肉桂精油緩釋劑的開發及其在紅薯保鮮中的應用

李晨迪，范儀琳，王曉飛，張珊珊，劉閃，焦獻中

1. 黃淮學院生物與食品工程學院（駐馬店 463000）；2. 西平西地紅薯業有限公司（駐馬店 463000）

近年來紅薯價格居高不下，提高了農民種植紅薯的積極性。良好的貯藏不僅可以保持其品質，也可以維持批量銷售和供應。而紅薯在長期儲存過程中易出現腐敗的狀況[1]。因此，紅薯的儲藏是一個受關注和迫切需要解決的問題。通常紅薯在儲藏過程中需要加入一定劑量的保鮮劑，從而降低腐敗發生，因此保鮮劑的緩釋對其整體的保鮮作用至關重要[2]。

微膠囊技術、脂質體技術和多孔微球技術是最常用的三大緩釋技術[3]。果蔬保鮮領域常用的緩釋技術是微膠囊技術。微膠囊技術是壁材和芯材的結合，壁材為人工合成或者天然特殊材料，芯材為固、液、氣3種形態的活性物質，芯材被壁材包埋處理，形成一種微型膠囊，同時芯材能通過溶出或擴散的方式緩慢釋放到環境中，常用的緩釋活性成分有乙醇、ClO2、SO2和植物精油類物質[4]。

化學緩釋劑的使用會引發藥劑殘留、環境污染及抗藥性等問題。在21世紀倡導綠色地球、健康環保和走可持續發展道路的今天，開發高效無毒、低殘留的天然緩釋保鮮劑，對果蔬采后保鮮具有重要意義。

試驗將肉桂精油應用于紅薯保鮮劑的研制中，并通過對3種緩釋劑緩釋能力的比較，以失重率、感官、表面細菌真菌總數和糖度為指標，研制一種新型生物抑菌紅薯緩釋保鮮劑，并應用于新鮮紅薯，以期為紅薯保鮮提供理論基礎和方法，為肉桂精油在紅薯等果蔬的保鮮推廣應用提供依據，也為其他果蔬的保鮮技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試材

外皮無損傷、無病蟲害的新鮮紅薯。

1.1.2 試劑

主要試驗試劑見表1。

表1 主要實驗試劑

1.1.3 儀器與設備

主要試驗儀器與設備見表2。

表2 主要試驗儀器與設備

1.2 試驗方法

1.2.1 新型緩釋劑的試驗設計

1.2.1.1 緩釋保鮮劑成品

分別在有機載體緩釋劑、還原型緩釋劑、酸性緩釋劑中加入肉桂精油，混合均勻后裝入到透氣盒或袋中，得到新型生物抑菌技術的紅薯緩釋保鮮劑。

1.2.1.2 有機載體緩釋劑的試驗設計

以有機載體緩釋劑成分和添加比例作為變量，稱取紅薯質量（精確到0.1 g），裝入保鮮盒內。每個保鮮盒裝1種有機載體緩釋保鮮劑。以不同有機物為變量，分為組A和B組，有機載體緩釋劑成分及其配制比例如表3和表4所示。

表3 A組有機載體緩釋劑活性物質質量比

表4 B組有機載體緩釋劑活性物質質量比

1.2.1.3 還原型緩釋劑的試驗設計

分別稱取不同質量紅薯（精確到0.1 g），以還原型緩釋劑添加量和雙吸劑還原鐵的添加與否作為變量，裝入保鮮盒或袋中，每個保鮮盒或袋中裝入1包還原型緩釋保鮮劑，分為C組和D組，設置不同添加量的還原型緩釋劑，如表5和表6所示。

表5 C組還原型緩釋劑活性物質質量 單位：g

表6 D組還原型緩釋劑活性物質質量 單位：g

1.2.1.4 酸性緩釋劑的試驗設計

分別稱取不同質量的紅薯（精確到0.1 g），以酸性緩釋劑添加量和緩釋劑載體不同為變量，裝入保鮮袋中，每個保鮮袋中裝入1種酸性緩釋保鮮劑，根據吸附載體不同，分為E組和F組，酸性緩釋劑成分及配制如表7和表8所示。

