丁捷1,2，刘春燕1,2，黄彭2,3，李红莹2，唐倩1，毛湘雪1，甘俊伟1，刘耀文2，秦文2*

1(四川旅游学院 食品学院，四川 成都，610100)2(四川农业大学 食品学院，四川 雅安，625014)3(宜宾学院 质量管理与检测学部，四川 宜宾，644000)

摘 要 在全球关注合成塑料包装危害的背景下，天然生物降解包装材料在食品包装中受到越来越多的关注。在过去十年中，将可食用涂层作为替代合成塑料包装用于水果和蔬菜的保鲜方法一直是研究的重点。该文综述了可食性涂膜在果蔬采后领域的最新研究成果，分析了脂质基、多糖基和蛋白质基可食性涂膜用于果蔬保鲜时的优势与短板，指出多种成膜基质复配并适当添加具有改善膜特性及抑菌等功能性结合材料的复合型可食性涂膜是该领域未来发展方向。在此基础上，总结了果蔬可食性涂膜保鲜机理，对未来创新、开发和应用进行了展望，以期为未来果蔬采后生产实践中进一步提质降损提供研究思路。

关键词 果蔬；采后品质；可食性涂膜；应用；保鲜机理

水果和蔬菜是人类实现健康和可持续饮食目标中膳食纤维、黄酮类化合物、酚酸、微量元素等营养成分的重要来源[1]。随着消费者对新鲜果蔬营养价值的认识程度加深，以及科学界对健康饮食理念的普及，近十年来全球水果和蔬菜的消费量大幅增加[2]。然而大部分果蔬只能在收获后短时期内供应，采后损失高达20%以上。长期以来，园艺及物流行业使用合成化学杀菌剂、化学保鲜剂、辐照、温度管理、气调贮藏和自发气调包装进行果蔬采后处理，以控制采后腐烂，延长其货架期[3]。但低温易导致采后果蔬冷害[4]，合成化学杀菌剂的持续应用往往导致与化学残留物相关的诸多健康和环境问题[5]。而辐照、化学保鲜剂等处理则易造成果蔬营养成分损失、感官品质下降等品质劣变[6-7]。气调贮藏则由于其高昂的气调库等基础建设投入和运行期间制冷、气体配制等较高的成本，很难在发展中国家或偏远农村山区推广[8]。成本低廉且操作简便的自发式气调包装一直以来都是保持采后果蔬新鲜度和理化特性的重要手段，因此大量的苯二甲酸乙二醇酯和高密度聚乙烯被用做了果蔬自发气调保鲜袋。目前全球塑料包装年生产量已超过8 000万t[9]，其中大多数会在相对较短的服务期后作为废弃垃圾进行填埋或焚烧，往往造成较大公共健康风险和严重的环境危害[10]。随着全球范围内环保运动的兴起，公众不断呼吁食品行业使用可生物降解材料，例如聚乳酸(polylactic acid，PLA)和戊二酸共对苯二甲酸丁酯(polybutylene adipate-co-terephthalate，PBAT)已工业化生产被用于防止全球白色污染的持续恶化[11]。但与聚乙烯(polyethylene，PE)材料相比，PLA和PBAT薄膜制备的果蔬自发式气调包装在保持水果颜色、收缩和失水方面表现不佳[12]。可食性膜是以可食性生物大分子物质为成膜材料，通过处理工序以及适量添加可食性增塑剂等工艺促进成膜材料分子间相互作用，使之干燥后形成具有一定机械特性和阻隔特性的致密薄膜[13]。目前，采用可食性膜来替代传统石化塑料外包装的研究已有报道。张晶莹等[14]利用橙皮提取果胶所制备的橙皮果胶可食性保鲜膜的透光率为 87.8%，断裂伸长率为 24.883%，厚度为 0.127 mm，抗拉强度为 3.983 MPa，对冷鲜猪肉的保鲜效果明显优于PE 塑料保鲜膜，可有效减少猪肉水分蒸发，通过抑制微生物生长繁殖，明显抑制蛋白质分解速度，最终延缓肉质腐败进程。目前，研究者对可食性膜相关研究更侧重于生物基成膜基材种类及配比、增塑剂种类及含量等关键工艺参数对成品膜透气性和机械强度的影响。闫倩倩等[15]以5 g/100mL羟丙基交联淀粉为成膜基材，采用溶液流延法通过添加 30%增塑剂甘油和增强剂0.5 g/100mL普兰多糖制备了综合性能较好的淀粉膜，其抗拉强度为 19.49 MPa，断裂伸长率为31.49%，水蒸气透过率为1.34×10-12 g·cm/(cm2·s·Pa)，透油系数为 0.67 g·mm/(m2·d)。可食性涂膜是可食性膜的一种应用形式，指在采用喷涂、浸渍、涂布等方式在食品成分之间或食品表面上形成的基于蛋白质、多糖和脂质等生物材料基薄层，以防止食品变质、延长货架期并保持其感官特性[16]。大量研究证实可食性涂膜能保持水果和蔬菜在采后贮运过程中的商品价值，延长货架期[17-18]。因此环境友好且安全性高的可食性涂膜成为果蔬采后行业研究热点。

