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中国精品科技期刊2020

纳米材料在人参、蔬菜和水果保鲜中的应用

王荣灿, 王馨翊, 曲正义, 金琨, 李亚丽

王荣灿,王馨翊,曲正义,等. 纳米材料在人参、蔬菜和水果保鲜中的应用[J]. 食品工业科技,2023,44(10):436−443. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022080043.
引用本文: 王荣灿,王馨翊,曲正义,等. 纳米材料在人参、蔬菜和水果保鲜中的应用[J]. 食品工业科技,2023,44(10):436−443. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022080043.
WANG Rongcan, WANG Xinyi, QU Zhengyi, et al. Application of Nanomaterials in Preservation of Ginseng, Vegetable and Fruit[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(10): 436−443. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022080043.
Citation: WANG Rongcan, WANG Xinyi, QU Zhengyi, et al. Application of Nanomaterials in Preservation of Ginseng, Vegetable and Fruit[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(10): 436−443. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022080043.

纳米材料在人参、蔬菜和水果保鲜中的应用

基金项目: 吉林省发改委产业技术研究与开发专项(2021C040-2);吉林省科技厅重点专项(20210204178YY)。
详细信息
    作者简介:

    王荣灿(1997−),女,硕士,研究方向:食药分析及质量评价,E-mail:can1939958416@163.com

    通讯作者:

    李亚丽(1981−),女,博士,研究员,研究方向:食药分析及质量评价,E-mail:Yalilee@126.com

  • 中图分类号: TS205.9

Application of Nanomaterials in Preservation of Ginseng, Vegetable and Fruit

  • 摘要: 近年来纳米材料发展迅速,由于其具有易加工、韧性强、能吸附和抑菌活性强等优良特性,在果疏等食品保鲜方面应用广泛。本文从纳米材料的制备及特性,人参、蔬菜和水果等食品的纳米涂膜复合保鲜和纳米包装材料保鲜等方面进行综述,通过与普通保鲜材料对比发现了纳米涂膜保鲜材料和纳米包装保鲜材料的强抑菌活性、高抗氧化活性、高VC和叶绿素保持率、低失重率、绿色环保、易降解和抑制木质化劣变现象等优势。纳米保鲜材料主要通过形成高CO2高湿和低O2的环境,减弱呼吸作用,降低食品腐烂率,延长食品货架期。此外纳米保鲜材料还存在纳米迁移和细胞毒性等问题,未来要加强对纳米材料的安全性能评价,期望本文为纳米材料在人参等食品保鲜中的应用提供科技支撑。
    Abstract: Nanomaterials have developed rapidly in recent years and have been widely used in the preservation of foods such as fruit and vegetable because of their easy processing, toughness, ability to adsorb and strong antibacterial activity. This paper reviews the preparation and characteristics of nano materials, the preservation of ginseng, vegetable and fruit by nano-coating and nano-packaging materials. By comparing with ordinary preservation materials, the strong antibacterial activity, high antioxidant activity, high vitamin C and chlorophyll retention, low weight loss rate, green environment, easy degradation and inhibition of lignification deterioration of nano-coated film preservation materials and nano-packaging preservation materials are highlighted. The advantages of nano-packaging preservation materials can reduce the rate of food spoilage and prolong the shelf life of food by forming an environment with high CO2, high humidity and low O2, which weakens respiration. In addition, nano-preservation materials have problems such as nano-migration and cytotoxicity, and the evaluation of the safety performance of nanomaterials should be strengthened in the future. This paper provides scientific and technological support for the application of nanomaterials in the preservation of ginseng and other food.
  • 随着绿色、环保、健康意识的不断深入,人们对于食品的品质和储藏效果提出了更高的要求[1],进而推动了保鲜方法的发展和更新。气调保鲜、低温贮藏、辐照保鲜和覆膜保鲜等是最常用的食品保鲜方法[2-4],但现有的保鲜工艺和保鲜技术大多较为复杂,成本较高,且保鲜效果不太理想,因此亟需发展新的高效食品保鲜方法。

