海藻酸鈉在水果貯藏保鮮中的應(yīng)用*

胡曉亮，周國燕，王春霞，詹博

(上海理工大學(xué)食品與低溫生物技術(shù)研究所，上海，200093)

新鮮水果是人體日常必需的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維的重要來源，具有獨(dú)特的形、色、味，是人們最好的保健食品。但由于果蔬生產(chǎn)的季節(jié)性、地域性和多樣性，因此，產(chǎn)品有很明顯的淡、旺季之分。果品蔬菜是鮮活商品，組織柔嫩，含水量高，營養(yǎng)豐富，易腐爛變質(zhì)，不耐貯運(yùn)，采后極易失鮮，品質(zhì)下降，從而使?fàn)I養(yǎng)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低。為使人們獲得水果的均衡供應(yīng)，除了加強(qiáng)排開種植、促進(jìn)栽培、選擇品種、分開收獲等栽培技術(shù)措施外，還要搞好采后貯藏工作，以調(diào)節(jié)淡旺季的矛盾，豐富市場(chǎng)果品種類。對(duì)于生產(chǎn)者來說，貯藏則是保證水果市場(chǎng)豐產(chǎn)豐收、減少損失、增加收入的有效途徑，對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展至關(guān)重要。

目前水果的貯藏保鮮方法主要有低溫貯藏、防腐保鮮劑處理、輻射保鮮以及氣調(diào)保鮮等［1－2］。冷害的發(fā)生使得部分水果難于采用較低的貯運(yùn)溫度來控制病害和延長貯運(yùn)期;傳統(tǒng)的化學(xué)保鮮劑殘留給人體健康和環(huán)境帶來諸多不利的影響;輻射保鮮技術(shù)尚處于試驗(yàn)研究階段，對(duì)其使用的安全性分析尚無定論，因而限制了其在水果貯藏保鮮中的應(yīng)用;氣調(diào)貯藏雖然對(duì)水果保鮮有一定的效果，但氣調(diào)貯藏投資大、花費(fèi)昂貴［3］。國內(nèi)目前主要采用低溫結(jié)合氣調(diào)包裝對(duì)果蔬進(jìn)行貯藏保鮮，但仍然存在水果貯運(yùn)期病害發(fā)生嚴(yán)重等問題，效果不理想。這就迫切要求尋找新的經(jīng)濟(jì)可行的保鮮技術(shù)。

涂膜保鮮是指由天然糖類、蛋白質(zhì)、油脂等作為主要原料，通過對(duì)水果表面噴霧、浸漬等方法涂覆，風(fēng)干后形成一層薄薄的透明坯膜(可食膜)，來防止水分蒸發(fā)，對(duì)水果起到防腐保鮮效果的一種貯藏保鮮的方法［4－9］。涂膜保鮮的應(yīng)用是當(dāng)今國際食品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，主要通過控制水果的呼吸作用和抑制水分的揮發(fā)來達(dá)到延長水果的貨架期［10－11］。按照形成可食膜的天然大分子的種類可將可食膜分為四類:脂質(zhì)膜、多糖膜、蛋白膜和復(fù)合膜。其中多糖類的海藻酸鈉保鮮劑日益受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1 海藻酸鈉概述

海藻酸鈉(sodium alginate)又稱褐藻酸鈉;褐藻膠等，是從海帶、菌類、藻類植物中提取的天然多糖類化合物，其基本結(jié)構(gòu)由古洛糖醛酸與甘露糖醛酸通過α-1，4糖苷鍵鏈接而成的一種線性嵌段共聚物。具有優(yōu)良的分散性、保濕性、成膜性、抗菌性、無毒無味、可生物降解、生物相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，且成本較低，正日益成為水果貯藏保鮮研究的熱點(diǎn)［12－15］。

海藻酸鈉分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海藻酸鈉的化學(xué)結(jié)構(gòu)

海藻酸鈉分子鏈上分布著許多羥基(—OH)，性質(zhì)比較活潑，通過化學(xué)改性，引入多功能基團(tuán)，能得到各種具有特殊性質(zhì)及用途的海藻酸鈉衍生物，增強(qiáng)了膜的機(jī)械性能和抑菌效果［16］。隨著天然保鮮劑的開發(fā)和研究，特別是在水果貯藏保鮮領(lǐng)域，海藻酸鈉及其衍生物有著巨大的潛力和應(yīng)用前景。