当前的可食性涂膜通常可分为脂质基(合成蜡质、蜂蜡、植物脂肪、动物脂肪、脂肪酸及其衍生物)、多糖基(淀粉、壳聚糖、海藻酸、魔芋葡甘聚糖、纤维素及其衍生物等)、蛋白质基(酪蛋白、乳清蛋白和大豆蛋白等)和复合型四大类[18]。

脂质基可食性涂膜是最古老且最传统的涂膜方式，它们能吸附在果实疏水性表皮上，在提高光泽度的同时有效防止水分迁徙。目前大多数柑橘类水果商业化采后处理所用的传统涂料就是基于合成蜡和化学杀菌剂的复配型氧化聚乙烯蜡涂膜[19]。MOYO等[20]研究发现将带有柑橘黑斑病损伤的“尤里卡”柠檬和“米德奈特”瓦伦西亚橙子采用由噻菌唑、嘧菌酯、丙环唑等复配杀真菌剂处理后，再用18%聚乙烯基蜡进行涂膜处理，在冷藏条件下可完全抑制孢子释放且有效降低黑斑病的潜伏感染。

随着公众对食品安全关注度的日益高涨，安全性较高的天然蜡质逐渐成为脂质基可食性涂膜领域的研究重点。以巴西棕榈蜡、蜂胶和商用蜡等脂质基可食性涂膜在果蔬采后保鲜及真菌性病害防治领域具有良好的应用效果。天然脂质具有良好的气体阻隔性能，但其水乳体系的水蒸气阻隔性较差。因此，研究者往往通过提高成膜基质中脂质成分浓度来实现对水蒸气的适当屏障。KHORRAM等[21]研究发现以脂肪族、羟酸类和聚酯类混合物为主要成分的9%～11%虫胶溶液干燥后能在“瓦伦西亚”橙子表面形成不黏不厚的可食性涂膜，其采后保鲜效果明显优于5%～7%的明胶溶液和3.5%～4.5%的波斯胶溶液。30 g/L蜂蜡涂膜处理可降低亚洲梨低温冷藏过程中的呼吸速率，抑制果胶甲酯酶、聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶等细胞降解酶的活性，保持果实硬度，延缓梨肉氧化褐变及抗坏血酸水平和总酚含量的下降[22]。SRIPONG等[23]采用100%石蜡或50%蜂蜡处理能显著减少低温贮运过程和常温货架期内香蕉质量损失，保持果冠颜色和硬度，且对果皮的颜色和硬度没有负面影响。ZRATE等[24]首次报道了30%的S.A.S商用蜡处理在控制Keitt芒果炭疽病发病率方面的有效性，在(7±3) ℃下贮藏35 d 后较空白对照组显著降低腐烂率2倍，对果实pH、硬度、柠檬酸含量、失重率等理化特性的保鲜鲜果明显优于由芽孢杆菌和链霉菌制成的生物涂层。对比树脂蜡、巴西棕榈蜡和壳聚糖3种涂膜处理对石榴冷藏期和常温货架期的果实品质的影响可发现，用商业树脂和巴西棕榈蜡涂膜的果实比壳聚糖处理和空白对照处理的果实具有更低的呼吸速率和质量损失，尤其是巴西棕榈蜡处理组果实比其他涂膜处理组具有更好的果实外观品质和更高的生物活性化合物含量[25]。这与MIRANDA等[26]研究结论相似，即巴西棕榈蜡微乳液涂膜处理过的柑橘与虫胶涂膜组相比表现出更低的失水率、更久的外观光泽度、更少的乙醇生成，以及更好的果实风味。

