壳聚糖涂膜对鲜切苹果贮藏品质的影响

范林林，李萌萌，冯叙桥*，韩鹏祥，段小明，张 蓓

（渤海大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁 锦州 121013）

摘 要：为研究壳聚糖涂膜对鲜切苹果贮藏品质的影响，将鲜切寒富苹果分别用质量分数0.5%、1.0%、1.5%的壳聚糖浸泡3 min后沥干，用0.11 mm厚度的PE保鲜膜包装后置于4 ℃冷库中贮藏，每2 d测定与成熟衰老相关的生理生化指标。结果表明，适当质量分数的壳聚糖涂膜可保持苹果切块的感官品质、延缓营养物质下降、抑制微生物的繁殖，对鲜切苹果有较好的护色效果；壳聚糖涂膜也能较好地抑制多酚氧化酶活性，提高过氧化物酶活性。在研究的3 种质量分数中，1.0%壳聚糖处理对鲜切苹果的保鲜效果最好，能在4 ℃冷库12 d贮藏期中维持鲜切苹果的较好品质。

关键词：壳聚糖；鲜切苹果；感官品质；营养物质；微生物

Effect of Chitosan Treatment on Quality of Fresh-cut Apple during Cold Storage

FAN Lin-lin, LI Meng-meng, FENG Xu-qiao*, HAN Peng-xiang, DUAN Xiao-ming, ZHANG Bei

(Food Safety Key Lab of Liaoning Province, Institute of Food Science Research, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Abstract: This study aimed to determine the effect of chitosan treatment on the quality of fresh-cut ‘Hanfu’ apple during storage. Fresh-cut apple slices were wrapped with 0.11 mm thick PE film and then stored at 4 ℃ after dipping in 0.5%, 1.0% and 1.5% chitosan solution for 3 min, respectively. Indexes related to maturity and aging were measured every 2 days during the storage period. The results indicate that appropriate chitosan treatment maintained the sensory quality, inhibited nutritional loss, reduced microbial levels, suppressed polyphenol oxidase activity and increased peroxidase activity in the fresh-cut apple slices. Among the concentrations investigated, 1.0% chitosan exerted the best preservative effect on fresh-cut apple slices stored at 4 ℃ for 12 days.

Key words: chitosan; fresh-cut apple; sensory quality; nutritional components; microorganism

中图分类号：TS255 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）22-0350-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201422068

苹果（Malus domestica Borkh.），一直有“智慧果”、“记忆果”的美称，近年来，由于消费者健康意识的不断提高，对果蔬产品的质量、新鲜度和营养价值要求越来越严格，快速的生活节奏对产品的食用便利性要求也越来越高，因此，鲜切果蔬产业应运而生。20世纪90年代，鲜切果蔬市场在西方一些发达国家迅速扩大，到了2000年，在美国的市场份额已占零售市场总销售额的25%[1]。苹果是一种非常适合鲜切果蔬工业化大规模生产的水果，鲜切苹果是指新鲜苹果经挑选、清洗、整修、去皮、去核、切分、保鲜、包装等处理，用塑料袋或塑料托盘盛装，再外覆塑料薄膜包装，供消费者立即食用或餐饮业使用的一种新式苹果加工产品，也称最少加工苹果、半加工苹果、轻度加工苹果[2]。鲜切苹果对餐饮服务也可以是一种方便的“营养零食”，例如在沙拉酒吧、学校和公司的自助餐厅等场所都可购买[3]。但苹果进行鲜切极易使其表面发生褐变，还会造成苹果的水分散失加快、呼吸作用增强、营养物质流失以及微生物侵染，这就降低了鲜切苹果的商品价值，限制了鲜切苹果产业的发展。因而对鲜切苹果的保鲜研究尤为重要。

涂膜保鲜是指人为地形成具有一定阻隔性的膜，调节鲜切产品与环境间的气体交换，防止其氧化，减少鲜切产品水分蒸发，阻挡微生物侵染[4]，同时能更好地保持产品的营养成分及色、香、味、形[5-6]，延长其货架寿命。而壳聚糖涂膜处理能有效地保持果蔬良好品质和减少腐烂发生，以致壳聚糖涂膜保鲜的利用日益受到人们的重视[7]；壳聚糖具有杀菌、消毒及有良好的成膜性能等显著优势[8]，它保鲜鲜切果蔬就是利用其在果蔬表面形成一层无色透明的薄膜而实现的[9]。本研究就不同质量分数的壳聚糖涂膜对鲜切‘寒富’苹果的保鲜效果进行了探讨，以期寻求鲜切苹果的有效保鲜方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘寒富’苹果，市售，产自辽宁，挑选新鲜、完全成熟、大小均匀、无损伤、无病害的苹果作为实验果。

