楊 達(dá)，劉慧嫻，李東立*，許文才，廖瑞娟，石佳子，付亞波，王繼剛

（北京印刷學(xué)院 印刷包裝材料與技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102600）

‘巨峰’是一種滑皮葡萄品種，其果皮很容易與肉質(zhì)分離，其肉質(zhì)多汁、含糖量高、酸度溫和。‘巨峰’葡萄非常容易感染灰霉菌引起腐爛，且在貯藏期間由于失水，果梗易發(fā)生褐變。因此減少果穗的水分揮發(fā)速率和抑制褐變是保存葡萄的關(guān)鍵[1]，而要實現(xiàn)這兩個目標(biāo)需要采用的主要手段是濕度控制，增加貯存環(huán)境的相對濕度可以減少果穗水分流失[2]，然而只有降低貯存環(huán)境的相對濕度才有利于減少腐爛。因此，抑制腐爛和減少水分流失的兩個手段相互矛盾，許多保鮮研究都圍繞這兩個手段展開，最后不得不采用高相對濕度貯存環(huán)境來減少水分流失，附加采用SO2來抑制腐爛[3]；然而SO2主要與漿果的漂白有關(guān)[4-5]，使用SO2會對葡萄造成顯著的傷害[6-9]。較高的濕度可降低‘巨峰’葡萄的脫水率和褐變速率，并導(dǎo)致包裝內(nèi)濕度變大[10]。通過共混的工藝[11-12]、改變添加劑的種類和濃度[13-14]，或依靠預(yù)處理手段將活性纖維素接枝在薄膜的表面[15]，來改變薄膜的氧氣透過率（oxygen transmission rate，OTR）、二氧化碳?xì)怏w透過率和水蒸氣透過率（water vapor transmission rate，WVTR），以滿足水果對包裝袋透濕性和透氧性的需求；與此同時，還要兼顧薄膜的力學(xué)性能、加工工藝，最后得到適合某個特定水果的包裝，這種包裝薄膜的設(shè)計和制備過程十分復(fù)雜和困難。

氣調(diào)包裝是延長葡萄采后貯存期最常用和最有效的技術(shù)[16-17]，氣調(diào)包裝有助于減少葡萄綠色損失，維持其較高的品質(zhì)[18-20]。李麗梅等[21]研究表明，聚氯乙烯薄膜氣調(diào)包裝有利于抑制葡萄呼吸作用，延長貨架期。1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）是一種高效、安全、無毒的新型乙烯受體拮抗劑，可阻斷乙烯與受體的結(jié)合[22]。大量研究表明，1-MCP能夠延緩諸多果蔬成熟與衰老過程，從而延長貨架期[23-24]。顏廷才等[25]的研究表明，1-MCP有利于減少落粒、抑制腐爛。為此，本實驗室在氣調(diào)包裝的基礎(chǔ)上提出了一種新的多功能集成包裝設(shè)計方法，該方法適合于不同呼吸強(qiáng)度、不同貯存氣體環(huán)境（包括相對濕度）的水果。利用這種方法設(shè)計、制作多功能集成包裝，即雙功能集成包裝（dual-functional integrated packaging，DFIP）和三功能集成包裝（triplefunctional integrated packaging，TFIP），以葡萄為研究對象，對兩種包裝進(jìn)行評價。

DFIP與TFIP的特點在于能夠準(zhǔn)確控制水果的呼吸速率，以較少的、不造成無氧呼吸的O2供應(yīng)維持水果的代謝，盡可能延緩水果的成熟，使包裝內(nèi)部維持一個恒定的濕度，避免水汽凝結(jié)，而適宜的濕度會抑制灰霉菌的生長，防止褐變，可在不使用SO2的情況下，維持葡萄的品質(zhì)，延長貨架期。這種多功能集成保鮮包裝為果蔬保鮮拓展了思路，并為其提供了理論與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘巨峰’葡萄（總可溶性固形物（total soluble solid，TSS）質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.3%），采摘于北京大興農(nóng)場，水果在采摘前后沒有接受任何化學(xué)處理。選取顏色、大小統(tǒng)一，并且完全沒有表面損傷或灰霉菌感染的果實作為實驗材料。