研究证实消费者对打蜡后呈现良好光泽感的果实表现出明显的偏好，但打蜡往往会导致果实花萼出现变黑和脱落等负面影响，严重影响消费感受[27]。通常，由强疏水性脂类制备的可食涂膜的机械性能往往较差，无法均匀稳定地保持在果蔬表皮固定位置上，且极易渗透表皮而增加果实异味[16]。脂质材料较差的机械特性除了可能导致保鲜效果不稳定外，还极易放大普通消费者对其安全性的担忧。毕竟绝大多数人不了解涂膜使用原因，还可能将果蔬表面可见的脂质与当下最关注的环境健康问题联系起来[28]。因此，脂质基可食性涂膜未来的研究方向更侧重于将脂质与蛋白质等其他材料结合，进而改善涂膜机械特性，在提高果实外观价值的同时，显著提升保鲜效果。

蛋白质结构的多样性决定了蛋白质基涂膜的机械性能优于多糖基和脂质基体涂膜。这是由于蛋白质通常以纤维蛋白或球状蛋白的形式出现。通常，酸、碱、热、有机溶剂和界面作用可导致蛋白质变形成涂膜所需要的蛋白链，蛋白质链再通过蛋白质分子中的氢键、离子键和共价键形成较强的链间相互作用，最终决定了蛋白质基可食性涂膜具有较高的机械强度和较低的蒸汽、液体和气体渗透性[29]。因此，即使在相对较低的相对湿度(relative humidity，RH)下，蛋白质可食性涂膜依然能有效阻隔氧气和二氧化碳[30]。

目前，大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清蛋白等不同种类的蛋白质都有成功制备可食性涂膜并有效提高果蔬贮藏品质的相关报道。大豆分离蛋白和0.5%～1%半胱氨酸组成的可食性涂膜可有效控制常规包装和气调包装中鲜切茄子的失重率和褐变率，延长商业货架期[31]。与琼脂可食性涂层相比，蛋清蛋白可食性涂膜能更有效降低常温货架期内纽扣蘑菇重量损失，抑制多酚氧化酶活性，延缓蘑菇色泽劣变进程[32]。SANTOS等[33]评估了是否用单宁酸改性的玉米醇溶蛋白可食性涂膜对红番石榴室温贮藏期和品质的影响，研究发现单宁酸改性过的玉米醇溶蛋白的保鲜效果更好，这可能归因于单宁酸促进了玉米醇溶蛋白交联，导致涂膜的气体渗透性进一步降低，进而显著抑制了番石榴采后呼吸速率和活性氧生成，减缓果实成熟衰老过程，延长货架期。

但蛋白质作为营养成分极易被微生物所利用。对比壳聚糖、海藻酸钠和乳清蛋白3种可食性涂膜处理板栗后发现在-1 ℃～1 ℃、RH 86%～96%的仓贮条件下贮存3个月后，壳聚糖和海藻酸钠涂膜组板栗依然保持了与0 d 相似的外观，但乳清蛋白涂膜组以及空白对照组则出现明显霉斑[34]。因此，加入抑菌成分的蛋白质基可食性涂膜中成为该领域研究热点。BLEOANCA等[35]将百里香酚精油和乳清蛋白复配制备纳米乳液作为西葫芦可食性涂膜，较空白对照处理可延长西葫芦50%～200%的保质期。GONZLEZ-ESTRADA等[36]研究发现在10%大豆分离蛋白涂膜溶液中加入0.1%柠檬烯，涂膜中的大豆分离蛋白可形成高致密度的可食性涂膜包裹青柠，在有效减少果实水分损失的同时，还能控制柠檬烯缓慢释放，从而抑制真菌孢子芽管伸长，延缓其感染过程，显著抑制人工接种Penicillium italicum后青柠在模拟销售和贮藏条件下蓝霉病的发病率。LI等[37]将大豆分离蛋白(soy protein isolate，SPI)可食性涂膜与植物源肉桂醛(cinnamaldehyde，CIN)、花状氧化锌纳米颗粒(ZnO nanoparticles，ZnONP)结合用于香蕉的采后保鲜后发现：CIN和ZnONP在SPI中发挥了协同抗真菌性能导致黑曲霉发生重度氧化应激反应， SPI/CIN/ZnONP复合涂膜的抗真菌性能是SPI/CIN处理的1.25倍。然而利用蛋白质溶液或者分散体制备的可食性涂膜往往需要使用乙醇或者乙醇-水混合物作为溶剂，较高的应用成本极大限制了蛋白质基可食性涂膜在果蔬采后领域的应用范围。因此，未来研究具有更好水溶性和成膜特性的改性蛋白，可以让蛋白质基可食性涂膜更具有市场应用潜力。

