羧甲基壳聚糖对枇杷果实保鲜效果的影响

林素英，陈 宇，童丽华，戴建华，沈爱慧，吴锦程*

(莆田学院环境与生物工程学院，福建 莆田 351100)

摘 要：以八成熟‘早钟6号’枇杷果实为试材，研究羧甲基壳聚糖涂膜对8℃贮藏条件下枇杷果实品质的影响及其在枇杷保鲜中的作用。结果表明：羧甲基壳聚糖涂膜可延缓贮藏期间枇杷果实可溶性固形物(TSS)、总酸(TA)和VC含量的下降，减少果实的质量损失、减缓木质素的积累，抑制多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。采用羧甲基壳聚糖涂膜处理可较好地保持冷藏条件下枇杷果实的品质，减缓木质化进程，在枇杷贮藏保鲜中具有较好的应用前景。

关键词：枇杷；羧甲基壳聚糖；改性；保鲜

Effectiveness of Carboxymethyl Chitosan Coating to Preserve Loquat Fruits

LIN Su-ying，CHEN Yu，TONG Li-hua， DAI Jian-hua，SHEN Ai-hui，WU Jin-cheng*

(College of Environment and Biological Engineering, Putian University, Putian 351100, China)

Abstract：The effect of carboxymethylation chitosan coating on the quality of loquat fruits “Zaozhong No. 6” (Eriobotrya japonica LindI. cv. Zaozhong No.6) with 80% maturity during storage 8 ℃ was investigated to evaluate its effectiveness to preserve loquat. The results showed that carboxymethylation chitosan coating delayed the reduction of total soluble solid (TSS), total acids (TA) and VC, reduced fruit weight loss and lignin accumulation and inhibited polyphenol oxidase (PPO) and phenylalanin ammo-nialyase (PAL) activities. This treatment was effective in preserving the quality of loquat fruits and retard lignifications. Accordingly carboxymethylation chitosan coating will have promising applications for loquat preservation.

Key words：loquat fruits；carboxymethyl chitosan；modification；preservation

中图分类号：S379.2；O629.12 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)18-0312-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201318064

枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)为原产我国南方的特产水果，营养丰富，风味独特，具有清肺和胃、降气祛痰之功效，被誉为绿色保健果品。福建是枇杷主产地之一，‘早钟6号’枇杷是福建主栽品种之一，果实皮薄多汁，成熟于高温多雨季节，采后易受机械伤害和细菌感染而失水皱缩或腐烂，因而不耐贮藏和运输，外销困难，制约了枇杷种植效益的提高[1-2]。目前国内外对枇杷贮藏保鲜技术有不少的相关研究报道，主要包括薄膜包装[3]、低温贮藏[1]、气调[4]、冷激[5]、热激[6]、化学处理[7]等方法，其中以气调冷藏保鲜效果相对较好，但经气调冷藏后果肉发生木质化败坏，使果实质地生硬，口感粗糙，失去商品价值[8]，且设备投资大，冷激、热激技术难度较大，常见的化学保鲜剂可能存在残留，因此寻求安全、有效、廉价的天然涂膜保鲜剂是枇杷保鲜的发展趋势[9]。

壳聚糖是天然的生物多糖，具有安全无毒，易于生物降解、良好的生物相容性、成膜特性和较强的抗菌保鲜防腐能力，作为天然保鲜剂已应用于许多水果的贮藏保鲜[10]，在枇杷的保鲜方面也有报道[11-13]，但壳聚糖对不同贮藏条件和品种的枇杷保鲜效果存在差异，且壳聚糖只能溶于pH值小于6.5的酸性溶液中而限制了其应用，水溶性是壳聚糖能否发挥抗菌性的决定性因素[14]，因此，将壳聚糖改性以增加水溶性和抗菌性并应用于果蔬保鲜已成为近年研究的热点。引入羧甲基能增强壳聚糖水溶性，已有研究[14]表明羧甲基壳聚糖的抗菌活性较壳聚糖强，能更好保持果蔬品质，目前将羧甲基壳聚糖应用于枇杷保鲜未见报道。本研究将壳聚糖进行化学改性得到羧甲基壳聚糖并用于‘早钟6号’枇杷的保鲜，旨在探讨羧甲基壳聚糖对枇杷保鲜效果的影响，以期为羧甲基壳聚糖应用于枇杷的采后贮藏保鲜提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

