正交设计法优化壳聚糖涂膜保鲜紫茄子.pdf

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1、 2009, Vol. 30, No. 02食品科学包装贮运268 正交设计法优化壳聚糖涂膜保鲜紫茄子 王顺民，郭红转，周丽娟，孙建峰 ( 安徽工程科技学院生化工程系，安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0 ) 摘 要：本实验以紫茄为原料，采用壳聚糖复合涂膜方法对其进行保鲜实验。并采用失重率、还原糖为指标，以 正交试验优化保鲜膜配方。结果表明，保鲜膜最佳配方为：壳聚糖浓度 1 . 5 %、乙酸浓度 1 0 %、吐温 2 0 浓度 0 . 0 3 %、1 ，2 - 丙二醇的浓度 3 %。 关键词：壳聚糖；紫茄；正交试验；保鲜 Optimization of Formula of Chitosan C

2、oating Used for Preservation of Purple Eggplant WA NG s h u n - mi n ，GU O H o n g - z h u a n ，Z H OU l i - j u a n ，S U N j i a n - f e n g ( D e p a r t m e n t o f B i o c h e m i s t r y E n g i n e e r i n g , A n h u i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y a n d S c i e n c e , Wu h u 2

3、 4 1 0 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t ：C h i t o s a n c o a t i n g t e c h n o l o g y w a s u s e d t o p r e s e r v e p u r p l e e g g p l a n t i n t h i s s t u d y . Wi t h w e i g h t l o s s r a t e a n d r e d u c i n g s u g a r c o n t e n t a s a n a l y s i s i n d e x e s , o r t

4、 h o g o n a l t e s t s w e r e c o n d u c t e d t o o p t i m i z e t h e f o r m u l a o f c h i t o s a n c o a t i n g . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e o p t i m a l f o r m u l a i s a s f o l l o w s : c h i t o s a n c o n c e n t r a t i o n 1 . 5 %, a c e t i c a c i d c o

5、n c e n t r a t i o n 1 0 %, T w e e n - 2 0 c o n c e n t r a t i o n 0 . 0 3 % a n d 1 , 2 - p r o p y l e n e g l y c o l c o n c e n t r a t i o n 3 %. Ke y w o r d s：c h i t o s a n ；p u r p l e e g g p l a n t ；o r t h o g o n a l t e s t ；p r e s e r v a t i o n 中图分类号：T S 2 0 5 文献标识码 ：A 文章编号：

6、1 0 0 2 - 6 6 3 0 ( 2 0 0 9 ) 0 2 - 0 2 6 8 - 0 4 收稿日期：2 0 0 8 - 0 1 - 2 3 基金项目：安徽工程科技学院全日制本科生科研资助项目( 2 0 0 7 X S 0 2 6 ) 作者简介：王顺民( 1 9 7 5 - ) ，男，讲师，硕士， 研究方向为功能性食品。E - ma i l ：w a n g s h u n mi n 1 2 6 . c o m 茄子( S o l a n u m m e l o n g e n a L . ) 是中国主要的蔬菜种类之 一，果实中含有丰富的蛋白质、维生素、糖、钙、 磷等营养成分，尤其是含

7、有丰富的 V P 、V E和龙葵碱， 因而具有降低胆固醇、防止动脉硬化和心血管疾病，防 止胃癌、抗衰老等功能，是一种良好的保健蔬菜 1 - 3 。 紫茄不耐贮藏，在室温下易腐烂，货架期短 4 ，因此 研究壳聚糖对紫茄进行涂膜保鲜有非常重要的商业价 值。壳聚糖又称脱乙酰甲壳素、甲壳胺，通过甲壳素 一定程度的脱乙酰而制得 5 。壳聚糖容易在物体表面形 成半透膜，能有效的阻挠病菌的入侵和抑制其生长，且 该膜对 O2、C O2具有一定的选择渗透作用，在一定程 度上能有效延缓果实衰老。而且无毒、无污染、来源 丰富。本实验主要探讨采用壳聚糖复合涂膜保鲜紫茄的 最佳工艺。 1材料与方法 1 . 1材料、试剂

