王東坤，陳丁，郭娜，張方艷，朱桂蘭

(合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥，230061)

食品包裝材料是影響食品貯藏期的重要因素，目前生活中常見(jiàn)的多為塑料包裝[1]，這種包裝材料雖然能夠減緩食品腐敗速度，延長(zhǎng)食品貯藏期，但長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)食品本身品質(zhì)產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[2]，因此尋找出一種更加安全綠色的保鮮材料顯得尤為迫切。近年來(lái)，具有可降解、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的可食用復(fù)合膜材料成為研究熱點(diǎn)[3-4]。

荸薺是一種具有較高營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值的水生植物，同時(shí)還具有消食、醒酒等功能[5]。目前，人們常用窖藏、缸藏和NaClO溶液保藏等方法對(duì)荸薺進(jìn)行保鮮[6]，這一類(lèi)傳統(tǒng)方法，具有其特有的優(yōu)點(diǎn)，但都不易解決貯藏過(guò)程中荸薺腐敗變質(zhì)和失水嚴(yán)重的問(wèn)題，因此人們正在尋找一種更佳的荸薺保鮮方法。

瓜爾豆膠是以半乳甘露聚糖為主要成分的天然多糖化合物，有很好的成膜性和穩(wěn)定性，能夠與其他多糖膠復(fù)配，形成復(fù)配溶液[7-8]。而結(jié)冷膠是一種成膜性能好，凝膠能力強(qiáng)的多糖[9-11]。將以上2種膠液按特定比例混合復(fù)配，并在混合體系中加入適量甘油，經(jīng)干燥后能得到復(fù)合膜。這種復(fù)合膜，不僅是一種天然的可食用膜，不會(huì)對(duì)人體造成危害，還能夠發(fā)揮2種復(fù)配膠的協(xié)同作用，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，帶來(lái)更大的收益[12]。

乳酸鏈球菌素(Nisin)是一種具有較強(qiáng)抑菌性的天然多肽物質(zhì)，能被人體內(nèi)的相關(guān)酶分解，具有很高的安全性[13]。向復(fù)合膜中添加Nisin，制備出抗菌性復(fù)合膜，能更好地滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)食品品質(zhì)的要求。

本論文以結(jié)冷膠、瓜爾豆膠和Nisin為主要原料制備復(fù)合膜，測(cè)定了不同Nisin濃度下復(fù)合膜的抑菌效果，并且對(duì)荸薺進(jìn)行涂膜保鮮，通過(guò)測(cè)定相關(guān)指標(biāo)變化，以探究其保鮮效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瓜爾豆膠(食品級(jí))，江西富之源生物科技有限公司；結(jié)冷膠(食品級(jí))，河南安銳生物科技有限公司；乳酸鏈球菌素(食品級(jí))，洛陽(yáng)奇泓生物科技有限公司；新鮮荸薺，合肥市蜀山區(qū)錦繡菜市場(chǎng)；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT plus型物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro System公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 復(fù)合膜的制備

稱(chēng)取0.24 g瓜爾豆膠置于磁力攪拌器上攪拌，再將0.96 g結(jié)冷膠置于蒸餾水中，放入80 ℃左右的水浴鍋中加熱攪拌，待兩者充分溶解后混合定容至60 mL，共配制6組復(fù)合膜液，再加入Nisin(Nisin的最終質(zhì)量濃度為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L)于復(fù)合膜液中，同時(shí)加入一定量甘油，混合均勻倒入模具，置于60 ℃干燥箱中干燥24 h，取出備用。

1.3.2 復(fù)合膜抑菌性的測(cè)定

采用抑菌圈法[14]。

1.3.3 復(fù)合膜對(duì)荸薺保鮮試驗(yàn)

用蒸餾水清洗荸薺，晾干后，隨機(jī)分成3組進(jìn)行不同處理。其中，對(duì)照組不處理；膜組采用結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜處理；Nisin-膜組采用0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜處理。將不同處理的荸薺編號(hào)，裝入袋中，置于4 ℃條件下保藏，并間隔5 d取樣，檢測(cè)相關(guān)性能。

1.3.4 荸薺相關(guān)指標(biāo)測(cè)定[15-16]

失重率測(cè)定：在3組中任取6個(gè)荸薺單獨(dú)放置，每隔5 d測(cè)定1次荸薺質(zhì)量變化，以失重率表示，按公式(1)計(jì)算：

(1)

好果率測(cè)定：每隔5 d將各組荸薺從袋中取出，觀察并記錄荸薺果實(shí)的腐爛、霉變情況，將未發(fā)生腐爛和霉變的荸薺記為好果，計(jì)算好果率，按公式(2)計(jì)算：

(2)

