電噴霧納米涂膜工藝優化及其對雙孢蘑菇保鮮效果

張榮飛，王相友

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電噴霧納米涂膜工藝優化及其對雙孢蘑菇保鮮效果

張榮飛，王相友※

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，淄博 255049）

為了使涂膜技術更有效地應用于果蔬采后保鮮，該文通過電噴霧技術將納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜液噴涂在新鮮的雙孢蘑菇上，研究了在（4±1）℃貯藏期間雙孢蘑菇生理品質的變化，篩選出適于電噴霧涂膜的最佳膜液濃度，且對電噴霧形成涂層的性能（透水率、透O2率、透CO2率、水溶性、溶脹度、拉伸強度）和微觀結構（scanning electron microscopy，SEM、X-ray diffraction，XRD、fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）進行一定的研究。結果表明，適合雙孢蘑菇電噴霧技術納米涂膜保鮮的最佳膜液0配比為納米SiO2質量分數0.4%、馬鈴薯淀粉質量分數4%、甘油質量分數3%，其透水率、透O2率、透CO2率分別為514.35、126.84、778.06 g/(m2×d)、拉伸強度24.50 MPa、水溶性54.76%、溶脹度85.75%。電噴霧因液滴帶同種電荷，形成的涂層比較均勻，納米SiO2分散性更好，分子間作用力較強，且涂層的性能更優。在貯藏保鮮期間電噴霧處理的雙孢蘑菇相對普通噴霧處理組能保持較好（<0.05）的感官品質及生理品質，研究結果為電噴霧技術在食用菌采后保鮮的應用上提供參考。

噴霧；膜；優化；雙孢蘑菇；納米SiO2；馬鈴薯淀粉膜；保鮮

0 引 言

雙孢蘑菇組織細嫩，含水率高，且子實體無保護結構，采摘后菇體內的水分較易蒸發，導致菇體出現開傘，萎縮，褐變，嚴重影響其商品價值[1]。因采后保鮮處理不合適或保鮮技術設施落后，中國每年雙孢蘑菇在采后貯藏和運輸過程中造成的損失高達總產量的30%以上[2]。

目前，國內外對果蔬涂膜保鮮的研究逐漸成為熱點[3-7]。許多材料，例如多糖，蛋白質，精油或它們的組合都可用作涂層。馬鈴薯淀粉成本低、來源廣、性質易于掌握，作為涂膜材料應用前景廣闊[8-9]，但其成膜性能具有一定的缺陷，如機械性能、阻濕阻氣性能較差。納米SiO2可與許多高分子聚合物復合制備納米復合材料，從而提高聚合物的成膜性能以及對果蔬的保鮮作用[10-13]，且已被中國以及美國食品藥品監督管理局（FDA）批準為食品添加劑。除此之外，涂膜保鮮一般以刷、涂或者浸泡的方式在果蔬表面涂布一層很薄的薄膜，涂層的均勻性是影響薄膜通透和阻隔特性的主要因素。電噴霧是使液滴帶電并霧化液滴的一項有效技術，霧滴在電場力作用下，同種電荷相互排斥，快速均勻地飛向目標，并吸附在目標上，小粒徑霧滴飄失減少。與常規噴霧技術相比，霧滴穿透力強，靶標命中率高，小霧滴飄失少，覆蓋均勻，形成的涂層性能較好，且常規噴霧技術涂膜保鮮時只有20%~50%膜液會噴涂在目標上，其他的膜液會飄散到周圍空氣中，造成膜液的浪費。而電噴霧技術由于電場作用使霧滴吸附在噴涂目標上使80%的膜液得到有效利用，減少浪費[14]。Bhushani等[15]對電噴霧技術在食品工業中的應用做了綜述報道，總結了在食品包裝，酶固定，食品涂層和開發用于過濾和活性食品包裝的材料等方面電噴霧技術的優勢。但此技術直接應用于果蔬保鮮方面少有報道。

本文研究了通過電噴霧技術將納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜液噴涂在新鮮的雙孢蘑菇上，研究了在貯藏期間雙孢蘑菇生理品質的變化，篩選出適于雙孢蘑菇電噴霧涂膜的最佳膜液濃度，且對電噴霧形成的涂層的性能和微觀結構進行分析，旨在為電噴霧技術在果蔬涂膜保鮮上的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