8、与仪器 紫茄 购买于芜湖市鸠江集贸市场 壳聚糖( 脱乙酰度 9 0 %，黏度 1 0 0 mP a s ) 、1 , 2 - 丙二醇、吐温 2 0 、氢氧化钠、酒石酸钾钠、次甲 基兰、硫酸铜均为分析纯 中国医药集团上海化学试剂 有限公司。 R E - 8 5 Z旋转蒸发仪 上海青浦沪西仪器厂；P HS - 2 F 数字 p H计 7 2 3 N可见分光光度计 上海精密科学仪器 有限公司；S HB - 循环水式多用真空泵 郑州上街华 科仪器厂；电子天平 塞多利斯科学仪器( 北京) 有限公 司；DS - 1 高速组织捣碎机 上海标本模型厂；HH- 2 恒 温水浴锅 金坛市杰瑞尔电器有限公司。 1

9、. 2方法 1 . 2 . 1保鲜液的配制 壳聚糖不能直接溶解于水中，但能溶解于酸和酸性 水溶液中，因此配制保鲜液时，必须用酸作助剂。本 实验选择能够使壳聚糖快速、完全溶解，而且无毒性 的乙酸作为助剂。按照实验，采用不同浓度的乙酸溶 液作为溶剂，将壳聚糖溶于乙酸之中配制成不同壳聚糖 浓度的溶液。后再加入相应的表面活性剂吐温 2 0 和增塑 剂 1 , 2 - 丙二醇，在 5 0 6 0 的水浴锅上加热溶解，搅 拌均匀，用 Na OH调 p H5 . 5左右，即得保鲜液。 1 . 2 . 2涂膜方法 将选择好的紫茄浸入涂膜液 1 mi n取出，自然风干 269包装贮运食品科学2009, Vol.

10、 30, No. 02 1 2 1 0 8 6 4 2 0 乙酸溶液浓度 0 . 5 % 乙酸溶液浓度1 % 乙酸溶液浓度 1 . 5 % 茄子失重率( %) 时间( d ) 0 1 2 3 4 5 6 78 9 1 0 图1 不同乙酸浓度保鲜液涂膜对茄子失重率的影响 Fig.1 Effects of different concentrations of acetic on weight loss rate of purple eggplant 图2 不同浓度表面活性剂的保鲜液涂膜对茄子失重率的影响 Fig.2 Effects of different concentrations of T

11、ween 20 on weight loss rate of purple eggplant 1 2 1 0 8 6 4 2 0 表面活性剂浓度 0 . 0 2 % 表面活性剂浓度 0 . 0 3 % 表面活性剂浓度 0 . 0 4 % 茄子失重率( %) 时间( d ) 0 1 23 456 78 9 1 0 1 2 1 0 8 6 4 2 0 壳聚糖保鲜液浓度1 % 壳聚糖保鲜液浓度1 . 5 % 壳聚糖保鲜液浓度2 % 茄子失重率( %) 时间( d ) 0 1 2 3 45 6 7 89 1 0 图3 不同浓度壳聚糖保鲜液涂膜对茄子失重率的影响 Fig.3 Effects of dif

12、ferent concentrations of chitosan on weight loss of rate of purple eggplant 后，放入盛物盘内，于常温下( 2 2 2 5 、相对湿度 6 0 %7 5 %) 贮藏。 1 . 2 . 3试样处理 将选择的紫茄分为 4 组( 每组 0 . 5 k g ) ，第 0 组为对照， 第 1 、2 、3 组用壳聚糖保鲜液涂膜处理。在贮藏期间， 每隔 2 4 h测 1次指标。 1 . 2 . 4实验数据测定 还原糖测定：斐林试剂比色法 6 ；腐烂率测定：感 官评定法 7 ；失重率测定：称重法。 紫茄原重紫茄现重 失重率( %) =

