双孢蘑菇 (Agaricus bisporus) 是目前唯一全球性栽培的食用菌, 因担子上通常着生2个担孢子而得名, 因担子其富含甘露醇、菌糖、有机碱, 是典型的高蛋白、低脂肪、低能量的菌类保健食品。然而, 双孢蘑菇达到生理成熟后的子实体保鲜期很短。因此, 随着近年来需求量和消费量的不断加大, 对采后双孢蘑菇的保鲜技术的研究尤为需要。

近几年国内外将涂膜保鲜法百富策略白菜网于果蔬贮藏前处理有所研究, 舒康云[1]等通过一种可食性涂膜保鲜液对樱桃保鲜效果的影响, Cristiane Fagundes等[2]对樱桃和番茄用抗菌性羟丙基甲基纤维素蜂蜡复合膜进行涂膜保鲜, K Chitravathi等[3]对青辣椒进行可食性涂膜保鲜, 还有龚军等[4]等用改性魔芋葡甘聚糖对草莓进行涂膜保鲜, 都取得了一定的保鲜效果。但是, 根据涂膜材料的性质, 目前多采用多糖及蛋白质等物质的水溶液进行涂膜, 这些材料所成的膜具有一定的缺陷, 例如涂膜时干燥时间比较长, 易感染腐败微生物等, 从而给实际生产和使用带来了极大的不便。

随着科技的发展, 纳米材料已在许多领域引起了广泛重视, 被认为是21世纪最有前途的材料之一。将无机纳米粒子的功能特性与高分子材料进行纳米复合, 得到的具有特殊性能的高分子材料或使其性能及保湿能力有所提高, 除此之外, 还应具有抗菌防霉、抗紫外线等功能[6~7]。雷艳雄[8]等采用添加纳米Si O2对PVA基复合涂膜包装材料进行改性, 可有效提高PVA基复合涂膜包装材料的阻水、阻湿性能。将纳米材料百富策略白菜网于双孢蘑菇的保鲜, 国内外也鲜有报道[9~10]。本文研究了卡拉胶/魔芋胶/纳米Ti O2/Si O2复合膜经超声波分散优化后的微观结构表征以及对双孢蘑菇涂膜保鲜的影响, 旨在为纳米复合涂膜在双孢蘑菇保鲜上的百富策略白菜网提供依据。

双孢蘑菇采摘于山东省淄博市淄河镇。双孢蘑菇采后立即运至山东理工大学实验冷库, 2±1℃下预冷20 h。挑选大小均匀 (伞盖直径3~4 cm) 、菇色洁白、没有受到机械损伤和真菌感染的双孢菇进行试验。

分别将3 g纳米Ti O2、3 g纳米Ti O2、5 g纳米Si O2、5 g纳米Si O2、溶于1 L蒸馏水中, 然后分别往四个样品组中加入1 g卡拉胶、2 g魔芋胶、4.2g增塑剂 (其中聚乙二醇200和甘油各2.10 g) , 再将1 g卡拉胶、2 g魔芋胶、4.20 g增塑剂溶于1L蒸馏水中作为空白对照组, 将配置好的溶液放于恒温水入锅中, 70℃恒温水浴20 min。冷却至室温后, 将3 g纳米Ti O2、5 g纳米Si O2其中各一份用超声波 (频率为40 k Hz, 功率为150 W) 处理25 min。

将上述制得的涂膜液定量在面积相同的水平玻璃板上流延成膜, 待干燥之后, 流水冲洗后揭膜, 制得不同的复合膜, 于室温下凉干待用。

将双孢蘑菇随机分成5组, 分别进行如下处理: (Ⅰ) 将未添加纳米粒子的涂膜液用高压喷雾器进行喷洒涂膜。作为空白对照组。 (Ⅱ) 将添加纳米Ti O2未经超声波改性的涂膜液用高压喷雾器进行喷洒涂膜。 (Ⅲ) 将添加纳米Ti O2改性后的涂膜液用高压喷雾器进行喷洒涂膜。 (Ⅳ) 将添加纳米Si O2未经超声波改性的涂膜液用高压喷雾器进行喷洒涂膜。 (Ⅴ) 将添加纳米Si O2改性后的涂膜液用高压喷雾器进行喷洒涂膜。待各处理组室温下晾干后, 移至2±1℃的冷库中。每3 d随机取样检测1次双孢蘑菇的理化品质。

