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羧甲基壳聚糖对黄花梨保鲜效果研究 摘 要 可食性保鲜膜已被广泛用于各个领域，可以有效保持果蔬品质， 延长果蔬的货架期。壳聚糖是一种优秀的可食性保鲜膜材料，但由于 只溶解于酸性溶剂，会带来不良口感。而本文主要讨论并比较 n,o- 羧甲基壳聚糖与壳聚糖涂膜保鲜黄花梨效果，由此希望用水溶性的 n,o- 羧甲基壳聚糖代替壳聚糖对水果进行涂膜保鲜， 主要研究内容如 下： 黄花梨分别浸入 2%n,o- 羧甲基壳聚糖和 2%壳聚糖溶液中 15s 进行浸涂，然后储存于温度 4，相对湿度 95%的冷库中，每隔 15d 分别对黄花梨三个方面的品质进行检测。 1）研究涂膜后黄花梨的采后生理变化。对比经过两种涂膜后黄 花梨相对电导率，呼吸速率，可溶性固形物，抗坏血酸，失重及可滴 定酸的变化，并用核磁共振技术对黄花梨内部生理变化进行检测。 2）研究涂膜后黄花梨的质构变化。对比经过两种涂膜后黄花梨 质地的变化，并通过对果胶酯酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性的测 定和细胞壁物质的提取检测进行分析。 3）研究涂膜材料对黄花梨机械损伤褐变和颜色变化的影响。在 相同条件下摩擦涂膜各组黄花梨， 通过感官评定来检测涂膜对黄花梨 的保护程度。采用 l*a*b*系统，使用色差计对黄花梨表面的色泽进行 了量化，对比不同处理对黄花梨外观色泽的影响。 实验结果表明，两种涂膜均可有效的保持黄花梨的品质， 抑制水 果的采后生理呼吸（三种处理呼吸最高峰峰值分别为 103.20 mgo2 kg- 1 h- 1、72.24mgo2 kg- 1 h- 1、78.00mgo2 kg- 1 h- 1） ，维持了果实 质构，壳聚糖与 n,o- 羧甲基壳聚糖还抑制了叶绿素含量的降低（最 终叶绿素含量分别为 0.01932 mg/g fw 、 0.02029mg/g fw，显著高于 对照组的 0.01111mg/g fw） ，保持了黄花梨表皮的颜色，对机械损伤 还有一定的保护作用。因此，n,o- 羧甲基壳聚糖涂膜不仅能代替壳聚 糖对黄花梨进行保鲜，且效果更好。 关键词：黄花梨，涂膜保鲜，壳聚糖，n,o- 羧甲基壳聚糖，品质 effect of carboxymethyl chitosan coantings on the quality of huanghua pears storage abstract edible films have been used to extend shelf life and to improve the quality of fruits and vegetables during the past few years. chitosan is a good material, but it can only be dissolved in soul solvent which may induce the bad mouth taste. objective of this study was to investigate whether chitosan and n,o- carboxymethyl chitosan, which is water soluble，were able to apply on huanghua pears, and compared the effect of these two films, thereout to solve the mouth taste problem. pears were dipped into aqueous solution of 2% chitosan and 2% n,o- carboxymethyl chitosan coating for 15 seconds, then stored at 4 and 95% rh for 60 days. three parts of the change in huanghua pears were evaluated every 15 days. 1) the quality of postharvest huanghua pears was studied. changes in vc, total soluble solids (tss), weight loss, relative electrical conductivity and respiration rate were evaluated and magnetic resonance imaging (mri) was used to investigate the inside change of the pears. 2) the textural characteristics of each coating pears were studied. through the investigation of pectin esterase, peroxidase activity and cell wall materials to analyze the change of huanghua pear s texture. the textural characteristics were determined with a texture analyzer (ta- xt2i). 