海藻酸鈉在水果貯藏保鮮中的應用*

胡曉亮，周國燕，王春霞，詹博

(上海理工大學食品與低溫生物技術研究所，上海，200093)

新鮮水果是人體日常必需的維生素、礦物質和膳食纖維的重要來源，具有獨特的形、色、味，是人們最好的保健食品。但由于果蔬生產的季節性、地域性和多樣性，因此，產品有很明顯的淡、旺季之分。果品蔬菜是鮮活商品，組織柔嫩，含水量高，營養豐富，易腐爛變質，不耐貯運，采后極易失鮮，品質下降，從而使營養價值、經濟價值降低。為使人們獲得水果的均衡供應，除了加強排開種植、促進栽培、選擇品種、分開收獲等栽培技術措施外，還要搞好采后貯藏工作，以調節淡旺季的矛盾，豐富市場果品種類。對于生產者來說，貯藏則是保證水果市場豐產豐收、減少損失、增加收入的有效途徑，對促進生產發展至關重要。

目前水果的貯藏保鮮方法主要有低溫貯藏、防腐保鮮劑處理、輻射保鮮以及氣調保鮮等［1－2］。冷害的發生使得部分水果難于采用較低的貯運溫度來控制病害和延長貯運期;傳統的化學保鮮劑殘留給人體健康和環境帶來諸多不利的影響;輻射保鮮技術尚處于試驗研究階段，對其使用的安全性分析尚無定論，因而限制了其在水果貯藏保鮮中的應用;氣調貯藏雖然對水果保鮮有一定的效果，但氣調貯藏投資大、花費昂貴［3］。國內目前主要采用低溫結合氣調包裝對果蔬進行貯藏保鮮，但仍然存在水果貯運期病害發生嚴重等問題，效果不理想。這就迫切要求尋找新的經濟可行的保鮮技術。

涂膜保鮮是指由天然糖類、蛋白質、油脂等作為主要原料，通過對水果表面噴霧、浸漬等方法涂覆，風干后形成一層薄薄的透明坯膜(可食膜)，來防止水分蒸發，對水果起到防腐保鮮效果的一種貯藏保鮮的方法［4－9］。涂膜保鮮的應用是當今國際食品領域的研究熱點之一，主要通過控制水果的呼吸作用和抑制水分的揮發來達到延長水果的貨架期［10－11］。按照形成可食膜的天然大分子的種類可將可食膜分為四類:脂質膜、多糖膜、蛋白膜和復合膜。其中多糖類的海藻酸鈉保鮮劑日益受到學者的廣泛關注。

1 海藻酸鈉概述

海藻酸鈉(sodium alginate)又稱褐藻酸鈉;褐藻膠等，是從海帶、菌類、藻類植物中提取的天然多糖類化合物，其基本結構由古洛糖醛酸與甘露糖醛酸通過α-1，4糖苷鍵鏈接而成的一種線性嵌段共聚物。具有優良的分散性、保濕性、成膜性、抗菌性、無毒無味、可生物降解、生物相容性好等諸多優點，且成本較低，正日益成為水果貯藏保鮮研究的熱點［12－15］。

海藻酸鈉分子的化學結構如圖1所示。

圖1 海藻酸鈉的化學結構

海藻酸鈉分子鏈上分布著許多羥基(—OH)，性質比較活潑，通過化學改性，引入多功能基團，能得到各種具有特殊性質及用途的海藻酸鈉衍生物，增強了膜的機械性能和抑菌效果［16］。隨著天然保鮮劑的開發和研究，特別是在水果貯藏保鮮領域，海藻酸鈉及其衍生物有著巨大的潛力和應用前景。

