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芳香产业蓝海-植物精油在果蔬保鲜领域的应用

时间:2019-07-04 10:56:37


      摘 要:新鲜采摘的果蔬受到各种环境因素的影响,导致水分散失、组织结构损伤、微生物侵入等。传统贮藏保鲜方式太过单一,效果不太理想。综述采用植物精油熏蒸法、浸泡法、精油-气调联用、精油-羧甲基纤维素钠(sodiumcarboxymethyl cellulose,CMC)/壳聚糖复配法、精油改性聚苯乙烯(polystyrene,PE)膜、精油涂布纸箱、精油微胶囊、精油保鲜纸和制备可食膜等方法对新鲜果蔬的保鲜作用研究现状,展望植物精油更为有效的保鲜应用方式。


      植物精油是芳香植物的高度浓缩提取物,不溶于水,易溶于有机溶剂,具有挥发性,油状液体物质,存在于植物根、茎、叶和花果中,其主要化学成分有单萜、倍半萜烯、酯、醛、酮、醇等,有特殊气味[1],可作为天然的抗氧化剂,降低碳钢腐蚀速率[2]。部分精油可以代替合成防腐剂作为抑菌剂使用[3],研究表明,精油用作果汁防腐剂可以延长果汁保藏时间,并保持良好的感官性状[4]。另外,精油还具有抑制杂草和贮藏的农作物发芽的作用[5]。

      常用的传统保鲜方法主要有通过抑制果蔬呼吸、降低其代谢速度的低温贮藏[6];通过改变储藏环境中的气体成分抑制果蔬本身代谢,减少产生乙烯等不良气体的气调保鲜;利用高能射线对微生物细胞结构进行破坏而达到保鲜目的的辐照保鲜等。传统保鲜方法虽已被广泛应用,但尚存在一定缺陷。在低温贮藏期间,由于温度过低会造成果蔬组织机械损伤;气调保鲜时,需要实时监控气调室的气体比例保持恒定,耗费能源较大;高能射线辐射会使果蔬的营养成分遭到一定损失[7]。

      控制果蔬保藏期间存在的采后病害最好的方法是低温贮藏,并协同化学保鲜剂的使用,如对果蔬进行气体调节剂、涂布保鲜剂、抗菌抑菌剂、植物激素等化学保鲜剂的处理,但其残留危害人体健康,易引起食物中毒,严重者甚至引起致畸、致癌。而植物精油对人畜毒性极小,不污染环境,可替代化学保鲜剂防腐抑菌,并可保持果蔬良好感官性状。不同精油表现的生物活性有所区别,因此多种精油复合使用效果更好。因此,利用植物精油对果蔬进行保鲜,有较高研究价值。


 1 熏蒸法 

      熏蒸法是将精油和果实放入真空干燥器内反复处理,处理完成后将果实放入消毒的塑料筐内,内衬聚苯乙烯(polystyrene,PE)袋,然后进行封口在室温下放置。精油熏蒸比传统保鲜方法效果显著,能减少果实营养物质的流失,并且降低果实腐烂率,延长果蔬货架期。但使用一种精油单独熏蒸处理果实效果不太明显,应了解更多精油的生物活性,以便用多种精油协同作用于果蔬,来改进熏蒸方法,提高保鲜效果。

      贺红宇等[8]用肉桂精油、山苍子精油、丁香精油、牛至精油等 10 种植物精油处理圣女果,发现熏蒸法处理后可以杀灭赤霉菌、白地霉菌等。繆应林[9]用熏蒸法处理果实,对杏和猕猴桃的保鲜作了研究,在室温下熏蒸 72 h 处理杏和猕猴桃,结果发现百里香精油对水果的保鲜效果最佳,而其他精油则不明显。杨红[10]用熏蒸法和浸渍法研究丁香精油对冬枣的保鲜效果,发现熏蒸法在抑制呼吸强度和还原糖消耗方面比较优于浸渍法,但在抑制其他代谢变化方面低于浸渍法。张倩等[11]用肉桂精油熏蒸甜樱桃,并于常温下放置,抑制果实腐烂效果较好。周颖等[12]研究发现,应用 30 μL/L的芥末精油熏蒸处理脆冬枣可有效抑制病原菌的侵害和冬枣进一步生长成熟,可用于冬枣采摘后保鲜和贮藏。吴晓菊等[13]采用神香草精油对草莓进行熏蒸处理,结果显示,20 μL/L 浓度时,草莓的失重率、可溶性固形物减少率、腐烂率均有所降低。钟曼茜等[14]用黄皮精油对番木瓜进行密闭熏蒸处理 72 h,结果表明10 μL/L 浓度的黄皮精油下,可有效保持番木瓜的感官性状,降低维生素 C 和可溶性固形物的流失,减少丙二醛等不利于保鲜的气体产生,抑制果实腐烂的发生,延长了番木瓜的货架期。