雙孢蘑菇：購買于山東省淄博市張店區食用菌培養基地。挑選傘蓋直徑大約4 cm左右、潔白、無械損傷和真菌感染的雙孢蘑菇。

納米SiO2（蘇州優鋯納米材料有限公司，粒徑100 nm，親水型）；馬鈴薯淀粉（北京奧博星生物技術有限責任公司，食品級）；藤原無油靜音空壓機（FUJ 1 500A，臺州奇博工具有限公司），藤原電噴槍（W-71C，臺州奇博工具有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗方案

納米二氧化硅，馬鈴薯淀粉，甘油根據有關參考文獻[11,16]進行了單因素實驗并選擇了合適的濃度范圍，設計L9(3)4正交試驗，試驗因子的水平和編碼見表1，試驗重復3次。

表1 試驗因素水平編碼表

1.2.2 膜液的制備

參照表2，分別把不同量（占膜液體積的百分比）的納米SiO2均勻地分散到100 mL蒸餾水中，形成納米SiO2水溶液，然后加入相應量的馬鈴薯淀粉和甘油，攪拌均勻后，80 ℃水浴鍋中充分糊化，然后根據實驗室前期超聲波處理優化試驗結果，在頻率為40 kHz，功率為150 W的超聲波下處理25 min，分散脫氣。冷卻至室溫25 ℃待用。

1.2.3 復合膜的制備

參照“1.2.2膜液的制備”配置馬鈴薯淀粉膜液、納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜液，采用普通噴霧和電噴霧兩種方式（如圖1所示），調節相同的流速，噴涂在面積相同的玻璃板上，噴涂時間為1 min，待干燥后流水沖洗揭膜，于干燥箱中50 ℃干燥12 h，待用。

注：L1、L2、L3是電線

1.2.4 電噴霧涂膜保鮮試驗

將不同濃度的膜液通過電噴霧（調節閥門控制相同流速，噴涂1分鐘）對新鮮的雙孢蘑菇進行涂膜保鮮，根據表2共9個處理，每個處理重復3次，涂膜處理后的雙孢蘑菇置于（4±1）℃冷庫中貯藏保鮮，測其第9天與12天的生理品質指標，根據正交試驗結果篩選出適于電噴霧保鮮的膜液最佳濃度配比。

1.2.5 優化驗證試驗

根據正交試驗篩選出的最佳膜液濃度配比，進行保鮮驗證試驗。處理Ⅰ：對照試驗，將無噴涂處理的雙孢蘑菇在（4±1）℃保鮮；處理Ⅱ：將新鮮的雙孢蘑菇進行普通噴涂（如圖1所示），在（4±1）℃保鮮；處理Ⅲ：將新鮮的雙孢蘑菇進行電噴霧涂膜保鮮（如圖1所示），在（4±1）℃下貯藏。分別在0、3、6、12 d隨機取3個處理組的雙孢蘑菇，進行生理品質指標和感官指標的測定。

參照文獻[16]，制備馬鈴薯淀粉膜、普通噴霧形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜與電噴霧形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜，對其進行物理性能（透水率、透O2率、透CO2率、水溶性、溶脹度）和機械性能（拉伸強度）的測定，因大分子在成膜時所呈現的微觀結構會影響復合膜所表現出的一些特性[17]，因此對其進行微觀結構表征。

1.3 指標的測定

1.3.1 失重率

在雙孢蘑菇貯藏過程中，以子實體質量差與初始質量的比值作為失重率[11]。

1.3.2 白度與硬度

每個處理取3個雙孢菇，橫切雙孢蘑菇傘蓋組織，用采用自動色差計（SC-80C，北京康光儀器有限公司）測定菇肉的白度值，然后取其平均值[18]；其子實體的硬度采用果實硬度計（GY-1型，牡丹市機械研究所）測定[19]。

1.3.3 細胞膜透性

在雙孢蘑菇上用打孔器取材，用電導率儀（DDB-6200型，上海雷磁新涇儀器有限公司）測定浸提液的電導率與其全滲電導率[20]。

1.3.4 TPA

采用TPA質構儀（TMS-2000，北京福德泰和科技有限公司），選取圓柱形探頭和TPA模式，利用擠壓（compression）對樣品進行測試，預壓速率2 mm/s，下壓速率1 mm/s，返回速率1 mm/s，數據頻率為390點/s，將蘑菇取蒂后放在質構儀平臺上，壓縮程度：95%。主要研究雙孢菇的硬度、脆度、黏性、黏著性等。這些數值從另一方面體現了雙孢蘑菇組織的改變，也體現了雙孢蘑菇的新鮮度[21]。

