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第 28 卷第 2 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.22012 年1 月Transactions of the CSAEJan.2012273复合涂膜结合紫外处理对鲜切木瓜冷藏品质的影响王 娟1，陈平生1，孟祥春2（1.华南理工大学轻工与食品学院，广州 510641；2.广东省农业科学研究院，广州 510640）摘要：为了延长鲜切木瓜的保鲜时间，利用尼辛、那他霉素、薄荷油、氯化钙、香兰素、壳聚糖制成复合保鲜涂膜液，考察涂膜及紫外线处理对木瓜鲜切块贮藏品质（包括色泽、可溶性固形物含量、失水率、维生素 C 含量、可滴定酸、霉菌酵母数、菌落总数）的影响。由均匀设计试验优化涂膜液配方以及紫外线处理参数。研究结果表明：涂膜及紫外线处理可较好地保持鲜切木瓜的色泽，抑制褐变，保持较高的可溶性固形物含量，减少贮藏过程中的水分损失，抑制霉菌、酵母菌和细菌的增长。采用 SAS 软件建立各参数与菌落总数关系的回归方程。利用非线性规划法得到较佳的复合涂膜配方与紫外线处理参数为：壳聚糖质量分数 1.0%，氯化钙质量分数 0.6%，Nisin 0.10 g/kg，那他霉素 14.0 mg/kg，香兰素质量分数 0.3%，薄荷油 1.5 mL/L，紫外照射时间 22 min，紫外照射距离范围 4466 cm。此复合涂膜配方与紫外线处理可使货架期至少达到 6 天，为鲜切木瓜保鲜提供技术参考。关键词：涂膜，紫外灯，优化，木瓜，鲜切，保鲜doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.02.047中图分类号：TS255.36 S667.9文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-02-0273-06王娟，陈平生，孟祥春.复合涂膜结合紫外处理对鲜切木瓜贮藏品质的影响J.农业工程学报，2012，28(2)：273278.Wang Juan,Chen Pingsheng,Meng Xiangchun.Effects of compound coating combined with ultraviolet treatment on quality ofcold storage fresh-cut papayaJ.Transactions of the CSAE,2012,28(2):273278.(in Chinese with English abstract)0引言番木瓜（Carica papaya L.），俗称“木瓜”，是番木瓜科番木瓜属植物1，其鲜果具有丰富的营养和食疗保健价值。鲜切水果又称轻度加工水果、最小加工水果（Minimally processed fruits），是对新鲜水果进行分级、清洗、去皮（去核、去籽）、切分、浸泡、包装等处理而成的可食用的新鲜水果。由于其具有新鲜、营养、方便、卫生等特点而广受国内外喜爱。但是加工过程引起的褐变、机械损伤、外部保护组织破坏以及营养物质外流引起的微生物滋生，从而导致鲜切水果不易贮藏和变质2。因此，鲜切水果的保鲜方法研究备受关注。国内外对鲜切果蔬保鲜的方法主要有：真空预冷处理3，热处理4，辐照等冷杀菌5-7，选择合适的包装材料8，气调包装和真空包装9-10，添加保鲜剂11，可食性涂膜12等。其中可食性涂膜的研究最为广泛。壳聚糖有良好的成膜性、气调性、保湿性、抑菌、防褐变，可减少组织软化、抑制呼吸作用、水分蒸发等生理生化过程而常用做可食性涂膜基质13-14。尼辛（Nisin，又称乳酸收稿日期：2011-03-16修订日期：2011-10-28基金项目：广东高校优秀青年创新人才培养计划项目（LYM10016）；广州市农业科技项目（GZCQC080FG06001）作者简介：王 娟（1981），女，讲师，博士，研究方向为食品营养与化学、食品加工工艺。广州华南理工大学轻工与食品学院，510641。Email:通信作者：陈平生（1986），男，研究方向为农产品加工及贮藏工程。广州华南理工大学轻工与食品学院，510641。