管 驍，李 律，劉 靜，趙 欣

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

大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜的抑菌效果及對(duì)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(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093； 2.上海海事大學(xué)信息工程學(xué)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(duì)草莓進(jìn)行涂膜處理，探討大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜對(duì)貯藏過程中草莓質(zhì)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(duì)草莓涂膜保鮮的效果。結(jié)果表明：經(jīng)涂膜處理后的草莓，其質(zhì)量損失率和腐爛率相較于空白組有明顯的改善。空白組在3 d內(nèi)質(zhì)量損失率達(dá)到6.8%，而涂膜組在4 d后質(zhì)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(duì)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(jié)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(yàn)結(jié)果表明大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性膜液對(duì)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(dá)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(shí)，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(shí)在常溫下放置1～3 d即開始變色，隨著貯藏時(shí)間的延長，草莓的質(zhì)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(guān)參數(shù)都會(huì)受到影響，這些變化使得草莓難以貯藏，最終失去營養(yǎng)價(jià)值。大麥醇溶蛋白是一種來源廣泛的谷物蛋白質(zhì)，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(zhì)間以較強(qiáng)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(huì)因?yàn)槲l(fā)黏，具有一定的抗水分子透過性質(zhì)。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(shù)的發(fā)展，具有微尺度效應(yīng)、量子效應(yīng)等性質(zhì)的納米粒子被發(fā)現(xiàn)可較大程度上改善材料的力學(xué)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(shí)可食膜中的鈦氧鍵對(duì)CO2和O2有吸附、溶解、擴(kuò)散和釋放作用，可有效調(diào)節(jié)膜內(nèi)外CO2和O2的交換量，從而保鮮食品。納米TiO2是國家批準(zhǔn)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(jī)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(xué)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(duì)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(shí)驗(yàn)材料

大麥粉、草莓購自當(dāng)?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?cè)噭┯邢薰?；?shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xué)試劑均為市售國產(chǎn)分析純。

1.2 主要設(shè)備

真空冷凍干燥機(jī)，上海東富龍有限公司；Avanti J-20XP型高速冷凍離心機(jī)，德國BECKMAN公司； TD-92型便攜式數(shù)顯折光儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；BROOKFIELD CT3型質(zhì)構(gòu)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(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 大麥醇溶蛋白提取

參照文獻(xiàn)[6]的方法進(jìn)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?jǐn)?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(zhì)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(píng)價(jià)

采用抑菌圈法評(píng)價(jià)涂膜液抗菌能力[6]。具體實(shí)驗(yàn)過程如下。

1)試驗(yàn)片制作 選擇吸水性強(qiáng)的濾紙，用打孔器打成若干個(gè)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(bǔ)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(xì)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(shè)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(yàn) 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(shí)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(duì)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(shí)間后，觀察抑菌圈大小，測(cè)量抑菌圈直徑。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，每隔600在不同的方向，對(duì)每個(gè)樣品的抑菌圈直徑各測(cè)量6次。

1.3.4 草莓涂膜處理

選擇無力學(xué)損傷，大小、成熟度一致的草莓，隨機(jī)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(jìn)行涂膜處理，另一組用大麥醇溶蛋白溶液涂膜作為對(duì)照組。再將每一個(gè)大組隨機(jī)分為兩個(gè)小組，一小組用于測(cè)定質(zhì)量損失率、硬度、可溶性固形物、Vc和總酸指標(biāo)，另一小組用于測(cè)定腐爛指數(shù)。將需進(jìn)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(duì)濕度為65%～71%)。

1.3.5 質(zhì)量損失率的測(cè)定

質(zhì)量損失率=(m0-mt)/m0×100%

(1)

式中：m0表示樣品的初始質(zhì)量，g；t表示貯藏時(shí)間，d；mt表示貯藏時(shí)間為t的樣品質(zhì)量，g。

1.3.6 硬度的測(cè)定

在圍繞草莓的赤道部位，間隔等距離的3個(gè)位置，用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定各個(gè)位置果肉的硬度。

1.3.7 可溶性固形物含量的測(cè)定

用便攜式數(shù)顯折光儀測(cè)定草莓可溶性固形物含量。

1.3.8 Vc含量的測(cè)定

[7]中的2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定Vc的含量。

1.3.9 總酸的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[8]中的酸堿滴定法測(cè)定草莓中的總酸。

1.3.10 腐爛指數(shù)的測(cè)定

0級(jí)：無腐爛、無傷害的新鮮草莓；

1級(jí)：爛斑小于1/4草莓面積的果實(shí)；

2級(jí)：爛斑大于1/4但小于1/2草莓面積的果實(shí)；

3級(jí)：爛斑大于1/2但小于3/4草莓面積的果實(shí)；

4級(jí)：爛斑大于3/4草莓面積的果實(shí)。

(2)

1.3.11 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平行測(cè)定3次，并采用SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)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(duì)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(duì)細(xì)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(duì)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(duì)金黃色葡萄球菌的抑制效果最好，但對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)草莓質(zhì)量損失率的影響

