油茶粕保鮮膜貯藏保鮮砂梨的應(yīng)用研究

蔣海明，馬 力，李志鋼，周 波

（1.林產(chǎn)可食資源安全與加工利用湖南省重點實驗室，湖南長沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410004；3.湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程系，湖南 永州425199；4.湖南省林業(yè)科學(xué)院（國家油茶工程技術(shù)研究中心），湖南 長沙410004）

目前，商業(yè)上大量使用的食品保鮮膜是阻隔性能良好的聚合塑料包裝膜，是以石油為基礎(chǔ)、以乙烯母料為原材料制備而成（如聚乙烯（PE）和聚偏二氯乙烯（PVDC）），不僅增加了石油的消耗，而且難以降解，不能被循環(huán)利用，造成環(huán)境的嚴重污染[1]。隨著生活水平的提高和環(huán)保意識的不斷增強，近年來人們對食品安全的要求越來越高，安全且環(huán)境友好型材料制備的食品保鮮膜成為消費者的首選，該類型食品保鮮膜也是國際食品包裝領(lǐng)域的研究熱點[2]。

基于許多材料的優(yōu)良性比較單一，造成當前應(yīng)用在果蔬保鮮和食品包裝等領(lǐng)域的食品保鮮膜存在的最大問題是機械強度小和阻氧性差，只有將具有各自優(yōu)良特性的多種材料復(fù)配才能制備出性能優(yōu)異的食品保鮮膜[3-4]。安全可生物降解的復(fù)合保鮮膜通常是由2種或2種以上的生物質(zhì)大分子物質(zhì)（如多糖、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)）經(jīng)過一定的處理而形成的膜，每種生物大分子優(yōu)良的性能賦予了復(fù)合保鮮膜的保鮮特性，如多糖類生物大分子為膜結(jié)構(gòu)提供基本構(gòu)造單元，蛋白質(zhì)生物大分子使膜結(jié)構(gòu)緊密化，脂質(zhì)大分子賦予膜阻水的作用[5]，這些生物大分子在一定工藝條件下制備的保鮮膜形成了復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，使保鮮膜具備良好的機械性能[6-7]和阻氧性，具有高阻隔、高強度和可熱封等特性[6-8]，膜的綜合性能較好，因此蛋白-多糖復(fù)合膜[9-15]，尤其是利用天然可食性物質(zhì)（如多糖、蛋白質(zhì)、脂肪等）為原料，制備的可食性保鮮膜成為熱點研究內(nèi)容[16]，可通過微膠囊、包裹或涂布等形式覆蓋于食品表面，阻隔氣體、各種溶質(zhì)或水汽的滲透，以及抑制腐敗微生物的生長，提高食品的品質(zhì)，延長食品貨架期[17-18]?；谟筒杵筛缓鞍缀投嗵?，實驗室利用油茶粕提取物制備了一種抗菌抗氧化效果較好的保鮮膜[19]。以砂梨為研究對象，對油茶粕保鮮膜的實際貯藏保鮮效果進行應(yīng)用研究，研究結(jié)果為農(nóng)林加工剩余物全值高值化利用提供理論依據(jù)，也為環(huán)境友好型保鮮膜的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)和理論支持，還可為我國油茶產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 材料

納米二氧化鈦復(fù)合薄膜（商品膜）、商品化膜，杭州萬景新材料股份有限公司提供；PGC膜為根據(jù)專利[19]報道制備的油茶粕保鮮膜，PG膜為普魯蘭多糖與明膠混合制備的膜，其中普魯蘭多糖與明膠的比例與PGC膜一致，制備的工藝流程也一樣。

砂梨（Pyrus pyrifolia(Burm.f.)Nakai），湖南瀏陽大圍山水果專業(yè)合作社聯(lián)合社提供；其他化學(xué)試劑均為生化純，上海國藥集團化學(xué)試劑公司提供。

