海藻酸盐涂层和改良气氛包装对新鲜切割番石榴果壳（Psidium guajava L.）稳定性的影响

《ACS Omega》：Effect of Alginate Coating and Modified Atmosphere Packaging on the Stability of Fresh-Cut Guava Shells (Psidium guajava L.)

本研究评估了 alginate 基可食用涂层与气调包装（MA）对冷藏条件下鲜切牛油果壳的保鲜效果，发现涂层结合 MA 包装能显著减缓成熟进程，维持维生素 C 含量达10天，抑制微生物生长，保持硬度15天，有效延长货架期并减少果品浪费。

　　本研究探讨了以海藻酸为基础的可食用涂膜（EC）和改良气氛（MA）包装对新鲜切片番石榴壳在冷藏条件下的保鲜效果。通过制备和表征海藻酸薄膜（AF），研究团队对新鲜切片番石榴壳的气体成分、可滴定酸度（TA）、总可溶性固形物（TSS）、维生素C（AA）、颜色、硬度、果胶酯酶酶活性以及微生物质量等指标进行了为期15天的分析。结果显示，AF具备良好的物理化学、机械和阻隔性能，能够有效作为保鲜涂膜。EC与MA结合的包装方式在延长保鲜期方面表现突出，不仅减缓了番石榴的成熟过程，还显著优于单独使用MA包装或未处理对照组的维生素C保存效果。经过10天的冷藏储存后，番石榴壳的亮度与初始值相近，而黄度则显著下降。EC与MA包装方式使得番石榴壳的硬度在15天内保持稳定，表现出较好的保鲜性能。果胶酯酶活性在储存期间未受到MA包装或EC+MA的显著影响。在15天储存后，使用MA或EC+MA包装的番石榴壳中，总嗜温需氧菌（TMAB）的菌落数低于10^6 CFU/g，表明其具有良好的安全性。结合EC和MA的包装方式不仅改善了番石榴壳的物理化学性质，还有效控制了微生物的生长，从而可能减少果实浪费。

番薯（Psidium guajava）是一种原产于墨西哥南部和中美洲的亚热带水果，现广泛种植于热带和亚热带地区，并在全球市场上具有商业价值。番薯具有独特的果香，通常是甜中带酸，是一种呼吸性较强的果实，属于呼吸跃变型水果。其生物活性成分包括类胡萝卜素、黄酮类和多酚类物质。墨西哥是全球第五大番薯生产国，2023年的产量约为0.7万吨，低于印度、巴基斯坦、巴西和埃及时等国家。目前，市场需求日益增长的即开即食新鲜切片果蔬，因其营养价值和感官属性（如色泽、气味和风味）而备受青睐。然而，新鲜切片果蔬具有较高的易腐性，通常在冷藏条件下仅能保持几天的货架期。因此，采用适当的阻隔技术，如物理、化学或生物方法，可以有效延长其保鲜时间。

在加工过程中，切片操作会破坏果实的组织和细胞完整性，导致酶活性、呼吸作用和微生物活动的增加，从而缩短货架期。改良气氛（MA）技术已被广泛应用于新鲜切片果蔬的保鲜，通过降低氧气（O2）浓度和/或提高二氧化碳（CO2）浓度来减缓降解过程。结合低温环境，MA能够降低呼吸速率，提供湿度屏障，抑制有害微生物的生长，并防止切口处的变色和脱水，从而影响最终产品的质量。对于轻度加工的番薯，MA与渗透脱水和低温储存相结合的方法显示出积极效果，使得果蔬质量在24天内得以维持。

可食用涂膜（EC）作为一种替代或补充MA包装的手段，可以延长新鲜切片果蔬的货架期。EC提供了半渗透性气体和水蒸气屏障，有助于减少呼吸作用和酶促褐化。海藻酸是一种天然的多糖，来源于海洋褐藻，其主链由（1–4）连接的β-果糖酸（MA）和α-葡萄糖酸（GA）组成，形成不规则的GA-GA、MA-GA和MA-MA结构。GA结构可以与二价钙离子相互作用，通过交联形成凝胶。海藻酸具有亲水性、生物相容性、可再生性、可生物降解性，且生产成本相对较低，这些特性使其在EC配方中优于其他多糖材料，因此被广泛研究应用于食品领域。这些特性使得海藻酸成为一种可持续且环保的材料。此外，海藻酸的特殊凝胶、增稠和成膜特性，以及其与钙离子的相互作用，使得其在食品保鲜方面具有巨大的潜力。

