壳聚糖对果蔬保鲜的影响

壳聚糖对果蔬保鲜的影响
摘要：本文介绍了天然高分子材料壳聚糖的保鲜机理，以及在室温下对果蔬有明显的保鲜效果，主要体现在对果蔬的品质﹑采后生理的影响和对果蔬的防腐效果﹑储藏寿命等方面。

关键词：壳聚糖果蔬保鲜
前言：
壳聚糖是一种生物活性物质。

它是由蟹壳和虾壳中获得的甲壳素，用碱脱去附着的蛋白质，以酸除去无机盐如碳酸钙即得甲壳素，经热碱处理脱去乙酸基后的之产物[1]。

壳聚糖具有无毒、无味、对环境无污染、来源广泛、成本低廉等优点，用它作为果蔬涂膜鲜剂操作简便，并具有良好的保鲜效果，是一种极具发展潜力的天然保鲜剂。

1 壳聚糖的特性及保鲜机理
壳聚糖对果蔬的保鲜作用是其成膜性、抑菌性和诱导抗病性等众多理化特性和生物功能协同作用的结果,这些特性和功能又与其分子量大小和结构等密切相关。

对壳聚糖的作用机理及其结构与功能的关系进行深人的研究和探讨将有助于开发新的、效果更好的壳聚糖保鲜产品[2]。

特别是随着对壳聚糖的诱导抗病性研究的深人,新一代基因诱导型壳聚糖天然保鲜产品必将在果蔬贮运保鲜中发挥。

壳聚糖的另一种功能是具有一定的抑菌作用。

有报道指出，壳聚糖对大肠杆菌、荧光假单胞菌、普通变形杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌均有抗菌性，对草兰氏阳性菌亦有抗菌作用。

现已有不少研究结果表明,果实采后使用壳聚糖处理,对延长果实的保鲜期具有较好的效果,是一种很有发展前景的多用途天然物质。

2 壳聚糖涂膜与果蔬品质
一般情况下果实采摘后的营养成分随着贮藏时间的延长都会有所改变，或被自身呼吸代谢消耗。

应用壳聚糖处理的果实有利保持果实较好的品质这主要是由于壳聚糖在果实表面形成一层薄膜，抑制了果实的呼吸，减缓了果实代谢速度，从而降低了果实自身营养的消耗。

2.1 Vc
壳聚糖涂膜可减缓果蔬贮藏期间Vc的降低。

郑学勤等[3]用多种壳聚糖衍生物处理苹果和梨，冷藏100 d后，各处理的Vc含量均高于未经壳聚糖处理的(简称对照，下同)；壳聚糖处理草莓[4]，4~8 天贮藏20 dVc含量比对照高78%~165%。

黄向红等[5]用浓度2%壳聚糖处理四季柚，在近3个月的常温贮藏过程中，Vc含量下降幅度明显小于对照。

2.2 糖
壳聚糖处理果蔬对其含糖量变化,不同的学者持有不同观点。

黄向红等[6]认为壳聚糖处理四季柚果实在贮藏期间糖分下降比对照更快。

而乐培思等[7]用浓度2%改性几丁质溶液处理柑桔，经相隔30 d的2次测定，发现处理可有效地减缓含糖量下降；陈安和等[8]试验表明，对照果实的可溶性糖在贮藏5 d后急剧下降，而经几丁质衍生物溶液处理的则下降缓慢。

此外,南果梨[9]杨梅[10]、草莓[11]的研究都表明壳聚糖处理能降低果蔬在贮藏过程中含糖量的下降。

2.3 酸
壳聚糖处理对果蔬贮藏期间酸的影响，许多学者做过研究。

胡文玉和吴姣莲[12]试验表明,番茄在2e下条件贮藏28 d后，浓度1%和2%壳聚糖溶液处理的果实可滴定酸分别为12.9和13.0 mg/g，比对照的10.mg/g要大。

另外，对草莓[13]、苹果和梨[14]、四季柚、番茄的研究都表明壳聚糖处理能有效减缓果蔬在贮藏期间酸含量的下降。

2.4 色泽
壳聚糖对番茄的保鲜研究结果显示,壳聚糖能显著减缓番茄的转色，用浓度1%和2%壳聚糖处理的番茄在20 ℃下贮藏22 d后，果实色泽指数(规定绿色为1，红色为6)分别是4.3和3.3，而对照为5.6。