Email:链球菌素）是一种天然的、高效的、安全的食品防腐剂，能够有效抑制大部分革兰氏阳性菌，常用于肉制品、乳制品、罐头制品、饮料、方便食品、植物蛋白食品等15，在果蔬保鲜方面的应用鲜有报道。那他霉素对所有的霉菌和酵母菌有极强的抑制力，但对细菌、病毒等其他微生物则无效，且具有低毒、低剂量、高效率、无异味、适用 pH 值范围宽等优点，用于水果中可防止真菌引起的有氧降解和霉腐16-17。香兰素能够抑制大肠杆菌、沙门氏菌等多种细菌的生长18。氯化钙能够增加鲜切水果的硬度19。薄荷油具有抗微生物和抗病毒活性的作用20。因此，本试验依据相关参考文献15-20在国家标准范围内选取合适水平的 Nisin、那他霉素、香兰素、氯化钙、薄荷油复配成壳聚糖复合涂膜液，并配合采用紫外线处理技术，考察其对鲜切木瓜的理化品质和微生物生长的影响，利用均匀设计试验优化参数，旨在探求一种能够有效延长鲜切木瓜保鲜期的方法。1材料与方法1.1主要材料与试剂番木瓜购于广州天河农贸市场；香兰素（化学纯）、薄荷油（化学纯），广州美益香料有限公司；标准平板计数琼脂（生化试剂）、马铃薯葡萄糖琼脂（生化试剂），广州环凯微生物科技有限公司；抗坏血酸（分析纯），天津市大茂化学试剂厂；2,6-二氯靛酚钠（分析纯），进口分装；尼辛（效价1 000 IU/mg）、那他霉素（有效成分 50%），浙江银象生物工程有限公司；其他试剂均为分析纯。农业工程学报2012 年2741.2主要仪器设备数显手持糖度计 PAL-1，日本 ATAGO 公司；DigitalBurette III 数字显示电子滴定器，德国普兰德（BRAND）公司；SP60 系列积分球式分光光度仪,美国爱色丽公司；DK-8D 三孔电热恒温水槽，上海齐欣科学仪器有限公司；SW-CJ-IFD 型单人单面净化工作台，苏州净化设备有限公司；紫外灯（20 W，253.7 nm），苏州净化设备有限公司；MIR253 低温恒温培养箱，日本三洋（SANYO）公司；XK97-A 型菌落计数器，威尔创恒科技有限公司；电子天平，常州得塔电子科技有限公司。1.3试验方法1.3.1木瓜前处理挑取大小一致，一线黄（即果皮出现一条轻微黄色条斑）21完整无损伤的木瓜。自来水预冷后清洗干净，用 1 g/L 次氯酸钠溶液浸泡 3 min，清水冲洗，风干。在无菌环境下用消毒后的刀具去皮、去籽并切分为 2 cm2 cm 6 cm 的块状，立即放于塑料托盘，保鲜膜（低密度聚乙烯，厚度 0.01 mm，广州华昇塑料制品厂）密封，置于 5的恒温箱中冷藏。1.3.2复合涂膜液的制备称取适量的壳聚糖溶于 90 mL 体积分数 2%乙酸溶液，加热至 80，待壳聚糖完全溶解后，停止加热，趁热加入氯化钙和香兰素，完全溶解并冷却至室温，依次加入 Nisin，那他霉素和薄荷油，混合均匀，NaOH 调节pH 值至 5.6，定容至 100 mL，即为所需的复合涂膜液。1.3.3复合膜对木瓜保鲜的均匀设计试验按照均匀设计表的要求（表 1），预处理过的木瓜块先经紫外线处理，再用壳聚糖复合液浸泡 3 min，取出置于无菌环境下风干，用保鲜膜重新密封包装，置于 5的恒温箱冷藏。测量第 1、3、6 天的理化及微生物指标。对照组（CK）用预处理过的鲜切木瓜在无菌水中浸泡3 min，后面步骤与试验组相同。表 1均匀设计表 U9(38)Table 1Experiment U9(38)uniform design因素试验号壳聚糖/%CaCl2/%尼辛/(g kg-1)那他霉素/(mg kg-1)香兰素/%薄荷油/(mL L-1)紫外照射时间/min紫外灯距/cm11.000.400.10500.403.75304422.000.500.15300.303.75206632.000.500.20300.502.50404441.500.400.20100.301.25304451.500.600.15100.503.75306661.000.600.20500.402.50205571.000.500.10100.302.50405582.000.400.15500.401.25406691.500.600.10300.501.252055注：%表示质量分数。1.3.4鲜切木瓜贮藏期间的理化及微生物指标测定颜色：分光光度仪法，记录 L*、a、b 值。