可食性多糖涂膜果蔬保鲜技术研究及发展

《食品保藏与物流》题目：可食性多糖涂膜果蔬保鲜技术研究及发展学院(系)：食品科学与工程学院专业年级：食品工程2015级学生学号：2015051430学生姓名：任璐可食性多糖涂膜果蔬保鲜技术研究及发展摘要：近年来可食膜的迅速发展为食品保鲜领域提供了新方法，而可食性多糖保鲜膜由于其生物可降解、可食、透湿性好等优点，更成为国内外科研人员的研究热点。本文综述了常见的多糖膜的分类及性能，重点对植物胶类多糖可食膜在果蔬中的应用进行了详细的介绍，并对多糖膜存在的问题和今后的发展方向进行了展望。关键字：果蔬；贮藏保鲜；多糖；可食膜；植物胶我国是果蔬生产大国，由于果蔬的生长季节性强，易在贮藏期间大量失水而导致严重萎蔫、衰老黄化和腐烂，给贮藏带来极大的困难，致使我国果蔬采后造成数百亿的经济损失。因此，研究高质量的果蔬贮藏保鲜技术已迫在眉睫。目前果蔬贮藏保鲜技术包括冷藏保鲜、气调贮藏、化学方法保鲜、涂膜保鲜等。其中，冷藏保鲜和气调贮藏能耗高、资金回收期长、设备昂贵、技术不易掌握；化学方法保鲜容易产生化学残留、对果蔬造成二次污染。比之于这些不足，涂膜保鲜是一种操作简便、投资低、安全环保的绿色保鲜方法。多糖类物质具有来源广泛、经济实用等优势，更成为涂膜保鲜中的热点研究对象。可食性多糖膜是指以天然可食性生物大分子物质（多糖）为原料，添加安全可食的交联剂等物质，通过一定的工序处理使不同成膜剂分子间产生相互作用，干燥后而形成的具有一定选择透过性和力学性能的薄膜。可食性多糖涂膜保鲜应具备以下特征：能够适当调节食品表面的气体（乙烯、O2和CO2等）交换作用，调控果蔬等的呼吸作用；能够改善食品的外观品质，减少食品内外部水分的蒸发，提高食品的商品价值；具有一定的抑菌性，还可作为防腐剂的载体从而防止微生物污染；能够在一定程度上减轻表皮的机械损伤等。可食性多糖膜主要有以下几种，并对他们做一简单的概述。一、壳聚糖类可食膜，壳聚糖（chitosan，CTS）又名脱乙酰甲壳素，是甲壳素脱乙酰基后的产物，又称聚甲壳糖、甲壳胺、聚氨基葡糖、可溶性甲壳素、粘性甲壳素等。壳聚糖化学名称是聚（1，4）-苷-2-氨基-β-D-葡萄糖，是由大部分2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和少量2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖通过β-（1，4）糖苷键连接的二元线性聚合物，是自然界中存在的众多天然多糖中唯一丰富的碱性多糖。壳聚糖具有成膜性，当该物质喷涂于果蔬表面，待溶剂挥发后，被处理的果蔬表面形成一层透明的无色薄膜，即壳聚糖分子形成层层交联的膜层壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，为氨基多糖，具有良好的成膜性和广谱抗菌性，不溶于水而溶于稀酸等性质，在果蔬涂膜保鲜方面得到了较为广泛的应用。孟祥红等[1]通过研究离体和活体条件下壳聚糖与壳寡糖对四种同属不同种青霉菌菌丝与孢子的抑制作用发现，随着壳聚糖与壳寡糖浓度的升高，离体条件下抑菌效果逐渐增强，且壳聚糖的抑菌效果优于壳寡糖。Martínez-Camacho等[2]研究发现，从虾废料中提取的壳聚糖和商业用壳聚糖的抑菌性并无差异，且二者均显示出相似的玻璃化温度；玻璃态转化温度TG值与抗拉伸率呈负相关，壳聚糖膜的TG值较对照组（玻璃纸）低，说明壳聚糖膜具有较高的抗拉伸强度。目前壳聚糖主要研究方向已由局限于自身性质的研究转向其改性的研究，从而保鲜效果有了明显改善。根据FT-IR光谱分析可知，壳聚糖膜的抑真菌性与壳聚糖氨基基团和增塑剂山梨醇或聚合物的羟基间的氢键构造有关，且增塑剂山梨醇的添加可增强壳聚糖膜的抗拉伸强度。Xiao等[3]对鲜切梨进行纯氧预处理，并结合壳聚糖涂膜、添加迷迭香提取物进行贮藏保鲜，结果显示相较于未添加迷迭香提取物、只进行纯氧预处理及壳聚糖涂膜保鲜的鲜切梨，添加迷迭香后的壳聚糖保鲜可更好地抑制多酚氧化酶活性、果实软化和质量损失，并可更好增强果实硬度，增加可溶性固形物含量。