 2 浸泡法 

      浸泡法是先将植物精油用少量乙醇溶解,再加入乳化剂使之充分乳化,根据需要稀释到合适的浓度梯度,将果实浸入溶液放置几分钟,取出后自然风干,放于 PE 盒中并用保鲜膜包扎,并保持恒温恒湿于 21 ℃,80 %~83 %,20 天后测其保鲜情况。采用多种精油混合浸泡果蔬,可以提高抗氧化性,抑菌效果明显,减少了蔬菜叶子的叶绿素和维生素 C 的损失,达到了更好的抑菌防腐保鲜效果。为了减少精油浪费,可采用喷洒的方式处理果蔬,更高效的利用精油,进行果蔬保鲜和贮藏。

      何首林[15]用浸泡法以 28 种精油处理猕猴桃、苹果、番茄,结果表明精油的防腐性能极好,并且乙烯产生量减小,硬度和维生素 C 的值减少幅度小。赵昕等[16]用多浓度橘皮精油喷洒处理“四季”小白 菜 ,发 现1.5 % 橘皮精油处理液可有效减少小白菜叶绿素、维生素 C 损失,降低了失重率,并且使小白菜保持良好的感官性状,延长了小白菜的货架期。蒋帅[17]用肉桂精油对红富士苹果进行浸泡处理,结果显示浸泡法可有效抑制苹果灰霉病的发生,红富士苹果的抗病性显著上升。韩林[18]采用多种浓度的龙眼核精油浸泡处理草莓,结果发现 160 μg/mL 浓度的龙眼核精油浸泡后,草莓的抗氧化性显著提高,可溶性固形物含量、维生素C、硬度等保持的较好。


 3 精油-气调联用 

      精油-气调联用法是以塑料薄膜为包装材料,在其中添加复合精油成分,并调节 O2 和 CO2 比例进行气调保藏。精油-气调联用法可以减缓果蔬代谢消耗,减少营养物质的散失,抑菌效果良好。该方法中气调提供的恒定气体环境保证了果蔬处于低能耗,低代谢的状态,减少自身产生的不利于保鲜的气体累积,更有助于果蔬抑菌保藏。

      丁华等[19]用 PE 膜和 PE/邻苯基苯酚/PE 复合膜复合百里香精油并和气调保鲜联用,出现了零霉变,货架寿命延长了 4 d 以上。潘艳娟等[20]利用大蒜和肉桂精油、吸湿剂和气调包装联用,对双孢菇进行保藏,减缓了双孢菇的代谢和自身消耗,延长了货架期。徐仕翔[21]利用月桂精油、乙醇、吐温 20 制成乳液联合气调包装对樱桃番茄进行试验,最终发现该方法有较明显的抑菌效果,可用于果蔬保鲜工业。彭燕等[22]将肉桂精油和壳聚糖混合涂抹甜椒,结合低温气调进行保鲜贮藏,结果发现甜椒营养成分散失量减少,多种酶活性也得到很好的控制。


 4 精油-CMC/壳聚糖复配法 

4.1 精油-CMC 复合涂膜法

     此方法是将乳化的植物精油分散于羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose,CMC)为载体的水溶液中,所形成的体系较稳定,以减少精油的挥发散失,再把果实浸入其中,捞出后自然风干成膜,最后取适量果实置于保鲜袋中,于 20 ℃左右进行保存。该方法可延缓果实衰老,减少营养成分的散失,降低果实失重率,呼吸强度,减少丙二醛的累积,降低褐变速度。还有一个优点,即 CMC 与精油复配减缓了精油的挥发,可以延长保鲜液的使用期。但 CMC 作为化学合成添加剂残留在果蔬表面,对人体健康有一定的危害。

       Dong 等[23]用 CMC 和大蒜精油复合涂膜,研究精油对草莓保鲜的影响,发现该方法可以延缓草莓衰老,并且减少了营养成分的散失。唐明丽等[24]发现CMC 与大蒜精油复合涂膜可以降低草莓失重率、呼吸强度、腐烂率、维生素 C 分解和可溶性固形物分解,还减少了丙二醛的累积,并表现出护色作用。金元宝等[25]将肉桂精油和 CMC 混合,涂抹香蕉进行保鲜,结果降低了香蕉的腐烂和褐变速度。