質(zhì)構(gòu)測(cè)定：用質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)果肉進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析。每組隨機(jī)選取6個(gè)荸薺，切成大小均勻的塊狀，利用標(biāo)準(zhǔn)壓縮平板探頭(SMS P/50)進(jìn)行40%壓縮試驗(yàn)測(cè)定。探頭測(cè)定速率是1 mm/s，自動(dòng)觸發(fā)力為5 g。硬度取最高的峰值，脆度為探頭移動(dòng)到第1個(gè)峰值。

果肉電導(dǎo)率測(cè)定：每組隨機(jī)選取6個(gè)荸薺，采用電導(dǎo)儀測(cè)定。

可溶性固形物含量：采用阿貝折光儀測(cè)定。

過(guò)氧化物酶(POD)活性：愈創(chuàng)木酚法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件處理平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差，SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性分析，origin 8.5軟件進(jìn)行折線(xiàn)圖的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜的抑菌性能

根據(jù)表1可看出，Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌及面包酵母均有抑制作用，并且隨著Nisin添加量的增加，產(chǎn)生的抑菌圈也隨之增大，抑菌性增強(qiáng)。

表1 Nisin濃度對(duì)復(fù)合膜的抑菌性Table 1 Effect of Nisin on the antimicrobial activities ofthe composite film

注：同列肩標(biāo)的小寫(xiě)字母相同，表示其顯著性相同(P>0.05)；字母不同，則表示顯著性也不同(P<0.05)。

對(duì)于枯草芽孢桿菌與大腸桿菌，當(dāng)Nisin質(zhì)量濃度達(dá)到0.5 g/L時(shí)，抑菌圈達(dá)到最大，并且與其他濃度相比，具有顯著性差異(P<0.05)，此時(shí)復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌的抑菌效果最強(qiáng)，而對(duì)于面包酵母，當(dāng)Nisin質(zhì)量濃度從0.3變化到0.5 g/L時(shí)，雖然抑菌圈在變大，但并不具有顯著性差異(P>0.05)，因此可認(rèn)為，當(dāng)Nisin質(zhì)量濃度為0.3 g/L時(shí)，復(fù)合膜對(duì)面包酵母的抑菌性已達(dá)到最強(qiáng)。

以上現(xiàn)象與Nisin的抑菌機(jī)理密切相關(guān)。目前，雖然人們尚未完全清楚精準(zhǔn)的Nisin抑菌機(jī)理，但學(xué)者們普遍認(rèn)為，Nisin能夠影響細(xì)菌細(xì)胞膜的形成，它能夠造成細(xì)胞內(nèi)許多物質(zhì)流出，使細(xì)胞內(nèi)外滲透壓被改變，造成細(xì)胞破裂死亡，從而起到抑菌作用[17-19]。并且當(dāng)Nisin的質(zhì)量濃度較高時(shí)，更容易造成細(xì)胞裂解，因此增加Nisin的添加量，抑菌效果更明顯。

同時(shí)，由表1可知，Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌及面包酵母的抑制作用存在差異。例如，在0.5 g/L Nisin的質(zhì)量濃度下，枯草芽孢桿菌的抑菌圈大小約為7.07 mm，而大腸桿菌和面包酵母的抑菌圈大小分別約為4.53和3.78 mm，復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌的抑制作用要明顯強(qiáng)于另外2種菌，而枯草芽孢桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性菌，這符合Nisin對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌較敏感的特性。

2.2 Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜對(duì)荸薺保鮮的影響

2.2.1 好果率

圖1顯示，隨著貯藏時(shí)間的增加，3種不同處理組的荸薺好果率均有所下降，但在貯藏期內(nèi)，經(jīng)結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜和0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜處理后的荸薺好果率都要高于對(duì)照組，同時(shí)0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組也高于結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組，這表明結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液可以在一定程度上延緩荸薺的腐敗，對(duì)荸薺具有保鮮作用，而當(dāng)在復(fù)合膜液中加入Nisin后，這種保鮮作用得到加強(qiáng)。這可能是因?yàn)楫?dāng)結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜液涂抹在荸薺表面，晾干后形成一層薄膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)荸薺起到一定的保護(hù)作用，降低了荸薺與外界微生物接觸的可能性，從而達(dá)到保鮮作用，而Nisin作為一種天然抑菌劑，它能夠提高結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜的抑菌能力，加強(qiáng)膜的保鮮效果，延緩荸薺的腐敗速度[20-21]。

圖1 荸薺好果率的變化Fig.1 The change of good fruit rate of water chestnuts

2.2.2 失重率

隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，荸薺內(nèi)部的水分會(huì)逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致荸薺的質(zhì)量下降。由圖2可知，各方法處理后的荸薺失重率都在增加，但趨勢(shì)不同，對(duì)照組的失重率增加趨勢(shì)最明顯，而結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜和0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組的趨勢(shì)要優(yōu)于對(duì)照組。這表明結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜能夠延緩荸薺失水，這可能是結(jié)冷膠與瓜爾豆膠形成的復(fù)合膜分子結(jié)構(gòu)較為致密[22]，能夠有效阻止水分散失。但2個(gè)涂膜組間的差距并不明顯，這表明Nisin的加入，未能改善荸薺的失重率變化。