金蝶PE保鲜膜（30 cm×300 cm，厚0.11 mm） 无锡市金利大纸塑制品有限公司；塑料托盘（17cm×10 cm） 山东恒信基塑业股份有限公司。

草酸（食用级） 沈阳昌德隆化工原料有限公司；
柠檬酸（食用级） 天津市风船化学试剂科技有限公司；壳聚糖（脱乙酰度≥90%，食用级） 浙江澳兴生物科技有限公司；营养琼脂培养基 济南市保德利化工有限公司；硫代巴比妥酸 国药集团化学试剂有限公司；三氯乙酸、愈创木酚 天津市福晨化学试剂厂；邻苯二酚 天津市光复精细化工研究所；30%过氧化氢 天津市大茂化学试剂厂；无水乙醇 沈阳百盛化工有限公司；磷酸氢二钠、磷酸二氢钠 天津市永晟精细化工有限公司；氢氧化钠 沈阳市新化试剂厂。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

722N可见分光光度计、DDSJ-308A电导率仪 上海
精密科学仪器有限公司；TGL-16G-A高速冷冻离心机 广州晟龙实验仪器有限公司；1260液相色谱仪 美国安捷伦科技有限公司；WSC-Y全自动测色色差计 北京光学仪器厂；GY-3指针式水果硬度计 浙江托普仪器有限公司；SHB-D（Ⅲ）循环水真空泵、2WAJ阿贝折
光仪 上海申光仪器仪表有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；IT-09A-5型恒温磁力搅
拌器 上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 壳聚糖保鲜膜的制备

取不等量壳聚糖加入到质量分数为2.0%的柠檬酸溶液中[10]，置磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，得到不同质量分数的无色透明的壳聚糖保鲜剂溶液，备用[11]。

1.3.2 工艺流程[12]

苹果→挑选→清洗→去皮→切分→浸泡

1.3.3 保鲜处理

将切好的1 cm3苹果切块分别放入0.5%、1.0%、1.5%壳聚糖（2.0%柠檬酸溶解）溶液中浸泡3 min，沥干之后装入塑料托盘中，每个托盘装约80 g苹果，然后用PE保鲜膜包装后放入4℃冷库中贮藏，从0 d开始每2 d测定一次各项指标，对照除不进行壳聚糖浸泡处理外，其他处理相同。

1.3.4 指标测定

果肉褐变感官评定标准：由6 人组成的品评组人员评判各处理的保鲜效果，每个样品按颜色、脆度、风味及外观进行整体分级打分，共9 分，分成三等。得分1～4表示不可接受，4～6表示一般，6～9表示商品价值乐意接受[13]。

硬度：用GY-3型果实硬度计测定。

质量损失率：采用称质量法测质量损失率，公式如下。

色差：使用WSC-Y全自动测色色差计测定。

可滴定酸含量：参照Pilar等[14]的方法，其中可滴定酸以苹果酸含量为换算系数计算。

VC含量：采用液相色谱法[15]。

电导率、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量及多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）活性测定均参照曹建康等[16]的方法，PPO、POD活性为420 nm波长处每分钟每克样品光密度的变化。

菌落总数：参照GB 4789.2—2010《食品微生物学检验：菌落总数测定》进行。

1.4 数据分析

采用Origin 8.5作图，实验结果取3 次测定的平均值，以IBM SPSS Statistics 19进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的感官鉴定

表 1 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果保鲜效果的感官评分表

Table 1 Sensory analysis of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan during storage

注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。

随着贮藏时间的延长，各组的感官评定得分逐渐降低，由表1可知，0.5%、1.0%壳聚糖处理组得分明显高于对照组和1.5%壳聚糖处理组，其中，以1.0%壳聚糖涂膜处理的鲜切苹果的感官评定得分最高，贮藏至第4天时依然保持着很好的外观品质，说明适当的膜层厚度能更好地维持鲜切苹果的品质、风味和外观；贮藏至第2天时，0.5%、1.5%壳聚糖组及对照组的感官评分没有明显差别，从第4天起，1.5%壳聚糖组的感官评分迅速下降，低于对照组的感官评分，可能与涂膜太厚有关，影响了鲜切苹果的透气性，增加了腐烂速率，进而影响了鲜切苹果的感观品质，说明只有当壳聚糖膜厚度适宜时，才可以取得较理想的保鲜效果。