3) the color of pear was monitored and studied during storage. harvested pears are prone to browning. therefore the color of the pear pericarp has become the most important index among postharvest qualities. this thesis used cielab system to quantify the color of pears and the different treatments were analyzed. application of coatings maintenance the colour, firmness and nutrition well after 60 days storage, at the same time, the control pears quality had been changed. the results showed that application of chitosan and n,o- carboxymethyl chitosan coating could effectively maintained the quality attributes and extended shelf life of the hunaghua pears in the low temperature environment, and n,o- carboxymethyl chitosan was more suitable. key words: huanghua pear; quality; chitosan; n,o- carboxymethyl chitosan 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：莫 云 日期：2008 年 1 月 24 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密?，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密?v （请在以上方框内打“ v” ） 学位论文作者签名： 莫 云 指导教师签名：李云飞 日期：2008 年 1 月 24 日 日期：2008 年 1 月 24 日 3 第一章 绪论 1.1 果蔬的涂膜保鲜 可食性果蔬保鲜膜是一种采用天然糖类、淀粉、蛋白质、油脂等可食材料 为主要原料，通过添加成膜助剂、控制成膜条件，在果蔬表面涂覆或直接成膜而 成的保鲜膜。调节膜的组成成分和成膜工艺条件可获得一定的透 o2、透 co2、 透水蒸汽的性能，从而控制果蔬的呼吸环境，达到自发气调保鲜的目的。 可食性包装在食品包装中的应用已经有久远历史，人们在实践摸索过程中， 通过使用一些天然材料来包裹食品等，使食品得以保存长久。早在 12 至 13 世纪 我们的祖先就知道怎样使用蜡来涂覆桔子、柠檬，以延缓它们的脱水失重，延长 果蔬保存时间。英国的人们，也早在 16 世纪使用油来涂裹食品，使得食品保存 更久，水分损失更小。而就在 18 世纪后期人们己经知道通过使用明胶膜来防止 食品的腐败。经过几十年的摸索，我们己经学会使用糯米纸包装糖果，以玉米材 料制备而成包装杯包装冰淇淋，以及包装肉菜用的豆腐皮和包装肉馅的肠衣，这 些都是典型使用可食性包装食品，能使食品得以延缓腐败，提高货架期。但是人 们对可食性包装的真正系统研究开始于 20 世纪五、六十年代。近十年来，各国 均对可食性保鲜膜进行了大量深入细致的研究，主要集中在选材、工艺及设备方 面。 近年来,在西欧发达国家,过去风行一时的塑料食品包装袋已逐渐被新型的 纸质包装袋和可食性包装袋所代替。 美国已有 50%的传统塑料食品包装袋由新型 纸质食品包装代替。同时,美国位于新泽西州的全国淀粉及化学公司的科研人员 正利用玉米为原料研制一种新型食品包装材料。世界食品出口大国意大利 1991 年明确宣布禁止使用塑料食品包装袋包装食品。英国从 1991 年开始使用一种可 食用、薄而透明的薄膜保鲜果蔬。德国、瑞士、澳大利亚等国也正逐渐淘汰塑料 食品包装袋。 我国也在“ 九五” 期间实施了“ 绿色包装” 工程,即通过控制包装行业的 投资方向,逐步发展易挥发、可再利用的包装材料。目前,国内外可食性包装膜的 研究进展迅速,成绩斐然。 4 1.1.1 涂膜保鲜的原理 构成可食性保鲜膜的基质主要成分是生物大分子、脂类、多糖和蛋白质。 一般说来，增加组成膜的高聚物分子链的长度和极性，可使膜的粘性增强，极性 基团在分子链上均匀分布，也能增加膜的粘性及网络结构的紧密性。这是由于极 性基团的均匀分布，增加了高分子间氢键和静电引力的作用，从而为形成具有一 定选择透气性的网络结构奠定基础。