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多糖類、蛋白類及其復合涂膜在采后漿果保鮮中應用研究進展

2023-01-16 12:12:52陳智慧陳健晴劉香香
保鮮與加工 2022年3期
關(guān)鍵詞:甘聚糖漿果魔芋

陳智慧,陳健晴,劉香香,王 旭,*

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與監(jiān)測技術(shù)研究所,廣東 廣州 510640;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測與評價重點實驗室,廣東 廣州 510640;3.廣東省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估重點實驗室,廣東 廣州 510640)

漿果是一類多汁肉質(zhì)單果的統(tǒng)稱,其種類繁多,常見的有葡萄、樹莓、藍莓、果桑、獼猴桃、番石榴、無花果、香蕉等。漿果富含維生素、礦物質(zhì)、有機酸、多糖等,以及多酚類、黃酮類、花青素等生物活性成分,具有延緩衰老、促進機體健康等保健功能,深受消費者的喜愛[1]。但是由于漿果類水果含水量很高,貯藏性能不穩(wěn)定,極易發(fā)生霉變導致腐爛變質(zhì),影響果實的食用品質(zhì)和商品價值。為了控制漿果采后的新鮮口感及營養(yǎng)價值,延長貯藏保鮮時間,近年來國內(nèi)外許多專家學者在貯藏保鮮方面做了大量的研究。

涂膜保鮮技術(shù)是以天然可食性大分子物質(zhì)(如多糖類、蛋白質(zhì)類等)為主要原料,通過浸漬、噴灑、涂抹在果實表面固化,形成一層結(jié)構(gòu)緊密、半封閉環(huán)境、具有保護作用的半透性薄膜[2]。這層薄膜可以將果蔬表面與外界環(huán)境隔離,減少有危害作用的因子(如微生物、氧氣、塵埃等)對果實的影響,能有效抑制果實水分蒸發(fā)、呼吸代謝和微生物生長繁殖等,同時涂膜一般具有機械強度和韌性,對果實有加固作用,避免果實遭受機械性損傷,從而達到抗菌、保護和保鮮作用[3],其具有簡單易操作、成本低、效果好、易于推廣等優(yōu)點[4]。早在1988年,我國已有專家開始研究涂膜保鮮技術(shù)對漿果的保鮮效果[5],發(fā)現(xiàn)涂膜處理后的葡萄減少了質(zhì)量損失,延長貯藏期,且涂膜食用時易洗掉,不留殘余。又有國外專家研究了淀粉膜對漿果類草莓在0℃和相對濕度84.8%條件下貯藏品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)處理后的草莓貯藏期間腐爛率明顯降低[6]。

截至目前,應用在漿果保鮮方面的涂膜材料有很多,從環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度考慮,本文主要綜述多糖類涂膜、蛋白類涂膜、多糖/蛋白復合涂膜這3類天然可食性涂膜材料在漿果保鮮中的應用進展,并對其保鮮效果進行了一定的分析。

1 多糖/蛋白類涂膜對采后漿果的保鮮效果

采用多糖/蛋白類涂膜處理漿果,可有效增強果實表皮的防護作用,抑制真菌和細菌的感染,降低果實腐爛率。同時,包裹果實的致密半透性薄膜可控制果實的呼吸作用,減少水分散失,有利于保留果實營養(yǎng)物質(zhì)和維持其飽滿外觀與硬度。采后貯藏期間,保持漿果飽滿的外表與硬度,保留采后果實的營養(yǎng)物質(zhì),對于提高漿果商品價值具有重要意義。

1.1 降低果實腐爛率

多糖/蛋白類涂膜可在漿果表面形成一層致密的半透性薄膜,對CO2、O2等有選擇性滲透作用,有效降低呼吸強度,抑制果實因呼吸旺盛導致的腐爛變質(zhì)。采用多糖類涂膜保鮮技術(shù)處理草莓,發(fā)現(xiàn)涂膜處理能在一定程度上抑制草莓的呼吸作用,延緩果實腐爛變質(zhì)和成熟衰老[7-8]。汪東風等[9]和李翠萍等[10]分別對“漿果之王”藍莓進行了殼聚糖涂膜處理,也發(fā)現(xiàn)涂膜處理能在一定程度上降低藍莓腐爛率。朱正華等[11]研究了再生絲素蛋白涂膜對草莓、楊梅和黑番茄貯藏品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)濃度為1.0%的再生絲素蛋白涂膜處理效果最佳,果實在4℃下貯藏8 d后的發(fā)霉腐爛率最低。也有研究發(fā)現(xiàn),大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜有較好的抑菌作用,經(jīng)其涂膜處理后的草莓,貯藏期間腐爛指數(shù)明顯低于對照組,有效抑制了果實的腐爛[12]。