2 海藻酸鈉及其衍生物保鮮機(jī)理

海藻酸鈉及其衍生物的保鮮機(jī)理大致可以分為3個(gè)方面:(1)海藻酸鈉分子具有微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的保水性能。海藻酸鈉及其衍生物的分子鏈上均帶有羧基，由于羧基上的負(fù)電荷的排斥作用，使高分子鏈空間伸展特別大，再加上親水基團(tuán)的作用，使其對(duì)水分子具有很強(qiáng)的作用力，能減緩水果中水分的蒸騰，延緩其萎篶，降低水果的失重［16］;(2)海藻酸鈉具有很好的成膜特性。海藻酸鈉及其衍生物覆蓋在水果表面，形成一層薄膜，該膜具有氣體選擇滲透性能，在果蔬內(nèi)部形成一個(gè)低O2高CO2濃度的微氣調(diào)環(huán)境，抑制水果的呼吸作用，降低水果內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和消耗，減少活性氧的形成，降低膜脂過氧化，延緩細(xì)胞膜的損傷，從而達(dá)到延長水果貯藏期的效果［17－18］;(3)海藻酸鈉及其衍生物具有較強(qiáng)的抑菌性。海藻酸鈉及其衍生物高分子鏈密集于菌體表面，形成一層致密的膜，阻止了細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的傳遞和菌體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，致使菌體新陳代謝紊亂，無法生長［19］;海藻酸鈉及其衍生物是一種陽離子表面活性劑，分子鏈上的部分基團(tuán)可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的類脂、蛋白質(zhì)復(fù)合物發(fā)生反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性，從而改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，破壞細(xì)胞壁的完整性［20］;海藻酸鈉及其衍生物可以螯合對(duì)微生物生長起關(guān)鍵作用的金屬離子，尤其是酶的輔助因子，從而影響微生物的生長繁殖;高濃度的海藻酸鈉及其衍生物能夠激活微生物自身的幾丁質(zhì)酶活性，導(dǎo)致其對(duì)自身細(xì)胞壁的降解;低分子量的海藻酸鈉及其衍生物能夠滲入菌體內(nèi)部，干擾遺傳因子從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移，抑制菌體的繁殖［21］。

3 海藻酸鈉在水果貯藏保鮮中的應(yīng)用

目前利用海藻酸鈉來涂膜保鮮的水果有:芒果、枇杷、菠蘿、木瓜、蘋果、貢梨等，研究主要針對(duì)保鮮劑的種類和濃度、涂膜時(shí)間、貯藏條件、以及膜助劑的濃度等對(duì)于貯藏保鮮效果的影響，研究表明海藻酸鈉涂膜后具有降低果實(shí)失重、減少營養(yǎng)成分的損耗、控制果實(shí)的呼吸強(qiáng)度、增加了抵抗微生物侵染的能力以及延長果實(shí)的貯藏期限等明顯改善果品保鮮的效果。

3.1 單一海藻酸鈉涂膜保鮮水果

劉嘉俊［22］以不同濃度的海藻酸鈉溶液對(duì)芒果進(jìn)行涂膜并用PE(聚乙烯)密封處理。結(jié)果表明，經(jīng)2.0%海藻酸鈉水溶液浸泡處理后的芒果具有較強(qiáng)的抑菌性能，在常溫(26～30℃)貯藏直到第15天才開始出現(xiàn)輕微的灰暗和斑點(diǎn)，比對(duì)照組延長了10 d，各營養(yǎng)成分、pH值、總糖含量的變化緩慢，保鮮效果最佳。而經(jīng)1.5%或3.0%海藻酸鈉溶液浸泡涂膜處理的芒果因保鮮液濃度太低未形成連續(xù)膜或濃度高而使膜層偏厚，均在一定程度上影響了保鮮性能。由此可見膜層的厚度對(duì)水果貯藏的效果具有顯著影響。葛玉萍等［23］研究了不同厚度的保鮮膜對(duì)枸杞果實(shí)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，涂膜處理后都對(duì)枸杞果實(shí)的呼吸強(qiáng)度起到了抑制作用，降低了營養(yǎng)成分的損失，但不同厚度的保鮮膜內(nèi)氣體的組成成分變化情況不同，其中0.05 mm厚度的保鮮膜在整個(gè)貯藏過程中，可溶性固形物和總酸含量變化最為緩慢，最大限度的保持了果實(shí)Vc的含量，保鮮效果最好。任玉鋒等［24］以海藻酸鈉作為涂膜基質(zhì)處理靈武長棗，分別采用1.0%、2.0%、3.0%的海藻酸鈉保鮮液對(duì)靈武長棗進(jìn)行涂膜保鮮，結(jié)果表明1.0%海藻酸鈉涂膜處理對(duì)保持靈武長棗果實(shí)硬度、減緩葉綠素的降解、抑制果實(shí)失重效果最為顯著，經(jīng)海藻酸鈉涂膜處理的棗果顯得更加鮮艷而有光澤;1.0%海藻酸鈉涂膜處理能有效抑制靈武長棗Vc含量的損失，減緩可滴定酸的降解及可溶性固形物的降低，從而延緩了靈武長棗的后熟過程，起到較好的保鮮效果。