通常水分是通过膜的亲水部分传递的，因此 组分中亲水物质与疏水物质的比例决定水蒸汽透过性的高低。 现在的可食用保鲜膜，由过去的单一组分制成发展成具有多种功能性质的， 由多种生物大分子、脂类等制成的复合膜。通常，复合膜以脂质作为阻水成分， 而蛋白或多糖在发挥自身具有的阻隔性能同时，作为脂质的支持介质，保持膜的 良好完整性， 脂类中的疏水成分通过与蛋白质或多糖等成分中的疏水基团的相互 作用而形成具有一定阻湿性、阻气性的薄膜，克服了可食用膜在应用中的许多问 题，如机械强度、膜的阻隔能力稳定性等。 目前所研制的可食性果蔬保鲜膜的保鲜机理主要为自发气调保鲜，即通过 成膜组分的调节和成膜工艺条件的控制，使所制成的保鲜膜具有一定的微孔结 构，从而具备一定的透 o2、透 co2、透水蒸气的能力。将保鲜膜覆盖于果蔬表 面后，可控制果蔬细胞的呼吸气氛，使之进入类“冬眠”状态以起到保鲜的作用 1。 1.1.2 壳聚糖的性质、功能 壳聚糖(chitosan)由甲壳素脱乙酞基而得，化学名为（1,4）- 2- 氨基- 2- 脱氧- d- 葡聚糖，分子式为(c6h13n05 )n，属天然含氨基的均态直链多糖，含有游离氨基， 反应活性和溶解性能均比甲壳素强。 壳聚糖的外观是白色或淡黄色半透明片状固体，略有珍珠光泽。相对分子质 量也从数十万至数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于大多数稀酸，如稀的盐 酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等水溶液中，这是壳聚糖最主要、最有用的性质 之一。n- 脱乙酰度和粘度(平均相对分子质量)是壳聚糖的两项主要性能指标。 1）壳聚糖的制备 5 壳聚糖可由通过甲壳素脱乙酰基反应制得，反应的实质是酰胺的水解反应， 一般在 40%的 naoh 溶液中于 100- 800加热非均相进行，得到可溶于稀酸、脱 乙酰度一般为 80%左右的壳聚糖。与一般的胺类物质不同，壳聚糖中的氨基在碱 液中十分稳定，即使在 50%的 naoh 中加热到 160也不分解。提高反应温度、 碱液浓度及延长反应时间可提高脱乙酸度， 但在碱液中壳聚糖的主链降解也变得 严重，其表现为随着脱乙酰度的提高，通常伴随粘度及分子量的下降。为了避免 大分子链被破坏，可采用加入 1%nabh4或通入惰性气体的办法。最近有报道通 过降低脱乙酰应的温度、缩短反应时间、增加反应次数并进行中间产物的溶解 沉淀处理，可得到脱乙酰度达 99%的高分子量(mw=59 万)的壳聚糖。用特殊方 法还可得 100%脱乙酰度的壳聚糖。 2）壳聚糖保鲜作用的机理 壳聚糖保鲜膜的二氧化碳透过率和氧气透过率的比值均小于 1。果蔬呼吸作 用会消耗 o2，放出 co2，当用此膜去包装水果和蔬菜时,由于膜对co2透过能力 差，果蔬放出的 co2渗透出去少，导致膜内部 co2浓度高，从而控制了果蔬周 围的微环境中气体浓度，使果蔬呼吸强度下降。 同时， 壳聚糖保鲜膜具有一定的阻湿性， 在果蔬贮藏期内能减少水分的散失， 达到延长保存期的目的。由于不同的果蔬贮藏要求的气体氛围不同，因而可根据 果蔬的呼吸特性选择不同厚度的膜。此简单膜具有一定的阻湿性，但在水中会产 生吸水溶胀，因而认为此膜最好作为水果类，或者净菜类的包装。 3）壳聚糖的应用 壳聚糖在食品行业中的应用：壳聚糖无毒、无害、可食用、安全可靠、易于 生物降解，不污染环境，具有良好的成膜性，有着广泛的用途2。 作为食品添加剂：微晶壳聚糖作为食品增稠剂和稳定剂可用于蛋黄酱、花生 酱、芝麻酱、玉米糊罐头、奶油代用品等调味品的生产。生产酱油时，添加适量 壳聚糖，可除去蛋白质防止沉淀，在大酱中加入少量壳聚糖，可适当降低食盐添 加量，且产品长期贮存也不会变质。在食醋生产过程中，加入壳聚糖可以加快澄 清作用，加快食醋的生产效率，提高产品品质。 作为食品防腐剂：壳聚糖凭借其特有的性质，在生鲜肉、冷却肉以及某些肉 6 制品防腐中有着十分广泛的应用，是天然防腐剂的典型代表。王光华3等用 1 壳聚糖和 2的醋酸(ca)混合液处理鲜肉，结果表明，ca 液对腐败菌有明显的 抑制作用，可明显延长货架期 80 h，同时认为真空包装可以加强 ca 液的抑菌效 果。高兆银、李敏4等研究表明，壳聚糖涂膜能够有效地延缓香蕉的后熟，室温 下可以比对照推迟 5 天成熟。 1.1.3 n,o- 羧甲基壳聚糖的性质，功能 1）n,o- 羧甲基壳聚糖的制备 n,o- 羧甲基壳聚糖（n,o- carboxymethyl chitosan)是壳聚糖以羧甲基化反应 后的一类甲壳素衍生物。近十几年来，壳聚糖的化学改性一直是甲壳素研究中十 分活跃和引人注目的课题。在迄今所报道的 600 多种甲壳素衍生物中，n,o- 羧甲 基壳聚糖是研究最多的一种。n,o- 羧甲基壳聚糖的研究活动可上溯到 1937 年， kigby将氢氧化钠加入到壳聚糖的氯乙酸溶液中， 得到一种水溶性产物 n,o- 羧甲 基壳聚糖。经研究发现，这是一种自然界中唯一的两性多糖，在水溶液中是一种 两性电解质。 壳聚糖 c3， c6位置上的羟基以及 c2上的伯氨基均可能发生羧甲基取代反应. 