色度（chroma，C）和褐变指数（browning index，BI）由以下公式计算2222Cab（1）100(0.31)/0.172BIx（2）其中*(1.75)/(5.6453.01)xaLLab式中，L*为样品的亮度，L*=0 为黑色，L*=100 为白色；a为红绿程度，a+为红色程度，a-为绿色程度；b 为黄蓝程度，b+为黄色程度，b-为蓝色程度，x 为色度坐标（chromatic coordinate）23。可溶性固形物：数显糖度计法；失水率：称质量法，失水率(%)=（起始质量测定时质量）/起始质量 100%；维生素 C：2,6-二氯靛酚钠滴定法；可滴定酸：酸碱滴定法；菌落总数：GB 4789.2-2010；霉菌酵母菌数：GB/T4789.15-2003。1.3.5数据处理各指标测定均重复 3 次，使用 Excel 对数据进行统计分析，利用 SAS 8.1 软件进行方差分析、回归分析以及参数优化。2结果与分析2.1复合膜结合紫外处理对鲜切木瓜颜色的影响复合涂膜能在鲜切木瓜表面形成薄膜，使其与氧气隔离而抑制褐变。从表 2 可以看出，CK 组鲜切木瓜的色度 C 值比试验组 19 号的大，且大部分达到显著水平，冷藏过程 C 值变化很小。各组的褐变指数 BI 值在冷藏过程中变化也较小，CK 组的大于各试验组，且除了第 4、6组外，其余各组与对照组相比，差异均达到显著水平，说明复合保鲜膜结合紫外线处理有利于抑制鲜切木瓜的褐变。抑制鲜切木瓜褐变效果试验组排序为：978312546。表 2鲜切木瓜冷藏过程色度和褐变指数Table 2Chroma and browning index during fresh-cut papayacold storage色度（C）褐变指数（BI）试验号第 1 天第 3 天第 6 天第 1 天第 3 天第 6 天149.51*1.3149.44*1.2349.36*1.96162.08*6.08167.26*4.88166.91*13.12253.13*0.3453.12*0.9352.971.71162.96*1.03167.41*4.79170.66*12.59349.71*0.3349.48*0.6148.47*1.23156.02*5.03159.88*1.84155.18*10.54448.09*1.3947.96*1.2848.87*2.52180.24*5.81183.0511.08185.5712.32556.650.3556.051.1654.412.49178.83*3.44179.80*7.63174.59*13.31651.37*1.8951.22*1.1351.78*0.91192.6910.53196.0016.67194.651.89732.95*1.9333.51*1.2333.88*1.70117.96*7.11120.88*4.31128.95*16.92839.15*3.0538.72*3.9740.27*3.44138.82*9.38140.32*11.24141.29*10.04932.14*2.1430.90*4.5029.88*6.90117.91*3.89111.02*17.59110.39*34.28CK60.300.9259.191.0059.410.55208.755.24203.427.93212.721.42注：*表示与对照组 CK 比较差异显著（P46879231。表 3鲜切木瓜冷藏过程可溶性固形物质量分数Table 3Total soluble solid during fresh-cut papaya cold storage%试验号第 1 天第 3 天第 6 天110.87 0.2312.77*0.159.63*0.12212.30*0.1714.77*0.1511.07*0.12313.47*0.1513.50*0.1010.73*0.38413.30*0.2014.33*0.1513.40*0.40512.50*0.1014.13*0.4013.80*0.10612.93*0.2514.10*0.1012.83*0.21710.60 0.1010.83 0.1211.67*0.15811.10*0.4011.53 0.1211.93*0.21912.17*0.3111.00 0.0011.60*0.00CK10.33 0.0610.87 0.129.10 0.002.3复合膜结合紫外处理对鲜切木瓜失水率的影响由表 4 可知，随着冷藏天数的延长，各组的失水率均增大。