多糖作为高分子碳水化合物，因其来源广泛、成本低廉以及优良的成膜效果，是目前可食用型生物降解包装领域研究最多的新型聚合物材料[38]，尤其是具有抗菌特性及其阳离子性的壳聚糖更受关注。对 Scopus 数据库中 2011—2021 年发表的 875 篇文献进行分析后发现壳聚糖基可食性涂膜相关文章数量在过去十年中呈线性增长[39]。大量研究证实高分子质量(>100 kDa)壳聚糖制备的可食性涂膜比低分子量壳聚糖具有更高的耐水性、水蒸气阻隔性能、机械性能以及黏附功能[40]，在保持芒果[41]、香蕉[42]采后品质并延长其货架期方面具有更好的应用效果。GAO等[43]研究发现壳聚糖涂膜能调控柑橘贮藏过程中ATP柠檬酸裂解酶途径和γ-氨基丁酸途径，显著抑制柠檬酸降解相关基因CitAco3，CitGAD4 CitACLα2/β，Cit-PEPCKs 和 CitFBPases的表达。MOKGALAPA等[44]在一项关于使用壳聚糖作为鳄梨果实炭疽病腐烂控制剂的研究报告中发现1.5%低分子质量壳聚糖能诱导感染C.gleosporioides的鳄梨果实上调参与苯丙酸合成的基因(PAL、CHS和FLS)、脂肪酸延长酶(Avfad1)及Δ12脂肪酸去饱和酶(Avfae12-3)基因表达量的同时，下调LOX基因表达，以维持果皮中含有较高水平的表儿茶素，促进1-乙酰氧基-2-羟基-4-氧烯基-12, 16-二烯等抗真菌化合物的合成，最终控制病原菌感染。

然而，壳聚糖通常需要在1.0%(体积分数)以上的乙酸溶液中才能完全溶解，涂膜液极端的pH值极易引起富含花青素的水果和蔬菜外观色泽改变，严重影响其商品价值[45]。因此，一些在中性水溶液环境中具有较高溶解度的多糖成为该领域研究热点。平均分子质量为9 433 Da的强雄腐霉胞外多糖涂膜处理已被证实可显著降低采后草莓的腐烂指数和丙二醛含量，延缓其可溶性固形物含量下降，提高贮藏期内果实抗氧化能力[46]。王东坤等[47]将Nisin添加到瓜尔胶和结冷胶复配可食性涂膜中，可有效抑制枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和面包酵母在鲜切荸荠表面的生长繁殖，延缓4 ℃贮藏条件下果实品质劣变。

近年来，魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan，KGM)因其来源广泛且成本低廉，成膜性能良好而备受关注。WANG等[48]在“宁海白”白肉枇杷采后贮藏过程中发现KGM的保鲜效果与壳聚糖涂膜相似，0.5%KGM处理最大程度地提高了枇杷果实中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和过氧化氢酶(catalase，CAT)活性，在(4±1) ℃ 贮藏21 d内保持果肉中较高的总可溶性固形物含量、可滴定酸度和抗坏血酸水平。何国菊等[49]研究发现浓度为1.0%的KGM涂膜对百香果的保鲜效果最佳，可减少采后果实水分蒸发，延缓果实皱缩指数和失重率的上升，并维持较高的外果皮L*、a*、b*值，使西番莲在常温贮藏时依然保持较好色泽。为了进一步改进KGM可食性涂膜的保鲜效果，研究者将抑菌成分与KGM混合制备具有良好抑菌效果的多糖可食性涂膜。麦馨允等[50]研究发现由8 g/L KGM、6 g/L纳米SiO2以及4 g/L甘油复配制备的可食性涂膜可显著抑制芒果果皮褐变的发生，使采后失重率维持在10%以下，保持果实硬度在0.05 MPa以上，还可在贮藏后期依然维持果肉中较高水平的可溶性固形物含量、pH和抗坏血酸含量。HASHEMI等[51]将4%藏红花花瓣提取物掺入60 g/L KGM可食性涂膜中可显著抑制鲜切黄瓜表面中温细菌和真菌的生长繁殖，延长切片黄瓜的保质期。