在羟基上的取代产物称为 o- 羧甲基壳聚糖(r- o- ch2coona)， 在氨基上的取代产 物称为 n - 羧甲基壳聚糖(r- nhch2coona)。同时在氨基和羟基上的取代产物称 为 n,o- 羧甲基壳聚糖(naooch2chn- r- och2coona)。由于c3位空间位阻效应 以及 c3和c2分子间氢键作用，使 c3位较难发生取代反应，而以 c6- o 羧甲基为 主。对于 c6- oh 和 c2- nh2来说，在碱性条件下羧甲基在羟基上的取代活性要高 于氨基，只有取代度接近 1 和高于 1 时，才会同时在氨基上发生取代，形成 n,o- 羧甲基壳聚糖5,6。 2）n,o- 羧甲基壳聚糖的水溶液性质 n,o- 羧甲基壳聚糖作为一种天然高分子物质，在水中溶解成无色透明溶液， 其流变性能研究具有重要的意义，但研究其水溶液性质的文献目前还没有见到。 有关天然高分子的溶液流变性能已有很多报道， 如:陈碧琼7等人用高级流变扩展 系统研究了甲壳素/二氯乙酸溶液的流变特性。甲壳素/二氯乙酸溶液的表现粘度 随剪切速率的增加而减小，结构粘度指数随浓度的增加而减小。剪切应力- 剪切 7 速率的曲线随着溶液浓度的增加而上移，浓度越大，其非牛顿指数 n越小。为确 定合理的甲壳素纤维原丝生产工艺提供了科学依据。张朔8对壳聚搪的流变学性 质做了详细的研究， 得出壳聚糖是一种假塑型流体且无触变性， 不同的脱乙酰度、 浓度、溶液 ph、离子强度、胃蛋白酶、温度对其的影响，得出影响最大的因素 是浓度的影响。 另外，n,o- 羧甲基壳聚糖应用的许多领域中需与表面活性剂共存。隋卫平、 陈国华9对此进行了深入的研究， 通过 n,o- 羧甲基壳聚糖对四种不同的表面活性 剂相互作用，发现 n,o- 羧甲基壳聚糖与阴离子表面活性剂 sds、非离子表面活 性剂 tritonx- 100 及两性表面活性剂 c12be 复配时，在 10- 4- 10- 2g/ml 浓度范围内 能与表面活性剂浓度为 10- 6- 10- 2mol/l 时能够稳定存在，不会发生相分离。而与 阳离子表面活性剂复配时现象较为复杂，在 n,o- 羧甲基壳聚糖浓度一定时，随 表面活性剂浓度的增加，溶液依次出现清、浊、沉淀、浊、清的现象。 3）n,o- 羧甲基壳聚糖保鲜作用的机理 通过涂膜或浸渍或喷雾方法，可将 n,o- 羧甲基壳聚糖稀溶液涂在果蔬上， 晾干后即可在果蔬表面形成 4m 左右的半透膜，此膜对气体有选择通透性，如 对氧气、二氧化碳、乙烯具有一定的选择渗透性。它能阻碍大气中氧的渗入,防 止或推迟果蔬的氧化作用，果蔬呼吸产生的二氧化碳不易透出，诱使果蔬熟化的 乙烯可以透出，结果使果蔬贮藏微环境含较多的二氧化碳气体和较少的氧气,从 而调节果蔬的采后生理代谢，使果蔬能达到令人满意的保鲜效果。与壳聚糖膜相 比，n,o- 羧甲基壳聚糖膜的韧性(伸缩率)较好，但机械性能较差，且随着取代度 的增加而降低。这是由于醚化反应使壳聚糖的晶体结构发生部分改性，使 n,o- 羧甲基壳聚糖的分子间氢键减少, 所以其韧性好;而随着取代度的增大， 即壳聚糖 分子中羧基的数目增多，壳聚糖的晶体结构被破坏的程度越大，所以其机械性能 随着取代度的增加而降低。 n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿保湿性能良好，其吸湿保湿性能与时间、分子量、 脱乙酰度和取代度有关。在初期吸湿速率较快，以后吸湿速率逐渐减缓，经过 24h就基本达到平衡。随着分子量的增加，n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿性能逐渐增 强，当相对湿度为 81%时，分子量大于 1 万的样品吸湿性能略强于透明质酸,而 8 分子量小于 1 万的样品吸湿性能稍低；当相对湿度为 43%时，分子量大于 0.5 万 的 n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿率均略强于透明质酸。n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿保 湿性能与脱乙酰度、取代度也密切相关，n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿率随着脱乙酰 度的提高而增大，脱乙酰度为 50%左右时其吸湿率达到最大，与之相反，此时其 保湿率为最低。当相对湿度为 81%时，50%脱乙酰度 n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿 率强于透明质酸，当相对湿度为 43%时，不同脱乙酰度 n,o- 羧甲基壳聚糖的吸 湿率都强于透明质酸。随着取代度的提高，n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿保湿性能也 逐渐增强，取代度从 0.4 增加到 0.6 时，吸湿保湿率增加很快；从 0.6 增加到 1.2 时， 其吸湿保湿率增加缓慢； 当取代度大于 1.0 时其吸湿保湿率反而会有所降低。 取代度为 0.6 至 1.2 时，n,o- 羧甲基壳聚糖的吸湿保湿性能相当或略强于透明质 酸10。 n,o- 羧甲基壳聚糖还有很强的抗菌性。