试验组第 3 天和第 6 天的失水率均小于对照组CK。鲜切木瓜表面的壳聚糖复合涂膜有防止水分蒸发的作用，因此可降低鲜切木瓜冷藏过程中的水分损失。降低水分损失各试验组排序为：541698723。表 4鲜切木瓜冷藏过程失水率Table 4Water losing rate during fresh-cut papaya cold storage%试验号第 1 天第 3 天第 6 天100.688*0.0332.643*0.058200.707*0.0143.330*0.114300.856*0.0063.456 0.078401.075*0.0222.171*0.107501.510 0.0322.031*0.143601.636 0.2092.655*0.039701.301*0.2853.080*0.252801.224*0.1353.003*0.485901.320 0.3442.876*0.998CK01.817 0.1244.069 0.1452.4复合膜结合紫外处理对鲜切木瓜维生素C 含量的影响维生素 C 是不稳定的物质，容易被空气中的氧气还原。由表 5 可知，在冷藏初期，壳聚糖复合涂膜有隔离空气的作用，所以试验组维生素 C 含量普遍大于 CK 组；随着冷藏时间延长，微生物增长，渗入木瓜的空气也越多，维生素 C 逐步被氧化，含量越来越少，但试验组的维生素 C 含量仍然显著大于 CK 组的，所以涂膜保鲜对延缓维生素 C 氧化有一定的效果。各涂膜及紫外线处理对维生素 C 保持效果排序为：654917238。表 5鲜切木瓜冷藏过程维生素 C 含量变化Table 5Content of ascorbic acid change during fresh-cut papayacold storage(mg 100g-1)试验号第 1 天第 3 天第 6 天176.91*0.5375.15*1.0068.22*0.76268.22 0.4266.88*0.4466.63*0.19373.12*1.1366.11*0.2565.98*0.25484.92*0.3175.27*0.8570.03*0.55579.69*1.1370.57*0.7370.04*1.06677.70*0.2472.03*0.3171.49*0.25785.28*0.4374.87*0.3167.88*0.12869.27 0.1466.03*1.0664.65*0.14978.68*1.2974.29*0.1969.69*0.57CK69.15 0.5762.75 0.2461.81 0.192.5复合膜结合紫外处理对鲜切木瓜块可滴定酸的影响由表 6 可知，可滴定酸(Titratable Acidity,TA)随着冷藏时间的延长有平缓上升的趋势。试验组的可滴定酸高于对照 CK，可能由于涂膜复合液具有一定的初始 pH 值（5.6），导致试验组的可滴定酸比 CK 组偏高。各实验组可滴定酸高低排序为：351694278。表 6鲜切木瓜冷藏过程可滴定酸变化Table 6Titratable acid change during fresh-cut papaya coldstorage%试验号第 1 天第 3 天第 6 天10.157*0.0370.161*0.0260.172*0.01020.134*0.0100.145*0.0100.138*0.00430.121*0.0020.203*0.0100.221*0.01040.138*0.0020.151*0.0050.147*0.00950.132*0.0030.135*0.0040.180*0.00760.146*0.0030.152*0.0050.158*0.00470.115*0.0060.121*0.0020.122*0.00380.099 0.0050.105*00.110*0.00590.125*0.0100.102*0.0020.151*0.003CK0.073 0.0030.072 0.0040.081 0.0072.6复合膜组合紫外处理对鲜切木瓜霉菌和酵母菌总数（EMY）的影响由图 1 可知，鲜切木瓜试验组的霉菌酵母数在第 1天、第 3 天和第 6 天时均比 CK 组的少，且冷藏过程中霉菌酵母菌数目变化很小，因此，复合涂膜配合紫外线处理能够较好的抑制霉菌酵母的增长，原因可能在于复合涂膜中的那他霉素对酵母和霉菌有较好的抑制作用，此外，紫外线辐照也有较好的抑菌作用。