‘早钟6号’采自福建莆田枇杷主产区。

壳聚糖(脱乙酰度为90%) 国药集团化学试剂有限公司；L-苯丙氨酸、磷酸、乙醇、冰乙酸、盐酸、三氯乙酸、邻苯二酚、硼酸、氢氧化钠、氯乙酸、异丙醇、邻苯二甲酸氢钾、2,2-二联吡啶均为分析纯。

FHM-5型果实硬度计 日本竹村电机制作所； PHS-25型酸度计 通州市南兴无线电厂；WYA-2W型阿贝折光仪 厦门精艺兴业科技有限公司；722型可见分光光度计 上海方瑞仪器有限公司；Avanti J-E型冷冻高速离心机 德国Beckman公司；UV-1240型可见-紫外分光光度计 日本岛津公司；YXQ-LS-50SII型立式蒸汽灭菌器 上海博讯实业有限公司。

1.2 羧甲基壳聚糖制备

羧甲基壳聚糖的制备参照李万海等[15]的方法，并略加修改。在三口烧瓶中加入壳聚糖5g、异丙醇50mL，搅拌使其溶胀0.5h，再加入40% NaOH溶液25mL，搅拌3h，使壳聚糖在碱性条件下溶胀形成碱化中心，溶胀过程控制温度为25℃。将6g氯乙酸分3次加入溶液中，每次间隔10min，控制反应在65℃条件下进行2h。反应完后冷却，向上述溶液中加入50mL蒸馏水，用冰乙酸调pH值至7.0，真空抽滤，滤饼用95%的乙醇溶液多次洗涤，过滤，所得产品放入烘箱60℃烘干，得到3.7g米黄色粉末状的羧甲基壳聚糖，取代度[16]为0.85。

1.3 涂膜液制备

称取壳聚糖20g，用1%乙酸溶液溶解，超声分散均匀，定容至2000mL，得到1g/100mL壳聚糖天然涂膜液。称取羧甲基壳聚糖20g，用0.5%乙酸溶液溶解，超声分散均匀，定容至2000mL，得到1g/100mL羧甲基壳聚糖涂膜液。

1.4 材料处理

选取大小、成熟度基本一致、无虫病害、无机械损伤、八成熟的‘早钟6号’枇杷果实为试材。果实分别采用壳聚糖涂膜液(处理1，记为T1)和羧甲基壳聚糖涂膜液(处理2，记为T2)浸渍1min后捞出并自然晾干，以果实不作涂膜处理为对照(记为CK)。各处理组和对照组枇杷果实分装于PE保鲜袋，袋口不完全密封，称质量后置于8℃培养箱避光贮藏，每5d取出7个枇杷测定相关指标。

1.5 指标测定

果实品质相关指标：质量损失率参照张春萍等[9]的方法测定；果实硬度用FHM-5型果实硬度计测定[2]；可溶性固形物(total soluble solids，TSS)采用阿贝折光仪测定[17]；总酸(titrable acid，TA)用酸碱中和法(以苹果酸表示)测定[8]；VC含量参照陈建勋等[18]的方法测定，结果用mg/100g表示，以鲜质量计；木质素含量测定参照朱海英等[19]的方法，以鲜质量计。

相关酶活性测定参照吴锦程等[2]的方法，多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性以每分钟内吸光度变化0.01为1个酶活力单位，结果以U/g表示，以鲜质量计；苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammo-nialyase，PAL)活性以反应液30min变化0.01吸光度为1个酶活性单位，结果以U/g表示，以鲜质量计。

以上各指标测试重复3次取平均值，实验数据采用SPSS 20软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 涂膜处理对枇杷果实贮藏期间质量损失的影响

图 1 不同处理对枇杷果实质量损失的影响

Fig.1 Effect of different coating treatments on weight loss of loquat fruits

果实的质量损失率可以反映果实的商品价值，质量损失率越大，表明果实的水分和营养成分流失越多，即保鲜的效果越差[20]。由图1可以看出，随贮藏时间的延长，果实质量损失率均呈上升趋势，壳聚糖涂膜处理T1和羧甲基壳聚糖涂膜处理T2的枇杷果实在贮藏期间质量损失率均低于未涂膜处理的CK，且随着贮藏进程的推进，T1和T2处理与CK之间质量损失率差异逐渐增大，且T2处理的果实质量损失率低于T1处理。果实贮藏至30d，T2处理的果实质量损失率仅为CK的41.6%，T1处理的76.6%。统计分析显示T1处理与CK之间差异显著(P＜0.05)，T2处理与CK之间差异显著(P＜0.05)，可见壳聚糖和羧甲基壳聚糖涂膜均能减缓果实贮藏期间的质量损失，其中羧甲基壳聚糖涂膜处理对减缓果实质量损失更有效果。