然而，多糖基可食性涂膜的应用效果严重受限于多糖溶液的黏稠度、涂布均匀度和最终干燥速度[51]。这是由于多糖具有高度亲水性，利用多糖聚合物制备的可食性涂膜作为水蒸气屏障效果并不理想。加之果蔬表皮通常覆盖强疏水性的角质蜡层，即使是具有较多断面的鲜切果蔬，操作者也需要配制黏稠的高浓度多糖溶液才能使其黏附在果蔬表面。但高浓度多糖溶液除了原料成本较高和制备难度较大的缺点外，还存在涂膜处理后果蔬难以快速干燥等技术缺陷亟待改进。综上所述，通过多种多糖材料复配，获取对角质蜡层具有良好润湿性、阻隔特性和成膜特性的低浓度多糖共混水溶液，是一条值得探索的新途径。

单一类型生物聚合物材料制备的可食性涂膜在实际应用过程中常受到黏附能力差、果蔬表面分布不均匀和水汽渗透性低等因素的限制，通常不能满足采后果蔬贮藏对涂膜透气性和阻隔水蒸气的实际需要。由前文综述可知，脂质大分子表现出很强的防潮性能，而蛋白质和多糖分子则表现出高效的机械性能。这些具有不同特性的生物大分子以及其他功能性结合材料可以被组合起来，产生具有更佳机械性能、阻隔特性以及额外生物活性的复合型可食性涂膜。复合可食性涂膜可以根据复配生物聚合物种类分为二元和三元复合可食性涂膜两大类。如表1所示，复合可食性涂膜已成为研究者关注的热点。目前利用脂质或蛋白质改善多糖阻隔特性和机械特性的二元复合可食性涂膜存在大量文献报道，三元复合可食性涂膜报道相对较少。

表1 复合型可食性涂膜在果蔬中的应用

Table 1 Application of composite edible coating in fruits and vegetables

类型成膜基质结合材料应用对象应用效果文献来源5% 角蛋白+5%淀粉亚硝酸钠:防止角蛋白中二硫建重新排列甘油:增塑剂;鳄梨皮多酚提取物:抑菌剂番茄随着鳄梨皮多酚提取物浓度的增加,膜均匀性和阻隔特性持续改良,且抑菌活性逐渐增高;该处理可显著抑制人工接种黄曲霉和黑曲霉混合孢子悬液的番茄采后病害的发生率和孢子感染的严重程度,有效延缓果实采后感官和营养品质劣变。[52]二元:多糖-蛋白质1%壳聚糖+1%乳清分离蛋白0.1 mol/L NaOH:调节乳清分离蛋白溶液pH至7±0.2;1%乙酸:溶解壳聚糖;柠檬酸:偶联剂草莓壳聚糖与乳清分离蛋白的结合使复合可食性膜具有更好的阻隔性、纹理和抗氧化性能,共轭也改变了涂膜结构、热稳定性和晶体性质。这种可食用涂膜可延缓草莓果实在5 ℃和20 ℃贮藏条件的衰老和成熟,较空白处理延长保质期1.6倍以上。[53]5%苹果酸交联芝麻蛋白+0.5%瓜尔胶甘油:增塑剂;氯化钙:交联剂;30%新鲜芒果泥:抑菌剂鲜切芒果苹果酸交联芝麻蛋白质显著改善了单一瓜尔胶涂膜的水蒸气渗透性能和抑菌性能,该复合涂膜可延缓鲜切芒果的在常温货架期和5 ℃低温贮存期间的品质劣变,延长保质期。[54]2%柑橘果胶+0.7%蜂蜡甘油:增塑剂;油酸-棕榈酸(1∶1)混合物:乳化剂;香叶醇和丁香酚:抗真菌剂橙子香叶醇和丁香酚可以显著改善天然果胶-蜂蜡复合可食性涂膜对人工接种指状青霉的橙子绿霉病发病率,同时有效保持其低温贮藏期和常温货架期品质。[55]多糖-脂质18%巴西棕榈蜡纳米乳液+1%羟丙基甲基纤维素生姜精油:抑菌剂;吐温80:乳化剂木瓜巴西棕榈蜡纳米乳液有效改善了单一羟丙基甲基纤维素涂膜阻隔气体和水蒸气能力,有效降低木瓜采后重量损失,延缓其成熟衰老进程;生姜精油与巴西棕榈蜡/羟丙基甲基纤维素复合涂膜联合应用时,可显著降低木瓜贮藏期内自然腐烂率。[56]1%油酸+0.1%纤维素纳米晶+2%壳聚糖1%乙酸:溶解壳聚糖梨油酸的添加量对该复合可食性涂膜液稳定性有显着影响。将涂膜液中油酸浓度从 1% 增加到 3% 会使该乳液稳定性降低约 43%;含 1% 油酸的纤维素纳米晶/壳聚糖涂膜液表现出最强的乳液稳定性和疏水性;该复合可食性涂膜显著延迟了梨在低温贮藏条件下的成熟衰老进程,减轻了果实采后生理紊乱水平。[57]多糖-蛋白质-脂质3.45%大豆分离蛋白+0.40%羟丙基甲基纤维素+1%橄榄油0.25%山梨酸钾:抑菌剂法尔萨果(Grewia asiatica L.)橄榄油与大豆分离蛋白的结合可显著改善复合涂膜的防水性能,降低膜水蒸气渗透率;随大豆分离蛋白和橄榄油添加量的增高,法尔萨果采后失重率逐渐降低;而添加羟丙基甲基纤维素有助于推迟果实新陈代谢进程,减少贮藏期内果实pH值的变化和总可溶性固形物损失。[58]

