殼聚糖對果蔬保鮮的影響

1、殼聚糖對果蔬保鮮的影響摘 要：本文介紹了天然高分子材料殼聚糖的保鮮機(jī)理，以及在室溫下對果蔬有明顯的保鮮效果，主要體現(xiàn)在對果蔬的品質(zhì)采后生理的影響和對果蔬的防腐效果儲(chǔ)藏壽命等方面。關(guān)鍵詞：殼聚糖 果蔬 保鮮 前 言：殼聚糖是一種生物活性物質(zhì)。它是由蟹殼和蝦殼中獲得的甲殼素，用堿脫去附著的蛋白質(zhì)，以酸除去無機(jī)鹽如碳酸鈣即得甲殼素，經(jīng)熱堿處理脫去乙酸基后的之產(chǎn)物1。殼聚糖具有無毒、無味、對環(huán)境無污染、來源廣泛、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，用它作為果蔬涂膜鮮劑操作簡便，并具有良好的保鮮效果，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奶烊槐ｕr劑。1 殼聚糖的特性及保鮮機(jī)理殼聚糖對果蔬的保鮮作用是其成膜性、抑菌性和誘導(dǎo)抗病性等眾多理化特性

2、和生物功能協(xié)同作用的結(jié)果,這些特性和功能又與其分子量大小和結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。對殼聚糖的作用機(jī)理及其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系進(jìn)行深人的研究和探討將有助于開發(fā)新的、效果更好的殼聚糖保鮮產(chǎn)品2。特別是隨著對殼聚糖的誘導(dǎo)抗病性研究的深人,新一代基因誘導(dǎo)型殼聚糖天然保鮮產(chǎn)品必將在果蔬貯運(yùn)保鮮中發(fā)揮。殼聚糖的另一種功能是具有一定的抑菌作用。有報(bào)道指出，殼聚糖對大腸桿菌、熒光假單胞菌、普通變形桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草桿菌均有抗菌性，對草蘭氏陽性菌亦有抗菌作用。現(xiàn)已有不少研究結(jié)果表明,果實(shí)采后使用殼聚糖處理,對延長果實(shí)的保鮮期具有較好的效果,是一種很有發(fā)展前景的多用途天然物質(zhì)。2 殼聚糖涂膜與果蔬品質(zhì)一般情況下果實(shí)采

3、摘后的營養(yǎng)成分隨著貯藏時(shí)間的延長都會(huì)有所改變，或被自身呼吸代謝消耗。應(yīng)用殼聚糖處理的果實(shí)有利保持果實(shí)較好的品質(zhì)這主要是由于殼聚糖在果實(shí)表面形成一層薄膜，抑制了果實(shí)的呼吸，減緩了果實(shí)代謝速度，從而降低了果實(shí)自身營養(yǎng)的消耗。2.1 Vc殼聚糖涂膜可減緩果蔬貯藏期間Vc的降低。鄭學(xué)勤等3用多種殼聚糖衍生物處理蘋果和梨，冷藏100 d后，各處理的Vc含量均高于未經(jīng)殼聚糖處理的(簡稱對照，下同)；殼聚糖處理草莓4，48 天貯藏20 dVc含量比對照高78%165%。黃向紅等5用濃度2%殼聚糖處理四季柚，在近3個(gè)月的常溫貯藏過程中，Vc含量下降幅度明顯小于對照。2.2 糖殼聚糖處理果蔬對其含糖量變化,不同

4、的學(xué)者持有不同觀點(diǎn)。黃向紅等6認(rèn)為殼聚糖處理四季柚果實(shí)在貯藏期間糖分下降比對照更快。而樂培思等7用濃度2%改性幾丁質(zhì)溶液處理柑桔，經(jīng)相隔30 d的2次測定，發(fā)現(xiàn)處理可有效地減緩含糖量下降；陳安和等8試驗(yàn)表明，對照果實(shí)的可溶性糖在貯藏5 d后急劇下降，而經(jīng)幾丁質(zhì)衍生物溶液處理的則下降緩慢。此外,南果梨9楊梅10、草莓11的研究都表明殼聚糖處理能降低果蔬在貯藏過程中含糖量的下降。2.3 酸殼聚糖處理對果蔬貯藏期間酸的影響，許多學(xué)者做過研究。胡文玉和吳姣蓮12試驗(yàn)表明,番茄在2e下條件貯藏28 d后，濃度1%和2%殼聚糖溶液處理的果實(shí)可滴定酸分別為12.9和13.0 mg/g，比對照的10.mg/g

