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纳米包装材料延长双孢蘑菇贮藏品质的作用

发布日期:2017-06-30 来源: 本网 查看次数: 237 作者:admin

核心提示:  研究意义纳米复合材料(nano-composites)是指分散相尺寸1一100nm纳米颗料或晶体与其它包装材料合成或添加制成的纳米复合包装材料的体系。因其自身特殊的组成和结构,使它具备了传统材料所

  研究意义纳米复合材料(nano-composites)是指分散相尺寸1一100nm纳米颗料或晶体与其它包装材料合成或添加制成的纳米复合包装材料的体系。因其自身特殊的组成和结构,使它具备了传统材料所不具备的性能,在食品、医药、环境保护和日用化工等方面具有潜在的应用价值。双孢蘑菇又名白蘑菇、洋蘑菇,中国双孢蘑菇年产量为38X104t,约占世界总产量的15%,跃居世界首位;出口量也居世界第一位,年出口量达104t,是中国传统且高效的出口创汇菇品。双孢菇因其色白味美、口感脆嫩和营养丰富而深受消费者喜爱,是世界上栽培最广、产量最多、消费最普遍的一种食用菌。但是,双孢蘑菇水分含量非常高、子实体表层也没有明显的保护结构,在采后贮运过程中极易失水萎蔫,且容易受到机械伤害和微生物污染,从而导致子实体褐变乃至腐烂,最终降低双孢蘑菇的商品价值和食用品质,常温下双孢蘑菇的货架品质只能维持34d,因此,研制开发一种能够运用于双孢蘑菇等食用菌并且使用方便、成本合理、效果良好的保鲜技术,对延长双孢蘑菇的贮藏时间和货架期,有效调节双孢蘑菇淡旺季节的市场产销,具有十分重大的实际意义。前人研究进展目前,双孢蘑菇等食用菌的保鲜技术研究主要有气调保鲜、真空预冷处理、臭氧保鲜、辐照处理、超高压处理和天然保鲜剂等。不同的保鲜方法有其各自的特点和限制性,其中应用得较广泛、效果较好的是MPA气调保鲜结合冷藏技术的保藏方法。由于MAP的包装薄膜膜功能比较单一,需要打孔、涂膜、添加保鲜剂或者吸湿剂等辅助措施才能够取得较好的效果,在技术设备、保鲜成本、食品安全卫生等方面存在的障碍制约了该技术的大范围推广和运用。纳米保鲜技术是一种绿色、高效、节能的新型保鲜技术,食品纳米包装材料因添加的纳米原料的种类不同,对果蔬的保鲜侧重点和保鲜机理也有所不同。与传统包装材料相比,纳米食品包装材料在抑菌抗菌、抑制乙烯产生、气体选择性透过等方面具有更加明显的优势,更加适合鲜活农产品的贮藏保鲜。郭玉花等以低密度聚乙烯/线型低密度聚乙烯为基体材料,分别添加A型和B型纳米活性分子筛,考察其对包装膜物理性能、力学性能和透气、透湿性能的影响。结果表明对保鲜起关键作用的透气和透湿性能大幅提高,非常利于果蔬的45卷保鲜。周玲等采用聚乙烯/Ag2纳米包装袋包装切块苹果,结果表明纳米包装袋能够有效延缓苹果切口的颜色褐变,并抑制呼吸作用和微生物生长。邱松山等制备了壳聚糖/纳米Ti2复合涂膜剂,应用于荸荠涂膜保鲜,结果表明,壳聚糖/纳米Ti2复合涂膜剂可有效降低荸荠的水分、维生素C等成分的损失,延缓荸荠褐变的发生,从而延长鲜切荸荠的货架保藏期。纳米包装材料在食用菌(蘑菇)保鲜方面的报道相对较少,边晓琳等研究了纳米包装材料对金针菇贮藏品质的影响,证实采用纳米包装材料可以有效减缓金针菇的品质劣变、延长其货架期。笔者前期利用新制备的纳米包装材料,研究了其对金针菇保鲜品质的影响,证明纳米保鲜膜能够通过降低菇体脂质过氧化水平和细胞膜透性,来改善金针菇贮藏过程中的感官品质和营养价值。本研究切入点随着纳米技术的发展,纳米包装材料在农产品贮运保鲜上的研究逐渐增多,但在双孢蘑菇纳米保鲜技术方面的研究却未见报道。本研究将结合复合纳米包装材料抗菌抑菌、高水分阻隔性和低二氧化碳透过性等特性,研究纳米保鲜材料对双抱蘑菇保鲜品质的影响。拟解决的关键问题通过制备一种添加了纳米Ag、纳米Ti2和纳米凹凸棒土的新型聚乙烯包装薄膜,研究其在双孢蘑菇的低温贮藏过程中,对双孢蘑菇感官品质、营养品质和生理生化指标的影响,探讨纳米包装材料在双孢蘑菇保鲜中的应用。