    人参作为新资源食品,在膳食保健和食品开发等领域应用广泛。研究表明人参具有免疫调节、抗肿瘤、抗辐射及降血糖等生物活性[5-7],鲜参的生物活性更强[8],食用和加工更方便,所以鲜参的需求量逐渐增大。目前鲜参主要分为新鲜人参和保鲜人参两种,但新鲜人参的供应存在着较强的季节性、区域性及本身的易腐性,所以鲜参主要是保鲜人参。果蔬由于含水量较高,采收后呼吸和蒸腾作用并不会停止,仍然会消耗内部的营养物质,导致失水和腐烂等现象[9],严重影响食品品质,造成食品资源的大量浪费,因此亟需发展更绿色高效的食品保鲜方法。

    纳米材料作为一种前沿性和交叉性的新兴材料日渐成为研究的热门领域,其与普通材料相比,具有耐热、抑菌、抗氧化和拉伸强度高等优势[10-11]。纳米材料的几何尺寸位于1~100 nm,是处于亚稳态的物质,并且比表面积大,粒径小,表面原子比例高,具有独特的电子运动状态和表面效应,表现出宏观量子隧道效应和量子尺寸效应,这些结构上的特点使其具有极强的吸附性、韧性、抑菌活性和防腐保鲜等功能[12-13]。因此不仅可以将其制成纳米涂膜复合保鲜材料直接作用于需要保鲜的食品,还能制成纳米包装材料,增强包装材料的保鲜效果,进而对食品进行保鲜,两种纳米保鲜方法的合成及应用步骤详见图1。将纳米材料应用于食品保鲜能更好地维持食品品质、延长货架期,从而提高保鲜效果,减少经济损失。本文综述了纳米保鲜材料在人参、蔬菜和水果等植物食品保鲜方面的应用,从纳米涂膜复合保鲜材料和纳米保鲜包装材料两个方面分别综述了纳米材料在各个领域的保鲜效果,充分展现了纳米材料的保鲜优势,期望为纳米材料在食品保鲜中的进一步应用提供科学依据。

    图  1  两种纳米保鲜材料的合成及应用图
    Figure  1.  Synthesis and application of two nano-preservation methods

    纳米材料应用于食品保鲜主要有涂膜保鲜和包装材料保鲜两种方式,纳米包装材料主要包括纳米分子筛保鲜薄膜、纳米银保鲜薄膜和纳米TiO2保鲜薄膜等,纳米银和纳米TiO2等是最常用的纳米涂膜复合保鲜材料。纳米保鲜包装材料与普通包装材料的对比见表1,对比发现纳米包装材料保鲜效果更好,更绿色环保,是符合可持续发展的更优质新型保鲜材料。

    表  1  普通包装材料与纳米包装材料优缺点的对比
    Table  1.  Comparison of advantages and disadvantages of ordinary packaging materials and nano-packaging materials
    包装材料常用类型缺点优点参考文献
    普通材料PE、低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚酰胺等透气性差,厚度大、机械性能差,无抑菌作用、难降解、不环保携带方便,透明度高、热封性能好[10,13]
    纳米材料纳米分子筛保鲜薄膜、纳米银保鲜薄膜和纳米TiO2保鲜薄膜等透明性低、热封性能差抗菌、低透氧率、耐热耐侵蚀性强、可阻隔二氧化碳、抗氧化和拉伸强度高,绿色环保、易降解[11-12,14]
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    纳米保鲜材料具有很强的抑菌效果,可显著提高人参等食品的保鲜效果并延长货架寿命,应用前景广阔[14-16]。将纳米粒子(nanoparticles, NPs)加入保鲜材料能够改善其阻隔性能、机械强度、热性能和功能性能,常用的制备纳米复合保鲜材料的制备方法有原位聚合法、溶胶-凝胶法、熔融制备法和溶液共混法等[17]。由于纳米粒子与其他基质接触时倾向于形成团聚物,纳米颗粒容易堆叠和不完全剥落[18],所以制备纳米复合保鲜材料时要将纳米填料均匀分散。