13、1 0 0 紫茄原重 通过单因素确定各条件对茄子保鲜效果的影响。根 据其实验结果，用正交试验对其优化。 2结果与分析 2 . 1单因素条件下各因素对保鲜效果的影响 取一定量的壳聚糖，将其分别溶于0 . 5 %、1 %、1 . 5 % 的乙酸溶液中配制成含有 1 %的壳聚糖乙酸溶液，再加 入吐温 2 0 ，使吐温 2 0 的浓度为 0 . 0 2 %，加热、混合均 匀，调 p H值，制得透明无色保鲜剂溶液。进行保鲜 实验，结果见图 1 。 由图 1 可知，1 %的乙酸浓度较好。如果乙酸浓度 太低壳聚糖溶解不充分，形成的保鲜剂效果不好。如 果乙酸浓度太高则会破坏茄子的组成，使茄子更加容易 发生腐烂

14、现象，1 %浓度乙酸的保鲜液茄子的失重率变 化最小，故采用 1 % 浓度的乙酸。 取一定量的壳聚糖，将其溶于 1 %的乙酸溶液中配 制成 1 %壳聚糖乙酸溶液，再加入吐温 2 0 ，使吐温 2 0 浓度分别为 0 . 0 2 %、0 . 0 3 %、0 . 0 4 %，加热、混合均匀， 调 p H值，制得透明无色保鲜剂溶液。结果见图 2 。 由图 2 可知，吐温 2 0 的浓度为 0 . 0 3 %最好，茄子 的失重率最小，水分挥发最少，保鲜液中吐温 2 0 的浓 度过高或者过低都会严重影响茄子的呼吸作用，从而导 致茄子的呼吸作用过强或减弱，致使茄子更容易发生腐 烂。吐温 2 0的浓度为 0

15、. 0 3 %时，茄子的失重率最小， 水分挥发也最少，故采用浓度为 0 . 0 3 %的吐温 2 0 。 分别取一定量的壳聚糖加入到 1 %的乙酸溶液中配 制成 1 %、1 . 5 %、2 %的壳聚糖乙酸溶液，后加入吐温 2 0 ，使吐温 2 0 的浓度为 0 . 0 3 %，加热、混合均匀，调 p H值，制得透明无色保鲜剂溶液。进行保鲜实验，结 果见图 3 。 由图 3 可知，壳聚糖浓度为 1 . 5 %时效果最好。壳 聚糖的浓度太低则形成的保鲜膜的厚度不够，水分挥发 快；壳聚糖浓度太高则形成的保鲜膜太厚，影响呼吸作 用，茄子萎缩加快。而且壳聚糖浓度为 1 . 5 % 时，茄 子的失重率最小

16、，水分挥发最少，茄子表面光滑不发 生皱变。故壳聚糖的浓度选用 1 . 5 %。 分别取一定量的壳聚糖加入到 1 %的乙酸溶液中配 制成 1 %的壳聚糖乙酸溶液，后加入吐温 2 0 ，使吐温 2 0 的浓度为 0 . 0 3 %，再分别加入增塑剂 1 , 2 - 丙二醇，使增 塑剂 1 , 2 - 丙二醇浓度为 1 %、2 %、3 %，加热、混合 均匀，调 p H值，制得透明无色保鲜剂溶液，观察其 不同浓度的增塑剂保鲜液对茄子的保鲜效果的影响结果 见图 4 。 2009, Vol. 30, No. 02食品科学包装贮运270 图4 不同浓度增塑剂的保鲜液涂膜对茄子失重率的影响 Fig.4 Eff

17、ects of different concentrations of 1,2-propylene glycol of coating on changes of weight 1 2 1 0 8 6 4 2 0 增塑剂的浓度1 % 增塑剂的浓度2 % 增塑剂的浓度3 % 茄子失重率( %) 时间( d ) 0 1 2 3 4 5 6 78 9 1 0 试验号 A壳聚糖B乙酸C 1 , 2 - 丙二醇 失水率还原糖 浓度( %)浓度( %)浓度( %)( %)( g / 1 0 0 g ) 11 ( 1 )1 ( 0 . 5 )1 ( 1 )8 . 5 52 . 7 4 212 ( 1 )2