  1材料与方法1.1试验材料本研究于2011年在南京进行。双孢蘑菇加sporM)品种为As2796,由南京高固食用菌科贸有限公司提供。

  纳米包装薄膜的制备:纳米Ag抗菌材料35°%、纳米二氧化钛40%和凹凸棒土25%混合制成纳米粉体。按照纳米粉体30%、聚乙烯塑料56%、偶联剂KH-570 14°%混匀,制成纳米母粒。PE塑料粒子与纳米母粒C质量比77:3)混匀后吹膜制成厚度为50pm的纳米薄膜。按同样方法制备不含纳米粒子的50pm厚普通PE塑料薄膜作为对照。

  1.2样品处理双孢蘑菇采后立即运至冷库4°C,预冷24h,挑选菇体完整、颜色洁白、未开伞、无病虫害和机械伤、菌盖直径35―40mm的双孢蘑菇用利刀削去菇柄下端带泥部分,进行普通包装薄膜和纳米包装薄膜2种包装处理。普通包装薄膜(对照组)和纳米包装薄膜mL+TBA3mL)。分别置于试管中,用塑料膜封口,(处理组)分别按照60cmX40cm规格制备成袋,每沸水浴20min显色,冷却。分别在A450、A532和八6袋装双孢蘑菇1 800g,处理组和对照组各20袋,置4°C冷藏10d,每隔2d取样进行各项指标的测定。

  1.3指标测定方法1.3.1纳米包装材料的物理性能测试物理性能包括透湿量、透氧量和纵向拉伸强度,测试标准分别依据GB/T1037塑料薄膜和薄片透水蒸汽性试验方法、GB/T1038塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法和GB/T13022塑料薄膜拉伸性能试验方法。

  1.3.2失重率的测定米用称重法。

  原始菇重一贮藏后的菇重1.3.3白度的测定采用GYX515型便携式色差测定。切去菇盖顶部(3mm),用色差测量白度,每个处理组单独处理取样3次,用L值表示。L=0为黑色,L=100为白色。L值越大,表示颜色越白,褐变越轻。

  13.4相对电导率的测定根据的方法并进行一定的改进:将双孢蘑菇菌盖纵向切成3mm厚的薄片,用打孔器在切好的菌盖上打出圆形小片,取20片于维形瓶中,加入40mL蒸馆水,摇晃后立刻以DDS-11型电导测定电导值P.,10min后测定电导值Pi;然后煮沸10min,冷却后用蒸馏水补齐至40mL溶液体积,测定电导值P2.多酴氧化酶(polyphenoloxidase,PPO)活性的测定粗酶液的制备:称取2.00g菇体,加入10mL预冷过的磷酸缓冲溶液(pH6.8,0.05mol-L-1,含1%PVP)冰浴研磨,冷冻离心30min(10 4C),上清液即为粗酶液。

  加入0.1mol-L-1儿茶酚底物2.0mL,35°C保温15min;再加入前述粗酶液0.5mL后迅速混,每隔10s记录吸光度值A420的变化,共记录1min,重复3次。

  作为1个酶活单位(U)。

  1.3.6丙二醛(MDA)的测定采用朱广廉等的方法,称取完整菇体50g,加入预冷过磷酸缓冲溶液(pH6.8,离心15min取上清液3mL+TBA3mL(对照管TCA3处比色。