1.2 砂梨感官指標的評定

基于砂梨?zhèn)€大原因，為消除試驗結(jié)果的偶然性誤差，試驗將好果率改為以腐爛指數(shù)為指標進行統(tǒng)計[20]。

分級標準見表1。

表1 分級標準

按下列公式計算腐爛指數(shù)和失重指數(shù)：

式中：Xij——第i組砂梨的第j個指標的評定指數(shù)，

用失重率來表示；

X——第i組砂梨的第j個指標的實測值；

Xmin——試驗中的第j個指標實測值中的最小值；

Xmax——試驗中的第j個指標實測值中的最大值。

1.3 可溶性固形物、還原糖以及有機酸含量的測定

采用折光儀法測定可溶性固形物含量[21]。采用費林試劑比色法測定還原糖含量，于波長590 nm處測定溶液的吸光度[22]。采用中和滴定法測定有機酸含量[22]。

1.4 外部感官和內(nèi)部品質(zhì)綜合指數(shù)的評定

評價砂梨內(nèi)部品質(zhì)和外部感官綜合指數(shù)采用模糊綜合評定法[23]。數(shù)值“0”和“1”分別表示最優(yōu)和最劣，優(yōu)良度在閉區(qū)間[0,1]上連續(xù)取值，其評語值越小，代表砂梨的品質(zhì)就越好。

1.4.1 砂梨外部感官綜合評定指數(shù)的確定

腐爛和失重兩項指數(shù)的加權(quán)平均數(shù)為外部感官綜合指數(shù)[24]，試驗砂梨的外部感官綜合指數(shù)=0.6×腐爛指數(shù)+0.4×失重指數(shù)。

1.4.2 砂梨內(nèi)部品質(zhì)綜合評定指數(shù)的確定

梨內(nèi)部品質(zhì)綜合評定指數(shù)的評定是根據(jù)有機酸評定指數(shù)、還原糖評定指數(shù)和可溶性固形物評定指數(shù)來確定[24]。試驗砂梨內(nèi)部品質(zhì)的綜合評定指數(shù)=0.2×有機酸評定指數(shù)+0.4×還原糖評定指數(shù)+0.4×可溶性固形物評定指數(shù)。

可通過下公式（3）（4）計算各評定指數(shù)：

式中：Xij——第i組砂梨的第j個指標的評定指數(shù)；

X——第i組砂梨的第j個指標的實測值；

Xmin——試驗中第j個指標實測值中的最小值；

Xmax——試驗中第j個指標實測值中的最大值。

若第i組砂梨的第j個因素的評定指數(shù)為Xij，且第j個因素數(shù)的加權(quán)系數(shù)為aj，那么第i組砂梨內(nèi)部品質(zhì)的綜合評定指數(shù)（Ri）為：

1.4.3 砂梨好果率的確定

每次統(tǒng)計砂梨果實的完好狀況，確定梨表面爛斑累計低于1 cm2以上者為好果，用每天剩余的好果與每個處理砂梨實際的原始個數(shù)之比來表示砂梨的好果率[25]。

1.5 砂梨中酶活性的測定

過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性的測定分別根據(jù)文獻[26-27]報道檢測，分別以愈創(chuàng)木酚和鄰苯二酚為底物，于波長470 nm和410 nm處測定吸光度，結(jié)果都以U/g·FW表示。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析和繪圖處理分別采用Excel 2003和OriginPro 8.0進行。所有數(shù)據(jù)均為3個生物樣品的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜處理對砂梨還原糖含量的影響

還原糖和有機酸含量變化見圖1。

圖1 還原糖和有機酸含量變化

植物組織中含糖量主要通過還原糖含量來反映，高含量還原糖可提高細胞的滲透壓，提高植物組織細胞的持水能力，防止果蔬水分損失和保持果蔬商品性狀具有重要的作用。由圖1（a）可知，還原糖含量在對照組（冷藏不包膜）和包膜處理組砂梨中都呈現(xiàn)下降的趨勢，但在包膜處理組中還原糖含量的下降速度較慢，其含量也要高。在貯藏第30天，還原糖含量分別為10.25%（對照組），12.52%（商品膜），11.36%（PG膜）和12.01%（PGC膜），分別下降28.57%（對照組），12.08%（商品膜），20.34%（PG膜）和16.01%（PGC膜），這是因為包膜導(dǎo)致氧氣進入果實內(nèi)部和呼吸產(chǎn)生的二氧化碳向外擴散受到阻滯，造成抑制果實正常生理消耗的低氧/高二氧化碳微環(huán)境，進而減少了營養(yǎng)物質(zhì)的損耗[28]。結(jié)果表明，PGC膜對砂梨貯藏中還原糖的下降有明顯的阻抑作用，也進一步說明油茶粕提取物的添加更有利于砂梨的貯藏保鮮，對于保持砂梨的商品性狀有促進作用。