2.2 涂膜处理对枇杷果实硬度的影响

由图2可以看出，果实贮藏期间硬度呈先降后升趋势，总体升高的变化趋势，先降低与八成熟果实采后早期后熟有关。贮藏前5d，T2处理的果实硬度略微上升，且T2＞T1＞CK，说明涂膜处理可能对枇杷果实采后早期后熟软化起到抑制作用。在果实贮藏的10～30d，T1处理的果实硬度最高，T2处理的果实硬度最低，但不同处理的果实之间硬度差异并不显著(P＞0.05)。结果显示，羧甲基壳聚糖涂膜有助于减缓果实硬度上升，但作用并不明显。

图 2 不同处理对枇杷果硬度的影响

Fig.2 Effect of different coating treatments on firmness of loquat fruits

2.3 涂膜处理对枇杷果实可溶性固形物(TSS)含量及总酸(TA)含量的影响

图 3 不同处理对枇杷果实TSS(A)和总酸含量(B)的影响

Fig.3 Effect of different coating treatments on TSS content and TA content of loquat fruit

由图3A可以看出，贮藏期间TSS含量呈先升后降的变化趋势，贮藏前期含量上升可能与枇杷果实尚未完全成熟，淀粉等物质逐渐降解为可溶性的小分子物质有关[20]。实验中T2处理的果实TSS含量上升趋势持续较久，含量较高，说明T2处理能延缓果实后熟。贮藏后期各处理含量变化差异大，CK组20d开始含量快速减少，T1处理25d开始加速减少，T2处理则放缓了原降低速率，并保持较高含量。贮藏30d后，CK、T1和T2处理的果实TSS含量分别为贮藏前含量的78.8%、81.4%和94.0%。整个贮藏过程果实TSS含量保持T2＞T1＞CK，说明T1、T2处理均能延缓果实TSS含量的降低。统计分析显示T2处理与CK之间差异显著(P＜0.05)，说明羧甲基壳聚糖涂膜处理能更好减缓果实TSS含量的降低。

在贮藏过程中，总酸(TA)含量呈下降趋势，由图3B可见，前15d，CK、T1和T2处理变化趋势相似，TA含量区别不明显。15d开始差异变大，其中T1和T2处理的曲线变平缓，含量降低较少，且T2＞T1＞CK，贮藏30d后，T2处理含量为CK的131.3%、T1处理的106.1%。统计分析显示T2处理与CK之间差异极显著(P＜0.01)，说明羧甲基壳聚糖涂膜处理能显著延缓TA含量的降低，更好保持枇杷果实风味，效果优于壳聚糖涂膜。

2.4 涂膜处理对枇杷果实VC含量的影响

图 4 不同处理对枇杷果实VC含量的影响

Fig.4 Effect of different coating treatments on vitamin C content of loquat fruits

VC含量变化是评价枇杷果实营养品质和贮藏效果的一个指标，从图4可见，VC含量呈先升后降的变化趋势，贮藏的前5d升高，之后持续降低，总体减少。相对于CK和T1处理，T2处理的果实VC含量减少较慢且值较大，贮藏30d，T2处理的含量为CK的129.7%，T1处理的105.0%，统计结果显示各处理差异不显著(P＞0.05)，说明涂膜处理可减缓枇杷果实VC的损失，但作用不明显。

2.5 涂膜处理对枇杷果实木质素含量的影响

图 5 不同处理对枇杷果实木质素含量的影响

Fig.5 Effect of different coating treatments on lignin content of loquat fruits

枇杷果实低温贮藏可导致冷害现象，使果肉木质化，木质素含量是判定冷藏枇杷果实木质化程度的指标[3]。由图5可以看出，贮藏过程枇杷果实木质素含量呈上升趋势，含量大小为CK＞T1＞T2，贮藏10d开始木质素含量上升较快。贮藏30d后，CK、T1和T2处理组分别从0.44%升至1.87%、1.83%和1.65%。统计分析表明T2处理CK之间差异极显著(P＜0.01)，T1处理和CK之间差异不显著(P＞0.05)，说明羧甲基壳聚糖涂膜处理可显著减缓木质素含量的积累。

