植物精油复合膜在果蔬保鲜中的应用研究进展

叶海青,周晓斌,毛硕,栗方宇,卢丞文*

(吉林大学 食品科学与工程学院,吉林 长春 130062)

摘 要: 植物精油作为一种天然抑菌剂,具有抑菌广谱、生物降解及安全无毒等特点,广泛应用于果蔬保鲜。由于植物精油复合膜优良的抑菌性能、阻隔性能及保鲜效果,避免单一植物精油在果蔬保鲜应用中的局限,成为果蔬包装的重要材料。该文介绍植物精油的抗菌机理及果蔬保鲜应用,着重综述植物精油-蛋白复合膜、植物精油-脂质复合膜、植物精油-多糖复合膜在果蔬保鲜领域的研究进展,总结植物精油复合膜研究所存在的问题,并对其果蔬保鲜应用展望。

关键词: 植物精油;复合膜;抑菌性能;果蔬;保鲜

新鲜果蔬作为膳食平衡饮食的重要组成部分,富含碳水化合物、有机酸、维生素、矿物质等营养物质,对人体健康起到重要的作用。但果蔬采后易受到微生物污染、呼吸作用、氧化褐变等因素的影响,从而降低果蔬的营养品质和贮藏期限[1]。植物精油作为从芳香族植物的叶、花、果实、种子中浓缩提取的安全健康保鲜剂,被广泛应用于果蔬保鲜研究。植物精油主要分为萜烯类衍生物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物等[2],对常见的食品腐败菌有一定的抑菌或杀菌效果,可通过干扰蛋白质合成、影响腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)生成、改变细胞膜结构等发挥作用[3]。但是植物精油易挥发、不稳定的特性影响其在果蔬保鲜的应用。研究表明,将植物精油与基质材料相结合,利用基质载体的包合作用能够延缓植物精油的释放速度,从而提高植物精油在果蔬保鲜中的作用时效。因此,植物精油复合膜作为可生物降解的包装材料受到广泛关注,例如以蛋白质、脂肪和多糖等大分子物质作为基质,添加植物精油形成复合膜分子间更强的相互作用力,获得具有优良机械性能、阻隔性能、抑菌性能和抗氧化性能的复合膜[4]。研究表明,植物精油复合膜能够有效延缓果蔬的成熟和衰老进程,保持果蔬的品质和营养成分,延长果蔬的货架期。本文综述植物精油的抗菌机理及果蔬保鲜应用,重点阐述植物精油复合膜在果蔬保鲜领域的研究进展,并对今后的研究与应用做出展望,以期为后续植物精油复合膜的开发提供一定的理论参考。

1 植物精油概述及其在果蔬保鲜中的应用

植物精油是从芳香族植物中用现代萃取技术提取而成的挥发性油类,广泛应用于食品、农业、制药和化妆品等领域。植物精油主要包含萜烯类衍生物、芳香族化合物和脂肪族化合物等,对果蔬中的酵母菌、霉菌和细菌均有良好的抑制效果[5]。研究发现,植物精油对腐败菌的抗菌机理主要包括破坏微生物细胞壁和细胞膜、促使DNA 失稳态、干扰蛋白质合成、改变细胞形态、影响ATP 的生成等。吴慧娟等[6]发现神农香菊全草精油的气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)谱图中含有部分冰片,精油通过改变细胞通透性进入胞内,功能物质引起细胞裂解,细胞内容物泄露,进而引起菌种的死亡。Ultee 等[7]发现香芹酚通过改变蜡样芽孢杆菌膜对H+、K+等阳离子的渗透性,破坏细胞基本的代谢过程,致使细胞死亡。Di Pasqua 等[8]用气相色谱分析精油处理过的不同菌种,结果表明处理后的细胞不饱和脂肪酸显著降低,尤其是反式C18:2 和顺式C18:3 结构降低较为明显,抗菌化合物发挥作用,导致细胞死亡。Wang 等[9]研究发现百里香酚能够改变金黄色葡萄球菌的膜脂肪酸组成,降低细胞活性,同时与DNA 进行结合,造成二级结构失稳态和DNA 聚集,菌种无法正常生长。此外,精油的抗菌机理包括抑制细胞外排泵、防止细胞内生物膜形成和破坏、抑制ATP 活性、降低细胞运动分裂能力[10]、减少细胞膜麦角固醇含量等。