  1.3.7营养成分的测定总糖的测定采用硫酸苯酚法测定;可溶性蛋白质的测定采用考马斯亮蓝G-250(Bradford)法测定。

  1.4数据统计分析比较差异显著性检验。

  2结果2.1纳米包装材料物理性能的分析包装材料的物理性能是鉴定包装材料保鲜品质的重要依据,笔者前期已对制备的纳米保鲜材料的物理性能进行了研究,研究结果显示,添加了纳米Ag、纳米二氧化钛和纳米凹凸棒土可有效降低包装材料的透湿量和透氧量,提高其纵向拉伸强度,显著改善了包装材料的机械性和功能。

  2.2纳米包装材料对双孢蘑菇感官品质的影响2.2.1纳米包装材料对双孢蘑菇外观的影响经过4C贮藏10d,不同包装处理的双孢蘑菇外观上的变化差异明显。普通材料包装的双孢蘑菇开袋时有严重不良异味,双孢蘑菇的子实体失水较严重,菇盖、菇柄表面起皱收缩,菇体质地绵软,菇柄易脱落。子实体颜色整体发暗、菇盖特别是菌褶颜色明显加深甚至变褐,菇盖表面出现少量破膜和水渍状斑块现象,这说明菇体细胞发生了自溶。

  与之相比,纳米薄膜包装的双孢蘑菇子实体颜色未发生明显变化,菇盖表面洁白光洁、无破损和明显的开伞现象;菇柄颜色洁白且不易脱落,尤其是菌褶部位颜色变化与对照组比差异最显著。这说明该纳米包装材料能较好地保持贮藏双孢磨菇前的良好感官品质。

  2.2.2纳米包装材料对双孢蘑菇白度的影响洁白的色泽是体现双孢蘑菇良好商品价值的重要指标之一。由可以看出,普通包装材料和纳米包装材料组的双孢蘑菇在4C贮藏期间,菇体的白度均随着时间的延长而逐渐下降,但纳米材料处理组的双孢蘑菇白度总体下降速度比对照组平缓。

  装才才不同包装材料对采后双孢蘑菇整体外观的影响(4°C,10d)根据GormLey等对双孢蘑菇分类,当双孢蘑菇子实体白度值>86时其品质为“好”,白度值在80一85时其品质为“可接受”,白度值低于80则失去了双孢蘑菇的商品品质。贮藏10d后,处理组双孢蘑菇的白度(L值)为84.52,显著高于对照的82.01(P<0.05)。纳米包装处理组双孢蘑菇在贮藏的第6天从“好”品质降低为“可接受”品质,而对照组在第2天即降低为“可接受”品质。

  料处理组的双孢菇失重率显著低于对照组(P<0.01)。

  产生此种差异的原因可能是普通材料和纳米材料透湿性能的不同。纳米包装材料具有相对较小的水分透过率,有效维持了包装袋内部较高的空气湿度,进而抑制了双孢蘑菇子实体水分的进一步蒸发。

  纳米包装材料对采后双孢蘑菇失重率的影响纳米包装材料对采后双孢蘑菇白度的影响2.2.3纳米包装材料对双孢蘑菇失重率的影响双孢蘑菇在采后贮藏过程中,除了新陈代谢消耗少量物质以外,水分散失是引起子实体重量损失的最主要原因。有研究显示,当失水率超过5%时,双孢蘑菇子实体即萎蔫变软,新鲜程度下降。

  由可以看出,普通包装材料和纳米包装材料处理的双孢蘑菇在4C贮藏期间,其失重率均随着时间的延长而逐渐增大。但从第4天开始,纳米包装材2.3纳米包装材料对双孢蘑菇理化指标的影响2.3.1纳米包装材料对双孢蘑菇相对电导率的影响在果蔬贮藏过程中,随着细胞膜脂质过氧化的加重,使细胞膜原有结构遭到破坏,从而失去弹性和选择透过性,导致细胞内电解质外渗,相对电导率增强。因此,细胞膜透性的变化可以反映细胞膜的完整程度和稳定性,在一定程度上反映出细胞衰老和遭受伤害的情况。