2.2 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果硬度的影响

图 1 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的硬度变化

Fig.1 Changes in hardness of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

由图1看出，随着贮藏时间的延长，各实验组的果肉硬度逐渐降低，贮藏至第6天时，对照组的果肉硬度低于壳聚糖涂膜处理组，并且对照组的果肉硬度在贮藏期间下降非常迅速。1.0%壳聚糖处理组在贮藏后期硬度要高于0.5%、1.5%壳聚糖处理组，说明1.0%壳聚糖涂膜能有效地维持鲜切苹果果肉硬度，减缓鲜切苹果组织结构的衰老，达到了良好的保鲜效果。

2.3 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果质量损失率的影响

图 2 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的质量损失率变化

Fig.2 Changes in weight loss rate of fresh-cut apple fruits slices coated with different concentrations of chitosan

鲜切苹果在贮藏过程中由于果实组织的蒸腾作用水分逐渐减少，由图2可知，各实验组的质量损失率均呈现出上升趋势，对照组的质量损失率在贮藏至第6天时已达到0.9%，而壳聚糖涂膜处理组的质量损失率仅为0.2%～0.3%，随后几天对照组的质量损失率始终高于壳聚糖涂膜处理组，并且在第4～12天对照组的质量损失速率更大，因此可以说明壳聚糖涂膜处理组的样品保鲜效果明显优于对照组。这是因为壳聚糖膜层具有通透性、阻水性，抑制了鲜切苹果的水分散失，以致其样品的质量损失率相对较低，其中1.0%壳聚糖涂膜的鲜切苹果质量损失率始终处于最低水平，保鲜效果最好。

2.4 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果色差的影响

A. L；B. a*；C.饱和度；D.色泽比。

图 3 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果果实的色差变化情况

Fig.3 Changes in color parameters of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

对于鲜切水果来说，鲜切表面的褐变是影响其货架寿命的主要因素。当用色差计测定鲜切苹果色泽变化时，明度L值一直呈现下降趋势，处理组的明度要高于对照组，其中1.0%壳聚糖涂膜明度L值比其他处理组的相对较高（图3A）。a*值上升，从负到正，国际上通用的亨特标度中，a*值代表从绿色向红色之间的转换，
－80表示绿色，100表示红色；在贮藏过程中，各实验组的a*值呈现逐渐上升的趋势，贮藏初期，对照组的a*值明显高于壳聚糖处理组（图3B）。在贮藏期间，各实验组的饱和度先下降后上升，但是各实验组之间无明显差异
（图3C）；各实验组的色泽比逐渐上升，1.0%壳聚糖处理组的色泽比一直处于最低水平（图3D）。所有样品都随贮藏时间的延长逐渐发生褐变，但不同处理的样品褐变的程度不一样，壳聚糖涂膜处理会使鲜切苹果发生轻微的褐变，与对照样品相比，3组壳聚糖涂膜后的样品在处理后，L值都略有下降，其中未经处理的对照组样品褐变非常明显。从第4天开始对照明显低于壳聚糖处理样品的L值，说明在贮藏期间对照组的鲜切苹果比壳聚糖处理的更容易发生褐变。到第12天时，壳聚糖涂膜的样品褐变程度均明显低于对照组，其中1.0%壳聚糖涂膜的样品褐变程度最小；对照组的样品在整个贮藏期间L值处于最低水平，褐变程度最大。以上结果表明，壳聚糖涂膜能有效延缓贮藏中鲜切苹果表面的褐变，1.0%壳聚糖涂膜处理控制鲜切苹果褐变的作用最为明显。

2.5 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果可滴定酸含量的影响

图 4 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果可滴定酸含量的变化

Fig.4 Changes in total titratable acid contents of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