目前植物精油通过熏蒸法、浸泡法、微胶囊法和精油-气调联用法等应用于果蔬保鲜。熏蒸法是将果蔬和植物精油在密闭容器内反复熏蒸,以去除果蔬表面的微生物和腐败菌,从而延长果蔬的贮藏期限。王靖博等[11]采用植物精油处理油桃果实,结果表明香榧假种皮精油熏蒸处理油桃贮藏10 d,比对照组腐烂率降低63.73%,能有效延缓果实的衰老和腐败。贺红宇等[12]利用10 种植物精油熏蒸处理圣女果,发现复配精油能明显杀灭赤霉菌和白地霉菌等,有较好的防腐保鲜效果。微胶囊法指用基质材料制备微胶囊以包裹植物精油,置于装有果蔬的密闭容器,从而降低精油的释放速率。Kujur 等[13]使用壳聚糖-肉桂精油制备微胶囊,显著提高冬青木精油对真菌和黄曲霉毒素B1 的抑制效果。Sotelo-Boyás 等[14]使用壳聚糖作为基质纳米封装百里香酚和香芹酚,对6 种不同的腐败菌进行对比测试,发现微胶囊对金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌的抑制效果最好。浸泡法是将植物精油溶解于乙醇中稀释到特定比例,果蔬浸入溶液中静置杀灭表面微生物。Kang 等[15]用肉桂精油对羽衣甘蓝叶片进行浸泡处理,对比蒸馏水处理,发现单增李斯特菌和大肠杆菌抑菌效果明显。精油-气调联用是以气调保鲜为基础,改变果蔬贮藏的气体环境,减缓呼吸作用速率,辅以精油作为抗菌保鲜剂,综合两者优势的保鲜方法。

2 植物精油-蛋白复合膜对果蔬保鲜的影响

植物精油-蛋白复合膜主要以大豆分离蛋白、乳清蛋白、明胶蛋白和玉米醇溶蛋白等作为基质,通过添加植物精油成分,从而改变蛋白质的三维结构,形成具有一定机械强度、阻隔性能和抑菌活性的复合膜[16]。植物精油复合膜能够在果蔬表面形成选择透过性的物理屏障[17],复合膜结合植物精油和基质材料两者的优势,实现植物精油成分的缓慢释放,延长果蔬表面精油的留存时间[18],进而减少果蔬和周围环境之间的物质交换,达到延缓果蔬成熟和衰老的作用。

2.1 植物精油-大豆分离蛋白膜对果蔬保鲜的影响

大豆分离蛋白是将低温脱溶大豆粕经过碱溶酸沉、高速离心、喷雾干燥等工艺制备而成,可提供满足人体生命活动的必需氨基酸。由于大豆分离蛋白的分子间作用力较强,作为成膜基质其机械性能和阻隔氧气性能较好。孙庆申等[19]将大豆分离蛋白涂抹于草莓表面,研究发现5% 大豆分离蛋白、0.3% 亚硫酸钠、0.2% 吐温-80、3% 甘油和1% 油酸的复合膜保鲜效果良好,能够减少果实蒸腾作用并抑制其呼吸强度。负载植物精油能够提高大豆分离蛋白膜的抗氧化能力,减少自由基对果蔬的破坏效果。孙嘉临等[20]利用没食子儿茶素和没食子酸酯对大豆分离蛋白膜进行改性,再添加不同比例的百里香-肉桂复合精油,研究发现精油复合膜的自由基清除率达到20%,能有效减缓鲜切苹果的氧化变质。Lu 等[21]制备了百里香精油/硅藻土复合的大豆分离蛋白膜,在25 ℃和70% 的相对湿度下保存蓝莓,复合膜有效延缓了蓝莓贮藏期间品质的劣变,并且复合膜8 d 内在土壤中能够完全生物降解。