3.2 海藻酸鈉復(fù)合涂膜保鮮水果

在海藻酸鈉涂膜溶液中可以添加增塑劑、表面活性劑、抗菌劑，以及蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)，形成復(fù)合膜，可起到改善其膜性能的作用、從而增強(qiáng)貯藏保鮮效果。Tapia等［25］以2%海藻酸鈉和0.5%結(jié)冷膠對(duì)鮮切木瓜進(jìn)行復(fù)合涂膜保鮮。結(jié)果表明，在常溫貯藏條件下，使用海藻酸鈉-結(jié)冷膠復(fù)合涂膜液比單一海藻酸鈉涂膜液防腐保鮮效果更好，能明顯抑制木瓜果實(shí)的蒸騰作用，減少內(nèi)部水分的蒸發(fā)，增強(qiáng)了木瓜的抗菌能力，降低了果實(shí)受微生物侵染的風(fēng)險(xiǎn)，降低果實(shí)可溶性固形物、Vc等營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，阻止果實(shí)丙二醛含量、多酚氧化酶活性的上升，顯著延緩木瓜果實(shí)的軟化和衰老，延長了鮮切木瓜的貯藏時(shí)間。祝美云等［28］以海藻酸鈉、明膠和山梨酸鉀作為涂膜材料復(fù)合涂膜鮮切貢梨，在(0±0.5)℃條件下進(jìn)行貯藏保鮮，試驗(yàn)結(jié)果表明，海藻酸鈉0.05 g/kg、明膠0.03 g/kg、山梨酸鉀0.03 g/kg的復(fù)合保鮮液保鮮效果最佳，能顯著降低果實(shí)的呼吸速率，從而降低相應(yīng)的代謝活動(dòng)，抑制酶活性，延緩果實(shí)衰老，降低了Vc等營養(yǎng)物質(zhì)的損耗。Olivas等［26］以海藻酸鈉和亞油酸制成復(fù)合保鮮液，在常溫貯藏條件下，對(duì)＇Gala＇蘋果進(jìn)行保鮮處理。研究表明，海藻酸鈉-亞油酸復(fù)合保鮮液能涂覆在蘋果表面，形成一層保護(hù)膜，具有透亮、鮮艷的外觀，能抵抗微生物對(duì)果實(shí)的侵染，延緩了果實(shí)的變質(zhì)和腐爛進(jìn)程，該復(fù)合膜對(duì)氣體有較好的選擇透過性，抑制了蘋果的呼吸作用，降低了果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，有效的延長了＇Gala＇蘋果的貯藏期。

3.3 海藻酸鈉+納米材料涂膜保鮮水果

在海藻酸鈉涂膜材料中添加納米材料來強(qiáng)化保鮮效果已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，添加納米材料能增強(qiáng)保鮮劑的抑菌性和抗氧化性能，提高膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，改善成膜的氣密性。Michel等［31］的研究表明:將納米SiOx顆粒加入到涂膜劑中，其中的硅氧鍵對(duì)CO2和O2具有吸附、溶解、擴(kuò)散和釋放作用，對(duì)CO2和O2的通透性有很好的調(diào)控能力，從而可以抑制果蔬的呼吸強(qiáng)度，起到保鮮作用。同時(shí)，加入納米SiOx還可以提高膜的力學(xué)性能及保濕性。賈利蓉等［27］以海藻酸鈉/納米二氧化硅作為復(fù)合涂膜劑，結(jié)合低溫貯藏，對(duì)枇杷進(jìn)行涂膜處理。結(jié)果表明，海藻酸鈉/納米二氧化硅復(fù)合材料具有較強(qiáng)的氣體選擇滲透性，能夠保持膜內(nèi)部始終處于低O2高CO2的微環(huán)境，抑制了枇杷的呼吸強(qiáng)度，有效的減少了枇杷營養(yǎng)成分的損失和褐變的發(fā)生，維持了果粒飽滿堅(jiān)挺的外觀，較好的延緩了貯果細(xì)胞中SOD等抗氧化酶活性的降低和抑制枇杷果實(shí)生理生化功能的衰退和組織的損傷，延長了貯果的貨架期。