1.3.5 膜性能指標的測定

1）水蒸汽透過率

參照GB/T 16928—1997[22]中的方法A和ASTM[23]方法，膜的水蒸汽透過率按式（1）計算：

式中WVTR為水蒸汽透過率，g/(m2×d)；m為24 h后稱量瓶的總質量，g；m為最初稱量瓶的質量，g；為時間，d；為膜的有效面積，m2。

2）透O2率與透CO2率

參照ASTM[23]方法，測定復合膜的透O2率和透CO2率。按式（2）計算成膜的透O2率：

式中(O2)為膜的透O2率，g/(m2·d)；Δ為脫氧劑吸收O2的質量，g。

按式（3）計算成膜的透CO2率：

式中(CO2)為膜的透CO2率，g/(m2·d)；Δ￠為KOH吸收CO2的質量，g。

3）水溶性與溶脹度

水溶性與溶脹度一般用質量差法測定[24]。將普通噴霧制備的納米復合膜和靜電噴霧制備的復合膜分別裁剪成大小一致條狀（1 cm×4 cm），在50 ℃下干燥24 h，測定樣品的質量1，然后測其水溶性與溶脹性。

膜的水溶性按照式（4）計算：

式中1為樣品初始質量，g；2為樣品在25 ℃下50 mL蒸餾水中24 h溶解后50 ℃下干燥24 h樣品質量，g。

溶脹度是指復合膜吸水后體積變大的數值，膜的溶脹度按照下式（5）計算：

式中1為樣品初始重量，g；2￠為樣品在50 mL乙醇溶液（15%）中30 min后用濾紙吸除多余的乙醇溶液樣品的質量，g。

4）復合膜的拉伸性

按照GB/4456-1996在TMS-2000物性分析儀上測定膜的拉伸強度（σι），將待測的不同粒徑的復合膜裁成1 cm× 4 cm大小，夾具間的距離為1 cm，設定參數為10 192，每組平行測定3次，取均值。其公式（6）如下：

式中ι為拉伸強度，MPa；為試樣斷裂時的拉力，N；為試樣的寬度，mm；為試樣的厚度，mm。

5）復合膜微觀結構表征

對電噴霧技術形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜進行微觀結構分析，主要通過電子掃描電鏡（scanning electron microscopy，SEM）、X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）、紅外光譜分析（fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、熱重（thermogravimetric analysis，Tg）分析。

1.3.7 數據統計分析

對試驗中的數據利用正交試驗助手Ⅱ與SPSS19.0軟件對其進行方差顯著性分析，并用Duncan法進行多重比較。

1.3.8 綜合評價指標處理

為解決失重率、硬度、細胞膜透性3個指標在試驗因素考查范圍內的變化趨勢不一致，不便于數據分析的問題，選用綜合加權評分法將這3個指標的試驗結果轉化為一個單指標的試驗結果，利用單指標試驗結果進行最優化分析。

1）確定各項試驗指標的權值

采后新鮮的雙孢蘑菇在保鮮過程中極易發生失水、皺縮現象，一般通過失重率和硬度來反映；細胞膜透性反映了雙孢蘑菇細胞的衰老和遭受破壞的程度，因此，失重率、硬度、細胞膜透性是同等重要的生理品質指標，設定失重率、硬度、細胞膜透性3個指標的權重1、2、3分別為0.33、0.33、0.33。

2）統一各項指標值的變化趨勢

為保證綜合加權平均值越大越好，應將變化趨勢越小越好的指標值轉化為越大越好，為此在其值前加負號，如式（7）所示。對失重率和細胞膜透性越小越好：

式中Z*1,j為失重率指標第號試驗的評分值；Z*3,j為細胞膜透性指標第號試驗的評分值。

3）統一各指標數量級和量綱

為了消除各指標數量級和量綱對其加權評分值的影響，使各指標的加權評分值具有可比性，需統一各指標的數量級和量綱。由式（8）可得到各指標的數量級、無量綱的評分值。

式中Z**為第個指標第號試驗的評分值；Z*為統一趨勢后，個指標第號試驗的指標值；Z*, max為統一趨勢后，第個指標的最大值；Z*為統一趨勢后，第個指標的最小值。