2 海藻酸鈉及其衍生物保鮮機理

海藻酸鈉及其衍生物的保鮮機理大致可以分為3個方面:(1)海藻酸鈉分子具有微觀網狀結構，有很強的保水性能。海藻酸鈉及其衍生物的分子鏈上均帶有羧基，由于羧基上的負電荷的排斥作用，使高分子鏈空間伸展特別大，再加上親水基團的作用，使其對水分子具有很強的作用力，能減緩水果中水分的蒸騰，延緩其萎篶，降低水果的失重［16］;(2)海藻酸鈉具有很好的成膜特性。海藻酸鈉及其衍生物覆蓋在水果表面，形成一層薄膜，該膜具有氣體選擇滲透性能，在果蔬內部形成一個低O2高CO2濃度的微氣調環境，抑制水果的呼吸作用，降低水果內營養物質的轉化和消耗，減少活性氧的形成，降低膜脂過氧化，延緩細胞膜的損傷，從而達到延長水果貯藏期的效果［17－18］;(3)海藻酸鈉及其衍生物具有較強的抑菌性。海藻酸鈉及其衍生物高分子鏈密集于菌體表面，形成一層致密的膜，阻止了細胞內外物質的傳遞和菌體對營養物質的吸收，致使菌體新陳代謝紊亂，無法生長［19］;海藻酸鈉及其衍生物是一種陽離子表面活性劑，分子鏈上的部分基團可以與細菌細胞膜上的類脂、蛋白質復合物發生反應，使蛋白質變性，從而改變細菌細胞膜的通透性，破壞細胞壁的完整性［20］;海藻酸鈉及其衍生物可以螯合對微生物生長起關鍵作用的金屬離子，尤其是酶的輔助因子，從而影響微生物的生長繁殖;高濃度的海藻酸鈉及其衍生物能夠激活微生物自身的幾丁質酶活性，導致其對自身細胞壁的降解;低分子量的海藻酸鈉及其衍生物能夠滲入菌體內部，干擾遺傳因子從DNA到RNA的轉移，抑制菌體的繁殖［21］。

3 海藻酸鈉在水果貯藏保鮮中的應用

目前利用海藻酸鈉來涂膜保鮮的水果有:芒果、枇杷、菠蘿、木瓜、蘋果、貢梨等，研究主要針對保鮮劑的種類和濃度、涂膜時間、貯藏條件、以及膜助劑的濃度等對于貯藏保鮮效果的影響，研究表明海藻酸鈉涂膜后具有降低果實失重、減少營養成分的損耗、控制果實的呼吸強度、增加了抵抗微生物侵染的能力以及延長果實的貯藏期限等明顯改善果品保鮮的效果。

3.1 單一海藻酸鈉涂膜保鮮水果

劉嘉?。?2］以不同濃度的海藻酸鈉溶液對芒果進行涂膜并用PE(聚乙烯)密封處理。結果表明，經2.0%海藻酸鈉水溶液浸泡處理后的芒果具有較強的抑菌性能，在常溫(26～30℃)貯藏直到第15天才開始出現輕微的灰暗和斑點，比對照組延長了10 d，各營養成分、pH值、總糖含量的變化緩慢，保鮮效果最佳。而經1.5%或3.0%海藻酸鈉溶液浸泡涂膜處理的芒果因保鮮液濃度太低未形成連續膜或濃度高而使膜層偏厚，均在一定程度上影響了保鮮性能。由此可見膜層的厚度對水果貯藏的效果具有顯著影響。葛玉萍等［23］研究了不同厚度的保鮮膜對枸杞果實品質的影響。結果表明，涂膜處理后都對枸杞果實的呼吸強度起到了抑制作用，降低了營養成分的損失，但不同厚度的保鮮膜內氣體的組成成分變化情況不同，其中0.05 mm厚度的保鮮膜在整個貯藏過程中，可溶性固形物和總酸含量變化最為緩慢，最大限度的保持了果實Vc的含量，保鮮效果最好。任玉鋒等［24］以海藻酸鈉作為涂膜基質處理靈武長棗，分別采用1.0%、2.0%、3.0%的海藻酸鈉保鮮液對靈武長棗進行涂膜保鮮，結果表明1.0%海藻酸鈉涂膜處理對保持靈武長棗果實硬度、減緩葉綠素的降解、抑制果實失重效果最為顯著，經海藻酸鈉涂膜處理的棗果顯得更加鮮艷而有光澤;1.0%海藻酸鈉涂膜處理能有效抑制靈武長棗Vc含量的損失，減緩可滴定酸的降解及可溶性固形物的降低，從而延緩了靈武長棗的后熟過程，起到較好的保鮮效果。