18、( 2 )7 . 5 52 . 6 5 313 ( 1 . 5 )3 ( 3 )6 . 9 92 . 5 9 42 ( 1 . 5 )327 . 2 82 . 9 8 52138 . 0 93 . 0 1 62216 . 6 52 . 8 9 73 ( 2 )237 . 9 82 . 7 9 83319 . 2 52 . 9 3 93129 . 0 22 . 8 5 K12 3 . 0 92 5 . 6 72 4 . 4 5 K22 2 . 0 22 2 . 2 82 4 . 8 5 失K32 6 . 2 52 3 . 5 22 3 . 0 6 水k17 . 6 68 . 5 68 . 1 5

19、 率k27 . 3 47 . 4 38 . 2 8 k38 . 7 57 . 8 47 . 6 9 R1 . 4 11 . 1 30 . 5 9 K17 . 9 88 . 6 08 . 5 6 K28 . 8 88 . 3 38 . 4 8 还K38 . 5 78 . 5 08 . 3 9 原k12 . 6 62 . 8 72 . 8 5 糖k22 . 9 62 . 7 82 . 8 3 k32 . 8 62 . 8 32 . 8 0 R0 . 3 00 . 0 90 . 0 5 表1 正交试验结果 Table 1 Results of orthogonal test on formula o

20、f chirtosan coating 样品 感官评定结果 色泽硬度腐烂 新鲜样品颜色变淡很软，无商品价值少量的斑点出现 涂膜后的样品 保持其原有的紫色比较硬未出现腐烂 表 2 新鲜样品和保鲜液涂膜后的样品保存1 0 d 的感官评定结果 Table 1 Results of sensory evaluation of fresh purple eggplant and purple eggplant coated with chirtosan coating after ten days of storage 图5 保鲜1 0 d 中失重率和还原糖变化 Fig.5 Changes of wei

21、ght loss rate and reducing sugar content of purple eggplant coated with chirtosan coating during ten days 6 5 4 3 2 1 0 最佳配方的失重率 最佳配方的还原糖 对照组还原糖 对照组失重率 还原糖( g / 1 0 0 g ) 时间( d ) 0 123456 789 1 0 1 2 1 0 8 6 4 2 0 失重率( %) 由图 4 可知，添加浓度为 3 %的 1 , 2 - 丙二醇的保鲜 液，涂膜时形成的膜表面不易发生断裂和破损。如果 浓度过高形成的膜过厚，涂膜也不易均匀；过

22、低形成的 膜表面易断裂，难以形成整体的膜使之有效的覆盖在茄 子的表面，故采用 1 , 2 - 丙二醇的浓度为 3 %。这是因为 壳聚糖特别容易结晶，在贮藏过程中，它的结晶度逐 渐增大，最终导致保鲜膜破裂。破坏了界面的稳定性， 影响了保鲜效果，在保鲜液中添加增塑剂 1 , 2 - 丙二醇， 可以镶入壳聚糖分子链间，破坏壳聚糖的规整结构，弱 化壳聚糖分子及其链段之间的相互作用，减小分子链运 动的阻力，改善了壳聚糖保鲜膜的界面稳定性，从而 避免保鲜膜的破裂。 2 . 2正交试验设计 根据单因素试验结果，采用正交试验设计，以失 重率和还原糖含量变化代表外部和内部评定贮藏效果优 劣的指标，对保鲜剂配方进

23、行优化( 吐温浓度为 0 . 0 3 %) ， 同时以做不加保鲜剂的空白组实验，通过试验方案对紫 茄贮藏 1 0 d后的数据进行分析，结果见表 1 。 由表 1可知，壳聚糖、乙酸、1 , 2 - 丙二醇对紫茄 在贮藏期间含水量的影响的主次顺序为：壳聚糖( A ) 乙酸( B ) 1 , 2 - 丙二醇( C ) 。单从含水量这一指标考虑， 壳聚糖保鲜剂的最佳配方应为 A2B2C3，即壳聚糖浓度 1 . 5 %、乙酸浓度 1 %、1 , 2 - 丙二醇浓度 3 %。 同样，由表 1可知，壳聚糖、乙酸、1 , 2 - 丙二醇 对紫茄贮藏期间的还原糖的含量影响的主次顺序为：壳 聚糖( A ) 乙酸(