O膜（高氧透膜）：實驗使用兩種不同OTR的O膜（O1膜和O2膜）。O1膜（OTR為2×105mL/（m2·d·atm），WVTR可忽略）是以25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）、5 0%線性低密度聚乙烯（linear low density polyethylene，LLDPE）、25%苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物共混后吹塑而成的薄膜；O2膜（OTR為4×105mL/（m2·d·atm），WVTR可忽略）是以25%LDPE、30%高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）、30%三元乙丙橡膠（ethylene propylene diene monomer，EPDM）共混后吹塑而成的薄膜[26]。

W膜（高濕透膜）（WVTR為140 g/（m2·d），OTR可忽略）是以80%普通纖維素粉、5%聚乙烯醇、15%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA）樹脂共混后流延而成的薄膜[27]。

MCP功能膜是可忽略O(shè)TR與WVTR的緩釋1-MCP功能薄膜，聚乙烯薄膜作為外層；4% 1-MCP作為活性成分吸附在96%環(huán)糊精載體上，得到5 g/m21-MCP/環(huán)糊精，將其添加到干法復(fù)合工藝所用的乙酸乙酯溶劑型黏結(jié)劑中作為中間層；5% EVA、75% LDPE與25% EPDM共混后吹塑而成的薄膜為內(nèi)層[28]。

2,6-二氯靛酚 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；草酸、酚酞、氫氧化鈉（均為分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

PAC CHECK 450EC氣體分析儀 美國MOCON公司；FHM-5水果硬度分析儀 日本Takemura Electric Works公司；PR-101á數(shù)顯折射儀 日本Atago公司；Neofuge 15R高速冷凍離心機(jī) 上海力申科學(xué)儀器有限公司；DT-200B電子天平 常州市金羊天平儀器廠；FS11數(shù)字電子溫濕度計 深圳百富盛公司。

1.3 方法

1.3.1 DFIP與TFIP的制備

選取一片自制的外形尺寸為20 cm×30 cm的O1膜，另一片自制的外形尺寸為20 cm×30 cm的W膜，利用黏合劑將兩片薄膜的三邊封合，得到一個DFIP；選擇另外一片自制的OTR更高的O2膜，外形尺寸為20 cm×15 cm，將其與外形尺寸為20 cm×15 cm的MCP功能膜用黏合劑將20 cm的一側(cè)拼接起來，形成一片總尺寸為20 cm×30 cm的MCP+O2集成薄膜，然后將該MCP+O2集成薄膜與外形尺寸為20 cm+30 cm的W膜三邊封合，制備出TFIP（圖1）。該TFIP的透氧和透濕能力與DFIP相同，只是增加了1-MCP的緩釋功能。DFIP與TFIP工藝參數(shù)如表1所示。

圖 1 TFIP結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Structural diagram of TFIP

表 1 DFIP與TFIP的工藝參數(shù)Table 1 Technological parameters of DFIP and TFIP

1.3.2 實驗分組

實驗分為對照組（不作任何處理）和DFIP、TFIP包裝組，隨機(jī)選擇葡萄果穗（約600～900 g/串）置于DFIP或TFIP并封裝，每個包裝中放一串，每組共40 串。每組均分為8 小組，每小組5 個平行樣品。所有組在25 ℃、相對濕度為50%～60%的條件下貯存，每天取樣測定葡萄品質(zhì)。

1.3.3 多功能集成包裝中CO2與O2體積分?jǐn)?shù)的測定

使用氣體分析儀每天同一時間段對所有DFIP和TFIP組內(nèi)的CO2與O2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行監(jiān)測。

1.3.4 水分損失率的測定

在測定包裝中的CO2與O2體積分?jǐn)?shù)后，對所有DFIP、TFIP（不開袋）與對照組稱質(zhì)量，水分損失率的計算見式（1）。

式中：m0表示初始質(zhì)量/g；m表示第n天的質(zhì)量/g。

1.3.5 果梗褐變指數(shù)的測定

在測定水分損失后，對所有組的葡萄果梗進(jìn)行褐變指數(shù)統(tǒng)計。褐變指數(shù)按式（2）進(jìn)行計算。

式中：L0表示葡萄串果梗的總長度/cm；L1表示發(fā)生褐變的果梗總長度/cm。

1.3.6 商業(yè)價值的評價

商品價值的評價由10 位經(jīng)培訓(xùn)后的評判員對外觀、口感和落粒的數(shù)量進(jìn)行打分，采取10 分制，評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。最后商業(yè)價值綜合分?jǐn)?shù)為外觀、口感與落粒的平均值，低于6 分即視為無商業(yè)價值。