5、要大。另外，對草莓13、蘋果和梨14、四季柚、番茄的研究都表明殼聚糖處理能有效減緩果蔬在貯藏期間酸含量的下降。2.4 色澤殼聚糖對番茄的保鮮研究結(jié)果顯示,殼聚糖能顯著減緩番茄的轉(zhuǎn)色，用濃度1%和2%殼聚糖處理的番茄在20 下貯藏22 d后，果實(shí)色澤指數(shù)(規(guī)定綠色為1，紅色為6)分別是4.3和3.3，而對照為5.6。1%殼聚糖涂膜處理的國光蘋果，在室溫下貯藏5個(gè)月后仍保持綠色，而對照已變?yōu)榧t綠色或紅黃色。菜用大豆在貯藏期間葉綠素含量呈下降趨勢，殼聚糖處理可延緩葉綠素含量下降，處理濃度越高，葉綠素含量越高。草莓在415 條件下貯藏7 d后，濃度1%殼聚糖處理的果實(shí)其主要色素物質(zhì)花青素含量低于對照。

6、El Ghaouth等用殼聚糖處理草莓,也發(fā)現(xiàn)花青素的含量明顯減少。由此可知，殼聚糖處理果蔬有利于延緩果蔬的轉(zhuǎn)色。2.5 水分貯藏期間果實(shí)失重主要是由于失水造成，殼聚糖在果蔬表面所形成的膜可以阻礙果蔬的蒸騰作用，從而減少水分散失及果蔬的失重。失重率的高低反映了果實(shí)保水能力的強(qiáng)弱。經(jīng)殼聚糖涂膜處理的果實(shí)失重明顯低于對照，說明殼聚糖涂膜能提高果實(shí)的保水能力。尹蓮15用含金屬離子的殼聚糖涂膜劑研究葡萄的常溫保鮮效果，結(jié)果表明，含銅、鈷、鎳離子的殼聚糖膜可有效妨礙葡萄的蒸騰作用和鮮重?fù)p失。EGhaouth等研究顯示，濃度1.0%和1.5%殼聚糖涂膜的黃瓜和青椒在溫度13或20 、相對濕度85%條件下貯

7、藏,處理的果實(shí)其失重率明顯小于對照。此外，對獼猴桃、蘋果和梨研究都得到了類似的結(jié)果。并且，有報(bào)道表明,在使用濃度范圍之內(nèi),濃度越高,則失重越小。3 殼聚糖涂膜與果蔬采后生理殼聚糖涂膜保鮮果蔬的生理生化基礎(chǔ)果蔬經(jīng)殼聚糖處理后可在表面形成一層透明薄膜,限制果蔬與大氣交換，使果蔬內(nèi)部形成一個(gè)低O2和高CO2的微環(huán)境，從而抑制呼吸作用、乙烯產(chǎn)生及膜脂過氧化等需氧生理生化過程，在一定程度上能夠延緩果實(shí)衰老，減少腐爛，保持果蔬品質(zhì)，延長果蔬的貯藏壽命。3.1 殼聚糖涂膜與果蔬呼吸作用殼聚糖在果蔬表面形成一層致密的膜，對CO2和O2有選擇滲透的作用，表現(xiàn)為阻止空氣中O2進(jìn)入果蔬組織，在膜內(nèi)部形成低O2分壓，

8、高CO2分壓的小環(huán)境，從而抑制了果蔬的呼吸作用。胡文玉和鄒良棟15的試驗(yàn)表明,在整個(gè)貯藏期間涂膜果的呼吸速率較對照明顯降低，呼吸高峰較對照推遲7 d，且峰值也低于對照。蘇新國等采用濃度1.0%和1.5%殼聚糖處理菜用大豆莢，結(jié)果表明，涂膜處理可顯著抑制果實(shí)的呼吸強(qiáng)度。在葡萄、荔枝等果實(shí)上也有類似的報(bào)道。當(dāng)然,抑制果蔬呼吸作用的殼聚糖有一定的濃度范圍，如果超出其濃度或操作不當(dāng)，反而會(huì)引起生理失調(diào)。蘋果經(jīng)殼聚糖涂膜處理后，在整個(gè)貯藏過程期間呼吸速率均明顯低于對照，且呼吸高峰推遲7天，峰值也低于對照。殼聚糖處理也明顯地降低楊梅的呼吸速率，但以1%濃度效果較好。菜用大豆在貯藏期間，涂膜處理的呼吸強(qiáng)度均

