羧甲基壳聚糖在草莓保鲜中的应用效果研究

时间：2024-07-28

张胜文，冯伟，程思，李奥，周伟，王春维*

（武汉轻工大学食品学院，湖北武汉 430023）

草莓（strawberry）属蔷薇科草莓属浆果类果实，外观呈心形，营养价值高，富含维生素C。草莓成熟期短，柔软多汁，且缺乏坚硬的保护性外皮，采后极易碰伤腐烂变质，很难保鲜和延长货架寿命[1]。草莓采摘后常温下存放1～2d就会变色、失水萎缩、软化腐烂，以致草莓失去商品价值[2]。目前，常用于草莓保鲜的技术主要有：气调贮藏、速冻冷藏、采后热处理、辐照保鲜贮藏、保鲜剂保鲜等[3]，但这些方法存在成本较大、安全性不高等问题。因此寻找一种绿色无公害的草莓防腐保鲜剂来降低其腐烂率，延长贮藏保鲜期，最大限度地保持草莓的风味与品质已成为当前研究的热点。

羧甲基壳聚糖（carboxymethyl chitosan，CMCTS）是壳聚糖的一种水溶性衍生物，具有安全、无毒、廉价、抗菌和成膜性好等特点，满足现代果蔬保鲜贮运的基本要求。其作为一种优良的天然多糖涂膜保鲜剂，可在果蔬表面形成一层不可见的透明薄膜，该膜具有良好的气体选择通透性，调节果实内外气体交换，能有效降低果蔬的呼吸强度和蒸腾作用[4]。以草莓为材料研究了低温条件下草莓的保鲜效果，探究了不同浓度的羧甲基壳聚糖溶液对草莓在低温贮藏条件下品质及其生理活性的影响，为果蔬采后处理和贮运提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

壳聚糖（脱乙酰度＞90%）、羧甲基壳聚糖（脱乙酰度＞90%）：浙江澳兴生物科技有限公司；氢氧化钠、冰醋酸、浓盐酸、偏磷酸、抗坏血酸均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Evolvtion220扫描型紫外分光光度计：美国Thermo Fisher公司；AL204型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；PYX-150H-B恒温恒湿培养箱：广州韶关科力实验仪器有限公司；SB-5200DTN超声波清洗机：宁波新芝生物科技股份有限公司；PCWJ-10型超纯水机：成都品成科技有限公司；WNY-03温湿度计：常州盛之源仪器仪表有限公司；HHS恒温水浴锅：上海博讯实业有限公司；RCT B S25磁力搅拌器：德国IKA公司；TCL 205离心机等：长沙平凡仪器仪表有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 壳聚糖（chitosan，CTS）涂膜液的配制

取一定量的壳聚糖溶于1%醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，超声振荡15min得到透明溶液。按照上述方法分别配制质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%壳聚糖涂膜液备用。

1.3.2 羧甲基壳聚糖（CMCTS）涂膜液的配制

取一定量羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至溶解，超声振荡15min得到透明无色的溶液。按照上述方法分别配制质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%羧甲基壳聚糖涂膜液备用。

1.3.3 草莓的处理

将采回的草莓通风预冷1h后，挑选果实颜色鲜艳、无机械损伤、无霉斑、成熟度一致的草莓随机分组，分别放入上述不同质量分数的壳聚糖及羧甲基壳聚糖涂膜液中浸泡30s后捞出，再将草莓间隔2～3cm放置在通风处快速自然晾干。将空白对照组草莓置于蒸馏水中浸泡30s后取出，按照上述方法晾干。按组分别存放在19.5mm×12.5mm聚乙烯盒内，用0.02mm聚乙烯保鲜膜包装保湿，置于温度4℃，相对湿度70%～80%条件下贮藏，每天取一定数量的草莓果实测定其生理生化指标。

1.3.4 生理指标的测定

（1）失重率的测定[5]

（2）可溶性固形物含量的测定[6]

采用国标GB/T 10786—2006《罐头食品的检验方法》中折光计法进行测定。

（3）草莓中总酸含量的测定[7]