4）計算綜合加權評分Z*

把各項指標的加權評分積相加即為“綜合加權評分值”

式中Z*為第號試驗的綜合加權評分值；w為第個指標的權重。

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果分析

2.1.1 失重率

失重率是衡量果蔬采后貯藏保鮮過程新鮮度的重要指標之一。雙孢蘑菇在采后貯藏中，子實體品質質量降低，除新陳代謝消耗，主要是因為失水造成的[20]。失水率大于5%，雙孢蘑菇子實體即萎蔫變軟，新鮮程度下降[25]。

如表2、表3所示，雙孢蘑菇貯藏過程第9天時，與空白對照（無涂膜處理）組相比，各處理的失重率均未超過5%，說明電噴霧涂膜保鮮可明顯（<0.05）抑制雙孢蘑菇的失水現象。貯藏第9天、12天，影響子實體失重率的因素主次順序分別為>>、>>；

由方差分析及試驗結果可得，最佳膜液配比是233。這可能是因為馬鈴薯淀粉和納米SiO2含有大量羥基，而且都是親水型，對水分子的親和力較高，對膜的透水性影響較大，從而影響雙孢蘑菇的失重率。

表2 正交試驗設計表及試驗結果

表3 正交試驗方差極差分析

2.1.2 硬度值

雙孢蘑菇子實體的硬度與組織細胞果膠含量成正比，其硬度降低是因為保鮮貯藏過程中雙孢蘑菇存在后熟現象，細胞壁中原果膠含量降低，而可溶性果膠含量升高，細胞間的結合力喪失，使細胞分散，從而導致子實體的硬度減小。如表2、表3結果所示，各處理雙孢蘑菇的硬度值總體上隨著貯藏時間（貯藏到第9天、12天）的變化而降低。在貯藏第9天、12天，影響雙孢蘑菇硬度值的因素主次順序分別為>>、>>。根據試驗結果得出的最佳膜液配比分別為是111，312。方差分析表明，貯藏第9天，、、3個因子對雙孢蘑菇的硬度值影響均極顯著（<0.01），貯藏12d，因子對雙孢蘑菇的硬度值極顯著（<0.01），、因子對雙孢蘑菇的影響顯著（<0.05），因此，綜合考慮最佳膜液配比為111。

2.1.3 細胞膜透性

雙孢蘑菇組織衰老和其細胞膜透性的上升有直接關系。在雙孢蘑菇的貯藏保鮮過程中，子實體經后熟過程逐漸衰老腐敗，細胞的內膜結構破壞，其細胞透性就會升高，因此，細胞的衰老和遭受破壞的程度可通過細胞膜透性的變化來反映。由表2、表3所示，隨著貯藏時間的增長（貯藏到第9天、12天），其細胞膜透性逐漸增大。貯藏第9天、12天，影響子實體組織細胞膜透性的因素主次分別為：>>，>>。由試驗結果得貯藏第9天、12天時最佳膜液配比分別為331、221。

表4 綜合評分法及極差分析表

綜上所述，對雙孢蘑菇失重率、硬度、細胞膜透性等生理指標來說，較優膜液配比分別為233、111、331或221。

對多指標正交試驗進行綜合加權評分法分析，結合極差分析表3、4所示結果，水平2對于雙孢蘑菇貯藏過程中其失重率和硬度值能較好的抑制它們的升高，而且在貯藏第12天時，其細胞膜透性在2水平下也保持較好，水平2綜合評分較高，故選擇納米SiO2濃度較適合的水平2。對于因素，馬鈴薯淀粉作為復合膜基質，濃度過小時，淀粉分子間作用力小，其內部氫鍵很弱，導致成膜較軟，保鮮性能較差。馬鈴薯淀粉成膜濃度在3%-5%之間容易揭膜，易得到表面光滑且柔軟的淀粉膜。在此濃度范圍內，隨著馬鈴薯淀粉濃度的增加，淀粉分子間相互作用力增大，成膜時形成空間網絡結構致密，膜綜合性能較好，綜合評分考慮，選3。對因素，3指標中有2個都以水平1為最佳，且綜合評分較高，故選1。所以，適合雙孢蘑菇電噴霧保鮮的最佳膜液配比為納米SiO2質量分數0.4%、馬鈴薯淀粉質量分數4%、甘油質量分數3%。