该处理可更好改善鲜切梨性能，并延长其货架期。Ghasemnezhad等研究发现[4]，添加吐温80制成壳聚糖涂膜液，可使枇杷抗氧化性能显著增强。二、淀粉类可食膜，淀粉成膜机理主要利用其凝沉特性，凝沉的发生主要是由于直链淀粉分子的结合，直链淀粉含量越高，分子间结合越容易，凝沉越易发生。淀粉基可食膜主要以淀粉中的直链淀粉为基质，但这种淀粉膜在低pH下透氧性小，较脆易断，因此可加入增塑剂（多元醇、类脂质等）或增强剂（动植物胶等）以增大透气性。从添加的增塑剂上看，Riku等[5]的研究认为，甘油较木糖醇和山梨醇对淀粉膜的物理和机械性能有更好的增塑作用。甘油的添加量、淀粉交联度均与共混材料的兼容性呈正相关。单纯的淀粉膜防水、防油性差，易脆裂等缺点，可添加海藻酸钠、明胶等增强剂进行改善。Chiumarelli等的研究表明[6]，鲜切芒果经5g/L柠檬酸浸泡结合10g/L木薯淀粉涂膜处理保鲜，相较于对照无处理的芒果呼吸速率有41%的降低，且处理后的芒果贮藏期内质地及色泽均得到更好的保持，涂膜处理对类胡萝卜素的形成和褐变反应亦有延迟作用。三、改性纤维素可食性膜，天然的纤维素聚合物分子链结构紧密，不溶于中性溶剂，碱处理后与甲氧基氯甲烷或氧化丙烯反应可制得羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）、羧丙基甲基纤维素（HPMC）和羧丙基纤维素（HPC）等，它们均可溶于水并具有良好成膜性，因此可作为涂膜剂的基质。改性纤维素具有良好的成膜性但阻气性较差，通常加入增塑剂（甘油、脂肪酸等）加以改善。增塑剂的种类和浓度对纤维素膜的机械性能有所影响，赵力超等[7]指出，增塑剂对膜性能的影响取决于增塑剂和膜材料的相容性，甘油对CMC膜的增塑效果较好，而聚乙二醇对MC膜的增塑效果较好。甘油含量对膜透氧性能的影响较弱，而对抗拉伸强度、透油性、透湿性等的影响显著[8]。四、植物胶类可食膜，植物胶是一类重要的多糖涂膜保鲜材料。目前，已知的植物胶多是由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖等单糖和其相应的糖醛酸按一定的比例组成的多糖。根据植物胶的存在位置不同可将其分为细胞内多糖、细胞壁多糖和细胞外多糖。根据植物胶的来源不同可分为树胶、海藻胶（如海藻酸钠、卡拉胶）、植物种子胶（如瓜尔胶、长角豆胶、半乳甘露聚糖）、茎叶果实提取胶（如芦荟胶、果胶、葡甘聚糖）、根和块茎胶（如魔芋胶）等。植物胶易溶于水并可溶胀水和形成高粘度溶胶液。海藻酸盐是从褐藻中提取的天然物质，由1-4-β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸组成。多价金属离子尤其是Ca+可与海藻酸盐反应，这有助于海藻酸盐立体网状结构的形成。经交联化处理的多价阳离子可改善海藻酸盐膜本身的亲水性、机械阻力、凝聚力和硬度。卡拉胶又名角叉菜胶，是一种硫酸酯海藻多糖，较塑料膜有很好的阻气性，可以减弱果蔬的呼吸速率和熟化程度。虽然卡拉胶的透湿率高，但它可以通过吸收水分而非充当屏障来暂时阻止水分的损失[9]。果胶是所有陆生植物初生细胞壁的主要成分，可通过酸解醇析法、酸解盐析法、酶萃取法、微波萃取法等方式获取。果胶溶于水后可形成粘稠的胶溶液，影响果胶凝胶强度的主要因素是其酯化度和分子量。一般随分子量增大，果胶的凝胶强度增强；高酯果胶的凝胶速度与酯化度成正比，而低酯果胶的凝胶速度随酯化度的降低而加快[10]。芦荟胶是一种新型抗菌涂膜材料，国内应用较少。芦荟胶具有抗真菌活性，可减轻由匍枝根霉、葡萄孢菌和青霉菌造成的果实腐烂程度，芦荟胶膜还可阻止果蔬表皮的气体扩散，改善内部环境，通过减弱呼吸作用、乙烯生成、失重和软化从而减缓果蔬成熟过程。果蔬质地随中间层和初级细胞壁组成的化学成分以及可改变细胞壁质地的果胶多糖降解的变化而变化，由此Diana提出假设[11]，芦荟胶涂膜可减缓果胶降解酶的降解速度，从而改善果蔬质地。Guillén等[12]的研究表明，用芦荟胶对采收后的蜜桃和李子进行涂膜保鲜，有助于减缓呼吸跃变型果蔬的乙烯合成和质量损失情况。