  如所示,随着贮藏时间的延长,纳米包装材料处理组和对照组的双孢蘑菇组织细胞膜透性(相对电导率)均逐渐上升,表明双孢蘑菇的细胞膜系统在贮藏过程中所受到的损伤程度在逐渐增大。在10d的贮藏过程中,纳米材料包装的双孢蘑菇的相对电导率一直显著低于对照组(p<0.01),这表明,纳米材料对组织细胞膜具有一定的保护作用,从而有利于减缓双孢蘑菇组织细胞崩坏解体的进程,保持双孢蘑菇良好的食用品质。

  2.3.2纳米包装材料对双孢蘑菇丙二醛(MDA)的影响丙二醛(MDA)是衡量细胞膜脂过氧化的重要指标,它能够反映出细胞膜脂过氧化的程度,其数值大小与贮藏过程中的脂酶活性、细胞衰老程度、细胞膜透性有关。

  由可以看出,在整个贮藏过程中,纳米包装处理组的双孢菇中丙二醛含量一直低于对照组。其中,贮藏第10天,普通材料对照组的丙二醛含量为4.66pmol-kg-1,比处理组提高了33.1%,差异达到极显著水平(户<0.01)。该结果说明,纳米包装材料能够有效抑制双孢蘑菇在贮藏过程中的细胞膜脂的过氧化,减少丙二醛的积累,对细胞膜结构有一定保护作用,这可能与纳米包装材料具有较低的透氧性有关。这也进一步解释了纳米包装处理组具有较低的相对电导率的原因。

  2.3.3纳米包装材料对双孢蘑菇中PPO活性的影响双孢蘑菇的褐变主要包括生理褐变和病理褐变。其中,生理褐变主要是指酶促褐变,病理褐变则主要是由假单胞菌引起的。PPO在双孢蘑菇褐变中起着很重要的作用,它能够催化组织中的酪氨酸等酚类底物氧化成为醌类物质,醌类物质会进一步聚合成褐色素,导致子实体褐变。随着细胞组织结构的解体,原本相对独立、区域化分布的酚类底物和PPO有了更多的接触机会,从而加大了酶促褐变的速度。

  如所示,随着贮藏时间的延长,纳米包装处理组和对照组双孢蘑菇中的PPO活性均逐渐增大。但处理组的PPO活性在第6天后显著低于对照(户<(户<0.05)。这一结果表明,纳米包装材料对双孢蘑菇多酚氧化酶活性有一定的抑制效果,对于延缓子实体酶促褐变具有积极作用。

  2.4纳米包装材料对双孢蘑菇营养成分的影响2.4.1纳米包装材料对双孢蘑菇总糖的影响糖类作为双孢蘑菇呼吸作用的底物,随着贮藏时间的延长纳米包装材料对采后双孢蘑菇多酚氧化酶的影响纳米包装材料对采后双孢蘑菇丙二醛含量的影响Fig.5Effectofnano-packingmaterial其消耗也越来越大;同时,在蘑菇的后熟生长过程中,由于缺乏外源的物质补充、一部分的糖类物质会转化成纤维素等用于组织构成,这些都会导致双孢蘑菇在贮藏过程中总糖含量的减少。

  纳米包装材料对采后双孢蘑菇可溶性蛋白质含量的影响贮藏10d后对照组和处理组的总糖含量分别是和24.46mg.g-1,较贮藏初期的31.02mg-g-1分别下降了28.82%和21.14%,处理组的总糖保留量与对照组差异显著(户<0.05)。由试验结果可知,尽管不同材料包装双孢蘑菇的总糖含量均呈现轻微波动的下降趋势,但是纳米包装处理组的总糖含量下降趋势相对较为平缓,说明纳米包装材料能够降低双孢蘑菇的呼吸强度和新陈代谢速率。

  纳米包装材料对采后双孢蘑菇总糖含量的影响Fig.7Effectofnano-packingmaterial 2.4.2纳米包装材料对双孢蘑菇可溶性蛋白质的影响采后子实体中的部分蛋白质被蛋白酶水解成为小分子多肽和氨基酸,从而降低了子实体的蛋白质含量。