海藻酸交联膜（EC）能够维持果蔬呼吸过程中CO2和O2的平衡，从而保持果蔬的新鲜度。减少气体交换有助于防止变色，保持质地，并保留或增强产品的吸引力。在食品中，海藻酸EC作为水蒸气和氧气的屏障，有助于保持食品的新鲜度，增强视觉吸引力，并具有良好的机械性能。同时，水果能够保持水分。例如，在新鲜切片番薯上，使用1%腰果胶、2%羧甲基纤维素（CMC）和1%甘油的EC配方，在25 °C下成功延缓了霉菌生长、重量损失、硬度下降和褐化，持续了8天；使用扁豆蛋白（5%）+瓜尔胶（1%）的EC配方，使番薯块保持了其重量、酚类物质、维生素C、硬度、颜色和糖分；使用木糖醇（1%）的EC配方，使番薯环或番薯片保持了其物理化学、感官和功能特性，持续了9或12天；使用马铃薯淀粉（3%）+壳聚糖（0.5%）的EC配方，使番薯片的货架期延长至18天；使用壳聚糖（1%）的EC配方，比对照组在5–7 °C下延长了4–5天的货架期。这些研究表明，EC在不损害果蔬的物理化学和微生物质量的前提下，有效改善了新鲜切片番薯的质量。一些研究者使用了以海藻酸为基础的EC与MA包装相结合的策略，用于延长热带水果的新鲜切片货架期，如猕猴桃、木瓜和菠萝等。他们发现，这种组合能够降低呼吸活性，维持物理化学特性，并表现出较低的微生物生长。然而，目前关于EC与MA包装对新鲜切片番薯壳的综合影响的研究仍较为有限。因此，本研究旨在评估EC与MA包装对新鲜切片番薯壳在冷藏条件下的保鲜效果，并对AF的物理化学、机械和阻隔性能进行表征。未涂膜的番薯壳在大气空气包装（对照组）、未涂膜的MA包装（MA）以及EC+MA包装的番薯壳被制备并储存于5 °C条件下15天。在储存过程中，对水果的气体成分、物理化学特性、果胶酯酶活性和微生物质量进行了分析。结果表明，使用EC和MA包装的番薯壳在储存过程中保留了更好的营养和质量特性。进一步的研究应进行番薯壳在储存过程中的感官评估，并评估具有抗氧化、抗菌或抗褐化作用的EC，以进一步提升番薯壳的保鲜效果。

在本研究中，AF的物理化学、机械和阻隔特性是其作为可食用果蔬涂膜有效性的关键因素。薄膜的厚度直接影响其机械、物理和阻隔性能。AF的厚度为69 ± 2 μm。用于果蔬涂膜的薄膜应具备透明性，且不会改变果蔬的颜色。AF呈现出透明特性，其Lh值为21.74 ± 0.05，h值为181.25° ± 0.06，C值为1.30 ± 0.03。类似的厚度和颜色参数在Hernández-Figueroa等人的研究中也有所报道。穿刺阻力和伸长率是衡量薄膜机械完整性和柔韧性的指标，有助于涂膜与果蔬表面的附着。AF的穿刺阻力为0.351 ± 0.118 N，伸长率为17.55 ± 2.60%。这些数值与Hernández-Figueroa等人报告的伸长率（22.97%）相近，但低于Comaposada等人报告的穿刺阻力（1.06 N）。水蒸气透过率（WVP）决定了涂膜控制重量损失的能力。AF的WVP值为5.73 ± 0.87 g mm/h kPa m2。Zhang等人报告的AF的WVP值为0.37至1.38 g mm/h kPa m2，这些值的差异可能与薄膜的生物聚合物组成和较高浓度有关。较低的WVP值表明薄膜具有更好的湿度屏障性能。薄膜的水分含量为11.87 ± 2.64%，水溶性（WS）为45.99 ± 1.58%。较低的水分含量可能是由于干燥过程所致。WS与水的阻力和稳定性有关，因此WS决定了薄膜的潜在应用。钙离子浓度直接影响WS，因为钙离子决定了薄膜的交联，使其分子间键更紧密和有序。钙溶液浓度为2–3%被认为是优化低WVP和WS的条件。Janik等人报告的AF的水分含量为20%，WS为65%。这些数值高于本研究中记录的数值，表明不同的成分和浓度会影响薄膜的性能。较低的水分含量和WS表明薄膜具有良好的阻隔性能，可能在食品保鲜中具有广泛应用。

涂膜的表面固态密度（SSD）是评估其附着性能和保护能力的重要指标。SSD反映了涂膜在果蔬表面形成连续薄膜的能力。通过测量SSD，可以估算EC在番薯壳上的平均厚度。在本研究中，SSD为18.06 × 10?3 ± 0.0019 g/cm2（0.18 g/m2）。EC增加了番薯壳的质量，约为10.5%。较低的SSD值可能与EC的配方有关，如使用木瓜浆和不同浓度的柠檬酸。而Medina-Jaramillo等人报告的SSD值为3.7 g/m2，这可能与不同研究中的海藻酸和总固体浓度有关。