    Choi等[19]通过熔融制备法将聚丙烯、有机粘土和马来化聚丙烯制成聚丙烯/粘土纳米复合材料,研究表明与聚丙烯相比,纳米复合材料具有更优的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,并且随着粘土浓度的增加,熔化和降解温度也逐渐上升。Duan等[20]为了提高纳米复合薄膜的性能,扩大抗真菌活性,将不同质量浓度的TiO2 NPs通过溶液共混法加入到魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan, KGM)和k-角叉菜胶(k-carrageenan, KC)中,制成KC/KGM/TiO2纳米保鲜材料,研究表明TiO2 NPs的添加增强了其热稳定性、紫外线阻隔性能、力学性能、水蒸气渗透性和疏水性。Balasubramanian等[21]用同样的方法制得了高弹性、高抑菌活性和可拉伸的紫外线防护纳米复合薄膜。陈方飞等[22]通过研究原位聚合法制备纳米改性聚合物发现该法中纳米粒子的相容性和分散性较好,合成纳米材料的机械性能均有所提高。Sun等[23]制备了来自木材、甘蔗和蟹壳的可持续纳米材料(Sustainable nanomaterials,SNM),比较了它们对草莓的保鲜效果,涂层纳米材料在一定程度上抑制了重量损失,还能保护水果免受紫外线损伤,所有SNM涂层均表现出良好的抗真菌活性,有助于保持水果的新鲜度。研究表明,木材纳米晶和壳聚糖纳米纤维共混物在抗真菌活性和变色延迟方面表现出最佳性能,该研究为开发水果包衣系统以延长其保质期开辟了新的方法和思路。几种纳米复合保鲜材料的制备方法对比如表2所示,由表可知NPs的加入均能够改善保鲜材料的性能及保鲜效果,但实际制备时应根据原料特性选择最优的制备方法。

    表  2  四种纳米复合保鲜材料制备方法优缺点的对比
    Table  2.  Comparison of advantages and disadvantages of the four preparation methods of nano-composite preservation materials
    制备方法优点缺点参考文献
    熔融制备法拉伸强度、弯曲强度和冲击强度高,相容性较好操作繁琐,温度较高,耗能较高[19]
    溶液共混法操作简便,均匀性好,热稳定性、机械性和水阻隔性、弹性、抑菌活性高和可拉伸的紫外线防护效果薄膜透明度较差,薄膜结构完整性降低[2021]
    原位聚合法操作简便,均匀性好,纳米粒子的相容性和分散性较好,合成纳米材料的机械性能好光、仿生与智能方面的研究还不够深入,未实现大规模工业化生产[22]
    溶胶-凝胶法相容性较好,抗真菌活性和紫外防护效果好操作繁琐[23]
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    人参作为珍贵的药食两用植物,备受关注。鲜参易于加工、食用和吸收,还能够最大限度地保存人参中的生物活性物质。目前常用的人参保鲜方法有辐照保鲜、沙藏保鲜和生物保鲜剂贮藏等[24-25],贾璐璐等[26]研究低温下采收地土壤、蛭石和珍珠岩等对鲜参的保鲜效果,研究发现珍珠岩4 ℃保鲜6个月时保鲜参外观仍旧较好且栽种能够成活,并且保鲜参中SOD酶和POD酶活性较其他保鲜处理组低。Hu等[27]研究发现人参在聚氯乙烯膜0 ℃限气保鲜条件下,能够保鲜210 d。王聪[28]制备了一种淀粉涂膜保鲜剂,其最佳辅助剂配方是1.5%的海藻酸钠、1.0%的柠檬酸、0.005%的肉桂精油,研究表明该涂膜保鲜方法在4 ℃保鲜时能够减少阶段失重率和总人参皂苷含量。Gao等[29]通过用60Co-γ或2和4 kGy剂量电子束辐照鲜人参,从而实现人参保鲜的目的,研究发现较低的辐照剂量和低温的组合是延长新鲜人参货架期的最佳条件,并且不会损害其成分,其中保鲜120 d时2 kGy电子束辐照鲜参的腐烂率最低,人参总皂苷和氨基酸含量最高。这是目前研究常用的人参保鲜方法,保鲜效果基本满足现在的需求,但是随着绿色和可持续发展的深入,绿色、高效无害的、新的保鲜方法也在不断开发,纳米材料保鲜就是一个新的研究方向,它不仅保鲜效果好,还能减轻环境危害。Kang等[30]研究壳聚糖-ZnO NPs食用涂层对高丽参(wild-simulated Korean ginseng, WsKG)的保鲜作用,研究表明0.03%的ZnO NPs被认为具有最佳的抗菌效果,并且6周时微生物浓度低于限值。ZnO NPs能穿透细菌的细胞,从而破坏蛋白质、DNA和脂质,破坏细胞膜或引起细胞裂解,产生应激自由基,5 ℃保鲜时,涂膜的WsKG质量优于对照。虽然目前关于纳米材料在人参保鲜方面的应用研究较少,但是随着绿色可持续性发展的要求以及其在保鲜方面研究的不断深入,纳米材料逐渐能够广泛应用到人参等药食同源药材的保鲜中,延长鲜用药材的保鲜时间,并且该种方法保鲜人参不仅可以维持鲜参中活性成分的含量,降低活性成分降解程度,还能够维持人参外观、色泽和浆气,增加其经济价值。不同人参保鲜方法的贮藏条件、保鲜时间、保鲜效果和保鲜材料的组成对比见表3