4 問題和展望

雖然目前關(guān)于海藻酸鈉涂膜保鮮水果的應(yīng)用研究日益增多，但從現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道看，還存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)不同的水果具有不同的貯藏特性，對(duì)特定的水果進(jìn)行保鮮時(shí)的最優(yōu)配方難以確定，在選擇保鮮劑濃度時(shí)，往往要反復(fù)的嘗試。當(dāng)涂膜劑濃度太低時(shí)，涂覆在水果表面的薄膜太薄，阻氣效果不好;當(dāng)涂膜劑濃度過高時(shí)，保鮮液的黏度偏大，涂覆在水果表面后不容易干燥，易滋生微生物，也容易導(dǎo)致涂膜不均勻，涂膜過厚會(huì)影響水果的呼吸強(qiáng)度，加快水果腐爛的進(jìn)程。

(2)關(guān)于水果浸泡時(shí)間的選擇、海藻酸鈉及其衍生物的分子量大小對(duì)水果貯藏保鮮效果的研究還不夠深入。

(3)作為涂膜材料的海藻酸鈉雖然具有成膜性和阻氣性較好的特點(diǎn)，但膜的機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)一些微生物的抑制方面還存在不足，需要采用蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等材料與其復(fù)配，因此對(duì)于復(fù)合膜的研制，還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和研究。

(4)海藻酸鈉涂覆在鮮切水果后直接食用，存在口感不佳，有澀味等缺陷。

(5)關(guān)于海藻酸鈉其衍生物在水果貯藏保鮮中應(yīng)用的安全性尚存在爭議。大量毒理實(shí)驗(yàn)表明，海藻酸鈉無明顯毒副作用或幾乎無毒，口服海藻酸鈉是安全的。但近些年又有研究者提出，低分子質(zhì)量海藻酸鈉對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠的腎組織存在明顯毒性，可阻礙脂肪和其他營養(yǎng)成分的吸收，導(dǎo)致脂溶性纖維素的缺乏以及鈣的代謝異常。

今后關(guān)于海藻酸鈉保鮮劑的研究方向可以圍繞以下方面展開:

(1)完善應(yīng)用海藻酸鈉及其衍生物來制備不同水果涂膜材料的工藝參數(shù)，研制開發(fā)相應(yīng)的加工設(shè)備，盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)進(jìn)一步研發(fā)出水溶性、膜的機(jī)械強(qiáng)度、抑菌效果更加理想的海藻酸鈉衍生物及其復(fù)合材料。

(3)對(duì)海藻酸鈉及其衍生物作為涂膜材料在水果貯藏保鮮中的應(yīng)用，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，為今后工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

我國沿海地區(qū)遼闊，海藻酸鈉來源非常豐富，海藻酸鈉保鮮劑的研制，不僅能充分利用我國豐富的海藻資源，使其變廢為寶，降低水果貯藏成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以改善化學(xué)保鮮劑殘留給人體健康和環(huán)境帶來諸多負(fù)面的影響，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 修德仁.我國農(nóng)產(chǎn)品保鮮產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2003(10):1－3.

［2］ 魏長賓，孫光明，李紹鵬，等.水果貯藏保鮮研究進(jìn)展［J］. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(3):67－69.

［3］ 童軍茂，李應(yīng)彪，唐明翔.我國果蔬氣調(diào)保鮮產(chǎn)業(yè)存在的問題及發(fā)展對(duì)策［J］.食品科技，2002(9):64－65.

［4］ Ouattara B，Simard R E，Piette G，et al.Dilusion of acetic and propionicacidsfrom chitosan-based antimicrobial packaging flms［J］.Journal of Food Science，2000，65:768–773.

［5］ 周曉薇，王靜，顧鎳，等.植物精油對(duì)果蔬防腐保鮮作用研究進(jìn)展［J］.食品科學(xué)，2010，31(21):427－430.

［6］ Chien P J，Sheu F，Yang F H.Effect of edible chitosan on quality and shelf life of sliced mango fruit［J］.Journal of Food Engineering，2005，29:23 －29.

［7］ 劉亞平，焦凌霞.殼聚糖在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，12(8):81－83.

［8］ 盧秀彬，劉倍毓，鐘耕，等.魔芋葡甘聚糖涂膜在果蔬保鮮上的應(yīng)用［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(3):450－452.

［9］ 歐陽海平，徐爾尼，彭揚(yáng).茁霉多糖在果蔬保鮮應(yīng)用的研究［J］.江西化工，2010，(1):113－118.