2.2 膜處理對砂梨有機酸含量的影響

果實有機酸在風(fēng)味上起著很重要的作用，有機酸含量下降速率的快慢直接反映了在貯藏過程中果蔬呼吸作用的強弱。從圖1（b）可知，貯藏過程中砂梨的有機酸含量不斷下降，且對照組（冷藏不包膜）有機酸含量下降速度明顯比包膜處理組的要快，如貯藏90 d時，砂梨中有機酸含量分別只有0.13%（對照組），0.39%（PG膜），0.28%（PG膜）和0.35%（PGC膜），分別下降了85.71%（對照組），57.14%（PG膜），69.66%（PG膜）和60.67（PGC膜）。有機酸除了賦予果蔬風(fēng)味之外，果蔬活細胞所需要的能量主要由此而來[29-30]，有機酸含量下降速率的快慢直接反映了呼吸作用的強弱[31]。結(jié)果表明，對照組砂梨中的好氧呼吸發(fā)生較激烈，較多營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，而包膜處理則延緩了砂梨呼吸作用，降低了砂梨的呼吸強度和生理代謝速度，從而減少了有機酸的消耗。同時，商品膜處理效果優(yōu)于PGC膜和PG膜處理的，其中商品膜處理的和試驗制作的PGC膜處理的效果相差不大，表明PGC膜能明顯減緩貯藏過程中砂梨有機酸含量的下降是抑制了砂梨的呼吸作用造成的。

2.3 膜處理對砂梨可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量和失重率的變化見圖2。

圖2 可溶性固形物含量和失重率的變化

作為水果甜味的主要來源，可溶性固形物（各種多糖類物質(zhì)積累的總和）也是作為果蔬呼吸作用的主要底物之一，其與果蔬中糖含量的高低呈正相關(guān)。由圖2（a）可知，砂梨的可溶性固形物含量都呈先上升后下降的趨勢，只是最高含量出現(xiàn)時間不同，如對照、商品膜組、PG膜組和PGC膜組分別在第10天、第50天、第40天、第40天到最大，分別為17.98%、18.75%、17.12%、18.87%，隨之緩慢下降。這是因為包膜處理降低了砂梨的代謝速度，減慢了多糖類物質(zhì)的水解速度，導(dǎo)致可溶性糖消耗較慢[32]，造成包膜處理后的砂梨仍具有較高含量的可溶性固形物。同時，PGC膜的保鮮效果也明顯優(yōu)于PG膜，表明油茶粕提取物添加制備的保鮮膜對砂梨保鮮效果起到有利的作用。

2.4 膜處理對砂梨失重率的影響

相比于包膜處理的砂梨，對照組砂梨失水較嚴重，而包膜處理的砂梨失水較少且它們之間的差異較小，其中商品膜處理的砂梨失重率最小，其次是PGC膜處理的砂梨，都明顯優(yōu)于PG膜處理的砂梨（如圖2（b）所示），這歸結(jié)于水分散失在減弱細胞緊張現(xiàn)象的同時加快分解了細胞中有機物質(zhì)，進而提高其呼吸消耗，導(dǎo)致果蔬正常的生理機能就要受到破壞，從而使果蔬對微生物感染的抗性明顯降低[33]，更能容易導(dǎo)致發(fā)生褐心病[4]，影響果蔬外觀品質(zhì)，降低其食用和商品價值。結(jié)果表明，PGC膜能明顯降低砂梨的失水，導(dǎo)致砂梨在冷藏過程中具有較低的失重率，從而保持了砂梨的品質(zhì)，提高了其食用價值和商品價值。

2.5 膜處理砂梨貯藏期間品質(zhì)的變化

2.5.1 砂梨外部感官品質(zhì)的變化

包膜處理組的砂梨貯藏90 d后，腐爛指數(shù)、失重指數(shù)及外部綜合指數(shù)都明顯優(yōu)于未包膜處理組，最優(yōu)的為商品膜包膜處理組，其次為PGC膜包膜處理組，這也表明油茶粕提取物的添加明顯有利于保持砂梨外部感官品質(zhì)。