1%壳聚糖涂膜处理的国光苹果，在室温下贮藏5个月后仍保持绿色，而对照已变为红绿色或红黄色。

菜用大豆在贮藏期间叶绿素含量呈下降趋势，壳聚糖处理可延缓叶绿素含量下降，处理浓度越高，叶绿素含量越高。

草莓在4~15 ℃条件下贮藏7 d后，浓度1%壳聚糖处理的果实其主要色素物质花青素含量低于对照。

El Ghaouth等[用壳聚糖处理草莓,也发现花青素的含量明显减少。

由此可知，壳聚糖处理果蔬有利于延缓果蔬的转色。

2.5 水分
贮藏期间果实失重主要是由于失水造成，壳聚糖在果蔬表面所形成的膜可以阻碍果蔬的蒸腾作用，从而减少水分散失及果蔬的失重。

失重率的高低反映了果实保水能力的强弱。

经壳聚糖涂膜处理的果实失重明显低于对照，说明壳聚糖涂膜能提高果实的保水能力。

尹莲[15]用含金属离子的壳聚糖涂膜剂研究葡萄的常温保鲜效果，结果表明，含铜、钴、镍离子的壳聚糖膜可有效妨碍葡萄的蒸腾作用和鲜重损失。

EGhaouth等研究显示，浓度1.0%和1.5%壳聚糖涂膜的黄瓜和青椒在温度13℃或20 ℃、相对湿度85%条件下贮藏,处理的果实其失重率明显小于对照。

此外，对猕猴桃、苹果和梨研究都得到了类似的结果。

并且，有报道表明,在使用浓度范围之内,浓度越高,则失重越小。

3 壳聚糖涂膜与果蔬采后生理
壳聚糖涂膜保鲜果蔬的生理生化基础果蔬经壳聚糖处理后可在表面形成一层透明薄膜,限制果蔬与大气交换，使果蔬内部形成一个低O2和高CO2的微环境，从而抑制呼吸作用、乙烯产生及膜脂过氧化等需氧生理生化过程，在一定程度上能够延缓果实衰老，减少腐烂，保持果蔬品质，延长果蔬的贮藏寿命。

3.1 壳聚糖涂膜与果蔬呼吸作用
壳聚糖在果蔬表面形成一层致密的膜，对CO2和O2有选择渗透的作用，表现为阻止空气中O2进入果蔬组织，在膜内部形成低O2分压，高CO2分压的小环境，从而抑制了果蔬的呼吸作用。

胡文玉和邹良栋[15]的试验表明,在整个贮藏期间涂膜果的呼吸速率较对照明显降低，呼吸高峰较对照推迟7 d，且峰值也低于对照。

苏新国等采用浓度1.0%和1.5%壳聚糖处理菜用大豆荚，结果表明，涂膜处理可显著抑制果实的呼吸强度。

在葡萄、荔枝等果实上也有类似的报道。

当然,抑制果蔬呼吸作用的壳聚糖有一定的浓度范围，如果超出其浓度或操作不当，反而会引起生理失调。

苹果经壳聚糖涂膜处理后，在整个贮藏过程期间呼吸速率均明显低于对照，且呼吸高峰推迟7天，峰值也低于对照。

壳聚糖处理也明显地降低杨梅的呼吸速率，但以1%浓度效果较好。

菜用大豆在贮藏期间，涂膜处理的呼吸强度均低于对照，浓度越高，呼吸强度越低。

袁毅桦等试验表明，壳聚糖浓度过大，膜致密，果实内的氧气浓度太低，使果实趋向于缺氧呼吸,结果导致果实衰老软化。

另据胡文玉和邹良栋[16]报道,壳聚糖处理还能影响果实的呼吸途径和呼吸底物,壳聚糖处理能使贮藏过程中苹果的磷酸戊糖途径在总呼吸中
所占的比例比对照稍高，而糖酵解-三羧酸循环比对照稍低;并且壳聚糖处理的苹果其呼吸商增加得很慢，说明其呼吸底物自身的氧化性较小。

3.2 壳聚糖涂膜与果蔬乙烯释放
乙烯是启动和促进果蔬成熟衰老的激素，乙烯对于跃变型黄花梨果实来说，壳聚糖涂膜处理果实乙烯释放量低且不明显，比对照减少50%~64%。