采用GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》中酸碱滴定的指示剂法测定，以柠檬酸为折算系数。

（4）草莓果实中VC含量的测定

VC含量的测定采用紫外快速测定法[8-9]。称取草莓10～50g，加入一定量的2%偏磷酸（浸提剂）迅速捣成匀浆，用浸提剂将样品转移至100mL容量瓶中，并用2%偏磷酸定容至刻度。在4 000r/min下离心15min，取上清液备用。分别吸取0.5mL澄清透明的提取液置于两个10mL的比色管中，一组加入6滴0.5mol/L NaOH溶液混匀后室温放置40min，再用2%偏磷酸定容至刻度，涡旋1min摇匀。一组用2%偏磷酸定容至刻度，涡旋1min摇匀。以待测加碱样品为参比，在波长243nm处，用1cm石英比色皿测定待测样品的吸光度值。用待测样品与待测加碱样品的吸光度差值查抗坏血酸标准曲线，可用下式计算出样品中维生素C的含量及损失率。

式中：m为样品质量，g；200为稀释倍数；C为从标准曲线上查得抗坏血酸的含量，μg/mL；V为测试时吸取提取液体积，mL。

式中：W1为涂膜处理保鲜样品中VC含量，mg/100g；W2为未处理样品中VC含量，mg/100g。

1.3.5 统计方法

以上处理均3次重复，使用Excel2003软件对数据进行统计分析，检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 涂膜对草莓失重率的影响

在贮藏过程中，由于果蔬的呼吸作用和蒸腾作用会导致草莓果实发生萎蔫和失重。萎蔫会严重影响果实的质地、光泽、风味等品质。通常失重超过5%，果蔬将出现明显的枯萎或发蔫现象[10]。因此在储藏、运输和销售过程中保持草莓的水分含量，减少营养物质的损耗尤为重要。失重率作为果蔬保鲜的一项重要指标，能直观反映出不同涂膜处理的保鲜效果。不同质量分数的羧甲基壳聚糖、壳聚糖处理组与空白对照组的草莓在贮藏期间失重率如图1所示。

图1 不同涂膜处理对草莓失重率的影响Fig.1 Effects of different treatment on weight loss of strawberry

由图1可知，涂膜处理组的草莓在贮藏过程中失重率均呈上升趋势，但低于对照组。不同处理草莓在贮藏5d后，对照组的失重率达到10.44%，而涂膜组的草莓失重率均不到9%。这主要是由于涂膜处理可以在草莓表面形成一层透明的薄膜，这层薄膜可以减少草莓在贮藏过程中水分的蒸发和营养物质的损失。另外，羧甲基壳聚糖和壳聚糖均具有一定的抑菌效果，在贮藏过程中能抑制有害微生物的生长，从而减少了草莓病理性失水。从图1可以看出，贮藏相同时间羧甲基壳聚糖涂膜组失重率小于壳聚糖涂膜组。其中，1.5%CMCTS和2.0%CMCTS涂膜处理的草莓失重变化最小，第5天的失重率分别为6.25%和6.11%。这表明羧甲基壳聚糖涂膜处理能有效阻止失重率的增加，与壳聚糖涂膜处理相比保鲜效果显著增强。

2.2 涂膜对草莓可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物包括可溶性糖类和可溶性蛋白质，其中可溶性糖类是草莓果实呼吸作用的底物，在贮藏过程中不断被消耗。可溶性固形物含量的高低可以在一定程度上反映贮藏过程中果蔬营养物质保留的多少[11]。不同质量分数羧甲基壳聚糖及壳聚糖溶液的涂膜处理对草莓可溶性固形物含量的影响如图2所示。

图2 不同涂膜处理对草莓可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effects of different treatment on soluble solids content of strawberry

由图2可知，随着贮藏时间的延长，草莓可溶性固形物的含量逐渐降低。处理组草莓的可溶性固形物含量均高于对照组。在贮藏后期，处理组草莓的可溶性固形物含量下降速率变缓。贮藏5d后，对照组、0.5%CTS、1.0%CTS、1.5%CTS、2.0%CTS组可溶性固形物保存率分别为54.52%、68.62%、69.44%、67.49%、67.13%，0.5%CMCTS、1.0%CMCTS、1.5%CMCTS、2.0%CMCTS组涂膜处理草莓的可溶性固形物保存率分别为68.06%、73.66%、74.54%和62.16%。结果表明，壳聚糖及羧甲基壳聚糖涂膜处理可以抑制草莓果实的呼吸作用，能有效减少贮藏过程中可溶性糖类的消耗，而且羧甲基壳聚糖涂膜处理可以更有效保持可溶性固形物含量，尤其是1.5%CMCTS涂膜处理，可溶性固形物含量可以达到74.54%。