水果和蔬菜在消费食用前依然是活的植物组织，旺盛呼吸作用和蒸腾作用会导致产品采后发生失水、软化和表面收缩等品质变化，严重影响其商品价值；另一方面，植物组织在采收及贮运过程中常常会遭遇机械损伤和病原菌侵染，导致离体后快速腐烂变质，进一步缩短货架期[3]。因此，可食性涂膜对果蔬保鲜作用机理可以从形成半透性保护屏障、调控果实采后生理和抑制微生物生长繁殖三方面进行分析。

可食性涂膜通常以喷雾或浸泡等方式在果蔬表面包裹一层兼具透气性和阻隔特性的薄膜，进而形成半透性保护屏障来调节植物组织与外部环境之间的水和气体的交换[59]。同时这层薄膜还能在果实之间或果实与操作设备、盛装容器等接触面之间起到一定程度的缓冲垫作用，减轻采后处理过程因震动、摩擦、碰撞等物理运动所导致的植物表皮及角质层蜡质的机械损伤。而这层屏障的果蔬保鲜性能优劣取决于可食性涂膜在果蔬表面的附着力以及所形成薄膜的耐水性、机械性能和阻隔性能[60]。研究证实聚合物材料的分子量和及其施用浓度与成膜基质表观黏度及其在果蔬表面的黏附功能之间呈显著正相关关系；分子质量较高且浓度适宜的聚合物通常可以更稳定、更均匀地黏附在果蔬表面，形成完整致密的薄膜从而更好地发挥其保鲜性能[61]。KWAK等[62]在制备草莓羧甲基纤维素-纳米纤维保护涂膜(carboxymethyl cellulose-nanofibers，CMC-NF)时发现涂膜液粘度在草莓浸涂过程中至关重要；这是由于CMC-NF浓度过高(≥2%)或过低(

可食性涂膜利用自身所形成的半透性保护屏障使薄膜包裹内果蔬处于低O2/高CO2的气体氛围和较高湿度微环境里，从而控制植物组织各种生理代谢活动，提高果蔬采后品质，延长货架期[17]。

2.2.1 调控活性氧代谢

研究证实通过有效降低果蔬采后呼吸作用，可食性涂膜能有效维持植物组织中H+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶、细胞色素C氧化酶、琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等能量代谢关键酶活性，提高ATP、ADP和能荷水平，降低能量消耗，保持较高水平的三羧酸循环中关键代谢产物(乙酰辅酶A、顺乌头酸、琥珀酸、延胡索酸和草酰乙酸)，最终延缓果蔬采后衰老[63-64]。采后果蔬的衰老过程伴随着活性氧(reactive oxygen species，ROS)的积累和产生[3]，过量ROS会打破抗氧化防御系统的动态平衡，导致细胞膜氧化损伤，影响果蔬采后品质[65]。大量研究证实可食性涂膜处理可以改善果蔬组织内部的抗坏血酸-谷胱甘肽循环，上调苯丙烷类和类黄酮合成代谢的相关基因表达水平，提高总酚和黄酮含量，抑制和丙二醛的产生和积累，以及减轻细胞膜脂质过氧化程[66-70]。综上所述，可食性涂膜的气调功能有助于延缓果蔬衰老和改变细胞的氧化还原状态，并通过增强抗氧化系统应激水平来抑制ROS诱导的线粒体膜损伤，从而保护细胞线粒体呼吸代谢系统，实现对采后果蔬的保鲜作用[71]。