3.2 海藻酸鈉復合涂膜保鮮水果

在海藻酸鈉涂膜溶液中可以添加增塑劑、表面活性劑、抗菌劑，以及蛋白質和脂類物質，形成復合膜，可起到改善其膜性能的作用、從而增強貯藏保鮮效果。Tapia等［25］以2%海藻酸鈉和0.5%結冷膠對鮮切木瓜進行復合涂膜保鮮。結果表明，在常溫貯藏條件下，使用海藻酸鈉-結冷膠復合涂膜液比單一海藻酸鈉涂膜液防腐保鮮效果更好，能明顯抑制木瓜果實的蒸騰作用，減少內部水分的蒸發，增強了木瓜的抗菌能力，降低了果實受微生物侵染的風險，降低果實可溶性固形物、Vc等營養物質的損耗，阻止果實丙二醛含量、多酚氧化酶活性的上升，顯著延緩木瓜果實的軟化和衰老，延長了鮮切木瓜的貯藏時間。祝美云等［28］以海藻酸鈉、明膠和山梨酸鉀作為涂膜材料復合涂膜鮮切貢梨，在(0±0.5)℃條件下進行貯藏保鮮，試驗結果表明，海藻酸鈉0.05 g/kg、明膠0.03 g/kg、山梨酸鉀0.03 g/kg的復合保鮮液保鮮效果最佳，能顯著降低果實的呼吸速率，從而降低相應的代謝活動，抑制酶活性，延緩果實衰老，降低了Vc等營養物質的損耗。Olivas等［26］以海藻酸鈉和亞油酸制成復合保鮮液，在常溫貯藏條件下，對＇Gala＇蘋果進行保鮮處理。研究表明，海藻酸鈉-亞油酸復合保鮮液能涂覆在蘋果表面，形成一層保護膜，具有透亮、鮮艷的外觀，能抵抗微生物對果實的侵染，延緩了果實的變質和腐爛進程，該復合膜對氣體有較好的選擇透過性，抑制了蘋果的呼吸作用，降低了果實營養物質的消耗，有效的延長了＇Gala＇蘋果的貯藏期。

3.3 海藻酸鈉+納米材料涂膜保鮮水果

在海藻酸鈉涂膜材料中添加納米材料來強化保鮮效果已成為當前的研究熱點，添加納米材料能增強保鮮劑的抑菌性和抗氧化性能，提高膜與基體之間的結合強度，改善成膜的氣密性。Michel等［31］的研究表明:將納米SiOx顆粒加入到涂膜劑中，其中的硅氧鍵對CO2和O2具有吸附、溶解、擴散和釋放作用，對CO2和O2的通透性有很好的調控能力，從而可以抑制果蔬的呼吸強度，起到保鮮作用。同時，加入納米SiOx還可以提高膜的力學性能及保濕性。賈利蓉等［27］以海藻酸鈉/納米二氧化硅作為復合涂膜劑，結合低溫貯藏，對枇杷進行涂膜處理。結果表明，海藻酸鈉/納米二氧化硅復合材料具有較強的氣體選擇滲透性，能夠保持膜內部始終處于低O2高CO2的微環境，抑制了枇杷的呼吸強度，有效的減少了枇杷營養成分的損失和褐變的發生，維持了果粒飽滿堅挺的外觀，較好的延緩了貯果細胞中SOD等抗氧化酶活性的降低和抑制枇杷果實生理生化功能的衰退和組織的損傷，延長了貯果的貨架期。

4 問題和展望

雖然目前關于海藻酸鈉涂膜保鮮水果的應用研究日益增多，但從現有的文獻報道看，還存在一些問題，主要表現在以下幾個方面:

(1)不同的水果具有不同的貯藏特性，對特定的水果進行保鮮時的最優配方難以確定，在選擇保鮮劑濃度時，往往要反復的嘗試。當涂膜劑濃度太低時，涂覆在水果表面的薄膜太薄，阻氣效果不好;當涂膜劑濃度過高時，保鮮液的黏度偏大，涂覆在水果表面后不容易干燥，易滋生微生物，也容易導致涂膜不均勻，涂膜過厚會影響水果的呼吸強度，加快水果腐爛的進程。