在本研究中，气体成分的变化是评估MA和EC+MA对番薯壳保鲜效果的重要指标。通过分析气体成分，可以了解其在储存期间的动态变化。在5天后，对照组和MA包装的番薯壳的O2浓度下降，而CO2浓度上升，这是由于果实的呼吸作用。其他研究显示，番薯在低温储存下的呼吸速率因品种和方法而异。Bron等人报告的番薯在1–11 °C下的呼吸速率为0.16至0.43 mmol CO2/kg h。Yadav等人在5 °C下的呼吸速率为10–20 mg CO2/kg h，而在20 °C下为40–80 mg CO2/kg h，这些数值与热带水果在冷藏条件下的典型范围一致。Mangaraj和Goswami的研究模型也确认了呼吸速率的相似性。最近的后采后生理学综述强调，番薯的呼吸速率通常较其他呼吸跃变型热带水果为中等，支持这些估计。因此，EC+MA包装在保持番薯壳的物理化学特性方面表现出较好的效果，同时有效延缓其成熟过程，从而提高保鲜效果。

通过分析番薯壳在储存期间的物理化学特性，可以进一步了解EC和MA包装对其品质的影响。TSS在15天后增加了1 °Brix，这是由于成熟过程中的淀粉转化为糖分。而MA包装的番薯壳保持了稳定的TSS值，而EC+MA包装的番薯壳则因EC的稀释效应，TSS值下降了约1.5 °Brix。其他研究显示，使用木瓜浆和不同浓度的柠檬酸进行EC处理的番薯壳在12天后TSS增加了约2–3 °Brix。使用马铃薯淀粉和壳聚糖的EC处理的番薯片在18天后TSS值保持稳定，而对照组在6天后TSS值有所下降。此外，EC+MA包装的番薯壳在储存期间的黄度变化较为显著，这可能与类胡萝卜素的增加有关。而Melendez等人的研究显示，在低温储存的番薯片中，类胡萝卜素含量在6天后增加了1–1.7 μg/g。黄度的增加是果实成熟过程中的一种自然现象，暴露了类胡萝卜素，同时分解了叶绿素。随着储存时间的延长，番薯壳的变色是由于多酚氧化酶、类胡萝卜素降解和微生物生长的作用。其他研究者也记录了在冷藏条件下，EC处理或未处理的番薯壳在储存期间亮度下降的趋势。

在本研究中，EC和MA包装对番薯壳的硬度保持起到了重要作用。硬度是衡量果实可接受性的关键指标。EC提供了连续的保护层，有助于维持番薯壳的质地。SSD的测量表明，EC在番薯壳表面形成了连续的薄膜。浸渍技术可以为果蔬表面形成较厚的涂膜。此外，AF的穿刺阻力保护了番薯壳的完整性，同时增强了其质地。钙离子通过EC的交联作用，可能与果实细胞壁中的果胶酸相互作用，从而改善质地。对照组的番薯壳在10天内明显变软，而MA包装和EC+MA包装的番薯壳则保持了较高的硬度。在储存结束时，EC+MA包装的番薯壳硬度为64%，而MA包装和对照组的硬度分别为44%和56%。硬度的逐渐下降与果胶酶的水解作用有关。其他研究也显示，使用马铃薯淀粉和壳聚糖的EC处理的番薯片在储存结束时的硬度优于未处理的番薯片，而使用木瓜浆和不同浓度的柠檬酸进行EC处理的番薯片在储存期间硬度下降较少。

EC和MA包装对番薯壳的微生物控制效果显著。在储存期间，TMAB的菌落数受到EC+MA包装的抑制，而对照组和MA包装的番薯壳则表现出较高的菌落数。EC可能为酵母和霉菌的生长提供了碳源，从而在储存期间促进了其生长。而MA包装的番薯壳在储存期间的菌落数增加较快，最终在15天后，对照组的菌落数达到最高。其他研究显示，使用马铃薯淀粉和壳聚糖的EC处理的番薯片在储存期间的菌落数较低，且在18天后仍保持在安全范围内。EC+MA包装的番薯壳在储存期间的菌落数较低，且在10天后与对照组和MA包装的番薯壳达到相似的菌落数。这表明，EC+MA包装在一定程度上控制了微生物的生长，从而提高了番薯壳的食品安全性。

综上所述，本研究通过实验验证了以海藻酸为基础的EC与MA包装在延长新鲜切片番薯壳的保鲜期方面具有显著效果。EC提供了半渗透性气体和水蒸气屏障，有助于维持番薯壳的物理化学特性，如可滴定酸度、总可溶性固形物和维生素C含量，同时延缓了其成熟过程。MA包装通过降低氧气浓度和提高二氧化碳浓度，减缓了果实的呼吸作用，从而延长了储存时间。EC+MA包装的组合进一步增强了这些效果，使得番薯壳在储存期间的硬度保持良好，且维生素C含量损失较少。此外，EC+MA包装在控制微生物生长方面表现出较好的效果，使得番薯壳在储存10天后仍保持在安全范围内。虽然EC和MA包装的组合在一定程度上提高了番薯壳的保鲜性能，但其仍存在一定的局限性，如对环境污染物的防护能力不足。因此，进一步的研究应考虑使用具有更高气体阻隔性能的包装材料，并进行感官评估，以优化番薯壳的保鲜效果。同时，对具有抗氧化、抗菌或抗褐化作用的EC进行评估，可以进一步提升番薯壳的品质，延长其储存时间。