    表  3  不同人参保鲜方法对比
    Table  3.  Comparison of different methods of ginseng preservation
    保鲜方 法保鲜材料的组成保鲜温度保鲜时间保鲜效果参考文献
    沙藏保鲜土壤、蛭石和珍珠岩4 ℃6 个月珍珠岩保鲜人参中皂苷、蛋白含量较高, 参体外观品相完好,具有成活能力;SOD酶和POD酶活性较低[26]
    气调保鲜聚氯乙烯膜0 ℃210 d抑制呼吸速率,降低质量损失率和腐烂率,总皂苷、还原糖和果胶含量较高[27]
    涂膜保鲜海藻酸钠、柠檬酸、肉桂精油等4 ℃ 25 ℃150 d4 °C保鲜人参失重率较低,总皂苷含量较25 °C高[28]
    辐照保鲜60Co-γ或2和4 kGy电子束2 ℃120 d2 kGy电子束失重率较低,人参总皂苷和氨基酸含量最高[29]
    纳米涂层保鲜壳聚糖和纳米ZnO5 ℃/抑菌效果好,未包衣的4周出现霉菌,包衣的6周内未出现,6周时微生物浓度低于微生物限值[30]
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    蔬菜在贮藏和运输过程中经常会出现变质甚至是腐烂,严重影响蔬菜的经济价值,因此蔬菜保鲜格外重要[31]。陈韵洁等[32]通过正交试验得出纳米保鲜涂膜液的最佳质量浓度,壳聚糖、纳米蒙脱石粉和乳清分离蛋白分别为20、12和60 g/L。研究表明“心香”甘薯的贮藏保鲜能降低甘薯的失重率和淀粉含量损失,减弱甘薯的代谢作用。纳米复合涂膜能够抑制微生物的生长,是因为具有独特多层结构的蒙脱石可以改善原有的水蒸气屏障,使扩散途径更加曲折,进而降低水蒸气透过率,Maria等[33]利用乳酸菌聚合物/蒙脱石纳米颗粒复合涂膜保鲜草莓也得到了相似的结论。研究发现浓度较低的壳聚糖膜力学性能较差,易断裂,会使部分甘薯表面裸露,削弱保鲜效果,引入蒙脱石后,壳聚糖膜的抗菌和抗氧化性得到了改善,并增强了膜的强度,这与Afonso等[34]的研究结论一致。由此可见,纳米涂膜保鲜材料能够改善抑菌和抗氧化性能,增强保鲜效果。