貯藏90 d后梨外部感官評定結(jié)果見表2。

表2 貯藏90 d后梨外部感官評定結(jié)果

2.5.2 膜處理砂梨貯藏期間內(nèi)部品質(zhì)的變化

貯藏90 d后梨內(nèi)部品質(zhì)評定結(jié)果見表3。

包膜處理組的砂梨貯藏90 d后，可溶性固形物、還原糖、有機酸及內(nèi)部品質(zhì)綜合指數(shù)都明顯優(yōu)于未包膜處理組，最優(yōu)的為商品膜包膜處理組，其次為PGC膜包膜處理組，這也表明油茶粕提取物的添加明顯有利于保持砂梨內(nèi)部品質(zhì)。

2.6 膜對砂梨中酶活性的影響

表3 貯藏90 d后梨內(nèi)部品質(zhì)評定結(jié)果

膜對砂梨中多酚氧化酶和過氧化物酶活性的變化見圖3。

圖3 膜對砂梨中多酚氧化酶和過氧化物酶活性的變化

由圖3（a）可知，在貯藏期間，多酚氧化酶（PPO）酶活性不斷增加，對照組砂梨的PPO活性變化幅度較大且始終高于處理組，貯藏90 d后對照組砂梨中的PPO活性達到了213.12 U/g·FW，包膜處理組砂梨中的PPO活性隨貯藏時間延長都有一定的上升，商品膜、PG膜和PGC膜處理組梨的PPO活性在貯藏90 d時分別達到170.23，185.64，175.23 U/g·FW，但分別比對照組的PPO活性低。這主要是由于果實在采后貯藏過程中各種生理變化和環(huán)境因素導(dǎo)致果實中的PPO由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，而使其活性增強，而包膜處理延緩并減輕了這些生理和環(huán)境因素的影響，進而減緩結(jié)合態(tài)PPO轉(zhuǎn)化成游離態(tài)PPO。同時，商品膜優(yōu)于PGC膜和PG膜，PGC膜優(yōu)于PG膜的結(jié)果表明油茶粕提取物的添加有利于砂梨的貯藏。

所有試驗組中砂梨的過氧化物酶（POD）活性在貯藏初期較低，但隨著貯藏期的延長，所有包膜處理組砂梨的POD活性均呈現(xiàn)先逐漸升高后有所下降的趨勢，且POD活性在60 d達到高峰，但包膜處理能明顯地抑制砂梨的POD活性提高，在貯藏60 d時，對照組中砂梨的POD的活力達到33.78 U/g·FW，分別比PGC膜、PG膜和商品膜處理組的高出17.10，9.33，19.00 U/g·FW，商品膜處理砂梨的效果最好，POD酶活最高也只達到14.78 U/g·FW，PGC膜處理的最高達到16.68 U/g·FW（圖3（b））。包膜處理組明顯優(yōu)于對照組，商品膜和PGC膜處理效果相差不明顯，但是兩者都比PG膜處理的效果要好。

酚類底物在多酚氧化酶作用下發(fā)生氧化的直接結(jié)果之一就是導(dǎo)致水果黑心病的發(fā)生，黑心病是一種組織褐變現(xiàn)象，是因為酚類物質(zhì)在有氧的情況下被多酚氧化酶催化生成醌，再經(jīng)過脫水及聚合反應(yīng)生成黑褐色物質(zhì)而引起的[34]。砂梨富含酚類化合物，膜處理可減少砂梨O2的吸收和CO2的釋放，進而降低相關(guān)酶的酶活性，起到防治酶促褐變的作用，保持了果蔬的食用價值和商品價值[35]。

3 結(jié)論

包膜處理砂梨，以有機酸、還原糖和可溶性固形物含量等作為保鮮內(nèi)部理化指標分析了貯藏過程中梨的保鮮效果。結(jié)果表明，油茶粕提取物添加的PGC膜對砂梨的貯藏保鮮起到促進作用，隨著貯藏時間的延長，砂梨中有機酸和還原糖含量逐漸降低，對照組和PGC膜處理組中砂梨的有機酸含量分別降低85.71%和60.67%（貯藏90 d），在貯藏第30天時，對照組和PGC膜處理組中砂梨的還原糖含量分別下降了28.57%和16.01%（貯藏30 d）；相比于對照組，PGC膜處理組中砂梨的PPO和POD活性的提高也明顯受到抑制。