2.2 驗證試驗結果分析

2.2.1 不同處理雙孢蘑菇生理品質指標的影響

如圖2a所示，新鮮的雙孢蘑菇在整個貯藏期間，其失重率都逐漸增大，用納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜液普通噴霧保鮮處理組與電噴霧保鮮處理組始終低于無噴涂保鮮組。雙孢蘑菇的失水率超過5%時，其子實體就會萎蔫變軟，新鮮程度下降[25]。貯藏第12天，不同處理失重率差異顯著（<0.05），無噴涂處理的雙孢蘑菇失重率為5.67%（<0.05），說明子實體已經開始變軟，甚至衰老；普通噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇失重率為2.3%（<0.05），而電噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇的失重率為1.5%（<0.05），新鮮程度較好，這可能是由于電噴霧形成的液滴帶同種電荷，在雙孢蘑菇表面形成的薄膜比較均勻，阻水性能較好，有效地抑制了子實體采后代謝過程中水分的蒸騰作用。

如圖2b、c所示，隨著貯藏時間的變化，無噴涂保鮮處理組雙孢蘑菇的硬度值和白度值降低較快，電噴霧保鮮處理組的雙孢蘑菇保持相對較好的硬度值和白度值。在貯藏第12天時，無噴涂保鮮處理組、普通噴霧保鮮處理組和電噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇的硬度值分別為7.49×105、8.24×105、8.47×105Pa（<0.05）；白度值分別為81.32、83.03、85.83（<0.05）。這是因為在納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜中存在大量Si-O鍵，Si-O鍵對CO2和O2有吸附、溶解、擴散、釋放作用[26]，可調節膜內外CO2和O2交換量，電噴霧技術使形成的薄膜中Si-O鍵的分布更加均勻，從而抑制雙孢蘑菇白度值和硬度值的下降，達到保鮮的作用。

如圖2d所示，各處理組雙孢蘑菇的細胞膜透性隨著時間的增加而逐漸增加，且貯藏12 d時，電噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇相對電導率為51.41%，較其他處理組低（<0.05）。說明電噴霧技術能較明顯地抑制雙孢蘑菇采后代謝與衰老，延長其貨架期。這與Khan等[27]通過電噴霧技術對蘋果切片進行油包水乳液可食性涂膜，可有效抑制蘋果切片的褐變，并使其貨架期大大延長，研究結果相似。

2.2.2 不同處理對雙孢蘑菇感官品質指標的影響

不同處理組雙孢蘑菇在貯藏保鮮期間的感官品質通過TPA模擬人體口腔的咀嚼運動來測試。雙孢蘑菇組織質地較脆，菇肉性質特殊，TPA只能表現出其硬度、脆度、黏性，黏著性等感官品質。如圖3a、b所示，在整個貯藏期間，雙孢蘑菇的硬度越大，其脆度越大；此外，其脆性還與子實體組織應力松弛特性有關，壓縮雙孢蘑菇時，菇肉初期較新鮮，容易破碎，則菇肉脆性大[28]。其中，電噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇的硬度和脆性較其他處理組大。如圖3c、d所示，雙孢蘑菇的黏性和黏著性隨著貯藏時間逐漸增大，電噴霧保鮮處理組雙孢蘑菇黏性和黏著性較小。如圖2e所示，在貯藏第12天時各處理組雙孢蘑菇的褐變程度，其中電噴霧處理組的褐變明顯較小。綜上所述，電噴霧技術更有效地保持采后雙孢蘑菇的新鮮度。

圖2 不同處理對雙孢蘑菇失重率、硬度、白度和細胞膜透性的影響

2.3 納米復合膜的微觀結構表征

2.3.1 電子掃描電鏡分析

SEM反映納米復合膜的相容性及納米粒子的分散性。如圖4所示，納米復合膜的成膜相容性較好，圖4b電噴霧形成的納米復合膜中納米SiO2較圖4a普通噴霧形成的納米復合膜分散均勻，無團聚現象。這說明電噴霧形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜較均勻，性能較優，對雙孢蘑菇保鮮效果好。