2.2 植物精油-乳清蛋白膜对果蔬保鲜的影响

乳清蛋白含有高分散性和低亲水性的β-乳球蛋白和α-乳白蛋白,从而具有较好的凝胶特性和成膜特性,在低湿度下具有优良的阻湿和阻油性能。Galus 等[22]将梨浸入含有 8% 乳清蛋白分离物并添加 1.0% 柠檬油或 0.5%柠檬草精油的溶液中进行涂膜,发现复合膜的气体阻隔能力提升,梨果实中多酚和黄酮类物质含量下降,贮存28 d 梨果实的水分含量显著高于未涂膜的果实。孟金明等[23]发现6%木姜子精油添加到壳聚糖和乳清蛋白基质中,能够有效提高复合膜的阻水性能,降低枇杷中丙二醛含量,贮藏25 d 果实木质素含量降低为24.5%。Ghoshal[24]使用乳清蛋白浓缩物和罗望子淀粉制备百里香精油纳米乳液的复合可食膜。随着精油添加量的增加,复合膜的拉伸强度和伸长率显著提高,且金黄色葡萄球菌的抑制区为(53.33±2.60) mm,大肠杆菌的抑制区为(39.86±3.12) mm,膜的持水率和溶解度显著提高,番茄果实的货架期延长至14 d。

2.3 植物精油-明胶蛋白膜对果蔬保鲜的影响

明胶蛋白是从动物皮质、筋腱和骨骼中提取制备的无脂肪蛋白质,易溶于热水形成热可逆的凝胶,多以鱼类明胶作为复合膜基质。植物精油能够增强明胶蛋白膜的结构致密性,有效提高果蔬保鲜性能。 Sun等[25]制备具有优良抗菌和抗氧化活性的薰衣草精油纳米乳液,并将其加入到明胶基质,发现复合膜具有持续释放特性、良好的紫外光阻隔性能和热封性能。将复合膜应用于樱桃番茄果实,减少了果实的质量损失,延缓了可滴定酸和酚类成分的降解,同时果实的腐烂现象受到抑制。张金磊等[26]将不同质量分数柑橘精油和1% 明胶混合应用于草莓保鲜中,采用1% 明胶与0.75%柑橘精油涂层草莓后,果实的失重率降低,减缓草莓中维生素C 和总酚含量的变化。

2.4 植物精油-玉米醇溶蛋白膜对果蔬保鲜的影响

玉米醇溶蛋白是从玉米胚乳中提取的储存蛋白,由α-蛋白和β-蛋白通过二硫键连接形成的产物,具有较强的疏水性和保护脂质不被破坏的特性,常用于制备生物降解的复合可食膜[27]。添加植物精油能够赋予玉米醇溶蛋白膜抗菌的效果,有效提高果蔬的品质和保鲜期限。Pavlátková 等[28]使用玉米醇溶蛋白和壳聚糖作为涂膜液,添加百里香酚和3 种精油(百里香、肉桂、牛至),新鲜草莓涂膜保存10 d 后,细菌和真菌得到有效抑制,延长了草莓的货架期。Wang 等[29]将不同浓度的柠檬精油加入壳聚糖/玉米醇溶蛋白膜中,研究发现用6% 柠檬精油涂膜的蘑菇在4 ℃下贮藏,复合膜具有良好的抗氧化和抗菌活性,蘑菇表现出最低的褐变指数和呼吸速率。