 4.2 精油-壳聚糖复合涂膜法 

      此方法与 CMC-精油复合涂膜相似,形成稳定的精油和壳聚糖体系。而壳聚糖本身即为天然防腐剂。精油和壳聚糖均为天然抑菌成分,具有协同抑菌防腐作用。该方法也可延缓精油挥发,使复合膜的抗菌性、抗氧化性和抑菌性提高,褐变速度降低,相对电导率和丙二醛受抑制。单一使用精油或壳聚糖不如二者协同使用效果好。

      De Oliveira 等[26]利用薄荷精油和壳聚糖复合涂膜,发现这样可以抑制芒果炭疽病,且效果比单独用壳聚糖好。Noshirvani N 等[27]利用肉桂和姜精油协同油酸、壳聚糖和羧甲基纤维素制作复合膜,提高了抗菌性和透湿性。Cordoba 等[28]用酪蛋白酸钠、明胶、壳聚糖制作明胶活性膜,以提高复合膜的抗氧化性,延长食品货架期。钟曼茜等[29]用黄皮精油-壳聚糖涂抹“日升”番木瓜,结果表明,0.8 % 壳聚糖和 40 μL/L 黄皮精油协同使用时,可保持果实良好的感官性状,相对电导率和丙二醛受到抑制,腐烂程度显著降低。郑科旺等[30]采用壳聚糖和 1 ∶ 1(体积比)的肉桂精油、柠檬精油混合,对鲜切山药进行涂抹,发现混合精油可显著降低鲜切山药营养物质的丧失,减少切口褐变,延长其货架期。王磊明等[31] 壳聚糖和不同体积分数的肉桂精油混合,涂抹蓝莓进行保鲜,0.4 %~0.8 % 的浓度下,保鲜效果最佳,蓝莓感官性状保持良好。


 4.3 精油微胶囊 

      为了减少精油的浪费,用壳聚糖包埋植物精油制成微胶囊,再将微胶囊加入纸箱、塑料薄膜包装果蔬。微胶囊化的植物精油挥发延缓,气味也相应减小,该方法抑菌效果明显,能使果实保持良好的感官性状,延长果蔬货架期。材料用量亦可减少,成本降低。

       Kujur A 等[32]研究壳聚糖包埋肉桂精油的疗效,发现它可有效抗真菌,还可抑制黄曲霉素 B1 活性。薛琼等[33]用壳聚糖包覆肉桂精油制成微胶囊,给葡萄保鲜,发现抑菌效果良好。Sotelo-Boyas M 等[34]研究百里香精油在壳聚糖纳米胶囊中的抑菌活性,发现对于 6 种食源性致病菌中两种有明显的抑制作用。薛琼等[35]利用1 ∶ 2(质量比)壳聚糖和海藻酸钠以及 1 % 的氯化钙对肉桂精油进行包埋,对进行芒果保鲜后,发现其感官性状保持良好,货架期延长。张静[36]将肉桂精油、丁香精油、大蒜精油用 β-环糊精包埋制作微胶囊,对香菇进行保鲜,结果表明,肉桂精油制成的微胶囊实现了最佳的保鲜效果,大蒜精油次之。


 4.4 可食用膜 

      将精油与壳聚糖、羧甲基纤维素钠等物质制成薄膜用于果蔬保藏,而植物精油和壳聚糖均为可食用物质,制备得到的薄膜安全无毒具有可食用性。可食用膜安全且易降解,抑菌性很好,对环境绿色无害,研究价值较高。由于精油挥发性很好,为了延长精油使用期,将其与壳聚糖、CMC 等复合使用,增强了整体的抑菌性能,同时改良了复合膜的物理性能。           Munhuweyi K 等[37]将肉桂、牛至柠檬精油结合壳聚糖制成可食用膜,来进行石榴保鲜,抑制了某些霉菌生长。Kalaycioglu Z E 等[38]利用姜精油加入壳聚糖制成的薄膜,对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌有抑菌活性。罗宁宁[39]采用壳聚糖、肉桂精油、吐温 80 和 KOH 溶液为原料,制作可食膜,对食品保鲜,改善了食品品质。


 5 精油涂布包装容器法 

5.1 精油改性 PE 膜

      此方法是将通过添加了抗氧化剂的改性 PE 膜,同时添加具有抗菌性的植物精油以改善塑料薄膜的性能。该方法可提高普通塑料膜的阻隔性和刚性,使其具有了抗氧化性和抑菌性,延长了果蔬的货架期。直接采用改性后的塑料膜制作塑料袋替代普通的塑料袋,在日常生活中使用,不但方便,而且还可以更好地发挥精油保鲜的作用。