2.3 涂膜对草莓总酸含量的影响

水果中总酸含量是决定其风味的一个重要因素，采摘后草莓的总酸不断消耗，其品质也逐渐下降。草莓果实中酸性物质主要是有机酸，包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸等。这些物质在草莓果实贮藏过程中，部分作为呼吸底物、合成能量三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）被消耗，另一部分转化为糖分[12-13]。贮藏期间不同处理组与对照组对草莓总酸含量的影响如图3所示。

由图3可知，草莓果实中的总酸随着贮藏时间的延长，含量逐渐降低，不同处理组的草莓中总酸含量随时间的变化呈现逐渐下降的变化趋势。在贮藏5d后，对照组的总酸含量降到0.302%，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%壳聚糖涂膜处理的总酸含量分别为0.422%、0.424%、0.470%、0.451%，0.5%、1.0%、1.5%、2.0%羧甲基壳聚糖涂膜处理组总酸含量分别为0.449%、0.468%、0.492%、0.410%，羧甲基壳聚糖涂膜处理组高于对照组和壳聚糖涂膜组。这说明羧甲基壳聚糖涂膜处理能在一定程度上隔绝空气，降低氧气的透过率，抑制草莓的呼吸作用，从而延缓草莓中总酸的降低速率。与壳聚糖涂膜相比，1.5%羧甲基壳聚糖涂膜处理更能有效地延缓贮藏过程中总酸的消耗，能较好地保存草莓的风味和品质。

图3 不同涂膜处理对草莓总酸含量的影响Fig.3 Effects of different treatment on total acid content of strawberry

2.4 涂膜对草莓VC含量的影响

VC是果蔬中一种重要的营养成分，人体摄入的VC有90%是从水果、蔬菜中摄取的。草莓中富含VC，但由于VC极易被氧化而损失[14]。贮藏期间不同处理组与对照组的草莓VC含量的影响如图4所示。

图4 不同涂膜处理对草莓Vc含量的影响Fig.4 Effects of different treatment on vitamin C content of strawberry

由图4可知，随着贮藏时间的延长，对照组和涂膜组草莓的VC含量均明显呈现下降趋势，涂膜组草莓VC含量降低的速率小于对照组。在贮藏5d后，空白对照组草莓的VC含量降到16.63mg/100g，损失率达59.9%；0.5%、1.0%、1.5%、2.0%壳聚糖涂膜处理组的损失率分别26.27mg/100g、27.70mg/100g、27.05mg/100g、23.08mg/100g；而含量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%羧甲基壳聚糖涂膜处理组草莓的VC含量分别为28.54mg/100g、29.83mg/100g、33.74mg/100g、25.22mg/100g。这说明涂膜处理在草莓表面形成的透明薄膜能降低氧气的通透性，使果实中的VC在一定程度上得以保存。与壳聚糖涂膜处理相比，羧甲基壳聚糖涂膜处理更能降低贮藏过程中VC的流失，其中1.5%羧甲基壳聚糖涂膜处理组草莓的VC含量最高，为33.74mg/100g。

3 结论

通过实验表明，最佳保鲜条件为：1.5%CMCTS涂膜处理草莓在4℃、湿度70%～80%条件下保藏5d后，其失重率为6.25%，可溶性固形物含量为74.54%，总酸含量为0.492%，VC含量为33.74mg/100g。羧甲基壳聚糖涂膜处理草莓感官性质良好，显著降低了失重率，且延缓了草莓可溶性固形物、总酸和VC的损失，相比壳聚糖涂膜处理能更有效地改善草莓感官品质，提高草莓保鲜效果。同时羧甲基壳聚糖涂膜处理无化学残留和毒副作用，不污染环境，易清洗，可作为较好的可食涂膜保鲜剂[15]。

羧甲基壳聚糖涂膜处理可在果蔬表面形成一层透明薄膜，这层膜可有效减少果蔬在贮藏过程中水分和营养物质的损失，并在内部形成一个低O2、高CO2浓度的微环境，一定程度上抑制果蔬的呼吸作用和其他生理代谢活动，减少果蔬内营养物质的消耗[16]。采用合适质量分数的羧甲基壳聚糖涂膜液对新鲜草莓处理还能增强草莓表皮的防护作用，适当覆盖表皮开孔抑制呼吸，防止微生物的侵入，并具有良好的抗菌防霉效果[17]，能达到延长草莓货架期的作用，是未来果蔬保鲜技术的发展发向之一。

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