殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑 對柑橘保鮮效果研究

本期點(diǎn)評專家

黃新階? 正高級教師，特級教師，全國優(yōu)秀教師，中國化學(xué)會2017年度基礎(chǔ)化學(xué)獎獲得者，湖北省首批十大名師，教育部第三批國培計劃專家?guī)鞂＜遥啾谑小笆虚L杯”青少年科技創(chuàng)新大賽評審專家。

柑橘含有豐富的糖分和水分，在貯藏、運(yùn)輸和銷售等環(huán)節(jié)中容易腐爛，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。目前市面上多用化學(xué)殺菌劑如咪鮮胺、噻菌靈、抑霉唑等對柑橘進(jìn)行保鮮。大量的研究表明，化學(xué)殺菌劑能有效抑制柑橘采后儲存期青綠霉病的發(fā)生，降低腐爛率和質(zhì)量損失率。但是，化學(xué)殺菌劑存在抗藥性問題，長期使用會產(chǎn)生耐藥菌株，也容易使柑橘上殘留化學(xué)藥劑。

殼聚糖來源豐富、無毒、可降解，具有廣譜抑菌性、抗氧化和保鮮效果，在食品工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。肉桂精油富含肉桂醛、石竹烯、芳樟醇等萜類化合物，具有良好的抗氧化和抗菌潛力。一些研究表明，將植物精油添加到殼聚糖中可大大增強(qiáng)殼聚糖的抗菌和抗氧化作用。

我通過比較常用的化學(xué)殺菌劑咪鮮胺、殼聚糖、肉桂精油、殼聚糖與肉桂精油復(fù)配對兩種不同品種的柑橘的保鮮效果，并進(jìn)一步進(jìn)行抗菌活性實(shí)驗(yàn)，嘗試探究殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑對柑橘的保鮮效果，以期找到安全有效的天然保鮮劑，為柑橘的保鮮提供新途徑。

一、探究材料

柑橘：冰糖橙和椪柑。每類柑橘的大小差不多，處于同一成熟期，無蟲害，色澤和品質(zhì)一致。在采摘、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中無機(jī)械損傷。

殼聚糖、咪鮮胺、肉桂精油。馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA），供試菌種為發(fā)霉橘皮上的青霉菌。

儀器設(shè)備：水果硬度計（型號GY-1）、糖度計（最小刻度0.1，量程0—32%）、立式高壓滅菌器（LDZX-50KBS）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-914385-Ⅲ）、電子分析天平、超凈工作臺。

二、探究實(shí)驗(yàn)

（一）柑橘常溫保鮮實(shí)驗(yàn)

1.分組與材料處理

實(shí)驗(yàn)分為5組，每組實(shí)驗(yàn)選擇的冰糖橙和椪柑各30個，大小差不多，質(zhì)量相近。用清水、化學(xué)殺菌劑和天然保鮮劑分別處理冰糖橙和椪柑：配制所需質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液分別浸果1 min后取出，等待晾干（約12 h），單果均用保鮮袋包裝，分組置于瓦楞紙箱中，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)處常溫貯藏。貯藏90 d，對果實(shí)的腐爛率、失重率、硬度和含糖量進(jìn)行測量、統(tǒng)計。

1組：清水（對照組）；2組：1‰咪鮮胺；3組：2%殼聚糖；4組：0.1%肉桂精油；5組：2%殼聚糖+0.1%肉桂精油。

2.指標(biāo)測定

（1）腐爛率

將有病斑與軟化斑的果實(shí)視為爛果。

腐爛率（％）＝腐爛果數(shù)/貯藏果數(shù)×100%

（2）失重率

采用稱重法。

失重率（％）＝（鮮果重－貯藏后果重）/鮮果重×100%

（3）硬度

用水果硬度計測量。

（4）含糖量

用糖度計測量。

（二）抗菌活性實(shí)驗(yàn)

1.處理馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA）

取PDA39 g，加蒸餾水至1000 mL，煮沸溶解。經(jīng)121 ℃高壓滅菌30min后備用。

2.加入保鮮劑后倒入平皿

將PDA分裝成6瓶，每瓶100 mL。把清水與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的保鮮劑分別倒入瓶中，與PDA充分混勻后分組倒入平皿，設(shè)置10組，每組3個平皿。

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的保鮮劑為：1‰咪鮮胺、1%殼聚糖、2%殼聚糖、0.05%肉桂、0.1%肉桂精油。

分組情況：A組為清水（對照組），B組為1‰咪鮮胺，C組為2%殼聚糖，D組為1%殼聚糖，E組為0.1%肉桂精油，F(xiàn)組為0.05%肉桂精油，G組為0.1%肉桂精油+2%殼聚糖，H組為0.05%肉桂精油+2%殼聚糖，I組為0.1%肉桂精油+1%殼聚糖，J組為0.05%肉桂精油+1%殼聚糖。

3.接種并培養(yǎng)

接種青霉菌：在已發(fā)霉的橘皮上挑取菌絲放在培養(yǎng)基中央。在室溫下（30 ℃以上）培養(yǎng)2天，觀察青霉菌的生長狀況。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）常溫下不同的保鮮處理方法對柑橘的保鮮效果