1.0%和1.5%壳聚糖涂膜处理的可滴定酸含量基本高于其他实验组，可滴定酸含量整体呈现先上升后下降的趋势（图4）。可滴定酸含量的变化较为复杂，原因是贮藏期间各实验组鲜切苹果的失水率、腐烂率及呼吸作用所消耗的有机酸等因素都会影响可滴定酸含量[17]。壳聚糖涂膜的厚度对鲜切苹果的呼吸作用影响不同，壳聚糖膜层可以对各种气体分子增加穿透阻力，形成了一种微气调环境，使果蔬组织内的CO2含量增加、O2含量降低，抑制了果蔬的呼吸代谢，且涂膜层的厚度也会影响鲜切苹果的失水率，从而影响了可滴定酸的含量。

2.6 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果VC含量的影响

图 5 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的VC含量变化

Fig.5 Changes in VC contents of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

VC作为一种还原性物质，能够清除鲜切果蔬中正常代谢所产生的自由基，保护细胞组织免受损害而延缓果实衰老速率[18]。如图5所示，各实验组鲜切苹果中VC含量逐渐降低，壳聚糖涂膜组鲜切苹果的VC含量显著高于对照组，对照组在贮藏至第12天时，VC含量降低了40.1%，而1.0%壳聚糖涂膜组仅损失了15.6%，且VC含量始终处于最高水平，较好地抑制了VC含量下降，对维持鲜切苹果的营养物质起到了有效的作用。

2.7 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果电导率的影响

图 6 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的电导率变化

Fig.6 Changes in conductivity of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

苹果组织在受到各种不利的环境条件（去皮、去核及切割）危害时，细胞膜的结构和功能首先受到伤害，细胞膜透性增大，用电导率仪测定其电导率的变化，可衡量质膜受伤害的程度[19]。由图6可知，在贮藏期间各实验组的电导率均呈现出上升趋势，但壳聚糖涂膜有效地抑制了鲜切苹果的电导率上升。在整个贮藏过程中，处理组的电导率始终明显低于对照组，在贮藏至第2天时，0.5%壳聚糖的电导率是390.67 μS/cm，1.0%和1.5%壳聚糖的电导率分别是349.00 μS/cm和
351.33 μS/cm，随后1.0%、1.5%壳聚糖处理组的电导率始终低于0.5%壳聚糖处理组，由此说明1.0%、1.5%壳聚糖涂膜可有效抑制鲜切苹果的电导率的上升，降低细胞膜的损害程度。

2.8 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果MDA含量的影响

图 7 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的MDA含量变化

Fig.7 Changes in MDA contents of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

苹果组织结构衰老时或在逆境条件下往往发生膜脂过氧化作用；MDA是膜脂过氧化的中间产物，它能使氨基酸的化学结构发生变化，形成Schiff碱，产生大量的氧化自由基，损伤鲜切苹果的细胞膜结构，干扰正常的生理代谢，因此MDA含量可被作为衡量膜脂过氧化程度的指标[20]。膜脂过氧化过程会直接导致细胞膜结构的破坏、透性增大，从而引起果实软化，因此，果实的衰老软化与膜脂的过氧化过程密切相关。如图7所示，各实验组的鲜切苹果的MDA含量在贮藏过程中先上升，至第4天时达到最大值，对照组达到5.34 nmol/g，随后各实验组的MDA含量呈现下降趋势，其中，处理组的MDA含量始终低于对照组，而1.0%壳聚糖处理组基本处于最低水平，这说明适当的涂膜层厚度能有效抑制膜脂过氧化作用的发生，这与胡文忠等[21]的研究报道是一致的。MDA含量升高可能是因为最初的切割处理引起鲜切苹果组织的衰老所致，果蔬在受到机械伤害后，组织内的活性氧含量会增加，但同时会有许多清除活性氧机制被启动，其中抗氧化酶类在清除活性氧、抑制膜脂过氧化、维持膜系统的稳定中起重要作用[21]。后期下降可能是因为在测定过程中MDA也易受可溶性糖等其他物质的影响。

2.9 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果PPO活性的影响

图 8 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的PPO活性变化

Fig.8 Changes in PPO activity of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