作为一种两性聚电解质，由于引入了 - cooh，n,o- 羧甲基壳聚糖较壳聚糖有更好的抗菌性，它的抗菌性与浓度、分 子量、ph 值、取代度有关。研究表明11：n,o- 羧甲基壳聚糖的有效抗菌 ph 为 5.0- 7.0。随着浓度的增大,n,o- 羧甲基壳聚糖的抗菌活性明显增强。随着分子量 的降低, n,o- 羧甲基壳聚糖的抑菌效果显著提高，当分子量大于 1105时，n,o- 羧甲基壳聚糖几乎不具备抑菌功能，而当分子量小于 5000 时,其抑菌活性明显增 强。随着取代度的提高，o- 羧甲基壳聚糖的抗菌性呈现出先增强后减弱的趋势， 最佳点出现在分子量 20 万、ph 值 6- 8、取代度 0.6 左右。n,o- 羧甲基壳聚糖的 抗菌机制比较复杂。陈凌云等12认为 n,o- 羧甲基壳聚糖的抑菌作用可能有以下 几种机理: 一是药物通过吸附在细胞表面形成一层高分子膜，阻止营养物质向细 胞内的运输，或药物吸附在细胞膜表面，改变了细胞膜的选择透过性，致使细胞 质流失，细胞质壁分离，从而起到抑菌杀菌作用；二是药物渗透进入细胞体内， 吸附细胞体内带有电荷的细胞质，发生絮凝作用，扰乱细胞正常的生理活动，或 阻断细菌体内dna的转录从而抑制细菌的繁殖。 n,o- 羧甲基壳聚糖分子量越小， 抗菌性能越强，抗菌作用机理可能与后一种有关。 1.2 黄花梨 9 黄花梨（pyrus pyrifolia nakai. huanghua）属砂梨系统，广泛种植于中国南 部地区。黄花梨树体生长健壮，适应性和抗病性都较强，树形开展，萌芽率和发 枝力强，容易栽培管理，花芽易形成。结果性好、丰产、稳产。果实大,圆球形， 果重 300400 克，果皮黄褐色。肉色洁白，肉质细致脆嫩、汁液多、甜味浓、 酸味少、微香，可溶性固形物 12. 5 % ，口味、品质好。果实 8 月中下旬成熟， 为抗性极强的丰产、中熟品种。 然而，黄花梨的成熟期恰逢高温季节，果实采摘后生理生化变化剧烈，贮藏 性差，极易失水腐烂，风味变淡。由于这个原因，黄花梨的贮藏与市场销售受到 的极大的限制。 因此， 我们需要进行新的实践以为黄花梨保鲜贮藏寻找更佳方法。 1.2.1 黄花梨采后生理变化 1）果实呼吸速率变化 水果和蔬菜采收后仍然是一个活体， 不断进行呼吸作用将体内的复杂有机物 分解为简单物质，并释放出能量。呼吸作用制约着果蔬采后的生理生化变化，影 响其成熟、衰老、耐贮性、抗病性以及整个贮藏寿命。 某些果实的呼吸速率随其发育而表现明显的起伏。但在果实进入成熟期后， 会出现一次突然的升高，这次升高成为呼吸跃变。跃变高峰过去以后，呼吸又下 降，果实也进入衰老阶段。呼吸跃变是果实衰老开始的标志，是果实生命中的转 折期，其出现的早晚与果实的贮藏寿命关系密切。如果呼吸速率低，呼吸跃变出 现迟的果实，贮藏寿命也就较长。关于呼吸跃变发生的机理，有两种学说：一是 认为当果实进入成熟期时，组织的透过性增高，活化了原已存在的酶系，从而促 进了呼吸； 二是认为果实在将发生呼吸跃变时， 组织内发生酶蛋白质的重新合成， 从而引起跃变13。 梨果实属于典型的呼吸跃变型果实。在开始成熟时呼吸强度突然上升，达到 呼吸高峰时，果实进入成熟期，风味品质最佳，然后呼吸强度下降，果实衰老。 根据水果贮藏学理论，作为贮藏的果实，其最佳采收期要在果实进入从成熟期不 久，呼吸强度尚未显著提高之前。正是由于其呼吸跃变使果实不耐贮藏。采收后 的黄花梨在（201）条件下 15d 出现明显的呼吸高峰，而乙烯释放在 11d 左右 出现明显的跃变峰。梨果实采后极易变色，表现为果皮叶绿素降解和类胡萝卜素 10 含量的降低，从而表现出果实逐渐褪绿而变成梨果完熟时固有的黄色和黄褐色 13。 对黄花梨进行涂膜，能起到降低 o2浓度和提高co2浓度的效果，从而降低 果实的呼吸速率。 2）果实失重 失重是果实贮藏期间存在的一种生理现象。一般果实损失其原有质量的 5 就会出现明显的萎蔫现象。大多数果实的含水量都很高，果实的失重主要是由于 果实蒸腾失水造成的，而果实呼吸作用导致的失重所占比例就很小。无包装的黄 花梨果实失重率随贮藏期的延长而增加，且温度越高，失重率越大。使用适当包 装能有效的避免果实失水，萎蔫等现象。低温贮藏也可以减少采后果实失水，失 重。 3）黄花梨采后软化的生理机制 研究表明14，黄花梨果肉软化前期主要是淀粉酶作用引起淀粉降解所致， 并为呼吸跃变准备能源； 之后的果肉软化是由pg和纤维素酶作用引起果胶物质、 纤维素等细胞壁组分降解所致；呼吸跃变过后，果实进入衰老阶段，果肉加速软 化，出汁率显著增加。 淀粉酶对黄花梨软化的影响： 黄花梨采后，淀粉在细胞中以淀粉粒状态存在，对细胞起着支撑作用，尔后 淀粉被淀粉酶水解为可溶性糖，淀粉对细胞的支撑作用下降，导致果实软化。试 验表明，黄花梨采后 5d 内，pg 和纤维素酶活性变化不大，原果胶和纤维素降解 少；而淀粉酶活性增加 2.9 倍，淀粉含量下降 72.80%，果肉硬度快速下降；之后 淀粉酶活性和淀粉含量逐渐下降。因此认为，采后 5d 内，果肉硬度的快速下降 主要是淀粉酶活性的快速上升，引起淀粉快速水解造成的；之后果肉软化是由果 胶，纤维素等细胞壁组分降解引起的。 黄花梨采后 5d 内淀粉的剧烈水解和可溶性糖的增加是果实呼吸跃变和果实 成熟的能源准备，表现出风味变甜，之后糖作为呼吸基质被消耗含糖量下降。