2.5 其它植物精油-蛋白膜对果蔬保鲜的影响

植物精油-蛋白复合膜种类较多,其中酪蛋白作为一种含磷钙的结合蛋白,被应用于复合可食膜的制备。Roshandel-Hesari 等[30]制备含牛至精油的壳聚糖/酪蛋白可食膜,壳聚糖∶酪蛋白∶牛至精油以1∶3∶1.5 的质量比混合,复合膜机械强度、抗菌性能和抗氧化活性等最佳,涂膜圣女果4 ℃保存28 d,能够显著抑制真菌的生长,具有较好的果实保鲜效果。邹颖等[31]利用茶树精油-辣木籽渣蛋白膜处理槟榔,发现0.3% 茶树精油涂膜可有效减少贮藏期内新鲜槟榔的水分蒸发,进而减缓质量损失,同时还能维持果实较高的硬度,减缓组织软化和表皮转黄,保持较好的色泽形态。牛膝草精油-豌豆分离蛋白涂膜应用于草莓保鲜,发现包封牛膝草精油对灰葡萄孢具有抗菌活性,以2 mg/mL 浓度包封的牛膝草精油可显著降低草莓的灰霉病发病率[32]

不同植物精油-蛋白复合膜对果蔬保鲜的效果如表1 所示。

表1 植物精油-蛋白复合膜的果蔬保鲜效果
Table 1 Application of protein-based films incorporated essential oil on fruits and vegetables preservation

精油种类百里香/肉桂精油百里香精油薰衣草精油百里香/肉桂/牛至精油茶树精油牛膝草精油复合膜基质大豆分离蛋白乳清蛋白明胶蛋白玉米醇溶蛋白/壳聚糖辣木籽渣蛋白豌豆分离蛋白保鲜对象苹果番茄樱桃番茄草莓槟榔草莓保鲜效果苹果表面失水率远低于未涂膜组,有效减缓氧气与多酚氧化酶的相互作用负载百里香精油纳米乳液(20%)的复合膜处理番茄,能够降低果实的呼吸速率,延缓番茄的成熟进程涂膜后的樱桃番茄在贮藏期间质量损失减少,可滴定酸和酚类成分的降解延缓,以及抑制微生物的生长草莓贮藏10 d 后,表面细菌和真菌受到明显抑制,腐败率显著下降0.3%茶树精油涂膜可有效减少新鲜槟榔贮藏期内水分的蒸发,进而减缓质量损失,同时还能维持较高的硬度,减缓组织软化和表皮转黄,保持较好的色泽形态包封的牛膝草精油对灰葡萄孢具有高的抗真菌活性,以2 mg/mL 浓度包封的牛膝草精油可显著降低草莓的灰霉病发病率参考文献[20][24][25][28][31][32]

3 植物精油-脂质复合膜对果蔬保鲜的影响

脂质基复合膜主要由脂肪酸、硬脂酸和天然蜡类等脂类化合物组成,纯脂质类薄膜致密性好,能够较好地保持果蔬水分含量,提高果蔬表面的光泽。Gutiérrez-Pacheco 等[33]采 用棕榈 蜡(0.1 g/mL)和 牛 至精 油(0.08 g/mL)涂层处理新鲜黄瓜,在10 ℃贮藏条件下,复合涂层有效减少黄瓜的质量损失达到1.63%。Kim等[34]制备添加柠檬草精油纳米乳液的巴西棕榈蜡基复合膜,涂层对鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌的抗菌作用较好,在25 ℃条件下,涂层的李果实减少了2~3 倍质量损失和1.4 至4.0 倍的乙烯产量,李果实的硬度高于未涂膜样品,贮藏期间李果实的呼吸速率显著降低。 Nasirifar 等[35]在巴西棕榈蜡中加入橙皮精油和蒙脱土纳米黏土,经由涂膜处理的血橙果实其抗氧化活性、总酚、DPPH 自由基清除率、可溶性固形物、酸度和维生素C 含量等方面均优于精油和蒙脱土单独使用。