PPO是一种蛋白体，也是末端氧化酶的主要部分，国内外的研究一致认为果实中的PPO是果实发生酶促褐变的主要酶类，PPO引起的褐变常常是严重地损害鲜切果蔬的感官品质[21]。植物组织感病或在其他逆境条件下造成伤害时，PPO活性能显著提高，起到保卫作用[21]。由图8可知，涂膜不同程度地降低了PPO活性和褐变程度，但在鲜切苹果贮藏第6天之后，处理组的PPO活性始终高于对照组，这可能是切割对苹果组织造成伤害所致，果实自身起到的自我保护作用。整个贮藏过程中处理组的PPO活性在第0～6天时又均始终低于对照组，其中，PPO活性升高虽然能起到一定的防御作用，但PPO也是导致鲜切苹果褐变的主要酶[22]。由此可知壳聚糖涂膜对鲜切苹果起到有效的保鲜作用，抑制了鲜切苹果的褐变。

2.10 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果POD活性的影响

图 9 不同质量分数壳聚糖涂膜鲜切苹果的POD活性变化

Fig.9 Changes in POD activity of fresh-cut apple slices coated with different concentrations of chitosan

POD是活性氧自由基清除系统的重要酶之一，在木质素生物合成的最后一步中催化H2O2分解而发挥作用，对果实和蔬菜的色泽变化有一定的影响[23]，为果实衰老的一个指标[24]。由图9可知，各实验组的POD活性在贮藏前期都有一定程度上的升高，第6天达到最大值，而后又下降，处理组的POD活性始终高于对照组，在氧化和切割损伤的胁迫下，POD活性增加是比较常见的响应，机械损伤导致的POD活性增加可能就是由于损伤致使表面组织的氧化胁迫所致，而后随着鲜切苹果的成熟衰老，POD活性下降。1.0%壳聚糖涂膜比其他两组处理更能引起细胞内POD活性提高，与对照组达到了显著差异
（P＜0.05），这对于及时清除因氧化和机械损伤而产生的过量的H2O2是很重要的，从而在一定程度上起到了延缓鲜切苹果衰老的作用。

2.11 不同质量分数壳聚糖涂膜对鲜切苹果菌落总数的影响

当鲜切苹果表面的微生物繁殖达到一定数量（1×106 CFU/g）后，切块即失去了商品价值，不能被食用[13]。壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌和病毒的生长繁殖，由表2可知，经壳聚糖涂膜的鲜切苹果贮藏8d后微生物数量最高为3×103 CFU/g，
而对照组的微生物含量已达2×105 CFU/g，说明壳聚糖涂膜对微生物的生长繁殖有较好的抑制作用，其中1.0%壳聚糖处理组的抑菌效果明显优于0.5%、1.5%壳聚糖处理组，因此，壳聚糖膜层的厚度对杀菌效果也是至关重要的。

表 2 鲜切苹果在4 ℃条件下贮藏时表面菌落总数变化

Table 2 Microbial counts of minimally processed apple slices stored at 4 ℃

注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。

3 讨 论

外观品质方面，主要从硬度和感官鉴定两方面考虑：壳聚糖处理组与对照组相比，能有效延缓鲜切苹果的腐烂（图1），使切块保持较好的色泽（图3）；较好地维持鲜切苹果外观品质的主次顺序为：1.0%壳聚糖＞0.5%壳聚糖＞对照＞1.5%壳聚糖。内部品质方面，1.0%壳聚糖处理组在质量损失率、可滴定酸含量和菌落总数等指标测定中表现出很好的保鲜效果（图2、4，表2），且较好地抑制了PPO活性，降低了鲜切苹果的褐变程度，并且提高了POD活性，增强机体清除低浓度H2O2的能力。综合鲜切苹果外观品质和内部品质两方面考虑，得出实验条件下最佳涂膜液为1.0%壳聚糖涂膜液。

随着壳聚糖质量分数的增大，鲜切苹果外观和内部品质综合指数都呈现出先上升后下降的趋势，表明并不是壳聚糖质量分数越大，保鲜效果就越佳，而是超出或低于某个质量分数值，保鲜效果就会下降，这与王娟慧[25]和邓菡菲[17]等的研究结果一致。说明壳聚糖涂膜液的保鲜效果取决于其在样品表面形成的涂膜层的厚度，只有当膜厚度适宜时，才可以取得较理想的保鲜效果，涂膜层过厚，可能会阻碍鲜切苹果与外界氧气接触，透气性降低，产生无氧呼吸使其加速腐烂，导致1.5%壳聚糖处理组的感官鉴定得分低于对照组。

在抑制褐变上，壳聚糖质量分数有一个阈值范围，低于阈值或高于阈值，保鲜效果都不好。至于阈值的范围还有待于进一步研究。

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