对卡拉胶/魔芋胶复合膜及纳米复合膜采用美国Nicolet5700型红外光谱仪分别进行红外光谱表征。采用FEI Sirion200型电子扫描电镜分别对卡拉胶/魔芋胶复合膜的相容情况和纳米复合膜中纳米Ti O2/Si O2的分散情况进行分散检测。

以贮藏前后双孢菇的质量差值与初始质量的比值作为失重率。每组样品每次测量取6个蘑菇, 重复三次。

果实硬度用GY-1型果实硬度计测定。将双孢菇切去表皮, 然后将硬度计垂直于被测表面, 在均匀力的作用下将压头压入果肉内5 mm, 将指针的读数作为双孢菇的硬度值。每个处理随意取3个蘑菇, 每个蘑菇取10个值, 然后取其平均值。L*值采用自动色差计 (SC-80C, 北京康光仪器有限公司) 测定。

可溶性固形物含量采用用手持折光仪 (泰光405225, 中国) 测定。p H值采用p H计测定。

用打孔器在双孢蘑菇上取材并将其切成厚度为2mm的圆片, 称取1 g, 放入25 m L重蒸馏水中, 25℃恒温浸泡1 h, 搅拌均匀后用DDS-11A电导率仪测定浸提液的电导率, 然后加热至沸腾30 min, 自然冷却至25℃加重蒸馏水至25 m L, 再测定其全渗电导率。以双孢蘑菇初始电导率与全渗电导率比值作为细胞膜透性变化的指标[12]。重复3次测定。

参照Zauberman等[13~14]方法测定。取3克双孢菇组织, 加入6 m L p H 6.8的0.05 M磷酸缓冲液 (内含5% (m/V) PVP, 0.01 (V/V) Triton X-100) 冰浴研磨, 4℃15000 r/min条件下离心20 min, 收集上清液用于酶活性测定。4.8 m L p H6.8的磷酸缓冲液, 1m L 0.05 M的邻苯二酚溶液, 20℃恒温水浴, 空白加0.2 m L磷酸缓冲液, 在分光光度计上调空白, 然后在同一反应体系加0.2 m L酶提取液, 立即在420nm处测定OD值, 每20 s读数记录OD值变化, 记录2 min。酶活以每分钟内OD值变化0.01为1个活性单位U。重复测定3次。

参照朱广廉[15]等方法测定。取3 g双孢菇组织, 加入6 m L p H 6.8的0.05 M磷酸缓冲液 (内含5% (m/V) PVP, 0.01 (V/V) Triton X-100) 冰浴研磨, 4℃15000 r/min条件下离心20 min, 收集上清液用于酶活性测定。4.40 m L p H 6.8的磷酸缓冲液, 0.40 m L愈创木酚 (2%) , 25℃恒温水浴, 加0.20 m L H2O2 (0.46%) , 空白加1 m L p H 6.80的磷酸缓冲液。在分光光度计上调空白, 然后在同一反应体系加1m L酶液, 在25℃恒温水浴中反应3 min, 立即在470 nm处测定OD值, 每20 s读数记录OD值变化, 记录2 min。酶活以每分钟内OD值变化0.01为1个活性单位U。重复测定3次。

Excel 2003统计分析所有数据, 计算标准误差并制图。用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析, 采用Duncan法进行数据差异显著性多重比较。