表7 E組酸性緩釋劑活性物質質量 單位：g

表8 F組酸性緩釋劑活性物質質量 單位：g

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 失重率

失重率是衡量果蔬貯藏品質的重要指標。失重率變化越小，表明紅薯在貯藏過程中營養成分和水分損失最小，保藏效果最好。

對紅薯在第0，第3，第6，第9，第12和第15天進行稱重，利用差重法按式（1）計算紅薯失重率。

失重率=（初始質量-測定質量）/初始質量×100% （1）

1.2.2.2 感官評價

根據表9，對紅薯進行感官評分，判定紅薯的新鮮程度。評價標準見表9。每個樣品重復3次，取平均值。

表9 紅薯的感官評價標準

1.2.2.3 表面細菌和真菌總數

使用無菌水沖洗樣品紅薯表面，稀釋菌液，并將其表面的微生物分離接種至細菌培養皿和真菌培養皿中，進行涂布，培養48 h，觀察菌落總數。

1.2.2.4 糖度測定

稱取10 g紅薯樣品，用無菌水稀釋2倍，用阿貝折光儀測定其糖度[5]，重復3次，取平均值。

1.2.3 數據處理

所有試驗每組3個平行，并用Excel和Statistical Product and Service Solutions軟件對試驗數據進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 有機載體緩釋劑對紅薯儲藏的影響

2.1.1 失重率

由圖1可知，隨著紅薯儲藏時間的延長，其失重率整體逐漸增大。對照組失重率變化最大，第15 天時失重率達到2.6%，其他處理組的失重速率變化較為平緩，在整個觀察期失重率的變化范圍較小。A1在后期表現出明顯優勢，并且逐漸平緩。表明A1組保鮮效果較于其余處理組保鮮效果最好。

圖1 紅薯儲藏過程中有機載體緩釋劑對其失重率的影響

2.1.2 感官評價

硬度、色澤、氣味和表面菌落分布情況等感官指標可以清楚反映紅薯在儲藏期間所處的生理階段及商業價值，測定有機載體緩釋劑對紅薯儲藏期間感官的影響。

由圖2可知，在常溫下貯藏，對照組第6天其硬度和色澤開始發生變化，第15天總體評分為6分，達到價值流通的最低標準。其他6組處理組的效果明顯高于對照組，其中A1組效果最佳，貯藏第15天其總體評分為7.75分。

圖2 紅薯儲藏過程中有機載體緩釋劑對其感官的影響

2.2 還原型緩釋劑對紅薯儲藏的影響

2.2.1 失重率

由圖3可知，紅薯失重率逐漸隨著試驗天數的增加而增大。其他組的失重速率較為平緩，C2組在后期表現出明顯優勢，第15天時失重率僅為0.85%。

圖3 紅薯儲藏過程中還原型緩釋劑對其失重率的影響

2.2.2 感官評價

由圖4可知，在紅薯儲藏期間還原型緩釋劑相比于對照組效果較好，其中C2的感官評分高于其他組，且能有較好保持。

圖4 紅薯儲藏過程中有還原型緩釋劑對其感官的影響

2.3 酸型緩釋劑對紅薯儲藏的影響

2.3.1 失重率

由圖5可知，在硅藻土與硅膠2種活性物中，硅藻土組的失重率變化較小，且F組中F1較于其他處理組最為平緩，表明F1組保鮮效果最好。

圖5 紅薯儲藏過程中酸型緩釋劑對其失重率的影響

2.3.2 感官評價

由圖6可知，在常溫下儲藏，對照組在15 d后感官評分為6分，達到流通價值的底線，其他試驗組均高于6分，F1組的評分最高，為8分，紅薯品質保持較好。

圖6 紅薯儲藏過程中酸性緩釋劑對其感官的影響

2.4 緩釋劑對紅薯表面細菌和真菌總數的影響

通過平板計數法來測定在10-2濃度梯度時紅薯表面菌落總數，結果如圖7和圖8所示。

由圖7可知，3種緩釋劑對紅薯儲藏過程中細菌菌落表面總數的變化，第15天時試驗組整體比對照組的菌落數較低，效果較明顯的是A1、C2、F1這3組，且A1組的細菌菌落總數最少。