2.2.2 调控抗氧化防御系统

现有研究发现可食性涂膜还能诱导采后果蔬防御相关基因的表达和酶活性，显著降低由病原真菌引起的采后腐烂。JIWANIT等[72]用芦荟凝胶涂膜处理感染P.digitatum柑橘果实，在涂膜12、24、48和72 h后量化果肉组织中脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase，PAL)和POD基因转录本的丰度发现：LOX、PAL和POD转录物表达量水平从24 h开始逐渐增加，并在48 h达到其最大；在72 h时可观察到LOX转录物表达水平快速下降，但POD转录物积累在48 h开始显著增加，到72 h时涂膜组PAL活性比对照组增加了4倍。因此，深入研究不同可食性涂膜处理对抗氧化防御系统关键酶活性及基因表达的影响、非酶类物质以及次级代谢产物变化对于揭示可食性涂膜的保鲜机理具有重要意义。

2.2.3 抑制细胞壁降解

果实软化是由细胞壁降解酶活性引起的细胞壁结构变化所导致果蔬采后品质劣变的重要表征。研究发现可食性涂膜降低了果蔬呼吸代谢水平，从而显著缓解冷藏期间大部分氨基酸含量的下降，提高了碳水化合物、有机酸和其他关键抗氧化代谢产物(β-谷甾醇、甘油和尿嘧啶)的含量，并通过维持较高岩藻糖水平来稳定细胞结构[73]；同时较低水平的呼吸代谢能显著抑制细胞壁降解相关基因AcXETs、AcEXPs 和 AcPE的表达，降低果胶甲基酯酶和多聚半乳糖醛酸酶的活性，抑制果胶的降解，延缓采后软化进程[74]。HIRA等[75]认为可食性涂膜延缓采后果蔬软化进程的主要原因是通过半透性保护屏障平衡植物组织中需氧-厌氧代谢，下调三羧酸循环与乙烯合成及应答途径相关基因表达水平，上调大多数糖酵解途径相关基因。但YAMAMOTO等[76]却在壳聚糖涂膜处理后的香蕉中观察到了2个1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因(Ma05_t09360.1和Ma10_t01 130.1)的高表达水平，这意味着涂层香蕉的乙烯合成途径可能被激活。因此，未来还需要对果蔬乙烯生物合成的上游和下游基因进一步表达分析，以揭示可食性涂膜抑制细胞壁降解的分子机制。

一些研究表明壳聚糖[77]、葡甘聚糖[78]、蜂蜡[79]等生物大分子能显著抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的生长繁殖，但多数研究者并没有观察到显著的抗真菌活性。这意味着生物大分子聚合物制备的可食性涂膜可以作为一种抑制食源性细菌病原体传播的有效手段，但还需要添加特定的抗真菌成分以增强对果蔬采后病害的防治效果。而抑菌成分的选择取决于其对目标微生物的抑菌活性以及与涂层材料的相互作用[80]。随着公众对抑菌成分安全性关注度越来越高，目前可食性涂膜领域所关注的热点天然抑菌成分包括来源芽孢杆菌属和乳酸菌的细菌素、金属离子及其复合纳米粒子、植物提取物、植物精油及组分等[81-82]。而将这些生物活性成分添加在可食性涂膜中主要优点就是可以降低其扩散速率，在较长时间内在果蔬表面保持较高浓度，有效抑制正在发生或可能发生的微生物侵染[83]。

目前已有研究者对活性成分与成膜基质的协同抑菌作用机制进行了报道。MOHAMMADI等[84]认为用壳聚糖纳米粒子包埋野蔷薇精油后，野蔷薇经由可以改变Botrytis cinerea细胞壁的表面及内部结构，而壳聚糖则通过以能量依赖性方式减少真菌细胞壁合成，两者协同作用破坏B.cinerea细胞壁从而增强复合涂膜对灰霉病病原的抗真菌活性和抑菌稳定性。CHVEZ-MAGDALENO等[85]在一项关于使用胡椒树精油-壳聚糖生物纳米复合物对鳄梨采后炭疽病腐烂控制剂的研究中也报告了聚合物与抑菌成分协同破坏病原真菌细胞壁导致细胞屏障完整性和内稳态丧失的类似观察结果。但成膜基质与抑菌成分协同抑菌作用机制尚存在很多空白需要进一步探索。