卡拉胶/魔芋胶复合膜及纳米复合膜红外光谱图如图1所示。

由图1可知, 其纳米复合膜和普通复合膜羟基伸缩振动峰分别为3346.90 cm-1、3330.40 cm-1, 纳米复合膜羟基伸缩峰比未添加纳米粒子的复合膜的迁移大, 说明纳米粒子与卡拉胶/魔芋胶复合膜分子之间发生作用, 表现为纳米复合膜的凝胶作用较卡拉胶/魔芋胶复合膜增大, 从而成膜性较好。这与卡拉胶残基上有半酯式硫酸盐基团而成为一种阴离子型分子电解质有关, 以及纳米粒子 (纳米Si O2、纳米Ti O2) 与卡拉胶/魔芋胶分子之间形成的氢键所致。因此, 氢键的存在对复配体系起到了非常重要的增容作用。这与王元兰[16]等对卡拉胶/魔芋胶复配胶凝胶强度的测试结果非常吻合。

在超声波作用下, 首先解除的是具有缺陷较多和弱相互作用的团聚体, 经过一段时间的超声波分散后, 这些团聚体消耗殆尽, 只有少数直径较大的颗粒必须在超声波的瞬间冲击力达到分子间作用力的域值, 才能产生破碎作用, 即超声波的能量在破碎作用方面失去了累积效应, 大量能量消耗在难以分散的粒子上变为声热, 使超声空穴的有效作用几率大大降低, 团聚体的粒径分布在很长时间内不产生明显的变化, 此时就达到超声分散的极限[17]。

注:a:未经超声波处理的纳米Ti O2复合膜SEM图;b:经超声波处理的纳米Ti O2复合膜SEM图;c:未经超声波处理的纳米Si O2复合膜SEM图;d:经超声波处理的纳米Si O2复合膜SEM图。

由图2可见, 卡拉胶和魔芋胶相容性好, 没有发现相分离现象。复合保鲜液中纳米二氧化钛、纳米二氧化硅粒子分布比未经超声波处理的较为均匀, 有少量的团聚现象。纳米粒子的分散情况对复合膜的透光率、水蒸气透过率、抑菌性能等都会产生影响[18], 因此, 对复合涂膜液进行一定的改性 (如超声波处理) 是很有必要的。这一结论与贾利蓉[19]等将水解胶原/海藻酸钠/纳米粒子复合保鲜液用于水果涂膜保鲜的研究结果一致。

失重率是反映双孢蘑菇新鲜度的一个重要指标。双孢蘑菇子实体的失重, 除了呼吸作用的消耗外, 主要是由水分蒸发造成的。失水能够导致果实软化、成熟和衰老, 当果实失水率超过5%时, 果实会发生萎缩, 新鲜度降低[20]。

如图3所示, 在贮藏过程中, 各处理组的失重率均处于5%以下, 这说明涂膜保鲜能有效地抑制双孢蘑菇水分的蒸发。在温度为2℃下的各组处理, 在整个贮藏过程中贮藏质量较好, 菇体质量的减少都未超过1.60%。由表1可知, 添加纳米Si O2的处理无显著影响, 尽管添加纳米Ti O2改性后的处理与空白对照组有显著差异, 但其失重率值较大, 因此添加纳米Ti O2的和添加纳米Si O2改性后的处理可极显著 (p<0.01) 的降低双孢蘑菇的失重率。产生此种差异的原因可能是普通复合膜和纳米复合膜透湿性能的不同。纳米复合膜具有相对较小的水分透过率, 有效维持了双孢蘑菇表层的湿度, 进而抑制了双孢蘑菇子实体水分的进一步蒸发。