綜上,利用多糖/蛋白類涂膜保鮮技術(shù)對不同種類漿果進行處理,均發(fā)現(xiàn)在一定程度上能降低果實腐爛率,減慢衰老速度,延長果實采后貯藏時間。

1.2 保護營養(yǎng)及功能性成分

漿果富含維生素、礦物質(zhì)、微量元素、多酚類物質(zhì)等營養(yǎng)及功能性成分,研究表明,經(jīng)常進食漿果能增強人體免疫功能,對炎癥、氧化損傷、記憶力衰退等產(chǎn)生積極作用[13-14]。研究表明,以藍莓為試材,與不作處理的對照組相比,多糖類涂膜處理能顯著抑制貯藏過程中藍莓的多酚氧化酶活力,減緩果實總酚、花青素及維生素含量的降低,有效保留了果實的營養(yǎng)及功能性成分[15-16]。Chen等[17]用1.5%殼聚糖和1.0%ε-賴氨酸聚合物分別涂膜處理葡萄表皮后,同樣發(fā)現(xiàn)該處理能有效抑制果實VC在貯藏保鮮過程中的損失。也有研究發(fā)現(xiàn),多糖類涂膜處理可保持草莓果實中抗壞血酸、可溶性糖、有機酸、總酚含量、黃酮類等成分,延長貨架期[18-19]。管驍?shù)萚12]研究表明,大麥醇溶蛋白/納米TiO2可食性納米膜明顯緩解了草莓在貯藏期間VC和總酸含量的損失,具有一定的保護作用。

綜上,與不作任何處理的鮮果相比,不同種類的漿果經(jīng)多糖/蛋白類涂膜處理后,在貯藏保鮮過程中,更有利于保留果實原有的營養(yǎng)及功能性成分,降低損失率。

1.3 保持果實硬度

果實硬度是衡量果實質(zhì)構(gòu)品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標之一,細胞壁水解酶對細胞壁成分的降解和水分散失均能導致果實綿軟,影響口感,失去商品價值。同時,硬度過低的漿果果實容易發(fā)生破損,使汁液滲出,遭受病原菌感染,從而腐敗變質(zhì)[20]。王中偉等[21]采用魔芋葡甘聚糖/殼聚糖復合涂膜處理草莓發(fā)現(xiàn),隨著貯藏時間的增加,涂膜處理后的草莓硬度比未處理對照組的降低程度緩慢,且魔芋葡甘聚糖與殼聚糖復合膜可以有效保持草莓硬度,減少與空氣接觸面積,防止果肉氧化和腐敗變質(zhì)。也有以藍莓為研究對象,采用殼聚糖復合膜處理,發(fā)現(xiàn)處理組的果實在貯藏過程中水分的散失及果實軟化明顯減緩,果實中總多酚、花青素、類黃酮含量及抗氧化能力的變化被延緩[8,14]。Hong等[22]分別用0.5%、1%、2%的殼聚糖對采后“珍珠”番石榴涂膜處理,發(fā)現(xiàn)2%殼聚糖涂膜能有效抑制果實硬度的下降。有研究表明,經(jīng)大豆分離蛋白涂膜處理后的圣女果、草莓等漿果,有效保持了果實硬度,保鮮效果顯著[22-25]。

綜上,結(jié)合對不同漿果進行涂膜處理的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)多糖/蛋白類涂膜處理后的漿果在貯藏過程中,更有利于保持果實硬度,減少水分散失,保持商品性。

2 多糖/蛋白類涂膜在采后漿果保鮮中的應用

2.1 多糖類涂膜

多糖類涂膜主要由相對分子質(zhì)量高的多糖物質(zhì)及其衍生物作為成膜基質(zhì),通過分子內(nèi)和分子間的氫鍵等相互作用形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)半透性薄膜。常見的多糖類涂膜劑有殼聚糖[26]、魔芋葡甘聚糖[27-28]、海藻酸鈉[29-30]等,黏度較高,安全、無毒、可食、可降解,具有良好的穩(wěn)定性、成膜性、阻氣性等優(yōu)點,但大多數(shù)多糖物質(zhì)的親水性強,用多糖溶液涂膜漿果,抑制水分散失的性能較差,且單一的多糖涂膜透氧性、機械性能較差,保鮮效果不佳[31]。目前已有研究證明,通過添加增塑劑、表面活性劑、交聯(lián)劑等有利于改善膜性能,提高對漿果的保鮮效果[32-33]。

