壳聚糖基涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的应用

作者: 许睿 肖瑀 刘艳萍 仰玲玲 郑学斌

摘 要:草莓作为一种高营养、高价值的水果,其易腐性一直是贮藏和运输过程中的主要挑战。为了延长草莓的保鲜期,减少因贮藏不当造成的损耗,壳聚糖基涂膜技术作为一种天然、安全、环保的保鲜方法,逐渐受到广泛关注。本文通过研究壳聚糖基涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的最新研究进展,详细探讨壳聚糖基涂膜技术的保鲜机制、配方优化途径及壳聚糖基涂膜技术类型,以期为草莓保鲜技术的发展提供参考。

关键词:壳聚糖基涂膜技术;草莓贮藏保鲜;成膜抑菌;生理代谢

Application of Chitosan-Based Coating Technology in Storage and Preservation of Strawberries

XU Rui, XIAO Yu*, LIU Yanping, YANG Lingling, ZHENG Xuebin

(Hefei Vocational and Technical College, Hefei 238010, China)

Abstract: As a highly nutritious and valuable fruit, the perishability of strawberries has always been a major challenge during storage and transportation. In order to extend the shelf life of strawberries and reduce losses caused by improper storage, chitosan based coating technology has gradually gained widespread attention as a natural, safe, and environmentally friendly preservation method. This article studies the latest research progress of chitosan based coating technology in strawberry storage and preservation, and explores in detail the preservation mechanism, formula optimization approach, types of chitosan based coating technology, in order to provide reference for the development of strawberry preservation technology.

Keywords: chitosan based coating technology; strawberry storage and preservation; film formation inhibition; physiological metabolism

草莓是一种富含维生素C、矿物质及抗氧化物质的浆果类水果,因其色泽鲜艳、风味独特而深受消费者喜爱。然而,草莓果实组织柔软、含水量高、呼吸作用旺盛,极易受到机械损伤和微生物侵染,导致其腐烂变质,严重影响其贮藏期和商品价值。据统计,中国每年因果蔬贮藏保鲜不当造成的损耗率为30%~50%,开发高效、环保、安全的保鲜技术对于减少损耗、提升经济效益具有重要意义。

壳聚糖作为一种天然高分子多糖,广泛存在于甲壳类动物、昆虫及真菌等生物体内,具有无毒、可降解、良好的成膜性和抑菌活性等特点,在果蔬保鲜领域展现出巨大的应用潜力[1]。本文将从壳聚糖基涂膜技术的配方优化、保鲜效果、保鲜机制及应用前景等方面,详细探讨其在草莓贮藏保鲜中的应用。

1 壳聚糖基涂膜技术的保鲜机制

1.1 成膜性能优良,构建物理屏障

壳聚糖,作为一种天然高分子多糖,具有优良的成膜性能。当它被应用于草莓等果蔬表面时,能够迅速形成一层连续、致密且具有一定弹性的半透膜。这层膜的存在,显著阻断了外界环境与果实内部之间的气体交换。通过减少氧气的渗入和二氧化碳的逸出,壳聚糖基涂膜有效降低了果实的呼吸作用强度,避免了因过度呼吸导致的营养消耗和能量浪费,从而减缓了果实的衰老速度。同时,这一屏障作用还限制了果实内部水分的散失,维持了果实的水分平衡状态,对于保持草莓的鲜嫩口感和色泽至关重要。进一步地,壳聚糖基涂膜还能根据外部环境的变化自动调节其透气性,形成一个相对稳定的微环境。在干旱条件下,涂膜能够减少水分蒸发,保持果实湿润;而在湿度过高的环境中,则能适度透气,防止果实表面结露引发霉变。这种智能调节功能,使得壳聚糖基涂膜在多种贮藏条件下均能发挥出色的保鲜效果[1]。