  同时,由于某些呈味氨基酸的生成,使子实体的风味发生改变。试验结果表明,4°C低温贮藏条件下,双孢蘑菇中可溶性蛋白质含量逐渐下降,当子实体发生褐变、组织自溶时,蛋白质含量降至最低。纳米材料组在整个贮藏过程中对蛋白质的保留效果显著优于普通聚乙烯包装材料(户<0.05)。这可能由于纳米包装材料能够抑制双孢蘑菇中某些蛋白酶的活性,降低菇体的新陈代谢、呼吸和蒸腾作用,进而减缓相关的生理生化活动、减少蛋白质的消耗。

  3讨论双孢蘑菇在贮藏中易褐变、开伞和腐烂,这些变化与其自身的新陈代谢和呼吸作用相关。一些研究表明,合理的包装处理有助于营造一个适宜的贮藏环境,从而达到减少机械伤害、减缓子实体的生理活动、提高其贮藏品质的效果。机械伤害造成的应激反应、环境中微生物的侵染以及子实体在贮藏过程中的酶促作用是造成双孢蘑菇发生褐变的重要原因。贮藏过程中组织细胞膜脂的氧化造成MDA增加的同时,使细胞的膜透性增加,细胞内成分流失,进一步引起多酚氧化酶与酚类底物的接触,造成酶促褐变。通过调节包装内气体环境和抑制子实体的某些关键酶的活力,从而减弱组织损伤和酶促褐变作用。

  纳米尺度粒子因其较大的比表面积,体现出一般尺度粒子所不具备的特殊性质。如纳米粒径的Ag能够大大地加快银从材料中扩散至表面,在水和空气的体系中形成银离子,与微生物表面蛋白结合从而使微生物的膜电位发生变化和新陈代谢异常,达到杀菌效果,同时银离子还可以干扰微生物DNA的复制,达到抑菌的效果。纳米TiO2在吸收一定紫外光后才能通过价带电子的能级跃迁,产生空穴,并继而产生活性自由基,发挥抗菌、分解乙烯、分解内毒素及除异味功能。本研究认为,适宜比例的复合纳米保鲜包装材料对双孢蘑菇起到了很好的保鲜效果,主要表现在纳米保鲜包装材料通过抑制PPO活力来达到维持双孢蘑菇的洁白色泽和完整性的目的,对菇体的白度分析也得到一致的结果。同时,纳米材料包装的双孢蘑菇表现出更低的相对电导率、丙二醛含量,说明纳米包装材料能够抑制膜脂过氧化,保护膜结构的完整性,进而延缓了双孢蘑菇的衰老,而保证了菇体的品质质量,达到保鲜目的。本研究中,纳米材料包装的双孢蘑菇表现出较低的失重率和较高的总糖和可溶性蛋白质含量,这说明纳米材料包装使双孢蘑呈现缓慢的化学成分降解,以适宜双孢蘑菇贮藏。双孢蘑菇是呼吸跃变型果实,高湿低氧的环境可有效降低其呼吸强度和褐变程度,延缓品质劣变发生。在对纳米包装材料物理特性研究中发现,纳米包装材料与普通PE包装材料相比,显著降低包装材料的透湿量和透氧量,从而使包装袋内保持较高的湿度和较低的氧气含量,有效抑制了菇体的水分蒸腾作用和呼吸作用,因此后续工作将对包装袋内部气体成分改变进行分析,来更好地阐明纳米包装材料的保鲜作用机制。

  此外,在贮存过程中,由于食用菌水分含量高、呼吸和新陈代谢旺盛,加上蒸腾作用,导致保鲜袋内有水雾和膜内表面结露现象,造成保鲜膜透明度差的同时,还会对食用菌的贮藏品质产生一定的影响。因此,在后续的研究中,纳米保鲜材料配方需要在此方面进行改进,以制备效果更好的纳米包装产品。

  4结论本研究采用一种含纳米粉体的聚乙烯复合包装材料用于双孢蘑菇的保鲜试验,研究纳米包装材料对双孢蘑菇保鲜品质的影响。试验结果表明,纳米包装袋材料能够使双孢蘑菇保持较低的褐变度、失重率、相对电导率变、丙二醛含量和PPO活性;同时,均有较高的总糖和可溶性蛋白质保留量。纳米包装材料能够使双孢蘑菇有效保持良好的感官品质和营养价值,延长其贮藏时间,在食用菌的贮藏保鲜中具有广泛的应用前景。

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