2.1.1 殼聚糖涂膜

殼聚糖又稱脫乙酰甲殼素、幾丁聚糖、甲殼胺等,為甲殼素脫乙?;漠a(chǎn)物,是一種天然堿性多糖,能在漿果果實表面形成半透性膜,減少水分蒸發(fā),對O2、CO2具有一定的選擇滲透作用,有效延緩果實衰老,同時殼聚糖涂膜有較強的抗菌能力,可以避免微生物對漿果的危害,進而延長果實的貯藏保鮮時間[26]。

已有研究證實了殼聚糖涂膜能有效延長藍莓、草莓、桑椹、獼猴桃、番石榴等漿果的貯藏保鮮時間[22,34-35]。試驗表明,殼聚糖涂膜技術(shù)在常溫條件下就能起到貯藏保鮮效果,降低水果品質(zhì)下降速率[36],如果結(jié)合低溫條件,保鮮效果會更佳[6]。但單一殼聚糖涂膜的機械性能較差,往殼聚糖溶液中添加增塑劑(如山梨醇、肉桂精油、紫蘇精油等),有利于改善膜的性能。Wang等[37]的試驗結(jié)果表明,將乳酸鏈球菌素和不同濃度的紫蘇油加入到殼聚糖中制備的抗菌膜對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、腸炎沙門氏菌和托拉氏假單胞菌均有良好的抗菌活性,同時改善了薄膜的力學性能、水蒸氣阻隔性能和光學性能,使用安全,延緩了草莓在貯藏過程中的快速腐爛。

2.1.2 魔芋葡甘聚糖涂膜

魔芋葡甘聚糖由D-葡萄糖和D-甘露糖組成,是一種可溶性膳食纖維和可再生天然高分子物質(zhì),無毒無味,可被生物降解,其溶液黏度大,具有良好的穩(wěn)定性、成膜性、持水性等,是一種天然涂膜保鮮劑[27]。魔芋葡甘聚糖涂膜通過在漿果表面形成一層保護膜,與外界環(huán)境隔離,避免了果實直接與危害因子接觸,減少腐敗變質(zhì)。

由于魔芋葡甘聚糖的分子鏈存在大量親水基團,表現(xiàn)出較強的親水能力,流變性較差,涂膜后的果蔬較難干燥,不利于控制涂膜的厚度,限制了其在涂膜保鮮方面的應用[38-39],同時魔芋葡甘聚糖的抗菌性較差,因此可通過對魔芋葡甘聚糖進行改性處理,提高膜的性能。研究報道,沒食子酸改性魔芋葡甘聚糖涂膜,其酯化度增大,可以阻塞果實表面的氣孔和皮孔,降低氣體交換和呼吸作用,其分子中酚羥基和沒食子酰基的大量存在可有效防止果實褐變和水分蒸發(fā),抑制微生物繁殖生長,增強了獼猴桃和葡萄的保鮮效果,提高了好果率[32]。付孟等[28]研究了魔芋葡甘聚糖與果膠復合膜液對紅提的保鮮效果,同樣發(fā)現(xiàn)魔芋葡甘聚糖復合膜液處理可有效延長紅提的貨架期,其失重率、腐爛率及總酸的損失程度降低。有研究證實,魔芋葡甘聚糖與乙基纖維素制備的復合膜具有良好的力學性能、吸濕性能和較低的氧滲透率[33],經(jīng)魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素復合膜處理后的櫻桃番茄及葡萄能在35℃、相對濕度70%環(huán)境下保持較好的感官品質(zhì)、VC和總酸的含量等,且保鮮效果優(yōu)于聚乙烯(PE)膜包裹的果實[40]。

2.1.3 海藻酸鈉涂膜

海藻酸鈉是從褐藻類海帶或馬尾藻中提取的天然多糖,無臭無味,是多羥基、多極性高分子化合物,具有良好的增稠性、成膜性、穩(wěn)定性和螯合性等。海藻酸鈉涂膜應用在漿果保鮮中,涂膜層緊密地將果實包裹保護,可有效降低果實營養(yǎng)成分損失,防止水分蒸發(fā),保持果實外觀品質(zhì)和硬度[29-30]。