9、低于對照，濃度越高，呼吸強(qiáng)度越低。袁毅樺等試驗(yàn)表明，殼聚糖濃度過大，膜致密，果實(shí)內(nèi)的氧氣濃度太低，使果實(shí)趨向于缺氧呼吸,結(jié)果導(dǎo)致果實(shí)衰老軟化。另據(jù)胡文玉和鄒良棟16報(bào)道,殼聚糖處理還能影響果實(shí)的呼吸途徑和呼吸底物,殼聚糖處理能使貯藏過程中蘋果的磷酸戊糖途徑在總呼吸中所占的比例比對照稍高，而糖酵解-三羧酸循環(huán)比對照稍低;并且殼聚糖處理的蘋果其呼吸商增加得很慢，說明其呼吸底物自身的氧化性較小。3.2 殼聚糖涂膜與果蔬乙烯釋放乙烯是啟動(dòng)和促進(jìn)果蔬成熟衰老的激素，乙烯對于躍變型黃花梨果實(shí)來說，殼聚糖涂膜處理果實(shí)乙烯釋放量低且不明顯，比對照減少50%64%。研究結(jié)果認(rèn)為，殼聚糖涂膜減少乙烯的生成是由于脂

10、氧合酶（A,B）活性降低、膜脂過氧化作用減弱的結(jié)果。2%殼聚糖涂膜的白鳳桃在25下貯藏12天中，甚至沒有測出乙烯，而對照乙烯含量已經(jīng)很明顯。水茂興等試驗(yàn)表明,殼聚糖處理采后草莓,其乙烯釋放量減少,濃度2%殼聚糖涂膜的白鳳桃在25 條件下貯藏12 d，沒有測出乙烯,而對照乙烯含量明顯。在對香蕉、蘋果、梨、番茄9的研究也顯示,殼聚糖處理的果蔬其乙烯釋放速率比對照小得多。然而，近年來，國內(nèi)外至今仍未出現(xiàn)過殼聚糖涂膜阻礙果蔬乙烯生成機(jī)理的專門報(bào)道。3.3 殼聚糖涂膜與果蔬的膜脂過氧化膜脂過氧化能增加細(xì)胞透性,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物往外滲漏，其產(chǎn)物之一為丙二醛(MDA)。殼聚糖處理能減少采后果蔬細(xì)胞的膜脂過氧化

11、。其原因可能是殼聚糖阻抑氧氣透入果實(shí)組織,降低果實(shí)呼吸，減少自由基發(fā)生,減弱活性氧傷害，從而產(chǎn)生抑制組織的膜脂過氧化作用。水茂興等17試驗(yàn)表明,番茄、青椒經(jīng)殼聚糖處理后,膜脂過氧化作用減弱，MDA含量減少,膜透性降低。此外，在蘋果、草莓上也有類似的報(bào)道。3.4 殼聚糖涂膜與果蔬酶活性超氧化物歧化酶(SOD)，其功能是消除超氧陰離子自由基，減少自由基對膜的損傷，從而延緩細(xì)胞衰老。幾丁質(zhì)衍生物溶液處理果蔬，對阻止果實(shí)貯藏期間SOD活力下降有較好的效果。在25條件下,楊梅采后6 d，SOD活性迅速下降，而濃度1%殼聚糖處理則延緩這一趨勢；殼聚糖、殼聚糖+助劑處理的草莓貯藏4 d后，與對照相比，其SO

12、D活性分別增加了4.88和7.18個(gè)單位18?？梢姡瑲ぞ厶翘幚砟茉黾庸叩腟OD活力。4 殼聚糖涂膜與果蔬防腐殼聚糖處理除了能延緩果蔬的衰老和品質(zhì)下降外，還可有效抑制果蔬貯藏期間腐爛發(fā)生。Leuba和Stos2seI14認(rèn)為殼聚糖溶液具有抑菌和抗菌作用。尹蓮16用含金屬離子的殼聚糖涂膜劑來常溫保鮮葡萄，結(jié)果表明，含金屬離子的殼聚糖涂膜劑能抑制病原菌發(fā)生;陳安和19試驗(yàn)表明,在室溫下，對照的草莓貯藏至第4天，所有草莓都長滿菌斑,而殼聚糖處理的果實(shí)第10天才出現(xiàn)少量的灰色毛狀物。關(guān)于殼聚糖防腐的機(jī)理，除了殼聚糖延緩果蔬的衰老,保持組織健康外,主要有以下2點(diǎn)解釋：一是殼聚糖對一些腐敗真菌起到直接的抑