    传统包装材料存在难降解、污染重和毒害大等缺点[35],新型纳米包装材料抑菌和保鲜效果好,大多可降解更加绿色环保。近年来有很多关于蔬菜的纳米保鲜包装材料的研究,马宁等[36]将一种含纳米银、纳米TiO2和高岭土的食品用纳米包装材料应用到生菜保鲜中,研究表明保鲜14 d时,纳米包装材料保鲜的生菜质量损失率显著低于普通包装材料(P<0.01),且在贮藏前期能显著地保持叶绿素含量(P<0.05),VC含量下降从前期急剧降低到后期逐渐平缓,其对VC的保藏效果优于普通包装材料 ,且能减缓酶促褐变。李志啸等[37]将纳米银、纳米TiO2、纳米凹凸棒土和纳米SiO2等加入到包装材料里制得一种纳米聚乙烯膜(Poly ethylene, PE),在(4±0.5) ℃、相对湿度90%±5%贮藏条件下,研究表明纳米包装材料能够通过延缓硬度下降来保持双菇菌的质地,与普通PE材料相比,纳米包装材料的透氧率和透湿率更低,使包装袋中能够形成低氧和高湿的环境,从而降低了双孢菇呼吸强度和褐变程度,延缓了双孢菇细胞壁中木质素、纤维素和几丁质含量的增加及双孢菇的老化,降低了细胞壁的代谢速率。Xing等[38]研究加入抗菌剂纳米TiO2的聚乳酸膜对油菜的保鲜效果,结果表明4% TiO2聚乳酸抗菌膜对金黄色葡萄球菌的抑菌率为91.3%,对大肠杆菌的抑菌率为90.8%,能显著延长油菜的贮藏保质期。马清华等[39]研究不同质量分数SiO2/TiO2 NPs的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)基纳米复合膜对双胞菇的保鲜效果,研究表明1% TiO2纳米复合膜比其他纳米复合膜处理的双孢菇的白度高,能够达到86.18,能更好地抑制呼吸作用和减少水分蒸发,并且有良好的抗菌作用。

    Zhang等[40]研制的魔芋葡甘聚糖/角叉菜胶纳米SiO2包装膜,将新鲜双孢菇的保质期从5 d延长至12 d,保持其白度、视觉外观和硬度,还能够控制采后的新陈代谢和衰老,降低了双孢菇的呼吸速率,从而延长其保质期并保持其质量,有效延长了双孢菇的货架期,Duan[20]和Yan等[41]也证明了纳米包装膜的抑菌作用和保鲜效果。综上所述,纳米保鲜包装材料与普通包装材料比透氧率和透湿率更低,抑菌率更高,保鲜效果更佳,不同纳米保鲜包装材料的保鲜效果对比见表4

    表  4  蔬菜纳米保鲜包装材料的保鲜效果对比
    Table  4.  Comparison of fresh-keeping effect of vegetable nano fresh-keeping packaging materials
    纳米保鲜包装材料组成保鲜蔬菜种类保鲜条件保鲜时间保鲜效果参考文献
    纳米银、纳米TiO2、高岭土和PE生菜温度:4 ℃14 d质量损失率、丙二醛含量、多酚氧化酶比活力低于普通包装,VC和叶绿素含量高于对照组[36]
    纳米银、纳米TiO2、纳米凹凸棒土、纳米SiO2和PE双孢菇温度:4±0.5 ℃相对湿度:90%±5%10 d较好地保持双孢菇的质地,抑制子实体的自溶、木质化劣变的现象,延长贮藏时间[37]
    纳米TiO2和聚乳酸膜油菜温度:23 ℃8 d抑菌性能强,呼吸速率和腐烂率低于聚乳酸膜对照组[38]
    魔芋葡甘聚糖/角叉菜胶纳米SiO2双孢菇温度:4±1 ℃12 d减少了水分和气体的转移,降低了双胞菇的呼吸,延缓衰老和质量恶化[40]
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    水果极易腐烂,如果采后和运输过程中不能采用合适的保鲜方法保鲜会引起食品变质,从而造成大量的经济损失,所以采后水果保鲜非常重要[42]。水果涂膜保鲜是在水果表面形成一层薄膜,进而减弱水果的呼吸作用[43-44]。将纳米材料应用于水果保鲜可以催化加速水果贮藏中产生的乙烯等气体的氧化分解,降低水果的衰变速度[45]

    Jung等[46]研究生物纳米复合材料对水果的保鲜作用,选取三种呼吸跃变型水果(香蕉、鳄梨和木瓜)及一种非呼吸跃变型水果(草莓),购买8~11 d后,未包衣的呼吸跃变型水果在外部均显示酶促褐变和腐烂,而涂层样品保持外观超过一周,并且涂层水果内部的成熟度较低。在非呼吸跃变型水果里也证实了涂层能够保持易腐水果的新鲜度,维持其硬度和可缩性。吕佳美悦[47]将羧甲基壳聚糖/纳米SiO2复合膜和羧甲基壳聚糖/纳米ZnO复合膜的保鲜效果进行对比,研究表明它们均能够延长草莓和冬枣的货架期,后者的效果稍好于前者。纳米涂膜复合保鲜材料在表面能形成限气层,减弱呼吸作用,还能减少水分蒸发,从而减弱衰老和萎蔫进程[48],从而延长其货架期。