已有研究證實,海藻酸鈉涂膜處理能維持樂業(yè)紅心獼猴桃較高的果實硬度、可滴定酸及VC的含量,有效抑制了可溶性固形物含量的上升,進一步維持貯藏品質(zhì),延長貯藏期[41]。但單一的海藻酸鈉涂膜拉伸強度和韌性等較差,保鮮效果一般,添加增塑劑、助膜劑或抑菌物質(zhì)等,有利于提高海藻酸鈉涂膜的強度、韌性和抗菌性,提高保鮮效果[42]。趙珊等[43]研究表明,12 g/L海藻酸鈉與6 g/L苯乳酸、5 g/L甘油、5 g/L黃原膠制備得到的復合膜,其拉伸強度、厚度及水蒸氣透過率等各項性能最佳,可明顯延長甜櫻桃的保存期,降低腐爛率和質(zhì)量損失率。Liu等[44]探討了不同濃度的羥乙基纖維素和海藻酸鈉制備的復合涂層對草莓品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)羥乙基纖維素/海藻酸鈉復合涂層可有效、安全、環(huán)保地保持草莓果實品質(zhì),降低失重率,維持總酚和黃酮含量,延長貨架期。

2.2 蛋白類涂膜

蛋白類涂膜常指用蛋白質(zhì)制成的營養(yǎng)價值高、阻氣阻濕性好的可食用性蛋白膜,具有疏水性、成膜性等特點,但最大的缺點是抗菌性能差,制備涂膜時需要添加抗菌劑提高膜的性能。常用的蛋白類涂膜原材料有大豆分離蛋白[45]、明膠蛋白[46]、玉米醇溶蛋白[47]等,目前已逐漸應用于漿果的保鮮中。

2.2.1 大豆分離蛋白涂膜

大豆分離蛋白是以低溫脫溶大豆粕為原料生產(chǎn)的一種全價大豆蛋白類食品添加劑,其蛋白質(zhì)含量在90%以上,氨基酸種類有近20種,并含有人體必需氨基酸,營養(yǎng)價值高,具有良好的低透氧性、阻水性、成膜性等特性,應用于漿果保鮮中能有效維持果實硬度,降低維生素等營養(yǎng)物質(zhì)損失[48]。

有研究表明,大豆分離蛋白類涂膜處理對圣女果、草莓等漿果有較好的保鮮效果,不同程度地延緩了新鮮漿果的硬度和質(zhì)量的下降,及VC和有機酸的損失,保留了果實的感官特性[23-24]。隋思瑤等[25]試驗證明,2%大豆分離蛋白+30%蘆薈原汁+0.2%蜂蠟復合涂膜能降低圣女果失重率,有效維持其顏色、可溶性固形物含量、硬度等,保鮮效果明顯。袁晨陽等[49]的試驗結(jié)果同樣表明,經(jīng)大豆分離蛋白處理后的圣女果保鮮效果顯著。也有研究以新鮮草莓為試材,發(fā)現(xiàn)5.0%大豆分離蛋白+2.5%甘油+1.0%山梨酸鉀為涂膜保鮮草莓的最佳配方,在此條件下草莓質(zhì)量損失率僅為1.39%,有效保持了其商品價值[50]。Li等[51]發(fā)現(xiàn)了大豆分離蛋白/肉桂醛/氧化鋅復合涂膜具有抑菌性能,能有效延緩香蕉的成熟度、質(zhì)量、硬度及感官品質(zhì)等指標的劣變。

2.2.2 膠原蛋白涂膜

膠原蛋白是細胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),其最普遍的結(jié)構(gòu)特征是三重螺旋結(jié)構(gòu),即由3條a鏈多肽組成,每一條膠原鏈都是左手螺旋構(gòu)型,相互交叉纏繞成右手螺旋結(jié)構(gòu),這種獨特的三重螺旋結(jié)構(gòu),使其分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,并具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性[52-53],對漿果涂膜保鮮處理,能達到降低呼吸作用、減少水分流失的目的[54]。

伍久林等[52]以4%鰱魚皮膠原蛋白和0.7%綠茶提取物為原料制備復合涂膜,對圣女果進行涂膜處理,發(fā)現(xiàn)經(jīng)復合涂膜處理能有效抑制果實褐變,降低多酚氧化酶活性,減少質(zhì)量損失和腐爛率,從而延長保鮮時間。甘釗生等[46]利用魚鱗膠原蛋白和綠茶提取物作為原料制備可食性復合涂膜處理圣女果,同樣得到了與伍久林等[52]相似的結(jié)論。