13、制或殺滅作用，二是殼聚糖能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一系列防御反應(yīng)而增加自身抗病性,包括提高幾丁質(zhì)酶、B-1,3-葡聚糖酶和苯丙氨酸解氨酶(PAL)及過氧化物酶(POD)活性，產(chǎn)生植保素,合成木質(zhì)素,加厚細(xì)胞壁以阻礙病菌穿透20。從物理化學(xué)角度分析，則是殼聚糖類物質(zhì)的正電荷與微生物細(xì)胞膜表面的負(fù)電荷作用造成蛋白質(zhì)類物質(zhì)及其他細(xì)胞內(nèi)組成成分的流失而達(dá)到抑菌防腐的功能。殼聚糖水溶性衍生物有較強(qiáng)的抑菌作用，其對各種食品腐敗菌的最小抑制濃度為:大腸桿菌、枯草桿菌、毛菌、根菌為0.5%;巨大芽孢桿菌、蘇云金桿菌、曲菌為1.0%。5 殼聚糖涂膜與果蔬貯藏壽命5.1 調(diào)節(jié)果實(shí)內(nèi)外環(huán)境條件殼聚糖涂膜類似于打蠟處理，通過在果

14、實(shí)表面形成一層薄膜，調(diào)節(jié)果實(shí)內(nèi)外的氣體交換，使果實(shí)內(nèi)形成一個(gè)低O2、高CO2濃度的環(huán)境，抑制呼吸作用，減少果實(shí)內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和呼吸基質(zhì)的消耗，并使果實(shí)呼吸作用途徑發(fā)生了改變，使果實(shí)貯藏過程中糖酵解-三羧酸循環(huán)途徑在總呼吸中所占的比例降低，磷酸戊糖途徑所占比例升高，次生代謝產(chǎn)物積累，另一方面減少氧氣進(jìn)入果實(shí)，從而減少活性氧的形成，使膜脂過氧化作用減弱，緩解細(xì)胞膜的損傷，延遲細(xì)胞衰老死亡20。LOX參與果實(shí)成熟衰老過程中膜脂過氧化作用和乙烯的生物合成。采后果實(shí)組織中SOD活性下降，自由基積累，活化了LOX。LOX的活化啟動(dòng)了膜脂過氧化作用，導(dǎo)致膜脂質(zhì)的過氛化和膜磷脂的水解，產(chǎn)生更多的游離脂肪酸，這些脂

15、肪酸又可成為LOX的反應(yīng)底物，誘發(fā)LOX的進(jìn)一步活化，進(jìn)而加劇了膜脂過氧化作用，其過氧化物參與了ACC向乙烯的轉(zhuǎn)化而加速了乙烯的合成。殼聚糖處理的果實(shí)其SOD保持在較高水平，有利于清除果實(shí)貯藏衰老過程中產(chǎn)生的自由基，使果實(shí)LOX活性顯著降低，從而降低了果實(shí)的膜脂過氧化作用，抑制了乙烯的生成，并延緩了果實(shí)衰老21。5.2 抑制膜脂過氧化作用殼聚糖涂膜后在一定程度上還能改變Ca在細(xì)胞內(nèi)存在的狀態(tài)，結(jié)合態(tài)Ca增多，可溶性Ca減少22。果肉結(jié)合Ca含量的提高，維持了細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的穩(wěn)定并抑制了果實(shí)成熟衰老過程中細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的解體，從而延長了果實(shí)貯藏期。Ca是一種酸性的、小分子量的單肽鏈調(diào)節(jié)蛋白，Ca

16、M與Ca形成Ca-CaM;復(fù)合體，該復(fù)合體激活脂酶A2，后者可釋放膜脂中的多元不飽和脂肪酸，而多元不飽和脂肪酸可被LOX氧化生成氫過氧化物，氫過氧化物可使更多的Ca進(jìn)入細(xì)胞，結(jié)合更多的CaM;，從而活化更多的磷脂酶Ca，如此反復(fù)進(jìn)行，使膜脂迅速分解、衰老加速，所以殼聚糖通過增加細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Ca增強(qiáng)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和減少細(xì)胞內(nèi)可溶性Ca減弱與Ca;結(jié)合為Ca-CaM;，來抑制一系列膜脂過氧化作用，保持細(xì)胞膜的完整性，延緩果實(shí)的衰老。5.3 減少病害發(fā)生果品貯藏病害大部分是由潛伏病菌引起，這些病菌在果實(shí)生長期潛伏于果實(shí)表面，貯藏中會(huì)沿傷口和皮孔侵入果肉組織而引起病害。殼聚糖涂膜處理減少病害的