(2)關于水果浸泡時間的選擇、海藻酸鈉及其衍生物的分子量大小對水果貯藏保鮮效果的研究還不夠深入。

(3)作為涂膜材料的海藻酸鈉雖然具有成膜性和阻氣性較好的特點，但膜的機械強度和對一些微生物的抑制方面還存在不足，需要采用蛋白質和脂質等材料與其復配，因此對于復合膜的研制，還有待進一步的實驗和研究。

(4)海藻酸鈉涂覆在鮮切水果后直接食用，存在口感不佳，有澀味等缺陷。

(5)關于海藻酸鈉其衍生物在水果貯藏保鮮中應用的安全性尚存在爭議。大量毒理實驗表明，海藻酸鈉無明顯毒副作用或幾乎無毒，口服海藻酸鈉是安全的。但近些年又有研究者提出，低分子質量海藻酸鈉對實驗鼠的腎組織存在明顯毒性，可阻礙脂肪和其他營養成分的吸收，導致脂溶性纖維素的缺乏以及鈣的代謝異常。

今后關于海藻酸鈉保鮮劑的研究方向可以圍繞以下方面展開:

(1)完善應用海藻酸鈉及其衍生物來制備不同水果涂膜材料的工藝參數，研制開發相應的加工設備，盡快實現工業化生產。

(2)進一步研發出水溶性、膜的機械強度、抑菌效果更加理想的海藻酸鈉衍生物及其復合材料。

(3)對海藻酸鈉及其衍生物作為涂膜材料在水果貯藏保鮮中的應用，進行風險評估和毒理學實驗，為今后工業化生產提供依據。

我國沿海地區遼闊，海藻酸鈉來源非常豐富，海藻酸鈉保鮮劑的研制，不僅能充分利用我國豐富的海藻資源，使其變廢為寶，降低水果貯藏成本，提高經濟效益，還可以改善化學保鮮劑殘留給人體健康和環境帶來諸多負面的影響，具有非常廣闊的應用前景。

［1］ 修德仁.我國農產品保鮮產業的發展現狀［J］.農產品加工，2003(10):1－3.

［2］ 魏長賓，孫光明，李紹鵬，等.水果貯藏保鮮研究進展［J］. 熱帶農業科學，2005(3):67－69.

［3］ 童軍茂，李應彪，唐明翔.我國果蔬氣調保鮮產業存在的問題及發展對策［J］.食品科技，2002(9):64－65.

［4］ Ouattara B，Simard R E，Piette G，et al.Dilusion of acetic and propionicacidsfrom chitosan-based antimicrobial packaging flms［J］.Journal of Food Science，2000，65:768–773.

［5］ 周曉薇，王靜，顧鎳，等.植物精油對果蔬防腐保鮮作用研究進展［J］.食品科學，2010，31(21):427－430.

［6］ Chien P J，Sheu F，Yang F H.Effect of edible chitosan on quality and shelf life of sliced mango fruit［J］.Journal of Food Engineering，2005，29:23 －29.

［7］ 劉亞平，焦凌霞.殼聚糖在鮮切果蔬保鮮中的應用進展［J］.河北農業科學，2008，12(8):81－83.

［8］ 盧秀彬，劉倍毓，鐘耕，等.魔芋葡甘聚糖涂膜在果蔬保鮮上的應用［J］.食品工業科技，2011，32(3):450－452.

［9］ 歐陽海平，徐爾尼，彭揚.茁霉多糖在果蔬保鮮應用的研究［J］.江西化工，2010，(1):113－118.

［10］ 段丹萍，魯麗莎，王海宏，等.果蔬涂膜保鮮技術研究現狀與應用前景［J］.保鮮與加工，2009，55(6):1－6.

［11］ 張霽紅。果蔬采后涂膜保鮮處理技術［J］.甘肅農業科技，2005(8):31－33.

［12］ 詹現璞，吳廣輝.海藻酸鈉的特性及其在食品中的應用［J］.食品工程，2011，(1):7－9.