    曾丽平等[49]研究添加具有抑菌作用的纳米TiO2的壳聚糖涂膜液联合外源NO对枇杷的保鲜效果,发现0.05 mmol/L外源NO能减缓采后冷藏枇杷果实的木质化进程,减少冷害的发生;保鲜75 d时外源NO联合纳米TiO2涂膜保存的枇杷的菌落总数、质量损失率和腐烂率都很低,还减弱了木质化败坏,表明其具有良好的枇杷保鲜效果。张蓓等[50]研究发现蜂胶/纳米SiO2复合涂膜可延缓圣女果中自由基的产生速率,保持清除酶的活性,抑制引起果实褐变及软化的多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶和纤维素酶的活性[51-52]

    精油因其强大的抗菌和抗氧化活性而应用于食品保鲜备受关注[53-54]。Chu等[55]开发了一种用于草莓储存的肉桂精油纳米乳液的支链淀粉涂层,纳米乳液基涂料在减少质量损失、硬度、总可溶性固体含量、酸度以及控制水果储存过程中真菌和细菌的生长方面比其他涂料效果更佳。纳米材料涂膜保鲜水果的研究效果对比见表5,综上所述纳米涂膜保鲜材料不仅可以降低水果的失重率和腐烂率,增强抑菌活性,还能够减慢果实的褐变和软化,延长水果的贮藏期和货架期。

    表  5  纳米涂膜保鲜在水果保鲜中的研究对比
    Table  5.  Comparison of studies on the preservation of fruits by nano coating
    保鲜材料组成水果种类保鲜条件保鲜时间涂层作用参考文献
    纤维素纳米晶、甘油、蛋清和蛋白等香蕉,鳄梨、草莓和木瓜常温8~11 d维持果实硬度、可压缩性和成熟率,降低酶促褐变和腐烂率[46]
    羧甲基壳聚糖、丙三醇、纳米SiO2和纳米ZnO等草莓和冬枣室温草莓5 d冬枣10 d降低失重率,减缓可滴定酸度和VC的减少[47]
    壳聚糖、外源NO和纳米SiO2枇杷4±1 ℃75 d降低菌落总数、质量损失率和腐烂率,减弱木质化败坏[48]
    明胶、甘油、蜂胶和纳米SiO2圣女果4 ℃18 d抑制了PPO、多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶和纤维素酶等酶活性变化[49]
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    将纳米材料加入到原有的保鲜膜中制得新的复合纳米膜,并将它应用于保鲜中,不仅可以改善原有保鲜膜的韧性,还能够增加复合纳米膜的抑菌作用[56-57]。隋思瑶等[58]采用热压法制备包含司班-20、吐温-20和纳米TiO2的PE防雾膜,并将其应用于草莓保鲜。研究表明该PE防雾膜保鲜的草莓的硬度和可溶物含量显著高于其他PE薄膜组,表明该PE防雾包装材料对草莓具有保鲜作用。吴黎明等[59]通过研究发现采用喷涂纳米保鲜H-Sol溶液的包装纸单果包装的夏橙的好果率和内在品质都优于对照组、包装箱底放置喷涂纳米材料的特制蜂窝纸组和在包装箱隔板和内壁喷涂的纳米材料组,研究表明在贮藏过程中纳米包装材料能够抑制霉菌的生长,起到保鲜效果。综上所述,纳米材料的抑菌作用减少了水果的腐烂率。于子越等[60]利用纳米银的抑菌作用,将其用于食品储藏,效果显著。

