澳洲坚果油和壳聚糖涂层在番茄储存过程中对番茄物理化学特性的协同效应

《JOURNAL OF FOOD QUALITY》：Synergistic Effect of Macadamia Nut Oil and Chitosan Coatings on Physicochemical Characteristics of Tomatoes During Storage

　　番茄果皮涂层对生理化学性质的影响及协同效应研究。采用随机完全设计法，比较了2.5%夏威夷坚果油+1%壳聚糖、1%坚果油单独及壳聚糖单独处理对冷藏（4℃）和常温（23.8-30℃）储存下番茄pH、可溶性固形物、总糖、叶绿素、脂质过氧化及硬度的影响。结果显示：1%坚果油涂层使总糖（28.72-60.2 mg/mL）、酸度（0.08-0.64 g/L）及硬度（130-355 N）变化率最低（p<0.05），而复合涂层在pH（3.95-4.3）、叶绿素（0.12-0.19 mg/100 mL）及脂质过氧化（13.5-19.71 meq/kg）指标上具有协同增效作用。对比分析表明，单独使用1%坚果油比复合涂层更优（p<0.05），但复合涂层在特定抗氧化和抑菌参数上更具优势。研究证实坚果油涂层在维持番茄品质方面具有经济可行的潜力，而壳聚糖的协同效应可能通过离子膜作用增强屏障功能。

　　本研究探讨了天然可食用涂层在番茄保鲜中的应用，特别是通过结合澳洲坚果油与壳聚糖来提升番茄的物理化学性质。由于全球范围内大量水果在从农民到消费者的过程中发生损失，寻找低成本且低毒性的保鲜方法变得尤为重要。研究采用了完全随机设计（CRD），设置了八个不同的处理组：S1（对照组），S2–S4（澳洲坚果油与壳聚糖的组合涂层），S5–S7（仅使用澳洲坚果油的涂层），以及S8（仅使用壳聚糖的涂层）。实验过程持续20天，分别在冷藏（4°C）和常温（23.8°C–30°C，65.8%–97.5% RH）环境下进行。结果显示，由2.5%体积百分比的澳洲坚果油与1%质量百分比的壳聚糖组成的混合涂层，在减缓pH值变化（从3.95升至4.3）、总叶绿素含量变化（从0.19 mg/100降至0.12 mg/100 mL）和脂质过氧化作用（从13.5 meq/kg升至19.71 meq/kg）方面表现出显著差异（p ≤ 0.05）。相比之下，仅使用1%体积百分比的澳洲坚果油在总可溶性固形物（TSS）和总糖含量的增加方面表现最佳，并且在可滴定酸度（TA）的下降方面也优于其他配方。

在进一步分析中，发现1%体积百分比的澳洲坚果油在大多数物理化学参数上表现出更高的平均差异（p < 0.05），这表明其在保持番茄品质方面优于混合配方。然而，混合配方在特定关键参数（pH、总叶绿素含量和脂质过氧化作用）上显示出协同效应。这一结果提示我们，虽然单独使用澳洲坚果油在多个方面表现更优，但其与壳聚糖的结合可能在某些特定条件下提供额外的保护作用。因此，进一步研究可以探索这种组合对番茄抗菌性能的影响，从而为开发更加有效的保鲜方法提供依据。

研究还强调了澳洲坚果油和壳聚糖在保鲜机制上的互补性。壳聚糖以其抗菌特性著称，能够通过其正电荷的氨基基团与细菌细胞膜上的负电荷羧基团相互作用，破坏膜结构并抑制微生物生长。而澳洲坚果油富含抗氧化成分，如脂肪酸、生育酚、角鲨烯、黄酮类和酚类化合物，这些成分有助于清除自由基，抑制脂质过氧化，并防止微生物污染。这种协同作用不仅体现在物理屏障的形成上，还可能涉及化学反应，从而提供更全面的保护。然而，研究结果也表明，单独使用澳洲坚果油在某些关键指标上表现更为优异，如总可溶性固形物、总糖含量、可滴定酸度、总类胡萝卜素含量以及硬度的维持。

在实验方法方面，研究团队从坦桑尼亚的农业研究单位收集了澳洲坚果，并通过索氏提取法使用石油醚在80°C下提取出澳洲坚果油。壳聚糖则从中国购买，通过溶解在去离子水中并调节pH至5.0，以增强其溶解度。为了改善涂层的性能，每种配方中都加入了2%体积百分比的甘油作为增塑剂，以及2%质量百分比的抗坏血酸作为抗氧化剂。此外，3%质量百分比的羧甲基纤维素（CMC）被用作增稠剂，以确保涂层具有适当的粘度和易用性。为了防止壳聚糖沉淀，还加入了1%质量百分比的氯化钙。最终的混合物通过探针型超声波混合器均匀混合，形成稳定的乳液，并通过水浴加热至75°C进行灭菌处理，随后冷却、标记并储存在密封容器中，以备后续实验使用。

实验过程中，选择了240个外观均匀、成熟度一致、无斑点或霉菌感染的番茄样本，随机分配到八个处理组中。每个处理组在两种存储条件下（冷藏和常温）各包含15个番茄样本，确保实验结果的可靠性。实验数据的分析采用了双因素方差分析（ANOVA），并结合最小显著差（LSD）进行事后分析，以确定不同处理之间的显著差异。所有数据均显示正态分布（KS值>0.05），因此可以使用参数检验方法。