表 2 商業(yè)價值綜合評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for comprehensive evaluation of commercial value

1.3.7 硬度的測定

使用水果硬度分析儀測定硬度。在水果的圓周上除去1 cm2的果皮，使用2 mm直徑的探針分別記錄硬度。探針的滲透速率為20 mm/min，滲透距離為10 mm，每個葡萄測一次，結(jié)果為隨機(jī)10 個葡萄的平均值。

1.3.8 TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

從每組的5 個平行樣品中隨機(jī)取出20 個良好的葡萄粒，榨取果汁并稱取10 g上清液，在500 mL蒸餾水中均化。將勻漿物以20 000 r/min離心30 min，取上清液用數(shù)顯折射儀測定TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.9 果汁VC含量的測定

使用2,6-二氯靛酚滴定法測定葡萄的VC含量。稱取10 g純葡萄果汁上清液于50 mL容量瓶中，使用體積分?jǐn)?shù)2%草酸溶定容至50 mL，取10 mL倒入50 mL錐形瓶中，用2,6-二氯靛酚滴定，直到溶液在劇烈搖動下變成粉紅色，并15 s內(nèi)不褪色。樣品中總VC含量通過與空白實驗（即使用2,6-二氯靛酚滴定50 mL體積分?jǐn)?shù)為2%草酸溶液）比較確定。計算每100 g果汁中的VC質(zhì)量，如公式（3）所示。

式中：V、V0分別表示滴定樣液、空白樣時消耗2,6-二氯靛酚溶液的體積/mL；T表示2,6-二氯靛酚溶液的滴定度（0.083 mg/mL）；m表示滴定時，錐形瓶樣液中含有的樣品質(zhì)量/g。

1.3.10 TA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

可滴定酸（titratable acid，TA）質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（4）[29]進(jìn)行計算。

式中：c為NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度/（mol/L）；V1、V2分別表示樣液、空白組滴定時所消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積/mL；m表示定容時溶質(zhì)的質(zhì)量/g；50為試樣浸提后定容體積/mL；K為換算檸檬酸質(zhì)量的系數(shù)（0.070）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄貯藏過程中包裝袋中O2和CO2的體積分?jǐn)?shù)

如果包裝頂空中O2濃度很低，很容易引起葡萄的無氧呼吸，包裝袋中將會出現(xiàn)霉味，并產(chǎn)生酒精發(fā)酵的味道；盡管葡萄屬于非呼吸躍變型水果，呼吸強(qiáng)度較低，但微弱的無氧呼吸作用會對果實起到催熟的作用，薄膜透氣性高可提供充足的氧氣，有利于減少密閉空間中由水果自身釋放出的乙烯量，抑制果實的成熟，從而有利于延長‘巨峰’葡萄的貨架期。因此為了避免在25 ℃以上的環(huán)境中發(fā)生無氧呼吸，本次實驗中DFIP和TFIP選用了兩種具有高透氧能力的薄膜，為葡萄的呼吸提供足量的O2，穩(wěn)定后包裝頂空O2體積分?jǐn)?shù)維持在17%左右（圖2）。在DFIP中，O2體積分?jǐn)?shù)從初始的20%降低到第8天的17.1%，而CO2體積分?jǐn)?shù)從初始的0逐漸升高到第8天的6.5%。這個現(xiàn)象說明在DFIP組葡萄在貯藏期內(nèi)呼吸強(qiáng)度一直在緩慢增加，葡萄成熟度逐漸提高。從頂空氣體體積分?jǐn)?shù)來分析，相對于DFIP，TFIP中的葡萄的呼吸強(qiáng)度明顯低于前者，且在6 d后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的O2和CO2體積分?jǐn)?shù)分別為17.5%和4.6%左右，這說明在DFIP和TFIP包裝中O2和CO2透過能力相同（因為O2膜面積為O1膜的一半，OTR為O1的2 倍）的情況下，MCP功能膜釋放的1-MCP對葡萄的呼吸強(qiáng)度起到了抑制作用[30]，并且能夠穩(wěn)定在一個相對較低的呼吸強(qiáng)度范圍內(nèi)。

圖 2 貯藏過程中不同包裝組內(nèi)的CO2和O2體積分?jǐn)?shù)Fig. 2 CO2 and O2 concentrations in DFIP and TFIP during storage