1.2 具有抑菌活性,提升自然防御能力

壳聚糖具有良好的抑菌活性,能够抑制多种果蔬表面的有害微生物生长。壳聚糖分子链上富含的氨基和羟基等活性官能团,是其发挥抑菌作用的关键所在。这些官能团能够通过静电作用与微生物细胞壁上的负电荷相互吸引,进而破坏细胞壁的完整性,导致细胞内容物外泄、细胞结构瓦解,最终达到抑制或杀灭微生物的效果。这种直接作用于微生物细胞壁的机制,使得壳聚糖对多种果蔬表面常见的病原微生物,如霉菌、酵母菌及细菌等,均表现出良好的抑制活性。更为值得关注的是,壳聚糖还能激发果蔬自身的防御机制。在壳聚糖的作用下,果蔬组织可能会诱导产生一系列抗菌肽和其他防御性物质,这些内源性抗菌因子能够进一步增强果蔬对病原微生物的抵抗力,形成一道由内而外的防护网。在草莓贮藏过程中,壳聚糖基涂膜通过其直接的抑菌作用与诱导果蔬产生防御性物质的间接作用相结合,显著降低了果实表面的微生物负荷,有效延缓了由微生物活动引起的腐烂变质过程,确保了草莓在更长时间内保持新鲜与安全。

1.3 调节果实生理代谢,强化保鲜效果

壳聚糖基涂膜对草莓保鲜的贡献,远不止于物理层面的保护。它还能够通过影响果实内部的生理代谢过程,从根本上延缓果实的成熟与衰老。①壳聚糖涂膜能够影响果实内与衰老相关的酶活性。在草莓成熟过程中,多聚半乳糖醛酸酶等细胞壁降解酶活性的增强是导致果实软化、硬度下降的主要原因。壳聚糖涂膜可能通过直接或间接的方式,抑制这些酶的活性,减缓细胞壁结构的破坏,从而保持果实的硬度和完整性。②壳聚糖还可能影响其他与果实品质相关的酶活性,如抗氧化酶系统,增强果实的抗氧化能力,减少自由基的积累,进一步延缓果实衰老。③壳聚糖涂膜在调节果实激素平衡方面也发挥着重要作用。乙烯作为植物体内的重要激素,对果实的成熟与衰老具有显著的促进作用。壳聚糖涂膜可能通过影响乙烯合成途径中的关键酶活性,或作为乙烯受体的调节因子,降低乙烯的生成量或削弱其对果实的刺激作用,从而减缓果实的成熟速度,保持其品质和风味。值得注意的是,壳聚糖涂膜对果实生理代谢的调节作用并非孤立存在,而是与成膜作用相辅相成,共同构成了其复杂的保鲜机制。

壳聚糖涂膜通过物理性阻隔与生物性调节的双重作用,不仅减缓了外界环境对果实的侵害,还优化了果实内部的代谢环境,实现了从外到内、从表及里的全方位保鲜效果。

2 壳聚糖基涂膜配方优化途径

2.1 调整壳聚糖浓度

壳聚糖浓度作为涂膜配方中的核心参数,其优化直接关系到涂膜的物理性能及保鲜效果。康明丽等[2]在壳聚糖涂膜常温保鲜草莓的试验研究中表明,随着壳聚糖浓度的增加,涂膜的厚度与致密性显著提升,这为草莓提供了更为坚实的防护屏障,有效减缓了呼吸作用引起的养分消耗及水分散失,从而延长了草莓的贮藏期。例如,1.25%浓度的壳聚糖涂膜在多项研究中展现出优异的保鲜性能,使得草莓在贮藏期间的好果率显著提升,使好果率在85.2%以上。然而,壳聚糖浓度的提升并非无限制地提升保鲜效果。过高的浓度可能导致涂膜过于厚重,不仅限制了果蔬与外界环境的气体交换,影响其正常的呼吸作用,还可能引发果实表面的皱缩、变色等不利变化,最终降低果实的商品价值。因此,在优化过程中,需综合考虑果蔬种类、贮藏环境(如温度、湿度)及市场需求,通过系统的试验设计,如响应面法(Response Surface Methodology,RSM)、正交试验等,科学确定最佳壳聚糖浓度。这一过程旨在寻找保鲜效果与果实品质保持之间的最佳平衡点,确保涂膜既能有效延长贮藏期,又能保持果实的良好外观与风味。