4 植物精油-多糖复合膜对果蔬保鲜的影响

植物精油-多糖复合膜通常以壳聚糖、淀粉及其衍生物、纤维素、果胶和卡拉胶等作为基质。基于多糖具有特殊的长链螺旋分子结构,分子间的氢键、范德华力与自身及植物精油发生作用,形成能够隔绝气体和水分交换等优良性能的膜材料,辅以增塑剂改善膜材料的机械性能[36]。植物精油-多糖复合膜通过调节果蔬贮藏的气体环境,减少微生物污染、抑制酶促褐变等保持果蔬的品质,延长果蔬的货架期。

4.1 植物精油-壳聚糖复合膜对果蔬保鲜的影响

壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖,由甲壳素脱除部分乙酰基制备,其分子含有大量的羟基和氨基,成膜特性良好且安全性高。壳聚糖膜可以和植物精油以氢键相结合,提高复合膜中精油的稳定性,同时赋予壳聚糖溶液更好的抗菌效果,抑制果蔬褐变的发生,减缓果蔬的腐败现象。黄文佳等[37]使用不同质量比的肉桂精油-壳聚糖复合膜液对番木瓜进行喷雾处理,在贮藏9 d 后添加0.5%壳聚糖和0.3%肉桂精油的复合膜抑制炭疽病的效果最佳,在贮藏15 d 时抑菌率达到92.5%。Yu 等[38]采用壳聚糖和肉桂精油Pickering 乳液涂层处理芒果,在25 ℃贮藏12 d 后,能够有效改善芒果外观,硬度、可滴定酸度和抗坏血酸含量分别下降至70.792 g,0.074% 和14.42 mg/100 g,果实黄变和黑斑现象明显减少。Roshandel-Hesari 等[30]以壳聚糖、酪蛋白和牛至精油为原料制备了可食用膜,涂层樱桃番茄的失重、皱缩和可滴定酸度的最佳结果分别为17.88%、31.12% 和0.15%,延缓了果实的腐败过程。Wang 等[39]利用壳聚糖/玉米淀粉/肉桂醛复合膜处理草莓,贮藏13 d 后果实中VC含量为(48.39±2.78) mg/100 g,而对照组仅为(35.22±1.49)mg/100 g,有效地保持草莓的营养价值。Long 等[40]制备了壳聚糖、茴香籽精油(fennel seed essential oil,FEO)、淀粉辛烯基琥珀酸钠(starch sodium octenyl succinate,SSOS)复合膜,当SSOS/甘油/FEO/壳聚糖质量比为1∶0.2∶1∶0.5 时,涂层降低了接种真菌的苹果果实的损伤直径,还降低了呼吸速率和质量损失,并在贮藏期间保持了水果的硬度和果皮的亮度。Yang 等[41]制备壳聚糖/羧甲基改性结冷胶/芥子精油可食膜,复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和炭疽杆菌具有明显的抑制作用,2.0 µL/mL 精油复合膜处理芒果保持最低的质量损失[(17.180±0.344)%],涂层的芒果在室温下保质期延长10 d。

4.2 植物精油-淀粉复合膜对果蔬保鲜的影响

淀粉基可食性膜由直链淀粉和支链淀粉构成,以氢键形式结合成胶束状结构,具有较好的成膜特性。但是淀粉基薄膜由于水蒸气传递具有较高的渗透性,容易被细菌和真菌破坏,植物精油载入淀粉复合膜可有效改善结构特性和功能特性。Rodrigues 等[42]在淀粉中加入生姜精油和绿茶提取物,发现复合膜的抗氧化活性提高到50.5 µmol TE/g,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑制率达到81% 和71%。在常温和低温贮藏条件下,生姜精油-淀粉复合涂膜能延长草莓的货架期4 d 和8 d。Issa 等[43]以红薯淀粉、蒙托土和百里香精油制备复合膜液,将其应用于菠菜保鲜,发现菠菜叶接种的大肠杆菌菌落在5 d 内显著降低到检测水平以下,而未添加精油的对照组菌落总数维持在4.5 CFU/g,且感官评分显著高于对照组。Punia 等[44]采用小米淀粉、纤维素纳米晶体和丁香芽油制备纳米复合膜,可以作为包装材料来延长水果产品的货架期,纳米复合膜有效维持贮藏期间红葡萄果实的质量、硬度和总可溶性固形物,延长红葡萄在5 ℃时的保质期达15 d。Alves等[45]制备丁香精油-木薯淀粉复合膜用来保存香蕉,发现丁香精油的加入显著增加了薄膜的厚度,可溶性固形物含量明显降低,香蕉果实代谢和有机酸合成速率显著降低,有效延缓果实的成熟速率。