      陆漓等[40]用丁香精油、维生素 E、乙二胺四乙酸二钠改性 PE 树脂,改性后提高了膜的阻隔性和刚性,具有抗氧化性和抑菌性,延长了草莓保藏期。杨辉[41]将乙烯-乙烯醇共聚物、1 % 的葡萄籽精油和 1 % 的丁香精油制成塑料薄膜,对圣女果进行包装保鲜,塑料薄膜阻隔性良好,抑菌能力较强,延长了圣女果的保鲜贮藏期。


 5.2 精油保鲜纸 

      此方法通过将精油添加到保鲜纸中得到新型保鲜纸,实现对果蔬的保鲜。精油保鲜纸有一定的透气性,既可以隔离外界有害物质和减少水分与营养成分散失,又可以提供一定的气体环境,进行气体交换,防止果蔬本身产生的不利气体累积。

      林晓雨等[42]以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)为阻隔,添加牛至精油制作保鲜纸,以杏为受试水果,牛至精油保鲜纸可减缓精油挥发,并有良好保鲜功能。秦晓芳等[43]用牛至精油保鲜纸添加 1-甲基环丙烯复合使用,对桃进行试验,发现可以抑制乙烯累积,减少腐烂程度,调整果实的呼吸强度,有更明显的保鲜效果。岳淑丽等[44]将肉桂精油制成的壳聚糖微胶囊与聚乙烯醇混合制作抗菌涂料,均匀涂布到纸上,并自然风干。用研制的抗菌保鲜纸对圣女果进行室温保鲜,延长了圣女果的货架期。张倩[45]将 4 mg 1-甲基环丙烯60 μL 牛至精油制成保鲜纸协同 PE 袋对油桃进行贮藏,结果表明该新型保鲜纸可有效保持油桃的感官性状,减少营养成分的散失,油桃的货架期延长。


 5.3 精油涂布纸箱 

      将精油涂布于瓦楞纸箱上,从而得到可抑制微生物生长繁殖的功能性纸箱,用来进行果蔬的保鲜和贮藏。用精油涂布处理包装容器,阻隔性和刚性有所改善,抗氧化性和抑菌性良好,抑制了霉菌对果蔬的侵害,好果率明显提高,原料利用率也有提升。既可以避免精油直接接触果蔬而造成感官性状的破坏和营养成分的损失,又可以提供一个优良的保鲜环境。

      黄巍等[46]研究一种丁香精油和聚乙烯醇涂布纸箱,抑制了各种霉菌对水蜜桃的侵害,延长水蜜桃货架期。王建清等[47]用牛至精油、β-环糊精、壳聚糖涂布瓦楞纸箱内侧,使得常温下能很好保存草莓,具有良好的抑菌功能。张洪军等[48]利用丁香精油微胶囊放入 PE膜,与桃一同放入瓦楞纸箱,第 13 天果实依然保存很好,好果率高达 80 %,桃的货架期延长了 5 d~6 d。


 6 小结及展望 

      采后果蔬如果保鲜工作不到位,会损失很大。据估计,我国果蔬因贮藏不当每年损失 25 %左右,如果能妥善贮藏,并且改良保鲜方法,损失率会降低 3 %左右。果蔬贮藏期间主要病害是由微生物引起,其次便是环境条件(例如氧气、二氧化碳、湿度、温度等),还有自身代谢消耗和产生不利于保鲜的气体。传统冷藏会损害果蔬本身的组织结构,导致口感不佳,造成营养的流失。植物精油低毒无害、纯天然、残留低,能够用于食品保鲜工业。

      熏蒸法、浸泡法、精油气调联用、精油-壳聚糖/羧甲基纤维素钠复配法会造成果蔬与精油的直接接触,精油改性 PE 膜、精油涂布纸箱、精油微胶囊、精油保鲜纸和可食膜制备不会引起太大的感官影响。这十种方法在抑菌方面作用均尚可。

      为了让果蔬保鲜达到更好效果,可以考虑多种方法联合使用。目前,微胶囊和复合涂膜的保鲜方法是果蔬保鲜领域的研究热点。以壳聚糖为壁材,并添加抗氧化活性成分物质,内包埋合适的精油制作微胶囊,置于果蔬包装内,外可用内壁涂布的瓦楞纸箱,或微胶囊协同 PE 膜的气调包装等。上述多种保鲜方法共同使用,合理设计,期望达到更好的保鲜功效。