    Yang等[61]为了制得相对湿度较低、透氧率高、纵向强度高的新型保鲜包装材料,将纳米粉体(纳米银、高岭土、锐钛矿TiO2和金红石TiO2)加入到PE中制得新型包装材料,并将其用于草莓的保鲜贮藏,4 ℃保鲜12 d后纳米包装材料的总可溶性固形物含量、可滴定酸度和抗坏血酸含量的降低受到显著抑制,保鲜效果显著优于普通PE对照组。罗自生等[62]研究纳米SiO2改性的低密度聚乙烯(Low density polyethylene, LDPE)膜对新鲜草莓贮藏期间生理和品质的影响,研究表明保鲜14 d后其抗氧化酶活性较高,活性氧自由基积累较少;还能够减缓硬度和可滴定酸含量的下降及腐烂指数的上升,使贮藏后期含有较多的抗坏血酸和总酚。张瑶等[63]也证明了加入纳米Ag粉和纳米SiO2均能够延长货架期和保存果实内VC的含量。

    Li等[64]用纳米TiO2粉制备一种LDPE包装材料,研究其对草莓果实品质和抗氧化能力的影响。研究表明LDPE与对照组相比能迅速形成高CO2低O2的环境,能够显著抑制草莓腐烂,降低失重率,减缓硬度、可滴定酸和抗坏血酸含量的降低,并且LDPE中参与活性氧清除的抗氧化酶的活性在贮藏后期显著高于对照组,保鲜效果更好。综上所述,常用改性保鲜膜的纳米材料纳米银、纳米SiO2和纳米TiO2均能够改善包装材料的特性,从而改变包装膜的透湿透氧性,增强其抑菌作用,使其保鲜效果更加佳。

    食品保鲜效果评价是反映保鲜效果好坏的重要指标,综合以上文献可以得出,常用的食品保鲜效果评价方法分为两类,分别是外观评价和内在品质评价,外观包括硬度、失重率、好果率和腐烂率等,内在品质包括各种生物活性酶、水果蔬菜中的叶绿素含量、可溶性固体含量、可滴定酸和VC含量,以及人参中的总皂苷、还原糖、蛋白质和氨基酸含量等。通过保鲜前后和对照组比较确定保鲜后食品的活性成分含量,进而确定保鲜效果和保鲜方法的优劣。

    纳米保鲜材料能在食品表面形成致密的薄膜,并且该膜具有选择通过性,可以在食品表面形成高CO2、高湿和低O2的环境,从而减弱食品的呼吸作用,减少食品的内耗,增强抑菌活性,降低食品腐烂率,延长食品货架期。目前纳米保鲜材料已经越来越多的应用于食品保鲜中,但还存在一些问题,如纳米迁移[65],它会把纳米材料中的物质运输到保鲜材料中;另外纳米保鲜材料的安全问题也是一个关键问题[66-67],纳米材料的细胞毒性还有待进一步的深入研究[68-69],因此需要加强安全性能评估为纳米保鲜材料在食品保鲜方面的应用保驾护航。并且随着纳米材料在果蔬保鲜应用的不断深入,在应用中出现的问题和弊端也可以为其在鲜用药材保鲜方面起到指导作用,将纳米保鲜方法与多种保鲜方法交叉运用,择其优点,最大限度保留鲜用药材的活性成分。

    目前纳米保鲜材料还有一些问题亟待解决,相信随着研究的不断深入和安全评价体系的完善,纳米材料保鲜技术将更加成熟。研制更优、更绿色环保的纳米保鲜材料,改善现有保鲜方法的缺点及实际生产和应用中的不足之处,这些与纳米保鲜材料的研发和应用相关的研究都将是今后的热点。

  • 图  1   两种纳米保鲜材料的合成及应用图

    Figure  1.   Synthesis and application of two nano-preservation methods

    表  1   普通包装材料与纳米包装材料优缺点的对比

    Table  1   Comparison of advantages and disadvantages of ordinary packaging materials and nano-packaging materials

    包装材料常用类型缺点优点参考文献
    普通材料PE、低密度聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚酰胺等透气性差,厚度大、机械性能差,无抑菌作用、难降解、不环保携带方便,透明度高、热封性能好[10,13]
    纳米材料纳米分子筛保鲜薄膜、纳米银保鲜薄膜和纳米TiO2保鲜薄膜等透明性低、热封性能差抗菌、低透氧率、耐热耐侵蚀性强、可阻隔二氧化碳、抗氧化和拉伸强度高,绿色环保、易降解[11-12,14]
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    表  2   四种纳米复合保鲜材料制备方法优缺点的对比

    Table  2   Comparison of advantages and disadvantages of the four preparation methods of nano-composite preservation materials