4.3 植物精油-海藻酸钠复合膜对果蔬保鲜的影响

海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇后的天然阴离子多糖,主要由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸以(1→4)键链接而成,具有良好的可降解性和生物相容性。陈岑等[46]利用1.5% 海藻酸钠和0.1%茶树精油制备的复合膜处理苹果,表皮色泽较好,贮藏12 d 后苹果失重率仅为0.67%,有效减缓果实中VC 和总酚含量损失。郭瑞等[47]以海藻酸钠复合膜为基质,添加百里香精油、乳酸链球菌素和L-半胱氨酸复配,研究发现涂膜滑子菇中过氧化物酶活力较高,可溶性蛋白含量和苯丙氨酸解氨酶活性的下降速度减缓,有效延缓菇体衰老。逯文倩等[48]在双孢蘑菇表面涂抹牛至精油-海藻酸钠膜液,在4 ℃贮藏下病原菌的菌落总数仅为7.36 lg(CFU/g),抑菌效果较为明显,双孢蘑菇保质期可延长到12 d。Kapetanakou 等[49]在苹果和梨切片上接种炭黑曲霉孢子,分别用0.3%和0.9% 肉桂精油-海藻酸钠复合膜进行涂膜,使用0.9%涂膜液处理后的水果切边霉菌检测数目均小于最低检测限,有效抑制霉菌的生长和繁殖。 Chiabrando 等[50]在海藻酸钠食用涂层中添加柠檬、橙子和葡萄柚精油处理鲜切猕猴桃,结果表明加入柠檬和橙子精油涂层处理的猕猴桃氧气和二氧化碳产生率显著降低,且能够较好地保持果实硬度和维生素C 含量。

4.4 植物精油-果胶复合膜对果蔬保鲜的影响

果胶主要存在于植物细胞壁和细胞层内,主链由D-吡喃半乳糖醛酸通过 α-1,4 糖苷键连接组成,侧链由L-鼠李糖、L-阿拉伯糖和 D-半乳糖等构成,具有优良的成膜特性、可降解、无毒和无污染等特点。Rodriguez-Garcia 等[51]将含有牛至精油的果胶膜涂抹于番茄果实,研究发现涂膜处理增加了番茄的抗真菌作用,提高了果实中总酚含量和抗氧化活性,对番茄的感官接受性没有负面作用。姚成龙 [52]采用红秋葵果胶和小茴香精油制备复合膜,发现最佳成膜条件是红秋葵果胶添加量6.3%、甘油添加量5.84 mL、干燥温度55.7 ℃,在10~150 µL/mL 范围内小茴香精油浓度越大,对鲜切菠萝的抑菌性能越好。Breceda-Hernandez 等[53]制备果胶和柠檬精油复合膜,结果表明复合膜可有效地保持葡萄的质量损失,低温4 ℃保藏葡萄的货架期可延长35 d。

4.5 植物精油-纤维素复合膜对果蔬保鲜的影响

纤维素是由D-葡萄糖以β(1→4) 糖苷键连接组成的大分子多糖,是植物细胞壁的组成成分。由于纤维素分子量较大,特殊的溶解性难以单独成膜,常采用纳米纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素钠等作为成膜基质。Souza 等[54]基于苹果果胶、纳米纤维素和柠檬草精油制备9 种不同类型的食用涂层,与未涂膜草莓相比,涂层果实的质量损失较少,复合膜的保护屏障有利于增加可溶性固形物含量,草莓的保鲜效果较好。康明丽等[55]以质量分数为1.0% 的羧甲基纤维素钠作为基质添加大蒜精油,将草莓浸泡于膜溶液30 s,在常温条件下贮藏,与对照组相比,添加精油的复合膜能够降低草莓的呼吸作用,减少维生素C、可溶性固形物的分解及丙二醛的积累。