各涂膜及紫外线处理对霉菌和酵母菌数抑制效果排序为：987623415。农业工程学报2012 年276图 1鲜切木瓜贮藏过程霉菌和酵母菌总数Fig.1Mold and yeast counts during fresh-cut papaya storage2.7复合膜结合紫外处理对鲜切木瓜菌落总数的影响由图 2 可知，随着冷藏时间的延长，细菌总数呈上升趋势。冷藏初期试验组细菌总数低于 CK，在贮藏过程中，试验组的细菌总数增长较 CK 组缓慢。紫外线辐照6，加之复合涂膜中壳聚糖22、尼辛15、香兰素18和薄荷油20对细菌均有抑制作用，因此，涂膜及紫外线能够抑制细菌的增长。根据国家标准，当食品的细菌总数大于 105CFU/g时则不宜食用，从图 2 可知，对照组冷藏 6 d 后已不适于食用，而试验组的样品均在可食用范围内。从试验组菌落总数来看，鲜切木瓜至少可以保持 6 d 的时间。各涂膜及紫外线处理对霉菌和酵母菌数的抑制效果排序为：321875946。图 2鲜切木瓜贮藏过程菌落总数Fig.2Aerobic bacterial count during fresh-cut papaya storage2.7菌落总数回归方程的建立为了考察各因素对菌落总数的影响，将均匀设计试验 U9(38)的 8 个因素与第 6 天菌落总数用 SAS v8.1 软件进行回归分析，考虑所有因素的二次项及因素间的交互作用，分析结果见表 7、8。其中 Y：菌落总数；X1：壳聚糖，X2：氯化钙，X3：尼辛，X4：那他霉素，X5：香兰素，X6：薄荷油，X7：紫外时间，X8：紫外距离。回归分析结果如下：表 7SAS 回归分析结果Table 7Results of regress analysis by SAS编号变量参数估计标准差F 值P 值0常数项2.938760.20619203.150.0001123X41.849866.5619340.670.0001224X0.000380.0000823.860.00063X2X4-7.559740.9049269.790.00014X2X613.063656.862573.620.08615X2X7-7.100960.9245258.990.00016X3X6-0.950110.2395215.740.00277X5X643.006263.99078116.130.0001来源自由度平方和均方F 值P 值模型76.786210.9694666.290.0001误差100.146230.01462总和176.93244由表 7 可知，SAS 输出的回归方程有 7 项变量，整个模型的 P 值小于 0.0001，说明模型显著。除了 X2X6（氯化钙与薄荷油乘积）变量外，23X（尼辛）、24X（那他霉素）、X2X4（氯化钙与那他霉素乘积）、X2X7（氯化钙与紫外照射时间乘积）、X3X6（尼辛与薄荷油乘积）、X5X6（香兰素与薄荷油乘积）P 值均小于 0.05，即对菌落总数有显著影响，而壳聚糖质量分数（X1）和紫外照射距离（X8）对菌落总数没有显著影响。虽然 X2X6的 P 值大于 0.05，但回归分析结果的参数中仍自动保留了此项，且此时整个模型的 P 值小于 0.0001，因此选择保留 X2X6项。综上，得到回归方程如下：Y=2.93876+41.8498623X+0.0003775924X-7.55974X2X4+13.06365X2X6-7.10096X2X7-0.95011X3X6+43.00626X5X6（决定系数 R2=0.9789，统计量 C(p)=7.0032）P 值越小，表明该项对方程的影响越显著，从表 8可以看出，对整个方程的影响较显著的项是23X、X2X4、X2X7、X5X6。