2.6 涂膜处理对枇杷果实多酚氧化酶(PPO)活性的影响

多酚氧化酶(PPO)是采后果实贮藏过程中引起褐变的主要酶类，且能促进木质素的合成[4]。由图6可以看出，贮藏期间枇杷果实的PPO活性整体呈上升趋势，15d后活性快速增加，可见贮藏后期是PPO活性上升的关键时期。贮藏过程T2处理的枇杷PPO活性保持较低，且与CK、T1处理的差异均达到显著水平(P＜0.05)，说明羧甲基壳聚糖涂膜处理对枇杷果实的成熟与衰老起到了明显的抑制作用。

图 6 不同处理对枇杷果实PPO活性的影响

Fig.6 Effect of different coating treatments on PPO activity of loquat fruits

2.7 涂膜处理对枇杷果实苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响

图 7 不同处理对枇杷果实PAL活性的影响

Fig.7 Effect of different coating treatments on PAL activity of loquat fruits

PAL是木质素合成代谢的关键酶[16]，能促进木质素的合成，提高组织的木质化程度[3]。由图7可以看出，枇杷果实的PAL活性随贮藏时间的延长而上升，贮藏前10d增长较慢，中后期较快。整个过程PPO活性保持CK＞T1＞T2，其中T1处理与CK之间差异显著(P＜0.05)，T2处理与CK之间差异达到极显著水平(P＜0.01)，说明涂膜处理抑制了PAL酶的活性，使其维持在相对较低的水平，其中羧甲基壳聚糖涂膜处理的效果更佳。

3 讨论与结论

枇杷果实贮藏中，果实由于失水与呼吸消耗产生质量损失，果实的酸、可溶性糖等作为呼吸底物而被逐步消耗，表现为含量递减。由于壳聚糖可在果实表面形成一层薄膜，对气体有选择性通透，使果实内形成一个低O2、高CO2体积分数的环境，抑制了果实的呼吸强度，阻碍果实水分蒸发和病菌侵入，从而减少果实内物质转化和呼吸基质的消耗[13]。羧甲基壳聚糖的抑菌保鲜机理与壳聚糖相似，同时研究[21]认为引入—CH2COO-可与结构中的NH3+基团形成氢键，使分子链舒展，此时NH3+能与细菌更充分作用而表现出比壳聚糖更强的抗菌活性。本实验羧甲基壳聚糖涂膜处理的枇杷果实贮藏30d后的TSS含量、TA含量、VC含量和质量损失率分别为不涂膜处理的对照组的119.3%、129.7%、131.3%和41.6%，为未改性的壳聚糖涂膜组的115.5%、106.1%、105.0%和76.6%，保鲜效果最佳。统计分析显示壳聚糖涂膜处理与对照组之间质量损失率差异到达显著水平(P＜0.05)，TA含量差异则达到极显著水平(P＜0.01)，而壳聚糖涂膜处理与对照组之间仅质量损失率达到显著水平(P＜0.05)，说明壳聚糖经羧甲基化改性后能更好保持枇杷果实的品质。

防止果实的木质化败坏，是枇杷贮藏中迫切需要解决的关键问题[6]。单纯的低温贮藏可导致果实细胞壁物质代谢发生异常，木质素含量增加，硬度变大。PPO是主要的氧化酶，可通过氧化酚类物质而促进木质素的合成，PAL是能催化苯丙氨酸转化为肉桂酸，促进木质素的合成，提高组织的木质化程度，从而促进组织的衰老败坏[22]。实验结果表明羧甲基壳聚糖涂膜处理的果实木质素含量、PPO活性和PAL活性增加较缓慢且值较小，贮藏30d后仅为不涂膜的对照组的76.7%、81.2%和53.7%，为未改性的壳聚糖涂膜处理的90.2%、87.1%和91.7%。统计结果表明木质素含量与PPO活性、PAL活性呈显著正相关(r＞0.8)，羧甲基壳聚糖涂膜处理与对照之间木质素含量、PAL活性差异达到极显著水平(P＜0.01)，PPO活性差异达到显著水平(P＜0.05)，与壳聚糖涂膜处理的PPO活性差异达到显著水平(P＜0.05)，而壳聚糖涂膜处理仅PPO活性与对照组有显著差异(P＜0.05)，说明羧甲基壳聚糖涂膜能有效减缓木质化进程。

本实验3组枇杷果实在贮藏期内均完好未腐烂，结果表明羧甲基壳聚糖涂膜处理减少了果实质量损失率，延缓了TSS含量、TA含量和VC含量的降低，抑制了硬度、木质素含量、PPO活性和PAL活性的上升，说明壳聚糖经羧甲基化改性能更好保持果实品质，减缓木质化，比壳聚糖的保鲜效果更好，作为枇杷果实的保鲜剂有较好地应用前景。

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