随 着贮藏时间的延长，甜味也下降。 果胶物质、纤维素代谢在黄花梨采后果肉软化中的作用： 果实在成熟衰老过程中，pg、pme、纤维素酶等胞壁降解酶活性增加，果 11 胶、纤维素等细胞壁组分降解，导致果肉软化和出汁率提高。试验表明，黄花梨 采后果肉软化过程中，原果胶和纤维素含量下降，果肉出汁率增加,并且果肉硬 度同原果胶含量，纤维素含量呈极显著正相关(p0.01)，说明果胶物质和纤维素 两者代谢与黄花梨果肉软化密切相关。 黄花梨采后初期，纤维素酶活性很低；采后 5d 内，pg 和纤维素酶活性变化 不大，原果胶和纤维素降解较少；之后酶活性迅速上升，到采后 15d 达到酶活性 高峰，pg 和纤维素酶活性分别为采收时的 3.0 倍和 7.9 倍；pg 和纤维素酶活性 的增加同原果胶和纤维素含量的下降以及果肉的快速软化一致。因而认为，采收 5d 后, pg 和纤维素酶活性的提高促进果胶和纤维素降解，可能是黄花梨软化的 关键。 果肉硬度下降过程中，pme活性一直处于下降状态，表明 pme与果实硬度 下降的关系不明显，当 pme将高甲氧基果胶转变为低甲氧基果胶时，创造了适 于 pg 作用的条件，因而更有利于 pg 对果胶物质的水解。因此,pme 的生理意 义可能在于为 pg 准备作用底物,对果胶物质的降解和果实软化起辅助作用。 在贮藏期间，梨果实营养成分如糖、可溶性固形物、可滴定酸、维生素 c 等物质都发生变化。可溶性糖和可溶性固形物含量在贮藏前期上升，而后下降。 这与梨果实贮藏期间淀粉等多糖类不断转化为可溶性碳水化合物、 不溶性原果胶 转化为可溶性果胶等溶于果汁有关，表现为风味变甜，果肉出汁率增加；之后糖 作为呼吸基质被消耗，因此，含糖量和可溶性固形物含量下降，随着贮藏时间的 延长，梨果甜味也下降。还原糖在贮藏期间也表现为先升后降的变化规律，这与 多糖类的转化和糖作为呼吸基质被消耗有关。可滴定酸在贮藏期间逐渐下降，这 与有机酸作为呼吸基质被消耗有关。 固酸比在贮藏期间随着贮藏时间的延长而上 升，这是由于贮藏过程中，糖、酸虽同被呼吸消耗而酸却首先被消耗，从而导致 固酸比值上升。维生素 c 在贮藏期间逐渐下降，这与维生素 c 的氧化降解有关。 1.3 研究内容 黄花梨为我国盛夏季节上市的主要南方水果之一，其果皮薄，果肉脆嫩，汁 液丰富，风味十分优美，深受消费者青睐。因其果实采后极易软化变色，常温下 仅能保鲜 1 周左右， 所以供应期短， 难以远距离运销。 因此控制黄花梨采后软化、 12 腐烂成为生产上亟待解决的问题。 壳聚糖涂膜在苹果，荔枝等果蔬上的保鲜功效已经得到了研究证实15,16，在 采后对果蔬进行适宜浓度的壳聚糖涂膜处理可以有效防止其贮藏期间的失水， 减 缓果蔬变色和营养物质的消耗，并有利于保持果实的质构，延长保鲜期17,18。但 壳聚糖必须溶解于酸性溶液，这给它带来口感上的缺陷，会由溶剂产生酸涩的口 感19。而 n,o- 羧甲基壳聚糖为壳聚糖衍生物，同样拥有良好的成膜性，由于羧 甲基的导入，结构几乎为无定型，可溶解于水，以水做溶剂可以避免酸性溶剂带 来的偏酸涩口感。 本课题的主要内容是，以贮藏性较差的黄花梨果实为实验材料，研究果实经 过两种 2%浓度的可食性涂膜材料涂膜20以后，其果实采后生理在储藏过程中的 变化，根据相关指标来比较两种涂膜材料的保鲜效果，用 n,o- 羧甲基壳聚糖代 替壳聚糖来解决壳聚糖涂膜由于酸性溶剂带来的不良口感问题,为黄花梨选择更 合适的保鲜膜材料，延缓货架期，保持质地，提高保鲜效果提供理论依据。 1.4 参考文献 1 林松毅，可食性保鲜膜应用现状分析，吉林工程技术师范学院学报，2004，6，52- 54 2 陈志周，牟建楼，臧蕊，孙兰芳，倪志广，壳聚糖的成膜性及其在食品保鲜、包装上的 应用，纤维素科学与技术，2004 年 9 月，第 12 卷第 3 期，43- 47 3 王光华等， 脱乙酰壳多糖醋酸混合液对含氧包装鲜猪肉中细菌生长的影响， 食品与发酵 工业，1992，(2)，1- 8 4 高兆银，李 敏，胡美姣，杨凤珍，壳聚糖涂膜在香蕉保鲜中的应用，中国南方果树， 2007，36(1)，27- 29 5 蒋挺大， 壳聚糖，北京，化学工业出版社，2001，9- 12, 33- 63, 69, 6, 127, 160- 1203 6 夏文水， 吴众南， 羧甲基壳聚糖一种多用途的甲壳素衍生物， 无锡轻工大学学报， 1995， 14(4)，372- 376 7 陈碧琼， 孙康， 范永忠等， 甲壳素溶液流变性能的初步研究， 功能高分子学报， 2000,15(3)， 311- 314 8 张朔，武风兰，国产甲壳胺流变学性质及其影响因素的研究，中国医药工业杂志， 2002， 33(7)，314- 327 9 隋卫平, 陈国华等，羧甲基壳聚糖与表面活性剂的相互作用，青岛海洋人学学报，2001， 31(2)，263- 268 10 吴伟，林宝凤，羧甲基壳聚糖在果蔬保鲜中的应用研究进展，高分子通报，2006，4， 84- 88 11 高献礼， 刘玉江等， 壳聚糖和 n,o- 羧甲基壳聚糖对金黄色葡萄球菌抑菌活性的研究， 现 代食品科技 vol1，21 no，1，25- 30 12 陈凌云，杜予民等，羧甲基壳聚糖的结构与抗菌性能研究，武汉大学学报，2000，4， 191- 