2.2.3 玉米醇溶蛋白涂膜

玉米醇溶蛋白含有豐富的含硫氨基酸,分子之間以較強的疏水鍵、二硫鍵相連,具有良好的阻隔性、疏水性和成膜性[55-56],但單一的玉米醇溶蛋白涂膜表面疏水程度較高、機械強度不高、脆度大[57],且不具有抗菌性[58],不利于在涂膜領域中推廣應用。然而,通過與多糖、其他蛋白相互作用,可以提高玉米醇溶蛋白膜的機械性能、改善疏水性,提高涂膜后果實的抗菌能力并保持外觀品質(zhì)。

李云捷等[47]研究表明,2.5%玉米醇溶蛋白、0.10%甘油和0.15%檸檬酸制成的復合涂膜劑浸泡草莓1 min,保鮮效果最佳。唐津忠等[56]以獼猴桃為研究對象,選用1.75%玉米醇溶蛋白、1.0%脂質(zhì)、0.3%多糖,并輔以0.2%增塑劑和0.02%乳化劑制備復合涂膜劑,結(jié)果得到該復合涂膜劑不僅可以延長獼猴桃的貯藏期,而且減少了獼猴桃在貯藏期間的營養(yǎng)成分損耗。李桂娟等[59]研究發(fā)現(xiàn),玉米醇溶蛋白涂膜處理后,圣女果的失重率及營養(yǎng)物質(zhì)損失率下降緩慢,果實外觀保持良好,保鮮期延長。

2.3 多糖/蛋白復合涂膜

蛋白質(zhì)既包含親水基團又包含親脂基團,具有乳化作用[60],單一的蛋白質(zhì)涂膜具有疏水性,存在抗菌性差的問題。而多糖屬于親水性物質(zhì),部分多糖物質(zhì)具有抗菌性能,單一的多糖涂膜存在阻濕、抗水性差等問題[61]。基于蛋白質(zhì)和多糖分子的性能特點,蛋白質(zhì)與多糖之間能通過分子間相互作用形成具有多孔網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)綜合性能較佳的多糖/蛋白復合涂膜,適用于漿果的保鮮[42]。

有研究證明,1.0%海藻酸鈉和0.1%溶菌酶復合涂膜處理葡萄,在(4±1)℃條件貯藏25 d后,果實腐爛指數(shù)僅為0.17,質(zhì)量損失率僅為9.34%,超氧化物歧化酶(SOD)活性仍保持了初始活性的86.5%,保鮮效果較顯著[62]。龐凌云等[23]研究證實,使用1.0%殼聚糖,殼聚糖和大豆分離蛋白比例2∶1(g/g),吐溫-20濃度為0.8%時,制備的復合膜對圣女果處理后常溫貯藏保鮮,可降低圣女果的水分損失,有效抑制呼吸強度,有利于保持可滴定酸和VC的含量,延長圣女果的常溫貯藏期。Zhang等[63]研究了大豆分離蛋白-殼聚糖可食性涂膜對杏果實貯藏軟化的影響,發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白-殼聚糖可食性涂膜能抑制果膠的降解,防止硬度的下降,顯著降低果實失重,使其品質(zhì)得到保護,延長了貨架期。

3 小結(jié)與展望

漿果是一類營養(yǎng)價值非常高的水果,富含維生素、花青素、黃酮類物質(zhì)等營養(yǎng)及功能性成分,并具有抗氧化性,且漿果類水果的商品價值高,但由于漿果水分含量高,在運輸過程中容易腐爛變質(zhì),嚴重影響其商品價值和營養(yǎng)價值。因此,對如何利用環(huán)保、實用性強的保鮮技術(shù)延長漿果從枝頭到餐桌的保鮮時間,降低營養(yǎng)成分的損失,維持良好的外觀,保持商品價值,需要進一步關(guān)注和研究。

近年來,人們對綠色環(huán)保和健康問題越來越重視,桑椹、葡萄、櫻桃等漿果深受大眾喜愛,它們的保鮮技術(shù)也備受關(guān)注,因此,天然可食性涂膜劑已逐漸應用于果蔬保鮮技術(shù)中,并以多糖類涂膜保鮮應用最為普遍。本文主要綜述了多糖/蛋白類涂膜對采后漿果的保鮮效果以及在漿果保鮮中的應用,并對多糖類涂膜、蛋白類涂膜的優(yōu)缺點進行分析。目前,還有一些天然可食性涂膜材料逐漸應用于漿果的保鮮中,如脂類涂膜、多糖/脂類復合涂膜、蛋白/脂類復合涂膜等,相信天然可食性涂膜材料將成為未來涂膜保鮮技術(shù)的主要研究和發(fā)展方向。

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