在贮藏过程中, 由于细胞膨压不断下降、细胞壁逐渐降解等因素, 果实的硬度会不断下降。由图4可知, 添加纳米粒子的各组处理比未添加纳米粒子空白对照组的硬度都要高, 这说明纳米复合涂膜能有效的控制双孢蘑菇在贮藏过程中硬度的变化。在2±1℃贮藏期间, 经超声波处理后的纳米复合涂膜的硬度值均保持9.00×105Pa~9.50×105Pa, 添加纳米Si O2的处理硬度值从9.30×105Pa降到了8.50×105Pa, 纳米Ti O2的处理从9.30×105Pa降到了8.40×105Pa, 可见, 各组处理极显著 (p<0.01) 地抑制双孢蘑菇硬度值的下降。其中, 经超声波处理后的纳Ti O2/Si O2复合膜涂膜的处理有较显著影响。可见纳米粒子对果蔬的保鲜有一定的作用, 这与罗海莉[21]等用壳聚糖/纳米Si Ox膜对莲藕涂膜保鲜, 较壳聚糖单膜有效地抑制了莲藕采后硬度的下降, 研究结果一致。

膜透性与细胞膜的完整程度呈负相关, 随着果蔬组织的不断衰老, 膜透性不断升高, 相对电导率增强。

由图5可知, 在整个贮藏过程中, 对照组的双孢蘑菇的相对电导率都比其他处理组的高, 说明添加纳米粒子的复合涂膜液能够有效地降低脂质过氧化和电解质外漏的发生。尤其在贮藏第12 d时, 对照组的相对电导率在34%左右, 经超声波处理的纳米Ti O2/Si O2复合膜的相对电导率在28%左右, 这充分证明改性后的卡拉胶/魔芋胶/纳米Ti O2/Si O2复合膜更有效地保持细胞膜的稳定性, 延缓双孢菇的衰老。这表明, 纳米复合膜对组织细胞膜具有一定的保护作用, 从而有利于减缓双孢蘑菇组织细胞崩坏解体的进程, 保持双孢蘑菇良好的食用品质。

可溶性固形物含量可反映果蔬的品质和成熟度, 其变化不但影响双孢蘑菇的风味, 同时也反映它的衰老进程。双孢蘑菇在贮藏期期间可溶性固形物的含量是逐渐降低的 (见图6) , 添加纳米Ti O2的, 添加纳米Ti O2经超声波分散后的, 添加纳米Si O2的和添加纳米Si O2经超声波分散后的处理可溶性固形物的含量高于未添加纳米粒子的处理, 处理间差异明显 (p<0.05) 。其中, 添加纳米Si O2改性后的复合涂膜处理组可溶性固形物的含量在贮藏期间从7.40降到6.90, 添加纳米Ti O2改性后的复合涂膜处理组从7.40降到6.60, 这两组的涂膜保鲜较好的抑制了可溶性固形物含量的降低。产生此结果的原因可能是纳米复合膜使双孢蘑呈现缓慢的化学成分降解, 从而能够降低双孢蘑菇的呼吸强度和新陈代谢速率。同时刘丽萍[22]在纳米银涂膜对圣女果保鲜效果的研究中, 经纳米银涂膜处理的圣女果可溶性固形物含量下降幅度低于对照组近一倍, 研究结果一致。

白度是决定双孢蘑菇采后品质的重要指标。Gormley[13]根据双孢蘑菇的白度将其分为两类:白度值≥86的为好品质菇, 在80~85之间的为可接受品质。

由表1所示, 各组处理在贮藏12 d以后菇肉的白度值都在83以上, 菇皮的白度值在80左右, 说明各组处理均能有效地抑制双孢蘑菇的褐变。当贮藏第6 d左右时, 未添加纳米粒子处理组的白度值明显降低, 到贮藏第12 d时, 经超声波分散的纳米Si O2复合膜处理的双孢蘑菇菇肉的白度值为87.75, 菇皮的白度值为82.48, 较其他各组都要高。因此, 添加纳米Si O2分散后的处理可明显 (p<0.05) 抑制双孢蘑菇的褐变。