研究结果认为，壳聚糖涂膜减少乙烯的生成是由于脂氧合酶（A,B）活性降低、膜脂过氧化作用减弱的结果。

2%壳聚糖涂膜的白凤桃在25℃下贮藏12天中，甚至没有测出乙烯，而对照乙烯含量已经很明显。

水茂兴等试验表明,壳聚糖处理采后草莓,其乙烯释放量减少,浓度2%壳聚糖涂膜的白凤桃在25 ℃条件下贮藏12 d，没有测出乙烯,而对照乙烯含量明显。

在对香蕉、苹果、梨、番茄[9]的研究也显示,壳聚糖处理的果蔬其乙烯释放速率比对照小得多。

然而，近年来，国内外至今仍未出现过壳聚糖涂膜阻碍果蔬乙烯生成机理的专门报道。

3.3 壳聚糖涂膜与果蔬的膜脂过氧化
膜脂过氧化能增加细胞透性,导致细胞内容物往外渗漏，其产物之一为丙二醛(MDA)。

壳聚糖处理能减少采后果蔬细胞的膜脂过氧化。

其原因可能是壳聚糖阻抑氧气透入果实组织,降低果实呼吸，减少自由基发生,减弱活性氧伤害，从而产生抑制组织的膜脂过氧化作用。

水茂兴等[17]试验表明,番茄、青椒经壳聚糖处理后,膜脂过氧化作用减弱，MDA含量减少,膜透性降低。

此外，在苹果、草莓上也有类似的报道。

3.4 壳聚糖涂膜与果蔬酶活性
超氧化物歧化酶(SOD)，其功能是消除超氧阴离子自由基，减少自由基对膜的损伤，从而延缓细胞衰老。

几丁质衍生物溶液处理果蔬，对阻止果实贮藏期间SOD活力下降有较好的效果。

在25℃条件下,杨梅采后6 d，SOD活性迅速下降，而浓度1%壳聚糖处理则延缓这一趋势；壳聚糖、壳聚糖+助剂处理的草莓贮藏4 d后，与对照相比，其SOD活性分别增加了4.88和7.18个单位[18]。

可见，壳聚糖处理能增加果蔬的SOD活力。

4 壳聚糖涂膜与果蔬防腐
壳聚糖处理除了能延缓果蔬的衰老和品质下降外，还可有效抑制果蔬贮藏期间腐烂发生。

Leuba和Stos2seI[14]认为壳聚糖溶液具有抑菌和抗菌作用。

尹莲[16]
用含金属离子的壳聚糖涂膜剂来常温保鲜葡萄，结果表明，含金属离子的壳聚糖涂膜剂能抑制病原菌发生;陈安和[19]试验表明,在室温下，对照的草莓贮藏至第4天，所有草莓都长满菌斑,而壳聚糖处理的果实第10天才出现少量的灰色毛状物。

关于壳聚糖防腐的机理，除了壳聚糖延缓果蔬的衰老,保持组织健康外,主要有以下2点解释：一是壳聚糖对一些腐败真菌起到直接的抑制或杀灭作用，二是壳聚糖能诱导植物产生一系列防御反应而增加自身抗病性,包括提高几丁质酶、B-1,3-葡聚糖酶和苯丙氨酸解氨酶(PAL)及过氧化物酶(POD)活性，产生植保素,合成木质素,加厚细胞壁以阻碍病菌穿透[20]。

从物理化学角度分析，则是壳聚糖类物质的正电荷与微生物细胞膜表面的负电荷作用造成蛋白质类物质及其他细胞内组成成分的流失而达到抑菌防腐的功能。

壳聚糖水溶性衍生物有较强的抑菌作用，其对各种食品腐败菌的最小抑制浓度为:大肠杆菌、枯草杆菌、毛菌、根菌为0.5%;巨大芽孢杆菌、苏云金杆菌、曲菌为1.0%。

5 壳聚糖涂膜与果蔬贮藏寿命
5.1 调节果实内外环境条件
壳聚糖涂膜类似于打蜡处理，通过在果实表面形成一层薄膜，调节果实内外的气体交换，使果实内形成一个低O2、高CO2浓度的环境，抑制呼吸作用，减少果实内物质转化和呼吸基质的消耗，并使果实呼吸作用途径发生了改变，使果实贮藏过程中糖酵解--三羧酸循环途径在总呼吸中所占的比例降低，磷酸戊糖途径所占比例升高，次生代谢产物积累，另一方面减少氧气进入果实，从而减少活性氧的形成，使膜脂过氧化作用减弱，缓解细胞膜的损伤，延迟细胞衰老死亡[20]。

LOX参与果实成熟衰老过程中膜脂过氧化作用和乙烯的生物合成。

采后果实组织中SOD活性下降，自由基积累，活化了LOX。

LOX的活化启动了膜脂过氧化作用，导致膜脂质的过氛化和膜磷脂的水解，产生更多的游离脂肪酸，这些脂肪酸又可成为LOX的反应底物，诱发LOX的进一步活化，进而加剧了膜脂过氧化作用，其过氧化物参与了ACC向乙烯的转化而加速了乙烯的合成。

壳聚糖处理的果实其SOD保持在较高水平，有利于清除果实贮藏衰老过程中产生的自由基，使果实LOX活性显著降低，从而降低了果实的膜脂过氧化作用，抑制了乙烯的生成，并延缓了果实衰老[21]。