在结果部分，研究发现，1%体积百分比的澳洲坚果油在两种存储条件下均能有效减缓pH值的上升趋势，从而有助于维持番茄的酸性环境，抑制微生物活动。相比之下，混合配方（2.5%体积百分比的澳洲坚果油和1%质量百分比的壳聚糖）虽然在pH值的控制上表现出协同效应，但在其他方面如总可溶性固形物、总糖含量和硬度的维持上则不如单独使用澳洲坚果油。研究还指出，澳洲坚果油中的脂肪酸成分能够形成有效的物理屏障，减缓氧气进入番茄内部的速率，同时抑制微生物生长，从而延长番茄的货架期。此外，壳聚糖的加入虽然增强了涂层的稳定性，但可能在某些方面影响了其对番茄物理化学性质的保护效果。

研究还讨论了番茄在不同存储条件下的品质变化。在冷藏条件下，番茄的pH值从3.95逐渐上升至4.3，而在常温条件下，pH值则从4.1上升至4.35。这些变化表明，涂层在一定程度上减缓了番茄的成熟过程，从而有助于延长其保质期。然而，研究发现，单独使用1%体积百分比的澳洲坚果油在维持可滴定酸度方面表现更为出色，这可能与其抑制微生物活动和减缓呼吸作用的能力有关。此外，番茄在两种存储条件下的总可溶性固形物和总糖含量的变化趋势也表明，澳洲坚果油的使用能够有效减缓番茄成熟过程中的糖分转化，从而延长其货架期。

在总叶绿素和类胡萝卜素含量方面，研究发现，混合配方（2.5%体积百分比的澳洲坚果油和1%质量百分比的壳聚糖）在两种存储条件下均表现出较高的叶绿素含量，而单独使用澳洲坚果油则能有效减缓叶绿素向类胡萝卜素的转化，从而更好地维持番茄的初始生理状态。这一发现与以往研究结果相吻合，表明澳洲坚果油在延缓叶绿素降解方面具有独特优势。此外，研究还指出，壳聚糖能够延缓叶绿素酶的活性，从而减少叶绿素的降解。然而，这种保护作用在某些方面可能不如单独使用澳洲坚果油。

在脂质过氧化方面，研究发现，混合配方（2.5%体积百分比的澳洲坚果油和1%质量百分比的壳聚糖）表现出最低的脂质过氧化水平，而单独使用2%体积百分比的澳洲坚果油则表现出最高的脂质过氧化水平。这表明，混合配方在一定程度上能够有效抑制脂质过氧化反应，从而延长番茄的保质期。研究还指出，澳洲坚果油中的抗氧化成分能够减少自由基的产生，而壳聚糖则通过其结构特性形成物理屏障，限制氧气进入番茄内部，从而减缓氧化反应。这种协同作用可能有助于番茄在存储过程中保持更佳的品质。

在总糖含量方面，研究发现，1%体积百分比的澳洲坚果油在两种存储条件下均能有效减缓糖分的增加，而混合配方则表现出较高的糖分积累。这可能与混合配方中壳聚糖对呼吸作用的促进作用有关，从而加速糖分的合成。然而，单独使用澳洲坚果油在维持番茄的初始糖分含量方面表现更为优异，这可能与其抑制呼吸作用和糖分转化的能力有关。

在硬度方面，研究发现，混合配方（2.5%体积百分比的澳洲坚果油和1%质量百分比的壳聚糖）在两种存储条件下均表现出最低的硬度，而单独使用1%体积百分比的澳洲坚果油则在一定程度上能够维持番茄的硬度。这可能与壳聚糖对番茄细胞壁的破坏作用有关，而澳洲坚果油则通过其物理屏障作用减缓硬度的下降。此外，研究还指出，番茄在冷藏条件下的硬度下降更为显著，这可能与其在低温下的生理变化有关。

研究的结论表明，虽然混合配方（2.5%体积百分比的澳洲坚果油和1%质量百分比的壳聚糖）在某些关键参数上表现出协同效应，但单独使用1%体积百分比的澳洲坚果油在维持番茄的物理化学性质方面更为有效。这一结果提示我们，在实际应用中，可能需要根据具体的存储条件和目标参数来选择合适的涂层配方。此外，研究还指出，进一步的研究可以探索这种混合涂层在抗菌性能方面的潜力，以开发更全面的保鲜方案。

本研究的意义在于，为番茄的保鲜提供了一种新的、天然的解决方案，同时为其他水果的保鲜研究提供了参考。通过结合澳洲坚果油和壳聚糖，可以有效延缓番茄的成熟过程，减缓叶绿素降解，抑制脂质过氧化，并维持其硬度。然而，单独使用澳洲坚果油在某些关键指标上表现更优，这可能与其丰富的抗氧化成分和物理屏障特性有关。研究还强调了这种涂层的经济性和可持续性，因为其原料来源于本地，并且可以通过简单的浸渍方法进行应用，这为小农户和大规模生产者提供了可行的保鲜方案。

总之，本研究为番茄的保鲜提供了新的视角，展示了天然可食用涂层在延长保质期和维持品质方面的潜力。通过进一步优化配方和应用方法，这种技术有望在农业和食品工业中得到更广泛的应用，为减少食物浪费、提高经济效益和促进可持续农业实践做出贡献。