4.6 植物精油-普鲁兰多糖复合膜对果蔬保鲜的影响

普鲁兰多糖是由出芽短梗霉深度发酵而成的一种非离子链状多糖,能够有效地限制水分子移动,具有成膜性好和安全无毒的特点[56]。Chu 等[57]探究肉桂精油纳米乳-普鲁兰多糖膜对草莓贮藏品质的影响,贮藏6 d 后涂层处理显著降低了草莓果实质量、硬度、可溶性固形物和可滴定酸度的损失。与对照组和纯普鲁兰多糖涂层相比,精油复合涂层对细菌和霉菌的抑菌活性分别为2.544、1.958 lg (CFU/g),这主要是由于普鲁兰基质中分散的精油纳米乳液具有良好的抗菌活性。Zhou 等[58]在羧甲基壳聚糖和普鲁兰多糖中加入高良姜精油,羧甲基壳聚糖与普鲁兰多糖羟基之间发生相互作用,引起复合膜相容性增加,同时热稳定性明显提升,8%高良姜精油复合膜对芒果的保鲜效果最佳,贮存15 d芒果的失重率仅为(8.72±0.28)%,表明复合膜具有良好的抑菌和氧屏蔽作用,有效抑制了芒果的呼吸作用。

4.7 植物精油-树胶复合膜对果蔬保鲜的影响

常用的树胶类薄膜主要包括瓜尔胶、刺槐豆胶、黄原胶、阿拉伯胶和褐藻胶等。Asghari 等[59]采用白松香树胶和食用孜然精油制备复合膜,涂膜处理甜樱桃果实,未处理果实中酚类成分和抗氧化活性均显著降低,但含有 1% 或2% 精油的复合涂层较好地保持果实中酚类、酚酸、黄酮醇类和抗氧化酶活性,维持樱桃的新鲜品质。阿拉伯胶是一种安全无害的增稠剂,常作为复合膜中的生物粘合剂。Lian 等[60]在壳聚糖-精油复合膜中加入阿拉伯胶,能够改变膜基质之间的氢键作用和稳定性,控制百里香精油从复合膜中释放的速度,在桃果实处理72 h 后,真菌感染程度下降较为明显,有效抑制果实腐败的发生。

不同植物精油-多糖复合膜对果蔬保鲜的效果如表2 所示。

表2 植物精油-多糖复合膜的果蔬保鲜效果
Table 2 Application of polysaccharide-based films incorporated essential oil on fruits and vegetables preservation

精油种类肉桂精油肉桂精油百里香精油丁香精油百里香精油柠檬精油柠檬草精油高良姜精油复合膜基质壳聚糖壳聚糖/玉米淀粉甘薯淀粉木薯淀粉海藻酸钠果胶苹果果胶/纳米纤维素羧甲基壳聚糖/普鲁兰多糖保鲜对象番木瓜草莓菠菜叶香蕉滑子菇葡萄草莓芒果保鲜效果在贮藏9 d 后添加0.5%壳聚糖和0.3%肉桂精油的复合膜抑制炭疽病的效果最佳,在贮藏15 d 时抑菌率达到92.5%复合膜对草莓具有显著的保鲜效果,减少营养成分的损失,减缓草莓的生理变化,将其保质期延长至11 d涂层菠菜叶贮藏5 d 后大肠杆菌数目和伤寒杆菌数目显著降低,添加百里香精油的菠菜叶感官评价最好复合涂层改善香蕉在贮存期间的品质、可溶性糖和可滴定酸含量,并减少香蕉质量损失减缓滑子菇的腐败速度,显著抑制滑子菇中微生物数量的增加,贮藏10 d后复合涂膜组的菌落总数为2.82×104 CFU/g复合膜可有效地保持葡萄的质量损失,4 ℃保藏葡萄的货架期延长35 d涂层果实的质量损失较少,可溶性固形物含量增加,草莓的保鲜效果较好8%高良姜精油复合膜对芒果的保鲜效果最佳,贮藏15 d 芒果的失重率仅为(8.72±0.28)%,有效抑制了芒果的呼吸作用参考文献[37][39][43][45][47][53][54][58]