酚类物质氧化是果实褐变的主要原因[23]。PPO是广泛存在于植物中的一种末端氧化酶, 它能催化酚类物质氧化, 导致果蔬组织褐变。

由图7可知PPO活性均随贮藏时间的推移而不断升高, , 在贮藏0~4 d内, 各处理组PPO活性高于对照组, 这可能是由于涂膜处理对双孢菇表面造成一定的损伤, 使其生理活性有所升高导致的。4 d以后各处理组PPO活性均低于对照, 特别是经超声波处理的纳米Si O2复合膜处理组与对照组相比, 在贮藏12 d时PPO活性为180.40 U/g, 而为添加纳米粒子的处理组PPO活性为245.60 U/g, 明显 (p<0.05) 延缓了PPO活性的上升, 这可能因为卡拉胶/魔芋胶/纳米Ti O2/Si O2复合涂膜经超声波处理后, 纳米粒子在卡拉胶/魔芋胶复合涂膜液中的分散性较均匀, 从而使纳米复合膜的某些功能特性如透光性、透水性、透CO2性等较好, 对双孢蘑菇多酚氧化酶活性有一定的抑制效果, 对于延缓子实体酶促褐变具有积极作用。同时袁志[24]等在纳米Si O2壳聚糖复合膜保鲜草莓的研究中, 腐烂指数比空白组降低了23.9%, 说明纳米Si O2壳聚糖复合膜减缓草莓内部生理代谢活动, 防止腐烂变质, 起到延长草莓的贮藏保鲜时间的作用, 与其研究结果一致。

POD在果蔬中可表现为一种衰老酶, 其活性的变化可作为果蔬成熟和衰老的指标之一[25~26]。它是一类比较复杂的酶, 一方面在维持组织中活性氧代谢平衡过程中能清除过氧化氢和脂类氢过氧化物起重要作用;另一方面在过氧化氢存在催化酚类、类黄酮的氧化和聚合而导致组织褐变[27]。

如图8所示, 未添加纳米粒子的复合膜处理组和添加纳米Ti O2的复合膜处理组在第3 d时POD的活性达到高峰后逐渐降低, 添加纳米Si O2改性后的复合膜处理组, 添加纳米Ti O2改性后的复合膜处理和添加纳米Si O2的复合膜处理组均在第6 d POD活性达到高峰后逐渐降低。可见, 添加纳米Si O2改性后的复合膜处理组, 添加纳米Ti O2改性后的复合膜处理和添加纳米Si O2的复合膜处理组相对于未添加纳米粒子的处理组明显 (p<0.05) 地抑制了POD的活性。这一结果说明纳米Si O2复合膜能更有效的抑制双孢蘑菇在贮藏中的酶促作用, 进而延缓了双孢蘑菇的衰老, 而保证了菇体的品质质量, 达到保鲜目的。

3.1综上所述, 纳米Ti O2/Si O2能较好的分散在卡拉胶/魔芋胶复合膜中, 并且对其分子有一定的修饰作用, 同时, 纳米复合涂膜能有效地延长采后双孢蘑菇的货架期, 在贮藏12 d后, 较未添加纳米粒子的复合涂膜处理组, 经超声波分散的纳米Si O2复合涂膜处理组和未经超声波分散的纳米Ti O2复合涂膜处理组明显的延缓了双孢菇失重率的升高, 经超声波分散的纳米Ti O2复合涂膜处理组和经超声波分散的纳米Si O2复合涂膜处理组的硬度值均在9.00×105Pa~9.50×105Pa之间, 抑制了其硬度的降低, 其相对电导率在28%左右, 同时可溶性固形物含量分别比对照组的高1.30%和1.60%, 纳米粒子能有效延缓了其白度值的降低, 并且显著抑制了过氧化物酶 (POD) 的活性, 推迟了多酚氧化酶 (PPO) 活性高峰的出现, 对双孢菇的保鲜有明显效果。

3.2总的来说, 经超声波 (频率为40 k Hz, 功率为150 W) 处理25 min的卡拉胶/魔芋胶/纳米Ti O2/Si O2复合膜对双孢蘑菇的保鲜效果较好, 由SEM图可观测知其纳米粒子的分散性也较好, 因此复合膜的分散性能对双孢蘑菇的保鲜效果很重要, 值得进一步研究。