2.2 合理选择与配比添加剂

为进一步提升壳聚糖涂膜的保鲜性能,常需引入多种添加剂以形成复合涂膜体系。这些添加剂通过各自独特的物理化学性质,与壳聚糖相互作用,共同优化涂膜的各项功能。例如,酒石酸作为常见的酸性调节剂,不仅增强了壳聚糖的溶解性,促进了涂膜液的均匀分散,还通过调节涂膜液的pH值,间接提升了涂膜的稳定性。纤维素以其高机械强度和良好的韧性,有效增强了涂膜的抗破损能力,减少了贮藏过程中的物理损伤。而明胶的加入则显著改善了涂膜对果蔬表面的黏附性,确保了涂膜的完整性和持久性。在添加剂的配比上,应充分考虑各成分之间的相互作用及其对涂膜性能的综合影响。通过正交试验或均匀设计等方法,系统评估不同添加剂种类、浓度及其组合对涂膜性能(如透气性、机械强度、保水性、黏附性等)和保鲜效果的影响,最终确定最优的添加剂配方。此外,还需关注添加剂的食品安全性和环保性,确保复合涂膜在提升保鲜效果的同时,不会对消费者健康和环境造成负面影响[3]。

2.3 调节涂膜液的pH值

壳聚糖涂膜液的pH值调控是配方优化中不可忽视的一环。壳聚糖在酸性条件下展现出优异的溶解性和成膜性,适宜的pH值(如pH值在5左右)能够确保壳聚糖分子充分解离,形成稳定均匀的涂膜液,为后续涂膜过程打下良好基础。更为重要的是,pH值的调整还深刻影响着涂膜的生物活性。在酸性环境中,壳聚糖涂膜表面带正电荷,这一特性使其能够有效吸附并抑制带负电荷的微生物细胞,通过物理屏障与电荷相互作用的双重机制,显著提升涂膜的抗菌效果。因此,在制备壳聚糖涂膜时,精确调控涂膜液的pH值,不仅能够优化涂膜的物理性能,如膜的厚度、均匀性和机械强度,还能增强其生物活性,为果蔬提供更加全面且高效的保鲜保护。

3 壳聚糖基涂膜技术类型

3.1 壳聚糖单一涂膜技术

壳聚糖单一涂膜技术是指将壳聚糖直接溶解于适当的溶剂中,形成均匀的涂膜液,然后将其涂布于草莓表面,经干燥后形成一层透明的薄膜。这层薄膜能够紧密贴合草莓表面,形成一道有效的保护屏障,防止外界环境对草莓的侵害。

壳聚糖单一涂膜技术的主要优势在于其操作简单、成本低廉,且不会对草莓的风味产生显著影响。在草莓贮藏保鲜过程中,壳聚糖单一涂膜技术能够有效减少草莓的水分蒸发,保持果实鲜嫩多汁。同时,壳聚糖薄膜还具有一定的透气性,能够调节包装内部的氧气和二氧化碳浓度,抑制草莓的呼吸作用,延缓果实的衰老过程。此外,壳聚糖分子链上的氨基基团能够与微生物细胞壁上的负电荷相互作用,破坏细胞壁结构,从而抑制多种致病菌和腐败菌的生长,有效延长草莓的保鲜期。

壳聚糖单一涂膜技术在草莓贮藏保鲜中的应用不仅提高了果实的贮藏品质,还减少了保鲜剂的使用量,降低了对环境的污染[4]。然而,壳聚糖单一涂膜技术的保鲜效果受多种因素影响,如壳聚糖的分子量、脱乙酰度、涂膜液的浓度以及涂布工艺等。因此,在实际应用中,需要根据草莓的品种、贮藏条件以及市场需求等因素,对壳聚糖单一涂膜技术进行适当的优化和调整。

3.2 壳聚糖复合涂膜技术

壳聚糖复合涂膜技术是指将壳聚糖与其他天然高分子物质或功能性成分相结合,形成具有多种功能的复合涂膜材料。这种复合涂膜材料不仅具有壳聚糖本身的优点,还能够根据实际需求,赋予涂膜更多的功能性,如抗氧化、抗菌、防紫外线等。

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