2.3.2 X射線衍射分析

XRD也是表征聚合物之間相容性的重要方法，當復合材料中的結晶成分和非結晶成分具有良好的混溶性時，其結晶度低于個體的結晶度。馬鈴薯淀粉是典型的非結晶結構，如圖5中a所示，在20°左右存在一個較寬的峰，結果與Zhu等[29]研究一致。通過兩種復合膜，電噴霧技術形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜如圖5中b所示，衍射峰變弱，說明馬鈴薯淀粉和納米SiO2之間的分子間存在相互作用，這兩種物質具有優異的混合混溶性，證明添加納米SiO2可較均勻地分散在馬鈴薯淀粉膜中，并提高了復合膜的性能，對采后雙孢蘑菇的保鮮更有作用。

圖3 不同處理對雙孢蘑菇感官品質的影響

圖4 復合膜的SEM圖

2.3.3 近紅外光譜分析

圖6顯示了馬鈴薯淀粉膜與納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜的紅外光譜圖(FTIR)。馬鈴薯淀粉膜的FTIR圖譜中顯示出O-H伸縮振動峰大約在3 328.57cm-1左右，C-H伸縮振動峰大約在2 936.31 cm-1左右，C-O伸縮振動峰大約在1 650.52 cm-1和1 417.55 cm-1左右。電噴霧技術形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜其O-H伸縮振動峰、C-H伸縮振動峰、C-O伸縮振動峰分別向高波數方向發生位移，O-H鍵位移較大，說明在電噴霧技術下納米SiO2較均勻地分散在馬鈴薯淀粉膜中，并在成膜期間與淀粉大分子形成協同相互作用和分子間氫鍵，從而提高了復合膜的保鮮性能，延長雙孢蘑菇的貨架期，這與Wu等[30]研究結果一致。

圖6 復合膜的紅外光譜圖

2.3.4 熱失重分析

馬鈴薯淀粉膜與納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜的一階導數質量損失曲線（Tg）如圖7所示。兩種復合膜的Tg曲線都有三個階段，第一階段（至150 ℃）質量損失主要是與結合水損失有關，第二階段和第三階段復合膜的質量損失歸因于聚合物網絡的去交聯和碳質殘渣及納米SiO2的損失。在整個熱解過程中，馬鈴薯淀粉膜3個階段質量變化分別為11.09%、47.01%、29.43%，電噴霧形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜3個階段質量變化分別為10.44%、45.91%、24.64%，較馬鈴薯淀粉膜質量損失變化小，這說明納米SiO2能改善馬鈴薯淀粉膜的熱穩定性。Fallah等[31]在添加納米SiO2提高水性硝化纖維素涂層的機械性能的研究中納米SiO2同樣發現增強了涂層的熱穩定性。

圖7 復合膜的熱重分析

2.4 復合膜的綜合性能分析

馬鈴薯淀粉膜、納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅰ（普通噴霧）與納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅱ（電噴霧）的物理性能和機械性能進行對比分析，如表5所示。納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅱ（電噴涂）透水率、透O2率、透CO2率分別為514.35、126.84、778.06 g/(m2×d)，較馬鈴薯淀粉膜、納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅰ低，納米SiO2的加入及其荷電作用改變了膜液中分子間的氫鍵作用力，Si-O鍵可調節膜內外CO2和O2交換量，從而使納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜的透水率、透O2率、透CO2率降低。而納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅰ和Ⅱ的水溶性和溶脹度較馬鈴薯淀粉膜小，說明降解程度低，這是由于納米SiO2與淀粉通過氫鍵增強了復合膜的內聚力，使淀粉膜在水中的靈敏度減小，延長其溶解時間[32]。綜合考慮對雙孢蘑菇的保鮮作用，納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜Ⅱ（電噴霧）性能較優。

表5 復合膜的物理性能和機械性能

3 結 論

1）適合雙孢蘑菇電噴霧技術納米涂膜保鮮的最佳膜液配比為231，即納米SiO2質量分數0.4%、馬鈴薯淀粉質量分數4%、甘油質量分數3%，即透水率、透O2率、透CO2率分別為514.35、126.84、778.06 g/(m2×d)、拉伸強度24.50 MPa、水溶性54.76%、溶脹度85.75%。

2）電噴霧技術使膜液液滴具有相同荷電，能均勻地分布在雙孢蘑菇子實體頂部及側面均勻分布，形成的納米薄膜就有較好的保鮮性能，其微觀結構表征表明電噴霧技術形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜分子間作用力增強，具有較好的相容性，且熱重分析表明其具有較好的熱穩定性。