1.椪柑保鮮效果

各實(shí)驗(yàn)組椪柑都出現(xiàn)了腐爛和質(zhì)量下降的現(xiàn)象，對照組椪柑的腐爛率和失重率最高，其次是殼聚糖和肉桂精油分別處理組，化學(xué)殺菌劑處理組最低，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組與之非常接近；硬度都出現(xiàn)了不同程度的下降，對照組下降最多，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組和化學(xué)殺菌劑處理組下降并不顯著；含糖量都有一定程度的上升，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組和化學(xué)殺菌劑處理組上升最多，且相差不大。具體數(shù)據(jù)見表1。

2.冰糖橙保鮮效果

在相同的貯藏時間內(nèi)，對照組冰糖橙的腐爛率和失重率遠(yuǎn)高于其他組，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組和化學(xué)殺菌劑處理組的腐爛率和失重率相差不大，且都低于2%殼聚糖和0.1%肉桂精油分別處理組。冰糖橙被采摘后硬度在前期下降緩慢，后期下降比較快，對照組硬度下降得比其他組明顯，其次是殼聚糖和肉桂精油分別處理組，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組和化學(xué)殺菌劑處理組硬度非常接近。各組冰糖橙的含糖量都有一定的上升，但殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑處理組和化學(xué)殺菌劑處理組含糖量上升最多。具體數(shù)據(jù)見表2。

兩種柑橘的常溫保鮮實(shí)驗(yàn)結(jié)果均說明，殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑對柑橘有明顯的保鮮作用，比殼聚糖、肉桂精油分別處理的效果更好，與市面上的化學(xué)殺菌劑效果相當(dāng)。

在常溫保鮮實(shí)驗(yàn)中，我只進(jìn)行了2%殼聚糖和0.1%肉桂精油的復(fù)配實(shí)驗(yàn)，對殼聚糖與肉桂精油的最佳濃度配比還可以進(jìn)行進(jìn)一步的探究。我在后面的抗菌實(shí)驗(yàn)中增加了不同濃度配比的復(fù)合保鮮劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

（二）不同的保鮮劑對柑橘青霉菌的體外抑菌效果

通過對青霉菌兩天的連續(xù)培養(yǎng)，對比各組培養(yǎng)基中青霉菌落的直徑，我發(fā)現(xiàn)：對照組的菌落直徑比其他組的大；在添加天然保鮮劑的幾組實(shí)驗(yàn)中，殼聚糖肉桂精油復(fù)配保鮮劑組的菌落直徑比分別添加殼聚糖或肉桂精油組的菌落直徑小；復(fù)配組中，J組的菌落直徑最小，青霉菌生長最緩慢，抑菌效果最好；在所有的菌落中，化學(xué)殺菌劑組的菌落直徑最小。

四、探究結(jié)論

我對新型柑橘天然保鮮劑的研究和保障食品安全進(jìn)行了成功的嘗試。通過浸泡柑橘在柑橘表面成膜，殼聚糖和肉桂精油都可以抑制青霉菌生長，其中殼聚糖的抑菌效果更好，但二者均不能達(dá)到化學(xué)殺菌劑的保鮮效果。殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑的抗菌和抗氧化性能較好，實(shí)驗(yàn)表明，天然保鮮劑中1%殼聚糖和0.05%肉桂精油復(fù)合保鮮劑的保鮮效果最佳，與化學(xué)殺菌劑的保鮮效果相當(dāng)，能有效防止椪柑和冰糖橙腐爛，延長其保質(zhì)期，保持柑橘良好的品質(zhì)。（指導(dǎo)老師：肖菲? ?熊梓君? ?陳鳳）

專家點(diǎn)評

柑橘保鮮是一個古老的問題。200多年前人們把柑橘做成罐頭保鮮，其原理是真空和無菌。開發(fā)安全環(huán)保的天然防腐劑和復(fù)合保鮮劑成為熱點(diǎn)。史寓冰同學(xué)以大家熟悉的柑橘保鮮作為研究對象，用殼聚糖肉桂精油復(fù)合保鮮劑進(jìn)行抗菌活性實(shí)驗(yàn)，實(shí)測對椪柑和冰糖橙的保鮮效果，尋求高效果低成本的保鮮方法，體現(xiàn)了其熱愛生活的情感和關(guān)注社會的責(zé)任感，實(shí)驗(yàn)設(shè)計和研究過程科學(xué)規(guī)范，利用復(fù)合試劑保鮮體現(xiàn)了創(chuàng)新性。

柑橘等水果腐爛機(jī)理復(fù)雜。水果腐爛的原因有病原微生物危害和自身生理活動影響。自身生理活動包括新陳代謝造成的營養(yǎng)消耗、成熟和衰老引起的生理生化變化、蒸騰作用導(dǎo)致的失水萎蔫、休眠作用被破壞后的代謝變化及水果生理病害。殼聚糖可以減少水分蒸發(fā)和抑制呼吸代謝，能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一系列防御反應(yīng)而增強(qiáng)自身抗病性，本文限于條件僅僅探究了對青霉菌的抑制效果。

建議：延長柑橘保質(zhì)期，并不能保持柑橘良好的品質(zhì)，柑橘在貯藏保鮮過程中，營養(yǎng)素會有不同程度的損失，其中維生素C損失較顯著，可以研究柑橘保鮮過程中維生素C營養(yǎng)素?fù)p失的規(guī)律。物理保鮮如冷鏈系統(tǒng)和氣調(diào)保鮮是果蔬貯藏保鮮的發(fā)展方向，亦可開展研究。