24、 B ) 1 , 2 - 丙二醇( C ) 。单从还原糖含量这 一方面考虑，壳聚糖保鲜剂的最佳配方应为 A2B1C1，即 壳聚糖浓度 1 . 5 %、乙酸浓度 0 . 5 %、1 , 2 - 丙二醇浓度 1 %。 比较极差的大小决定因素主次顺序，再由均值决定 最好水平。根据综合平衡法取最佳配比条件为 A2B2C3， 即壳聚糖浓度 1 . 5 %，乙酸浓度 1 %、1 , 2 - 丙二醇浓度为 3 %，并辅配吐温 2 0 浓度为 0 . 0 3 %。 2 . 3正交试验结果验证 根据正交试验确定的最佳方案做验证实验；保鲜 1 0 d后，对其进行感官评定，结果见表 2 ；同时测定新 鲜样品及其经过

25、保鲜液涂膜后样品中还原糖含量及失水 率，其结果见图 5 。 由表 2 及图 5 可以看出，采用上述最佳方案即壳聚 糖浓度 1 . 5 %、乙酸浓度 1 %、吐温 2 0浓度 0 . 0 3 %、 271包装贮运食品科学2009, Vol. 30, No. 02 1 , 2 - 丙二醇浓度 3 %混合后制得的保鲜液涂膜茄子，不 仅可以有效的防止茄子中还原糖的损失，而且可以有效 的防止茄子失水和表面颜色发生变化及发生表面腐烂等 现象，使茄子保持较好的商品价值。 3结 论 利用 1 . 5 %壳聚糖、1 %乙酸、3 % 1 , 2 - 丙二醇、 0 . 0 3 %吐温 2 0 作为复合保鲜剂对紫茄涂

26、膜具有良好的保 鲜效果，能够明显降低紫茄的水分挥发，减少紫茄在贮 藏期间的腐烂变质。此外，壳聚糖膜对 C O2和 O2具有 选择透气性能，可以控制紫茄体腔内气体的浓度，使 C O2积累，而 O2随着紫茄的呼吸作用而不断被消耗，形 成一种高 C O2、低 O2的气体环境。这样不仅可以减缓 紫茄的呼吸进程，降低有机物的消耗，抑制紫茄的衰 老，而且有利于紫茄内部品质的保存，延长了货架期。 参考文献： 1 刘建辉, 杜新民, 赵熙. 茄子果实发育过程中主要营养成分动态变化 J . 中国农学通报, 2 0 0 7 ( 2 ) : 2 5 9 - 2 6 2 . 2 王静, 张伟春, 魏毓棠, 等. 茄子

27、单性结实的果实内可溶性糖、蛋 白质含量变化的研究 J . 辽宁农业科学, 2 0 0 5 ( 1 ) : 3 8 - 3 9 . 3 杨宇, 周宝利, 王伟, 等. 嫁接对茄子果实中蛋白质、V C 、可溶 性糖含量的影响 J . 中国蔬菜, 2 0 0 5 ( 6 ) : 1 0 - 1 2 . 4 浙江农业大学. 蔬菜栽培学各论 M . 北京: 农业出版社, 1 9 9 1 . 5 郭开宇, 赵谋明. 甲壳素/ 壳聚糖的研究进展及其在食品工业中的应 用 J . 食品与发酵工业, 1 9 9 9 , 2 6 ( 1 ) : 5 9 - 6 3 . 6 张水华. 食品分析 M . 北京: 中国轻工业出版社, 2 0 0 4 . 7 陈幼春. 食物评品指南 M . 北京: 中国农业出版社, 2 0 0 3 .