194 13 张维，果蔬采后生理学，北京，农业出版社, 1993，102- 149 13 14 刘剑锋,程云清,彭抒昂等，梨采后细胞壁成分及果胶酶活性与果肉质地的关系， 园艺学 报,2004,31(5)，579- 583 15 徐清海，李秉超，明霞，壳聚糖常温保鲜南果梨的研究，辽宁农业科学,2000,3，19- 21 16 陈天，张皓冰，叶秀莲，壳聚糖常温保鲜猕猴桃的研究，食品科学,1991,12，37- 40 17 roller s and covill n, the antifungal properties of chitosan in laboratory media and apple juice, international journal of food microbiology, 1999, 47, 67- 77 18 devlieghere f, vermeulen a and debevere，chitosan j，antimicrobial activity, interactions with food components and applicability as a coating on fruit and vegetables, foodmicrobiology, 2004, 47, 703- 714 19 chunran h, cindy l, mina m and yanyun zhao，sensory evaluation of fresh strawberries (fragaria ananassa) coated with chitosan- based edible coatings，journal of food science, 2005, 70(3)，172- 178 20 傅乐峰，壳聚糖涂膜保鲜香梨的研究，食品工业，2005，2，57- 58 14 第二章 涂膜冷藏对黄花梨品质的影响 2.1 材料与方法 2.1.1 黄花梨材料 黄花梨(pyrus pyrifolia nakai，cv. huanghua)采自上海奉贤的水果园，为 了保证合适的成熟度， 根据果农建议， 在黄花梨完全成熟的日期进行采摘。 同时， 用于实验的黄花梨水果要求大小均匀，大小，颜色和成熟度一致，无病虫害并且 没有机械损伤。 2.1.2 生物包装保鲜膜材料及涂膜处理 壳聚糖:酸溶性，食品级原白色粉末，粒度 80- 100 目，粘度 92mpa.s。江苏 南通兴成生物制品厂生产。 n,o- 羧甲基壳聚糖：水溶性，食品级白色不定形固体，羧化度 62.5%，脱乙 酰度 90.6%。江苏南通兴城生物制品厂生产。 甘油（国药化学试剂公司；0.5g/100ml 水） ，吐温 80（国药化学试剂公司； 1.2g/100ml 水） ，dl- a- 醋酸生育酚（ve；国药化学试剂公司；0.4g/100ml 水） 。 所有未特别注明的药品纯度都为分析纯。 膜溶液的配制：将壳聚糖，溶解于 2乳酸溶液中，加入 0.5%甘油，1.2% 吐温- 80，(20%w/w)维生素 e 配成 2溶液1。n,o- 羧甲基壳聚糖则溶解于水中， 其余成分与壳聚糖相同。 黄花梨首先在每种涂膜液中浸涂 15s，随后悬挂并用风扇吹干，以使水果表 面涂膜。对照样是在蒸馏水中浸透，其余步骤与涂膜液涂布方法相同。据研究报 道，黄花梨的最适储藏温度是 42。随后，黄花梨被放置在 4，95% 相对湿 度（relative humidity，rh）条件下进行两个月的贮藏。每隔 15d 进行取样分析。 同时运用核磁共振成像技术分析果实内部特性变化。 2.1.3 实验设备与测试仪器 15 电子天平（bs223s 型） ；hws28 型电热恒温水浴锅（上海一恒科学仪器有 限公司） ；ta- xt2i 质构分析仪（英国 stable micro system 公司） ；气体分析仪 （checkmate 9900 型, 丹麦 pbi dansensor公司） ；数字电导仪（ddb- 6200 型， 上海雷磁仪器厂新沧分厂） ；手持折光仪（wyt- j 型，中国成都光学仪器有限公 司） ；sz- 93 自动双重纯水蒸馏器（上海亚荣生化仪器厂） ；循环水真空泵（一叶 shz- iii 型，上海亚荣生化仪器厂） ；可见光分光光度计（上海尤尼柯仪器有限公 司） ； 数显恒速搅拌器 （s312 型， 上海申生科技有限公司） ； ge 核磁共振仪 （general electric medical systems，美国通用电气公司） 。 2.1.4 实验试剂 酚酞；氢氧化钠；2,6- 二氯酚靛酚；草酸；石英砂；抗坏血酸；蒽酮；咔唑； 两羟基氨基甲烷；聚乙烯吡咯烷酮；己二胺四乙酸二钠；3,5- 二硝基水杨酸；羧 甲基纤维素钠；二甲基亚砜；半乳糖醛酸；果胶；浓硫酸；乙醇；硫代硫酸钠； 丙酮等。 2.1.5 实验方法 2.1.5.1 果肉和果皮电导率测定 根据 feng3等人所描叙的方法。每次从每组处理中随机选取五个黄花梨，用 双重蒸馏去离子水将样品冲洗干净，并用滤纸将水分擦干。用直径 14.5mm 的打 孔器从果实中部打孔取果肉或果皮，果肉切成厚度 2mm 的圆片，果皮则直接收 集。样品电导率的测定使用的是带有 djs- 1 型电极的数字电导仪测定。