2.2 不同包裝處理對葡萄貯藏過程中水分損失率的影響

相對濕度100%的貯藏條件雖然可以減少水分流失、抑制果梗褐變，但高濕度環(huán)境下灰霉菌具有很高的活性，特別容易引起葡萄腐爛[4]；實驗2 d后，兩種包裝組內(nèi)相對濕度穩(wěn)定在95%左右，而此條件下灰霉菌的生長會遭到抑制[31]。由圖3可知，DFIP和TFIP組葡萄每天的水分損失率約為0.5%，到第8天時，兩種包裝中水分損失率均在4%左右，TFIP組葡萄的水分損失稍低一些。從水分損失方面看，1-MCP的作用不明顯。對照組葡萄每天損失約4%的水分，DFIP和TFIP包裝增加了葡萄貯存環(huán)境的相對濕度，減弱了蒸騰作用。W功能膜抑制了每天的水分流失，且不會引起包裝內(nèi)部水分的聚集。通過觀察，發(fā)現(xiàn)兩種包裝組內(nèi)并沒有灰霉菌的滋生，而且有效維持了葡萄的水分。

圖 3 不同包裝對葡萄在貯存期間水分損失率的影響Fig. 3 Effect of different packaging on water loss rate of grapes during storage

2.3 不同包裝處理對葡萄貯藏過程中果梗褐變指數(shù)的影響

褐變是影響葡萄商業(yè)價值的主要因素。對照組第2天果梗的褐變指數(shù)達(dá)到4以上（圖4），水分損失率接近4%（圖3），到第3天時已經(jīng)失去商業(yè)價值；由此可知，裸放葡萄的貨架期為2 d。對于DFIP包裝的葡萄，到第8天時雖然水分損失率為4%左右，但其果梗的褐變指數(shù)卻達(dá)到9，由此可見果梗褐變與水分損失之間沒有必要的聯(lián)系。對于DFIP包裝的葡萄，在貯藏第4天時褐變指數(shù)達(dá)到4，而TFIP包裝的葡萄水分損失率與DFIP相近，但是褐變指數(shù)卻相差很大，到第8天時，TFIP包裝的葡萄的褐變指數(shù)僅為2，這主要是1-MCP通過與乙烯受體發(fā)生不可逆結(jié)合，從而抑制乙烯與其受體的正常結(jié)合，阻斷乙烯反饋調(diào)節(jié)的生物合成，抑制果梗的呼吸代謝活動[32]。1-MCP通過對乙烯的抑制作用，從而減緩了褐變的發(fā)生，延長了貨架期。

圖 4 不同包裝對葡萄果梗在貯存期間的褐變指數(shù)的影響Fig. 4 Effect of different packaging on stem browning index during storage

2.4 不同包裝處理對葡萄貯藏過程中硬度的影響

剛采摘的葡萄含水量高，還沒有達(dá)到完全成熟，此時的硬度最高；隨著貯存時間的延長，葡萄水分損失率、成熟度增加，漿果細(xì)胞壁被酶分解，造成其硬度逐漸降低。由圖5可知，所有組別葡萄硬度在貯藏過程中均呈降低趨勢，其中對照組降低最快，其次是DFIP組，TFIP組硬度下降最慢。對照組的葡萄由于暴露在空氣中，較高的呼吸速率加速了葡萄成熟，貯藏的前5 d，硬度快速下降，5 d后硬度降低幅度減緩；與初始硬度相比較，第8天時硬度降低32%，僅有2.0 kg/cm2。DFIP包裝的葡萄，到第8天時硬度為2.48 kg/cm2，比對照組高24%，這歸功于DFIP包裝對水分的良好保持。TFIP包裝的葡萄第8天時硬度為2.75 kg/cm2，比對照組高37.5%。TFPI包裝組硬度下降較慢除了與TFIP包裝有利于減緩水分流失外，還與TFIP釋放1-MCP密切相關(guān)，1-MCP具有抑制植物生成乙烯、減緩呼吸強(qiáng)度的作用，也會抑制與軟化有關(guān)的酶活性[32]。

圖 5 不同包裝對葡萄貯藏期間硬度的影響Fig. 5 Effect of different packaging on hardness of grapes during storage