魔芋葡甘聚糖是一种水溶性非离子型多糖，具有耐水性、阻湿性、抑菌性差，机械性能低等缺陷，而经物理共混和化学改性后，形成的膜的性能（强度、耐水性、阻湿性、成膜性等）得到改善，应用范围亦随之扩大[13-14]。Suriyan等[15]指出，与对照无处理蒲桃相比，鲜切蒲桃经1%魔芋葡甘聚糖涂膜液浸泡处理并于4±2℃、90±2%RH下贮藏6d，其失重率显著降低、总酚含量提高、PPO和POD活性显著降低，因而蒲桃可更好地保持其感官品质，显著改善鲜切桃的褐变情况。具有保护阻滞性、价格经济、安全无污染等特点的多糖类可食性膜的应用领域正在逐渐扩大，然而多糖类可食性膜的保鲜机理仍需进一步探索，并且仍需大量的研究来提高膜性能及实用性。就目前国内外的研究情况可以看出，多糖可食性膜还存在着机械强度小、透水透气性差、干燥时间长等不足。因此多糖可食膜需要添加其他复配剂以达到更好的抑菌及保鲜效果。同时也需要根据果蔬的生理生化特性，寻求合适的成膜材料并优化成膜工艺以提高多糖类膜的性能。选用天然水溶性多糖材料作为成膜剂，以乳化剂、防腐剂、疏水性物质、酶等活性物质作为辅基膜液，通过成膜材料的改性或交联，制备具有合适的透水透气性和机械强度、防腐、抑制褐变等优势的多功能多糖类可食性膜在今后会有更广阔的发展空间。参考文献[1]马增新，杨玲玉，孟祥红.壳聚糖和壳寡糖对四种青霉病菌生长和病害控制的比较研究［J］.食品科学，2011（32）：72-77.[2]Martínez-CamachoAP，Cortez-RochaMO，Ezquerra-BrauerJM，etal.Chitosancompositefilms：thermal,structural，mechanicalandantifungalproperties［J］.CarbohydratePolymers，2010（82）：305-315.[3]XiaoCL，ZhuLW，LuoW，etal.Combinedactionofpureoxygenpretreatmentandchitosancoatingincorporatedwithrosemaryextractsonthequalityoffresh-cutpears［J］.FoodChemistry，2010，121（4）：1003-1009.[4]GhasemnezhadM，NezhadMA，GerailooS.Changesinpostharvestqualityofloquat（Eriobotryajaponica）fruitsinfluencedbychitosan［J］.HortEnvironBiotechnol，2011，52（1）：40-45.[5]RikuA，HelenH，JouppilaK，etal.Effectofvariouspolyolsandpolyolcontentsonphysicalandmechanicalpropertiesofpotatostarch-basedfilms［J］.CarbohydratePolymers，2007，67（3）：288-295.[6]ChiumarelliM，PereiraLM，FerrariCC，etal.Cassavastarchcoatingandcitricacidtopreservequalityparametersoffresh-cut“tommyatkins”mango［J］.JournalofFoodScience，2010，75（5）：297-304.[7]赵力超，彭志妮，游曼洁，等.增塑剂对改性纤维素膜性能的影响及其机理研究［J］.食品科学，2010，31（1）：105-109.[8]李东娜，马小军，王晓敏，等.甘油含量对NMMO工艺天然纯纤维素膜性能的影响［J］.功能材料，2012，43（17）：2377-2384[9]HamzahHM，OsmanA，TanCP.Carrageenanasanalternativecoatingforpapaya（CaricapapayaL.Cv.Eksotika）［J］.PostharvestBiologyandTechnology，2013（75