［13］ 寇偉蛟，劉軍海.海藻酸鈉提取工藝的研究進展［J］.化工科技市場，2009，32(3):14 －16.

［14］ Chanthaphon S，Chanthachum S，Hongpattarakere T.Antimicrobial activities of essential oils and crude extracts from tropical Citrus spp［J］.Against food-related microorganisms.Songklanakarin Journal of Science and Technology，2008，30:125－131.

［15］ Ayranci E，Tunc S.A method for the measurement of the oxygen permeability and the development of edible flms to reduce the rate of oxidative reactions in fresh foods［J］.Food Chemistry，2003，80:423 –431.

［16］ Georgantelis D，Ambrosiadis I，Katikou P，et al.Effect of rosemary extract，chitosan and a-tocopherolon microbiological parameters and lipid oxidation of fresh pork sausages stored at 4 C［J］.Meat Science，2007，76:172 －181.

［17］ 肖茜，童群義.普魯蘭多糖/海藻酸鈉/羧甲基纖維素鈉復合可食用包裝膜性能的研究［J］.食品工業科技，2009，30(5):286 －292.

［18］ Marta Montero-Calderón，María Alejandra Rojas-Graü，Olga Martín-Belloso.Effect of packaging conditions on quality and shelf-life of fresh-cut pineapple［J］.Postharvest Biology and Technology，2008，50:182 －189.

［19］ 宗會，徐照麗，胡文玉.海藻酸鈉涂膜對蘋果的保鮮效果［J］.貯運保鮮，2000(1):18－19.

［20］ 曾慶祝，許慶陵.褐藻酸鈉涂膜劑的特性研究［J］.大連水產學院學報，1996，11(1):65－69.

［21］ Oberyukhtina I A，Bogolitsyn K G，Popova N P.Physicochemical properties of solutions of sodium alginate extracted from brown algae laminaria digitata［J］.Russian Journal of Applied Chemistry，2001，74(10):1 645 －1 649.

［22］ 劉嘉俊.海藻酸鈉保鮮芒果的研究［J］.現代食品科技，2009，25(6):650 －652.

［23］ 葛玉萍，曹有龍，許興，等.不同厚度保鮮膜對枸杞果實品質的影響［J］.安徽農業科學，2008，36(20):8 805－8 806.

［24］ 任玉鋒，馬玉賢.海藻酸鈉涂膜對靈武長棗低溫保鮮效果的影響［J］.安徽農業科學，2009，37(15):7 175－7 176.

［25］ Tapia M S，Rojas-Grau M A，Carmonac A.Use of alginateand gellan-based coatings for improving barrier，texture and nutritional properties of fresh-cut papaya［J］.Food Hydrocolloids，，2008，22:1 493 －1 503.

［26］ Olivas G I，Mattinson D S，Barbosa-C'anovas G V.Alginate coatings for preservation of minimally processed‘Gala’apples［J］.Postharvest Biology and Technology，2007，45:89 －96.

［27］ 賈利蓉，夏娟，周南，等.水解膠原/海藻酸鈉/納米粒子復合保鮮液用于水果涂膜保鮮的研究［J］.食品與機械，2008，24(1):46 －49.

［28］ 祝美云，林順順.海藻酸鈉復合膜對鮮切貢梨貯藏品質的影響［J］.食品與機械，2009，25(6):37－39.

［29］ Rosa M Raybaudi-Massilia，Jonathan Mosqueda-Melgar，Olga Martín-Belloso.Edible alginate-based coating as carrier of antimicrobials to improve shelf-life and safety of fresh-cut melon［J］.International Journal of Food Microbiology，2008，121:313 －327.

［30］ Oms-Oliu G，Soliva-Fortuny R，Marti'-Belloso O.Using polysaccharide-based edible coatings to enhance quality and antioxidant properties of fresh-cut melon［J］.Food Science and Technology，2008，41:1 862 －1 870.

［31］ Michel Boissière，Joachim Allouche，Corinne Chanéac，et al.Potentialities of silica/alginate nanoparticles as Hybrid Magnetic Carriers［J］.International Journal of Pharmaceutics，2007，344:128 –134.