回归方程中的自变量都有一定的取值范围，所以本研究采用 SAS 非线性规划的约束最优化方法来优化参数，找出较佳的工艺。从图 2 可以看出，均匀设计试验组第 6 天菌落总数对数值(Y)的最小值为 2.60，第 1 天 Y的最小值为 1.70，若能使第 6 天 Y 值接近第 1 天 Y 的最小值 1.70，则可视为较佳的工艺，根据试验实际情况取Y=2.00，由 SAS 非线性规划约束优化法分析得到：氯化钙质量分数 0.6%，尼辛 0.10 g/kg，那他霉素 14.0 mg/kg，香兰素质量分数 0.3%，薄荷油 1.5 mL/L，紫外照射时间22 min 时，Y=2.06。根据回归方程优化出来的参数进行试验，测得 Y=2.17，二者相对误差绝对值为 5.07%，认为二者基本符合，可认为此组优化参数为鲜切木瓜涂膜保鲜的较佳工艺。由于壳聚糖质量分数和紫外照射距离对模型影响不显著，为节约成本选取壳聚糖质量分数为1.0%，另可根据试验操作方便选择 4466 cm 范围内任意紫外照射距离。复合涂膜中的壳聚糖是由自然界丰富的甲壳素脱乙第 2 期陈平生等：复合涂膜结合紫外处理对鲜切木瓜冷藏品质的影响277酰基后的产物，具有安全、无毒、可食用、价格低廉的特性24；添加在复合涂膜中少量的尼辛和那他霉素是国家批准用于食品的防腐剂，且用量在标准范围之内；香兰素和薄荷油也是常用的食品添加剂，所以这种复合涂膜具有安全性和成本低的特点。3结论1）复合膜及紫外处理可较好地保持鲜切木瓜的色泽，抑制冷藏过程的褐变，保持较高的可溶性固形物含量，减少冷藏过程中的水分损失，使其保持较高的品质。2）复合膜及紫外处理可有效地抑制鲜切木瓜中霉菌、酵母和细菌的增长，优化得到较佳的复合膜及紫外线处理至少能使鲜切木瓜的货架期达到 6 天。3）利用均匀设计试验 U9(38)的 8 个因素与第 6 天菌落总数进行回归分析，得到尼辛质量分数的平方、氯化钙质量分数和那他霉素浓度乘积、氯化钙质量分数和紫外线照射时间乘积、香兰素质量分数和薄荷油浓度的乘积对菌落总数影响显著，并通过非线性规划的约束最优化法得到较佳复合膜配方及紫外处理参数为：壳聚糖质量分数 1.0%，氯化钙质量分数 0.6%，Nisin 0.10 g/kg，那他霉素 14.0 mg/kg，香兰素质量分数 0.3%，薄荷油1.5 mL/L，紫外照射时间 22 min，紫外照射距离范围 4466 cm。复合涂膜结合紫外处理可有效解决鲜切木瓜的微生物污染、褐变和质构变化等问题，并且复合涂膜配制和操作简单易行，因而具有良好的应用前景。参考文献1刘德兵，曾晓鹏，陈子妹，等.我国选育的番木瓜品种介绍J.中国热带农业，2007，1：4749.Liu Debing,Zeng Xiaopeng,Chen Zimei,et al.Introductionof the breeding papaya speicies in ChinaJ.China TropicalAgriculture,2007,1:4749.(in Chinese with Chineseabstract)2万丽，申琳，赵丹莹，等.壳聚糖复合膜对鲜切冬枣安全性与贮藏品质的影响J.食品科学，2009，30(4)：277281.Wan Li,Shen Lin,Zhao Danying,et al.Effects of chitosan-based coating on safety and storage quality of fresh-cutChinese winter JujubeJ.Food Science,2009,30(4):277281.(in Chinese with English abstract)3王璐，董庆利，李保国，等.不同真空预冷处理条件对鲜切芹菜品质的影响J.食品发酵与工业，2010，36(2)：193196.Wang Lu,Dong Qingli,Li Baoguo,et al.Effect of differentvacuum pre-cooling treatment on the quality of fresh-cutceleryJ.Food and Fermentation 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