草莓含水量高達(dá)85%～95%，失水皺縮是影響草莓品質(zhì)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(huì)導(dǎo)致草莓質(zhì)量降低，出現(xiàn)嚴(yán)重的萎蔫現(xiàn)象，并且蒸騰失水是主要原因。考察涂膜處理對(duì)草莓質(zhì)量損失率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著貯藏期的延長，草莓的質(zhì)量損失率逐漸增大，對(duì)照組在3 d內(nèi)質(zhì)量損失率達(dá)到6.8%，而涂膜組在4 d后質(zhì)量損失率才達(dá)到6.2%，質(zhì)量損失率明顯小于對(duì)照組。這主要是由于草莓經(jīng)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(zhì)薄膜，且有納米粒子均勻地分布在蛋白的凝膠化網(wǎng)絡(luò)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(zhì)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(zhì)量損失率降低。宋賢良等[9]在研究納米TiO2/玉米淀粉復(fù)合涂膜對(duì)圣女果保鮮作用時(shí)也有類似的結(jié)論。

圖2 貯藏期間涂膜處理對(duì)草莓質(zhì)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(duì)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(shí)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(duì)草莓硬度的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，經(jīng)涂膜處理的草莓硬度下降速度比對(duì)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(shí)內(nèi)果膠物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與水分蒸發(fā)，并且由于添加了納米TiO2粒子，使膜內(nèi)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(duì)草莓硬度的影響Fig.3 Effects of coating on strawberry hardnessduring storage period

2.4 涂膜處理對(duì)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(shí)營養(yǎng)物質(zhì)保留的多少，影響著果實(shí)的品質(zhì)和口感?？疾焱磕ぬ幚韺?duì)草莓可溶性固形物含量的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知，隨著貯藏時(shí)間延長，草莓可溶性固形物含量逐漸降低。經(jīng)涂膜處理的草莓，其可溶性固形物含量均高于同一時(shí)間的對(duì)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(dòng)減弱，延緩了可溶性固形物的減少，降低了后熟速率，使果實(shí)的保鮮期延長。姚閩娜等[12]在研究魔芋葡甘聚糖涂膜對(duì)草莓保鮮時(shí)也有類似的研究結(jié)果。

圖4 貯藏期間涂膜處理對(duì)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(duì)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(jià)值的重要指標(biāo)，并且也是果實(shí)內(nèi)清除活性氧的抗氧化劑，對(duì)延緩果實(shí)衰老具有一定效果。因此考察涂膜處理對(duì)草莓Vc含量的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，對(duì)照組和經(jīng)涂膜處理的草莓中Vc含量隨貯藏時(shí)間的延長而逐漸下降，但在整個(gè)貯藏期間，經(jīng)涂膜處理的草莓Vc含量比對(duì)照組下降慢。貯藏6 d后，涂膜處理組與對(duì)照組的草莓Vc含量(以100 g草莓計(jì))分別為62.3、49.2 mg。表面涂膜處理對(duì)草莓中Vc能起到一定的保護(hù)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(huì)把Vc氧化，所以隨著貯藏時(shí)間的延長，Vc含量逐漸減少。經(jīng)涂膜處理后，草莓表面的可食性膜能有效地阻隔草莓內(nèi)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(jīng)涂膜處理后草莓中Vc的氧化。

圖5 貯藏期間涂膜處理對(duì)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(duì)草莓總酸含量的影響

酸度是構(gòu)成水果風(fēng)味的主要組成部分，一般通過測(cè)定總酸含量來判斷果實(shí)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。考察涂膜處理對(duì)草莓總酸含量的影響，結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，對(duì)照組和經(jīng)涂膜處理的草莓中可滴定酸量均呈下降趨勢(shì)，并在貯藏期前5 d明顯下降。對(duì)照組在貯藏5 d時(shí)可滴定酸百分?jǐn)?shù)降到0.44%，而經(jīng)涂膜處理組其可滴定酸百分?jǐn)?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(dòng)，而有機(jī)酸是其代謝活動(dòng)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(shì)[13]。經(jīng)涂膜處理后草莓的呼吸強(qiáng)度明顯減弱，使有機(jī)酸的消耗減少，因此涂膜處理過的草莓總酸含量相對(duì)較高。

圖6 貯藏期間涂膜處理對(duì)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(duì)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?？疾焱磕?duì)草莓腐爛率的影響，結(jié)果見圖 7。由圖7可以看出，對(duì)照組草莓在整個(gè)貯藏期間的腐爛指數(shù)明顯高于涂膜處理組，貯藏10 d時(shí)，對(duì)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(shí)貯藏期間的腐爛指數(shù)?？赡艿脑蚴峭磕ぬ幚砟軌蜻m當(dāng)堵塞果蔬表面的氣孔，從而抑制果實(shí)的呼吸作用，延緩產(chǎn)品后熟，并且減輕草莓表皮機(jī)械損傷。

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

3 結(jié)論

本文研究表明大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜液對(duì)草莓具有較好的保鮮效果。隨著貯藏時(shí)間的增加，草莓的質(zhì)量損失率和腐爛率呈遞增的變化趨勢(shì)，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(shì)。經(jīng)涂膜處理后的草莓，其質(zhì)量損失率和腐爛率均低于對(duì)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(duì)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(zé)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(xué)基金(31101348)；上海市自然科學(xué)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(shù)，E-mail:gnxo@163.com

TS210

A

1672-3678(2016)06-0061-05