    制备方法优点缺点参考文献
    熔融制备法拉伸强度、弯曲强度和冲击强度高,相容性较好操作繁琐,温度较高,耗能较高[19]
    溶液共混法操作简便,均匀性好,热稳定性、机械性和水阻隔性、弹性、抑菌活性高和可拉伸的紫外线防护效果薄膜透明度较差,薄膜结构完整性降低[2021]
    原位聚合法操作简便,均匀性好,纳米粒子的相容性和分散性较好,合成纳米材料的机械性能好光、仿生与智能方面的研究还不够深入,未实现大规模工业化生产[22]
    溶胶-凝胶法相容性较好,抗真菌活性和紫外防护效果好操作繁琐[23]
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    表  3   不同人参保鲜方法对比

    Table  3   Comparison of different methods of ginseng preservation

    保鲜方 法保鲜材料的组成保鲜温度保鲜时间保鲜效果参考文献
    沙藏保鲜土壤、蛭石和珍珠岩4 ℃6 个月珍珠岩保鲜人参中皂苷、蛋白含量较高, 参体外观品相完好,具有成活能力;SOD酶和POD酶活性较低[26]
    气调保鲜聚氯乙烯膜0 ℃210 d抑制呼吸速率,降低质量损失率和腐烂率,总皂苷、还原糖和果胶含量较高[27]
    涂膜保鲜海藻酸钠、柠檬酸、肉桂精油等4 ℃ 25 ℃150 d4 °C保鲜人参失重率较低,总皂苷含量较25 °C高[28]
    辐照保鲜60Co-γ或2和4 kGy电子束2 ℃120 d2 kGy电子束失重率较低,人参总皂苷和氨基酸含量最高[29]
    纳米涂层保鲜壳聚糖和纳米ZnO5 ℃/抑菌效果好,未包衣的4周出现霉菌,包衣的6周内未出现,6周时微生物浓度低于微生物限值[30]
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    表  4   蔬菜纳米保鲜包装材料的保鲜效果对比

    Table  4   Comparison of fresh-keeping effect of vegetable nano fresh-keeping packaging materials

    纳米保鲜包装材料组成保鲜蔬菜种类保鲜条件保鲜时间保鲜效果参考文献
    纳米银、纳米TiO2、高岭土和PE生菜温度:4 ℃14 d质量损失率、丙二醛含量、多酚氧化酶比活力低于普通包装,VC和叶绿素含量高于对照组[36]
    纳米银、纳米TiO2、纳米凹凸棒土、纳米SiO2和PE双孢菇温度:4±0.5 ℃相对湿度:90%±5%10 d较好地保持双孢菇的质地,抑制子实体的自溶、木质化劣变的现象,延长贮藏时间[37]
    纳米TiO2和聚乳酸膜油菜温度:23 ℃8 d抑菌性能强,呼吸速率和腐烂率低于聚乳酸膜对照组[38]
    魔芋葡甘聚糖/角叉菜胶纳米SiO2双孢菇温度:4±1 ℃12 d减少了水分和气体的转移,降低了双胞菇的呼吸,延缓衰老和质量恶化[40]
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    表  5   纳米涂膜保鲜在水果保鲜中的研究对比

    Table  5   Comparison of studies on the preservation of fruits by nano coating

    保鲜材料组成水果种类保鲜条件保鲜时间涂层作用参考文献
    纤维素纳米晶、甘油、蛋清和蛋白等香蕉,鳄梨、草莓和木瓜常温8~11 d维持果实硬度、可压缩性和成熟率,降低酶促褐变和腐烂率[46]
    羧甲基壳聚糖、丙三醇、纳米SiO2和纳米ZnO等草莓和冬枣室温草莓5 d冬枣10 d降低失重率,减缓可滴定酸度和VC的减少[47]
    壳聚糖、外源NO和纳米SiO2枇杷4±1 ℃75 d降低菌落总数、质量损失率和腐烂率,减弱木质化败坏[48]
    明胶、甘油、蜂胶和纳米SiO2圣女果4 ℃18 d抑制了PPO、多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶和纤维素酶等酶活性变化[49]
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-07
  • 网络出版日期:  2023-03-11
  • 刊出日期:  2023-05-14

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