17、發(fā)生主要有3個(gè)途徑；一是使傷口木栓化堵塞皮孔和增強(qiáng)HMP途徑等作用，從而減少真菌侵染，增強(qiáng)果實(shí)抗病菌能力。二是對一些腐敗真菌起到直接的抑制或殺滅作用。以灰霉病菌和軟腐病菌為試材，李紅葉等（1997）以軟腐病菌和褐腐病菌為試材，在離體培養(yǎng)條件下，殼聚糖對病菌孢子的萌發(fā)、菌絲的生長有抑制作用，并影響菌體的形態(tài)，使菌變粗、扭曲，甚至發(fā)生質(zhì)壁分離。經(jīng)損傷接踵細(xì)鏈格孢的蘭州大接杏用殼聚糖涂膜處理后，可明顯降低接種蘭州大接杏黑斑病發(fā)病率，抑制病斑的擴(kuò)展速度23。對梨輪紋病菌、瓜炭疽病菌、柑橘青霉病菌、草莓灰霉病菌等進(jìn)行離體培養(yǎng)，小分子量（1700）的抗菌效果最佳。這可能是因?yàn)榈头肿恿繗ぞ厶且子谶M(jìn)入到病原菌

18、的細(xì)胞核中，干擾DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，從而抑制真菌生長。三是殼聚糖誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一系列防御反應(yīng)而增強(qiáng)自身抗病性，包括提高幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶和PAL和POD活性，從而激發(fā)苯丙烷類代謝，產(chǎn)生酚類和異黃酮類植保素等，以及木質(zhì)素加厚細(xì)胞壁，在植物抗病中起了化學(xué)屏障作用和植物抗毒素作用。6 討論：（1）殼聚糖來源豐富，制備簡單，使用方便，且無毒無害，應(yīng)用范圍廣泛，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種寶貴資源。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，殼聚糖作為一種新型的綠色保鮮劑在果品貯藏中應(yīng)用是可行的，特別是在一些貯藏技術(shù)和設(shè)施不發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)更為有效。（2）果蔬在采摘后，由于其代謝作用并沒有完全終止，體內(nèi)水分會(huì)不斷蒸發(fā)，有機(jī)物分解，營養(yǎng)成份

19、破壞，與此同時(shí)空氣中的微生物也會(huì)對它侵蝕，殼聚糖涂膜保鮮劑就是通過果蔬表面形成一半透膜，以有效抑制其呼吸作用，防止脫水、萎縮及微生物的侵蝕，對許多界蔬有較明顯的延長貯藏壽命的保鮮效果。但由于殼聚糖在H離子濃度1100nm01/IJ的稀酸中溶解性能較好，為便于控制溶液酸度，宜用有機(jī)酸為溶液。由于有的果蔬生理組織不適應(yīng)此酸度范圍，或果蔬組織成份與有機(jī)酸發(fā)生作用，就會(huì)使保鮮作用受到影響，甚至?xí)記Q其變質(zhì)。（3）由于不同種類的果蔬其組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，生長特性不同，呼吸強(qiáng)度的不同;不同濃度的保鮮劑，其粘度不同，形成的保鮮膜疏密程度也不同。要根據(jù)果蔬點(diǎn)，相應(yīng)地選擇適宜的濃度，從而起到調(diào)節(jié)、控制果呼吸作用的

20、目的。若有可能測定不同果蔬的呼吸強(qiáng)度、選擇理想殼聚糖溶液濃度，會(huì)收到更好的保鮮效果和經(jīng)濟(jì)效益。由于殼聚糖在有機(jī)酸中的溶解是有限度的，濃度太大則會(huì)生成凝膠，故一般選用的殼聚糖溶液的濃度范圍為1%-5%。 參考文獻(xiàn)1 嚴(yán)俊.甲殼素的化學(xué)和應(yīng)用J.化學(xué)通報(bào),1984,(11):26-31.2 王靜蘭.天然型固發(fā)劑的研制及卷發(fā)保護(hù)測定J.廣西輕工,1995,(1):18-21.3 郭振楚.甲殼素研究進(jìn)展J.日用化學(xué)工業(yè),1997,(2):29-38.4 胡文玉,吳姣蓮.殼聚糖的性質(zhì)和用途及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用前景J.植物生理學(xué)通訊,1994,30(4):294-296.5 夏文水,王璋,脫乙?；磻?yīng)條件對殼聚糖性能的影響,無錫輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1992,2:104110.6 劉紅,高孔榮,甲殼素/殼聚糖及其衍生物的應(yīng)用,廣州食品工業(yè)科技,1993,3:6-9.7 許時(shí)嬰,沈欣等,羥甲基殼聚糖結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究,無錫輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1993,2:9399.8 鄧勇,趙學(xué)武,黃瓜涂膜保鮮的研究,食品科學(xué),1994,3:3135.9 李震山,宋述香,周愛蓮,蘋果梨果實(shí)乙烯的氣相色