3）電噴霧技術形成的納米SiO2/馬鈴薯淀粉膜較普通噴霧形成的復合膜能更好地保持雙孢蘑菇子實體失重率、硬度、白度及細胞膜透性，并使其具有較好的感官品質。因此，電噴霧技術在食用菌及果蔬納米涂膜保鮮上的應用具有廣闊前景。

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Process optimization of Nano-SiO2/potato starch coatings and its improving effect for storage ofbisporus by electrospraying

Zhang Rongfei, Wang Xiangyou※

(255049,)

Among 2000 species of edible mushrooms, only a handful are worldwide cultivated and processed at industrial level, in whichis included. Apart from its nutrition, this mushroom has been valued by human as a kind of medical resource, containing a number of bioactive molecules, with therapeutic properties that confer a powerful source of new pharmaceutical products, such as its anticancer property. However, the quality of mushrooms deteriorated, evidenced by cap-opening, browning, shrinkage, and decomposition because ofimproper postharvest storage and preservation. This deterioration in quality seriously affects the commercial value of the mushrooms. Electrospraying is a novel technique for the application of coatings to foods. It is an effective technique to atomize liquids, in which an electric potential difference is applied across a droplet emerging from a capillary. The electrical field induces accumulation of charge near the surface of the nascent droplet, and destabilizes the surface of droplet which is disrupted into multiple diminutive charged droplets. Potato starch, being polysaccharides, as amylose and amylopectin, exhibits good film-forming properties and chemical stability and may also be edible.Despite this, the use of potato starch in the field of packaging materials has some limitations, and the main one is the poor properties of coatings. Incorporation of essential nano-SiO2into potato starch coatings may greatly enhance the coatings’ antimicrobial properties, restrict enzyme immobilization and inhibit fruits and vegetables decay. In this study, nano-SiO2/potato starch coatings were prepared by electrospraying for the preservation of. The optimal concentration of coatings for electrospraying was obtained, and their structural characteristics were evaluated with scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), as well as the properties including water vapor permeability (WVP), oxygen permeability (OP), carbon dioxide permeability (COP), water solubility, swelling and tensile strength. The results showed that the optimum treatment of coatings by electrospraying for fresh keeping ofwas 0.4% nano-SiO2concentration, 4% potato starch concentration, and 3% glycerol concentration. Nano-SiO2/potato starch films by electrospraying markedly reduced browning index, retarded weight loss and hardness decrease, and extended shelf life ofduring 4?C storage. Furthermore, electrospraying made droplets with the same electric charge form the coatings more evenly. WVP, OP, and COP of nano- SiO2/potato starch films by electrospraying were 514.35, 126.84, and 778.06 g/(m2·d), respectively, which were decreased. Compared to potato starch films and nano-SiO2/potato starch films byordinary spraying, the ensile strength of films by electrospraying was increased. The SEM of the films showed that nano-SiO2in the films by electrospraying was more uniform than that by ordinary spraying. Also, it could be expected that the intermolecular interactions between potato starch and nano-SiO2made the nano-SiO2molecules disperse into the potato starch matrix and destroyed the original crystalline domains of potato starch and nano-SiO2, which indicated this polymer and nano-SiO2had excellent miscibility of blend from XRD and FTIR. The thermogravimetric analysis (Tg) showed that blending with nano-SiO2could improve the thermo-stability of potato starch films. In short, coatings prepared by electrospraying have stronger intermolecular force and better properties. During storage, electrospraying can obtain the desired sensory attributes foralong with prolonged shelf life. These data indicate that nano-SiO2/potato starch coatings by electrospraying might provide an attractive alternative in improving preservation quality of freshafter harvest.

spraying; films; optimization;; nano- SiO2; potato starch coatings; keep-freshing

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.038

S646

A

1002-6819(2017)-23-0291-09

2017-07-31

2017-10-20

國家自然基金（31301570；30871757）；山東省農業重大應用技術創新課題－食用菌物流保鮮與質量安全控制關鍵技術研究及產業化示范(魯財農字[2014]38號)

張榮飛，女，博士生，山東淄博人，主要從事農產品加工與貯藏研究。Email：shenggongrongfei@163.com

王相友，男，教授，博士生導師，主要從事農產品加工與貯藏研究。淄博 山東理工大學農業工程與食品科學學院，255049。 Email：wxy@sdut.edu.cn