結(jié)果一致。

2.9 不同處理對芒果細胞膜滲透性的影響

細胞膜具有選擇透過性功能,其變化反映了果蔬抗逆性的強弱或受到傷害的程度。果蔬組織后熟衰老過程中,細胞質(zhì)膜功能活性下降,膜通透性增加,出現(xiàn)細胞內(nèi)電解質(zhì)向外滲漏,引起提取液的電導(dǎo)率增加[20]。通過相對電導(dǎo)率表示芒果細胞膜滲透率以及細胞膜受到傷害的程度。從圖10可看出,芒果在貯藏過程中,其果皮相對電導(dǎo)率均呈上升趨勢,對照組上升速度最快,CTS/TiO2-0.03組上升速度最慢,在貯藏20 d時,CK、CTS、CTS/TiO2-0.01和CTS/TiO2-0.03組細胞膜滲透性分別為60.43%、54.39%、48.65%和45.12%,CTS/TiO2-0.03處理組芒果的細胞膜滲透性顯著低于其他各組(p<0.05)。表明涂膜能使芒果維持了較好的細胞質(zhì)膜功能活性。

圖10 不同處理對芒果細胞膜滲透性的影響

3 結(jié)論

通過保鮮過程中各項生理生化指標(biāo)的測定得出,當(dāng)殼聚糖/納米TiO2復(fù)合膜中殼聚糖質(zhì)量分數(shù)為1%,納米TiO2質(zhì)量分數(shù)為0.03%時,涂膜處理可以較好地保持芒果果實硬度、VC及可滴定酸含量,延緩果膠的降解速度,保持細胞膜的功能活性。在貯藏第20 d時,芒果轉(zhuǎn)黃指數(shù)為58.16%,失重率為6.72%,說明殼聚糖/納米TiO2復(fù)合涂膜對芒果在13 ℃貯藏條件下起到了較好的保鮮作用。經(jīng)殼聚糖納米二氧化鈦涂膜處理后,芒果表面形成了一層膜,使得芒果處在一個微環(huán)境中,利于貯藏保鮮,涂膜后能減少水分散失,抑制VC的氧化,抑制酸的降解,抑制可溶性固形物含量和細胞膜滲透性的上升,抑制果膠物質(zhì)的轉(zhuǎn)換速度,維持較好的果實硬度,且殼聚糖復(fù)合膜的效果優(yōu)于殼聚糖單膜。