2.5 不同包裝處理對葡萄貯藏過程中營養(yǎng)成分的影響

圖 6 不同包裝對葡萄貯藏期間TSS（a）、TA（b）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和VC含量（c）的影響Fig. 6 Effect of different packaging on TSS (a), TA (b) and vitamin C (c)contents in grapes during storage

由圖6a可知，貯藏的前2 d，對照組TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)略微降低，這是因為葡萄屬于低呼吸速率的水果，代謝活動引起TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的程度較小，貯藏2 d后，TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈增加趨勢，這是因為對照組在貯藏過程中水分損失對TSS具有濃縮作用，2 d后水分流失對TSS的濃縮作用高于TSS被分解的速率；貯藏到第8天時，TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5%，但此時的葡萄已經(jīng)萎蔫，失去商業(yè)價值。DFIP和TFIP包裝的葡萄，貯存期內(nèi)水分流失少，對TSS濃縮作用很小，幾乎可以忽略，因此這兩組葡萄在貯藏期間TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直處于下降趨勢。在第8天時，DFIP和TFIP包裝的葡萄中TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是15.6%和15.9%；相對于DFIP，TFIP包裝中的1-MCP減緩了葡萄的呼吸強(qiáng)度[33]，使得其TSS消耗速率下降，因此其TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于DFIP組的葡萄。

葡萄中含有多種有機(jī)酸類營養(yǎng)成分，包括酒石酸、蘋果酸、抗壞血酸、乳酸、乙酸、檸檬酸等，尤其以檸檬酸含量最高。葡萄初始TA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.12%。對照組葡萄雖然存在水分流失對營養(yǎng)成分的濃縮作用，但從圖6b中可以發(fā)現(xiàn)，其TA質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量仍明顯緩慢降低，到第8天時降低到3.50%，DFIP和TFIP包裝的葡萄，在相同貯存時間時，TA質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高于對照組，說明DFIP和TFIP包裝環(huán)境能夠減緩有機(jī)酸的分解。DFIP和TFIP組葡萄TA質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不明顯，說明1-MCP對有機(jī)酸的分解幾乎沒有影響。

由圖6c可知，所有組葡萄的VC含量均隨貯存時間延長而逐漸降低；對照組葡萄的VC含量從初始的2.91 mg/100 g，逐漸降低到第8天時的1.87 mg/100 g；TFIP保鮮的葡萄，其VC含量始終高于DFIP和對照組，說明1-MCP對于維持葡萄貯藏過程中VC含量具有明顯的效果。

2.6 不同包裝處理葡萄在貯藏過程中的商業(yè)價值評分

表 3 貯存期間葡萄的外觀、口感、落粒和商業(yè)價值綜合分?jǐn)?shù)Table 3 Appearance, taste, abscission and commercial value scores of grapes during storage

由表3可見，在第3天時，對照組的葡萄失水率較高，外觀較差，果梗雖然已經(jīng)干燥褐變，但落粒率并不高，口感降低的趨勢也很明顯，略有點酒精味，甜度下降，在2 d內(nèi)具有商業(yè)價值；DFIP包裝的葡萄水分損失率得到有效控制，褐變低于對照組，但褐變不能得到有效控制，落粒率稍高于對照組，汁液多，甜度高，第5天時甜度降低，綜合評價貨架期達(dá)到4 d；TFIP保鮮的葡萄褐變在1-MCP的作用下被有效抑制，一直保持較好的外觀，對口感沒有產(chǎn)生負(fù)面影響，使葡萄的貨架期延長到8 d；該組葡萄一直保持很好的口感。

3 結(jié) 論

傳統(tǒng)包裝使用單一高分子膜設(shè)計生產(chǎn)，很難同時滿足果蔬對包裝的透氧和透濕的需求，而本實驗提出的多功能集成保鮮包裝設(shè)計不僅解決了這個難題，還可以在包裝中通過引入其他功能性薄膜，例如緩釋抗菌、乙烯抑制等薄膜，輔助透氧和透濕功能薄膜提高保鮮效果。本實驗中DFIP和TFIP包裝有利于保持葡萄的外觀、減緩果梗褐變發(fā)生、降低硬度損失和水分損失、維持VC含量和TSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)、保持口感。特別是TFIP中緩釋的1-MCP對于減緩褐變、維持漿果高硬度和VC含量、保持高品質(zhì)口感具有明顯的作用，能夠使葡萄的貨架期延長到8 d。