［10］ 段丹萍，魯麗莎，王海宏，等.果蔬涂膜保鮮技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景［J］.保鮮與加工，2009，55(6):1－6.

［11］ 張霽紅。果蔬采后涂膜保鮮處理技術(shù)［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2005(8):31－33.

［12］ 詹現(xiàn)璞，吳廣輝.海藻酸鈉的特性及其在食品中的應(yīng)用［J］.食品工程，2011，(1):7－9.

［13］ 寇偉蛟，劉軍海.海藻酸鈉提取工藝的研究進(jìn)展［J］.化工科技市場(chǎng)，2009，32(3):14 －16.

［14］ Chanthaphon S，Chanthachum S，Hongpattarakere T.Antimicrobial activities of essential oils and crude extracts from tropical Citrus spp［J］.Against food-related microorganisms.Songklanakarin Journal of Science and Technology，2008，30:125－131.

［15］ Ayranci E，Tunc S.A method for the measurement of the oxygen permeability and the development of edible flms to reduce the rate of oxidative reactions in fresh foods［J］.Food Chemistry，2003，80:423 –431.

［16］ Georgantelis D，Ambrosiadis I，Katikou P，et al.Effect of rosemary extract，chitosan and a-tocopherolon microbiological parameters and lipid oxidation of fresh pork sausages stored at 4 C［J］.Meat Science，2007，76:172 －181.

［17］ 肖茜，童群義.普魯蘭多糖/海藻酸鈉/羧甲基纖維素鈉復(fù)合可食用包裝膜性能的研究［J］.食品工業(yè)科技，2009，30(5):286 －292.

［18］ Marta Montero-Calderón，María Alejandra Rojas-Graü，Olga Martín-Belloso.Effect of packaging conditions on quality and shelf-life of fresh-cut pineapple［J］.Postharvest Biology and Technology，2008，50:182 －189.

［19］ 宗會(huì)，徐照麗，胡文玉.海藻酸鈉涂膜對(duì)蘋果的保鮮效果［J］.貯運(yùn)保鮮，2000(1):18－19.

［20］ 曾慶祝，許慶陵.褐藻酸鈉涂膜劑的特性研究［J］.大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，11(1):65－69.

［21］ Oberyukhtina I A，Bogolitsyn K G，Popova N P.Physicochemical properties of solutions of sodium alginate extracted from brown algae laminaria digitata［J］.Russian Journal of Applied Chemistry，2001，74(10):1 645 －1 649.

［22］ 劉嘉俊.海藻酸鈉保鮮芒果的研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2009，25(6):650 －652.

［23］ 葛玉萍，曹有龍，許興，等.不同厚度保鮮膜對(duì)枸杞果實(shí)品質(zhì)的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(20):8 805－8 806.

［24］ 任玉鋒，馬玉賢.海藻酸鈉涂膜對(duì)靈武長棗低溫保鮮效果的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(15):7 175－7 176.

［25］ Tapia M S，Rojas-Grau M A，Carmonac A.Use of alginateand gellan-based coatings for improving barrier，texture and nutritional properties of fresh-cut papaya［J］.Food Hydrocolloids，，2008，22:1 493 －1 503.

［26］ Olivas G I，Mattinson D S，Barbosa-C'anovas G V.Alginate coatings for preservation of minimally processed‘Gala’apples［J］.Postharvest Biology and Technology，2007，45:89 －96.

［27］ 賈利蓉，夏娟，周南，等.水解膠原/海藻酸鈉/納米粒子復(fù)合保鮮液用于水果涂膜保鮮的研究［J］.食品與機(jī)械，2008，24(1):46 －49.

［28］ 祝美云，林順順.海藻酸鈉復(fù)合膜對(duì)鮮切貢梨貯藏品質(zhì)的影響［J］.食品與機(jī)械，2009，25(6):37－39.

［29］ Rosa M Raybaudi-Massilia，Jonathan Mosqueda-Melgar，Olga Martín-Belloso.Edible alginate-based coating as carrier of antimicrobials to improve shelf-life and safety of fresh-cut melon［J］.International Journal of Food Microbiology，2008，121:313 －327.

［30］ Oms-Oliu G，Soliva-Fortuny R，Marti'-Belloso O.Using polysaccharide-based edible coatings to enhance quality and antioxidant properties of fresh-cut melon［J］.Food Science and Technology，2008，41:1 862 －1 870.

［31］ Michel Boissière，Joachim Allouche，Corinne Chanéac，et al.Potentialities of silica/alginate nanoparticles as Hybrid Magnetic Carriers［J］.International Journal of Pharmaceutics，2007，344:128 –134.