果肉样品 5g，或果皮样品 2g，用双重蒸馏去离子水冲洗两次，再放置到装有 100ml 的双 重蒸馏去离子水的烧杯中浸泡 1h。轻轻摇动烧杯使圆片浸出液与蒸馏水混合均 匀，放入电极测定第一次电导率值。然后将烧杯置于沸水浴中加热 5min，取出 后迅速冷却至室温。用电导仪第二次测定电导率值。相对电导率的计算公式计算 如下： 100%= 第二次测定值 第一次测定值 ）相对电导率（ (2- 1) 16 2.1.5.2 呼吸速率的测定 使用气体分析仪测定。 每次从每种处理中随机选取 5 个黄花梨分别置于密闭 罐子中，罐子容积为 1.45l。每个罐子放置一个梨。每个罐顶开一小孔，用 scotch 橡胶密封贴封住小孔，防止漏气。所有装有梨的罐子放置在与梨贮藏环境相同的 环境中（4 c, 95% rh）24h后，测定呼吸速率。气体分析仪的针头从 scotch橡 胶密封贴插入，以测定罐内的 o2浓度。每个梨重复测定两次。呼吸速率用 ml o2/kgfw h表示，这里 fw 是果重（fruit weight, fw） 。 2.1.5.3 失重的测定 从每组处理中选取五个黄花梨，对果实失重进行测定。果重变化每隔 15d 进行一次测定，以失重率表示。计算公式如下： 失重（%） 储藏前质量 储藏后质量储藏前质量 (2- 2) 2.1.5.4 可溶性固形物含量(soluble solids content，ssc)的测定 可溶性固形物含量用 wyt- j 型手持折光仪测定。 2.1.5.5 可滴定酸(titratable acidity，ta)含量的测定 可滴定酸含量用酸碱滴定法测定4。 2.1.5.6 vc 含量的测定 采用 2,6- 二氯酚靛酚测定法测定4。 2.1.5.7 核磁共振检验 利用 ge 核磁共振仪监测贮藏 60d 后经不同涂膜处理的黄花梨的内部变化， 同时一个膝部线圈用来固定所检测的梨。 从每个涂膜处理中随机选择五个梨进行 检测。放一个鱼肝油胶囊在每个梨的赤道区，并用胶带固定用来标志检测位置。 检测过程中使用了一个 t2加权图序列： 重复时间 (repetition time, rt)， 3000 ms； 回波时间(echo time , et)，80 ms；采集次数 n，4；感兴区 (fov)，10 cm；层厚， 2 mm；成像矩阵， 256 256 像素。选择水果赤道区的磁共振图像做进一步研究。 17 随后，取 4 个感兴区在每张赤道区的黄花梨图像的果肉区域的四个相对位置上， 每个感兴区包括 2500 个像素，并对黄花梨图像的像素强度进行了分析。 2.2 实验结果 2.2.1 不同涂膜材料的黄花梨果皮和果肉相对电导率的变化 电解液泄漏是果肉和果皮细胞膜完整性的一个重要指标， 也是果实质量的一 个重要反映4。如图 2- 1 所示，所有样品的相对电导率都上升了，这与贮藏过程 中黄花梨果肉细胞膜的完整性下降的情况相符。 产生这种现象的原因是贮藏过程 中水果的细胞膜会变得不稳定，从而使膜的完整性受损3。 不同涂膜处理的黄花梨在冷藏条件下果皮相对电导率的变化如图 2- 1（a）所 示，储藏前期，果皮相对电导率的变化不明显，后期迅速升高。对照组，壳聚糖 组，n,o- 羧甲基壳聚糖组在冷藏 60d 后，果皮的相对电导率从初始的 24.5%分别 上升到 49.7%、45.5%和 31.4%。与对照组相比较，所有的包装膜处理都对果皮 相对电导率上升起到抑制作用。相对于壳聚糖组，n,o- 羧甲基壳聚糖涂膜的作用 效果较为明显。总体而言，相对直接冷藏，包装膜处理对抑制储藏过程中果皮细 胞膜破裂有一定效果，但是，壳聚糖涂膜对果皮细胞膜的完整性效果不如 n,o- 羧甲基壳聚糖的作用明显。 如图 2- 1b 所示，对照组样品总体比经涂膜的样品有一个更高的相对电导率。 经过 60d 的贮藏后，对照组样品的果肉细胞的相对电导率到达了 90.8%，而经过 涂膜的样品相对电导率在 72.7- 80.8%之间。此外，与壳聚糖涂膜处理相比，n,o- 羧甲基壳聚糖包装膜在降低贮藏期间黄花梨果肉细胞膜的相对电导率的变化显 得更为有效。 18 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 01 53 04 56 0 t i m e , d a y r e l a t i v e e l e c t i c a l c o n d u c t i v i t y , % c o n t r o lc h i t o s a nc m c h s 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 01 53 04 56 0 t i m e , d a y r e l a t i v e e l e c t i c a l c o n d u c t i v i t y , % c o n t r o lc h i t o s a nc m c h s 图 2 - 1 不同涂膜处理的黄花梨在 4 条件下储藏过程中果皮（a ）和果肉（b ）的相对电导率 的变化。 “c o n t r o l ”是指作为对照样的黄花梨； “c h i t o s a n ”是指以壳聚糖包被的黄花梨； “c m c h s