5 结语与展望

负载植物精油的复合可食膜能够有效改善膜基质的结构特性,赋予复合膜优良的阻隔性能、抗氧化性能和抑菌性能,在果蔬保鲜领域具有广阔的应用前景。目前,植物精油复合膜的研究仍存在亟待解决的问题,例如控释型复合膜中植物精油的释放机制和机理还有待深入研究;部分商业化应用无法达到预期的果蔬保鲜效果,需要采取多种果蔬保鲜技术联合作用;植物精油复合膜对果蔬保鲜效果的分子机制有待进一步阐明。综上所述,未来的科学研究可以在如下方面进行深入探索。1)植物精油复配与多重保鲜技术相联合,探索多种植物精油的复配保鲜技术,与多重保鲜技术结合达到优势互补。2)有效改善复合膜中植物精油的持续释放作用,通过颗粒封装、纳米乳液和多层系统技术等,提高植物精油在复合膜中的稳定性,并实现植物精油的控释作用和留存增强策略。3)解析植物精油复合膜调控果蔬保鲜的作用机理,随着高通量测序技术的不断发展与完善,对于不同层次和类型的生物组学数据的获取及分析方法也日趋成熟与完善。基于转录组学和代谢组学联合分析,有利于揭示植物精油复合膜对果蔬保鲜生理代谢及调控途径的影响机制。

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Recent Advances on the Application of Composite Films Incorporated with Plant Essential Oil in Fruits and Vegetables Preservation

YE Haiqing, ZHOU Xiaobin, MAO Shuo, LI Fangyu, LU Chengwen*
(College of Food Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130062, Jilin, China)

Abstract: As a natural antibacterial agent, plant essential oil has the characteristics of broad-spectrum antibacterial, biodegradable and safe non-toxic, which is widely used in fruits and vegetables preservation. Due to the excellent antibacterial, barrier and preservation properties of composite films incorporating plant essential oil, it avoids the limitation of single plant essential oil in fruits and vegetables preservation and becomes an important packaging material for fruits and vegetables. In this paper, the antimicrobial mechanism of plant essential oil and application in fruits and vegetables preservation are summarized. The research progress of plant essential oil-protein composite films, plant essential oil-lipid composite films and plant essential oil-polysaccharide composite films in the fruits and vegetables preservation are reviewed. Moreover, the problems of the composite films containing plant essential oil, and future studies about the application in the fruits and vegetables preservation are discussed.

Key words: plant essential oil; composite films; antibacterial activity; fruits and vegetables; preservation

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.17.026

基金项目:吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20221031KJ)

作者简介:叶海青(1979—),男(汉),教授,博士,研究方向:农产品加工。

*通信作者:卢丞文(1982—),女,教授,博士,研究方向:果蔬贮藏与保鲜。

引文格式:

叶海青,周晓斌,毛硕,等. 植物精油复合膜在果蔬保鲜中的应用研究进展[J]. 食品研究与开发,2024,45(17):211-218.

YE Haiqing, ZHOU Xiaobin, MAO Shuo, et al. Recent Advances on the Application of Composite Films Incorporated with Plant Essential Oil in Fruits and Vegetables Preservation[J]. Food Research and Development,2024,45(17):211-218.

责任编辑:张璐

收稿日期:2023-07-14