5.2 抑制膜脂过氧化作用
壳聚糖涂膜后在一定程度上还能改变Ca在细胞内存在的状态，结合态Ca 增多，可溶性Ca减少[22]。

果肉结合Ca含量的提高，维持了细胞壁和细胞膜的稳定并抑制了果实成熟衰老过程中细胞壁和细胞膜的解体，从而延长了果实贮藏期。

Ca是一种酸性的、小分子量的单肽链调节蛋白，CaM与Ca形成Ca-CaM;复合体，该复合体激活脂酶A2，后者可释放膜脂中的多元不饱和脂肪酸，而多元不饱和脂肪酸可被LOX氧化生成氢过氧化物，氢过氧化物可使更多的Ca进入细胞，结合更多的CaM;，从而活化更多的磷脂酶Ca，如此反复进行，使膜脂迅速分解、衰老加速，所以壳聚糖通过增加细胞内结合态Ca增强细胞壁和细胞膜的稳定性和减少细胞内可溶性Ca减弱与Ca;结合为Ca-CaM;，来抑制一系列膜脂过氧化作用，保持细胞膜的完整性，延缓果实的衰老。

5.3 减少病害发生
果品贮藏病害大部分是由潜伏病菌引起，这些病菌在果实生长期潜伏于果实表面，贮藏中会沿伤口和皮孔侵入果肉组织而引起病害。

壳聚糖涂膜处理减少病害的发生主要有3个途径；一是使伤口木栓化堵塞皮孔和增强HMP途径等作用，从而减少真菌侵染，增强果实抗病菌能力。

二是对一些腐败真菌起到直接的抑制或杀灭作用。

以灰霉病菌和软腐病菌为试材，李红叶等（1997）以软腐病菌和褐腐病菌为试材，在离体培养条件下，壳聚糖对病菌孢子的萌发、菌丝的生长有抑制作用，并影响菌体的形态，使菌变粗、扭曲，甚至发生质壁分离。

经损伤接踵细链格孢的兰州大接杏用壳聚糖涂膜处理后，可明显降低接种兰州大接杏黑斑病发病率，抑制病斑的扩展速度[23]。

对梨轮纹病菌、瓜炭疽病菌、柑橘青霉病菌、草莓灰霉病菌等进行离体培养，小分子量（1700）的抗菌效果最佳。

这可能是因为低分子量壳聚糖易于进入到病原菌的细胞核中，干扰DNA的复制与转录，从而抑制真菌生长。

三是壳聚糖诱导植物产生一系列防御反应而增强自身抗病性，包括提高几丁质酶、葡聚糖酶和PAL和POD活性，从而激发苯丙烷类代谢，产生酚类和异黄酮类植保素等，以及木质素加厚细胞壁，在植物抗病中起了化学屏障作用和植物抗毒素作用。

6 讨论：
（1）壳聚糖来源丰富，制备简单，使用方便，且无毒无害，应用范围广泛，是工农业生产中的一种宝贵资源。

大量的试验结果表明，壳聚糖作为一种新型的绿
色保鲜剂在果品贮藏中应用是可行的，特别是在一些贮藏技术和设施不发达的农村地区更为有效。

（2）果蔬在采摘后，由于其代谢作用并没有完全终止，体内水分会不断蒸发，有机物分解，营养成份破坏，与此同时空气中的微生物也会对它侵蚀，壳聚糖涂膜保鲜剂就是通过果蔬表面形成一半透膜，以有效抑制其呼吸作用，防止脱水、萎缩及微生物的侵蚀，对许多界蔬有较明显的延长贮藏寿命的保鲜效果。

但由于壳聚糖在H离子浓度1~100nm01/IJ的稀酸中溶解性能较好，为便于控制溶液酸度，宜用有机酸为溶液。

由于有的果蔬生理组织不适应此酸度范围，或果蔬组织成份与有机酸发生作用，就会使保鲜作用受到影响，甚至会加决其变质。

（3）由于不同种类的果蔬其组织结构特点不同，生长特性不同，呼吸强度的不同;不同浓度的保鲜剂，其粘度不同，形成的保鲜膜疏密程度也不同。

要根据果蔬点，相应地选择适宜的浓度，从而起到调节、控制果呼吸作用的目的。

若有可能测定不同果蔬的呼吸强度、选择理想壳聚糖溶液浓度，会收到更好的保鲜效果和经济效益。

由于壳聚糖在有机酸中的溶解是有限度的，浓度太大则会生成凝胶，故一般选用的壳聚糖溶液的浓度范围为1%-5%。

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