圖7 3種緩釋劑對紅薯儲藏過程中表面細菌菌落總數的影響

表面菌落總數越少，表面紅薯在儲藏過程中品質越高，流通價值也越大。由圖8可知，緩釋劑對紅薯儲藏過程中真菌菌落總數較少的為A1、B1、C2和F1這4組，且A1組的真菌菌落總數明顯底于其他幾組，與對照組形成鮮明的對比。

圖8 3種緩釋劑對紅薯儲藏過程中表面真菌菌落總數的影響

2.5 緩釋劑對紅薯糖度的影響

綜合3種指標觀察可知，紅薯在儲藏過程中保鮮效果較好的為A1、C2、F1這3組，為探究出最佳緩釋劑，進一步測定這3組在儲藏過程中的糖度，用阿貝折光儀測定紅薯在儲藏過程中糖度的變化。

由圖9可知：對照組的紅薯在儲藏過程中第15天時糖度為2.32%，明顯低于其他試驗組；A1組的紅薯在儲藏過程中第15天時糖度為2.67%；C2組的紅薯在儲藏過程中第15天時糖度為2.61%；F1組的紅薯在儲藏過程中第15天時糖度為2.58%。由此表明A1組的糖度最高，A1組保鮮效果在所有試驗組中，保鮮效果最好。

圖9 紅薯儲藏過程中糖度的變化

3 結論與討論

緩釋技術是物質包覆在空腔內并緩慢釋放出來的一種技術[6]。Alikhani[7]采用迷迭香精油和百里香精油為芯材，羧甲基纖維素鈉作為壁材，用真空干燥法制備兩者混合物的微膠囊，結果表明，制得的微膠囊都能夠降低草莓貯藏期間的腐爛，保持草莓良好品質。張博云等[8]研究發現，加入有機活性物質（羧甲基纖維素鈉）能夠明顯低柑橘果實腐爛率，保持果實硬度，還能降低果實中丙二醛含量，達到保鮮目的。侯璟玥等[9]研究結果表明，制備的交聯羧甲基纖維素膜疏水性增強，對尿素的釋放具有一定的可調控能力。盧健康等[10]以HNO3處理后的羧甲基纖維素鈉為原料，對其保水、緩釋行為及盆栽進行試驗，結果表明，其具有良好的親和力，吸附平衡時間為120 min，吸附容量為18.78 mg/g。易菊珍等[11]以可生物降解和生物相容的羧甲基纖維素鈉為原料，制得不同配比的多糖共混膜，結果表明，共混膜對布洛芬這種疏水性藥物具有較好的緩釋性能。

試驗中，紅薯在儲藏過程中對保鮮劑緩釋效果最佳配方為A1組，即瓊脂、硅膠、羧甲基纖維素鈉的質量比為1∶1∶2。且有機緩釋劑的保鮮效果要優于其他試驗組。它明顯保持了紅薯的感官品質，減少了紅薯儲藏表面微生物的數量，降低了失重率，抑制了糖度的下降。同時試驗使用肉桂精油作為保鮮劑抑菌，有機載體中的硅膠作為交聯劑，羧甲基纖維素鈉作為固體吸附劑，不僅實現肉桂精油保鮮劑的緩慢釋放，也優化緩釋劑的最佳制備條件，將紅薯貨架期延長超過15 d。

通過對紅薯感官評價、失重率、糖度、表面菌落總數等指標的測試，考察復合緩釋劑對紅薯的保鮮效果，以期為復合緩釋劑在這類果蔬保鮮中的應用提供參考依據，后期可以進一步細化確定更優的保鮮劑和更優比例的緩釋劑，從而發揮保鮮劑的最大效果。