通过综述国内外可食性涂膜在果蔬采后领域的应用研究可知，可食性涂膜可以解决常规保鲜技术中耗能、高污染、操作复杂和食品安全隐患等问题，对消费者、生产者和自然环境都有积极的实践意义。现阶段研究人员大多集中在复合基可食性涂膜领域。随着技术的发展，微胶囊技术、纳米材料等新材料和新方法不断优化生物活性成分在成膜基质中的控释行为，从而研制出许多安全高效且针对性强的新型可食性涂膜。但是从整体上来看，目前国内外研究还主要集中于特定水果或蔬菜的可食性涂膜开发应用，缺乏建立基于原料品种、采收期、贮藏条件和出库时间等多因素的可食性涂膜保鲜技术体系。尤其是当前涂膜材料选择评价体系不健全，往往对材料学研究较多，实际应用评价较单薄。针对某种果蔬进行保鲜时选择最佳的涂膜材料和最优组合的方法学研究还较少，在选材和优化上存在盲目性和偶然性。其次，阐明可食性涂膜保鲜作用机理还有许多工作有待研究。

因此，今后本领域的研究方向应围绕以下几点进行拓展：(1)筛选具有较强功能性的添加剂并将其应用于果蔬可食性保鲜涂膜，优化活性成分包埋技术，深入研究其在可食性涂膜中的释放机制，为未来开发更多具有优良功能特性的可食性保险涂膜奠定理论基础和技术依据；(2)基于目前市场上尚没有一种可食性保鲜涂膜注册为果实防腐保鲜剂，未来可食性涂膜在新鲜果蔬采后等领域广泛应用前，极有必要对可食性涂膜开展更详细的毒理学研究，了解其在生物体中的代谢机制，以评估技术的健康风险；(3)采用超声波雾化、采前喷涂、静电纺丝等技术，改进现有涂膜方式，提升涂膜均匀性，减少采后处理过程中果蔬二次损失的可能性；(4)建立基于原料品种、采收期、贮藏条件和出库时间等多因素的可食性涂膜保鲜技术体系；(5)采用基因组、蛋白组、转录组、代谢组等组学研究技术，从整体的角度出发去研究可食性涂膜处理后病原菌、果蔬组织细胞结构、基因、蛋白及其分子间相互的作用，阐明作用机理并形成针对性的应用理论基础体系；(6)着重于研制可有效提升货架期内果蔬感官品质和营养价值的可食用涂膜，并与其他成熟保鲜技术联用，进一步提升保鲜效果；(7)应当进一步开展中试和工业级的综合试验，进而实现高效、安全、环保果蔬采后处理技术的改革，这是未来研究重点和难点。

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DING Jie1,2,LIU Chunyan1,2,HUANG Peng2,3,LI Hongying2,TANG Qian1,MAO Xiangxue1,GAN Junwei1,LIU Yaowen2,QIN Wen2*

1(College of Food Science and Technology, Sichuan Tourism University, Chengdu 610100, China)2(College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya′an 625014, China)3(Department of Quality Management and Inspection and Detection, Yibin University, Yibin 644000, China)

ABSTRACT In the context of emerging global concerns with the hazards of synthetic plastic packaging, alternative natural biodegradable packaging materials are gaining increasing attention for food packaging applications. The edible coating used as the alternative synthetic plastic packaging in methods for the preservation of fruits and vegetables has been the focus of research over the past decade. This paper reviewed the latest trends in edible coatings applications for fruit and vegetables. The advantages and shortcomings of lipid-based, polysaccharide-based, and protein-based edible coating films for fruit and vegetable preservation were analyzed. It was pointed out that composite edible coatings with the addition of various film-forming substrates and functional binding materials were the future direction of development in this field. On this basis, the mechanism of action of edible coatings was summarized. Future innovations, developments, and applications were discussed to provide research ideas for further improving storage quality and reducing post-harvest losses in post-harvest fruit and vegetable production practices.

Key words fruits and vegetables; post-harvest quality; edible coating; application; preservation mechanism

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.033134

引用格式：丁捷，刘春燕，黄彭，等.果蔬可食性保鲜涂膜技术应用及机理最新研究进展[J].食品与发酵工业,2023,49(4):318-327.DING Jie,LIU Chunyan,HUANG Peng, et al.Latest research progress on edible coating applications and their mechanisms in fruits and vegetables[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(4):318-327.

第一作者：博士研究生，副教授(秦文教授为通信作者，E-mail：[email protected])

基金项目：四川省科技计划项目(2021YJ0262)；四川旅游学院科研创新团队项目(21SCTUTY08)

收稿日期：2022-07-29，改回日期：2022-11-10