圖2 荸薺失重率的變化Fig.2 The change of weight loss of water chestnuts

2.2.3 質(zhì)構(gòu)分析

從圖3可以看出，荸薺的硬度與脆度變化呈現(xiàn)不同的規(guī)律，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，荸薺硬度先下降后上升，而脆度則一直下降。如：從第0～15天，荸薺的硬度和脆度都有所下降，但15 d后，硬度突然上升，且在第25天，達(dá)到最大，而脆度則繼續(xù)下降，且下降速率要高于之前，這可能是由于從第15天后，荸薺果肉失水蒸發(fā)嚴(yán)重，使得荸薺果肉細(xì)胞受損加重，失去活性，進(jìn)而加速了荸薺組織結(jié)構(gòu)的破壞，果實(shí)表皮皺縮，導(dǎo)致荸薺硬度突然增大，脆度下降嚴(yán)重。

圖3 荸薺硬度和脆度的變化Fig.3 The change of hardness and brittleness of waterchestnuts

2.2.4 果肉電導(dǎo)率

由圖4可知，在貯藏期內(nèi)，各處理組果肉的相對(duì)電導(dǎo)率都在上升，而相對(duì)于對(duì)照組，涂膜組的相對(duì)電導(dǎo)率要低。這說(shuō)明在貯藏過(guò)程中，荸薺果肉細(xì)胞受到破壞，細(xì)胞膜受損變得嚴(yán)重，相對(duì)電導(dǎo)率開(kāi)始逐漸上升，而涂膜處理能夠抑制果肉電導(dǎo)率的上升，表明復(fù)合膜對(duì)荸薺果肉細(xì)胞能夠起到保護(hù)作用，延緩細(xì)胞膜受損。并且0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠涂膜組的電導(dǎo)率要低于結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組，表明前者的作用效果要更好。

圖4 荸薺果肉相對(duì)電導(dǎo)率的變化Fig.4 The change of relative conductivity of water chestnuts

2.2.5 可溶性固形物含量

從圖5可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各組荸薺的可溶性固形物含量均逐漸下降。4 ℃存放的荸薺，在貯藏期內(nèi)，可溶性固形物含量下降速率基本一致，變化范圍也較小；而室溫下貯藏的荸薺，在5 d后，可溶性固形物下降速率開(kāi)始增大，并且結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組和0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠涂膜組的下降趨勢(shì)要稍緩和于對(duì)照組。涂膜組的可溶性固形物含量都要高于對(duì)照組。以上結(jié)果表明，荸薺在貯藏過(guò)程中可能由于呼吸作用，使得糖類(lèi)被消耗，導(dǎo)致可溶性固形物含量下降，而對(duì)荸薺涂膜后，復(fù)合膜可能減緩了荸薺的代謝速度，使得糖類(lèi)物質(zhì)的消耗減慢，故可溶性固形物含量也相對(duì)較高[23]。

圖5 荸薺可溶性固形物含量的變化Fig.5 The change of soluble solids content of waterchestnuts

2.2.6 過(guò)氧化物酶(peroxidase, POD)活性

POD活性可用來(lái)反映果蔬的品質(zhì)變化，在貯藏期內(nèi)，果蔬的POD活性會(huì)隨著其品質(zhì)的降低而下降[16]。根據(jù)圖6所示，在貯藏條件下，各組荸薺POD活性均呈下降趨勢(shì)，且降速率基本一致，沒(méi)有明顯差異，但涂膜組的POD活性要略高于對(duì)照組；從第15天開(kāi)始，0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠涂膜組的荸薺POD活性下降速率明顯要緩和于另外2組，POD活性也明顯高于另外2組。以上結(jié)果表明，2種涂膜方法都可以抑制荸薺POD活性的下降，而0.5 g/L Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜的作用效果更好。

圖6 荸薺POD活性的變化Fig.6 The change of POD of water chestnuts

3 結(jié)論

(1)Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌及面包酵母均有抑制效果，并且復(fù)合膜對(duì)枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的抑菌圈要明顯大于另外2種菌。

(2)涂膜組處理均能延緩荸薺品質(zhì)的下降，其中Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜的作用效果要更加顯著，在4 ℃條件下，貯藏25 d后，荸薺的好果率和POD活性要明顯高于對(duì)照組和結(jié)冷膠-瓜爾豆膠膜液涂膜組，也能很好地抑制果肉相對(duì)電導(dǎo)率的上升，這表明Nisin-結(jié)冷膠-瓜爾豆膠復(fù)合膜可適應(yīng)于荸薺的保鮮。