Функционализированные съедобные покрытия представляют собой перспективную стратегию для снижения послеуборочных потерь свежих и нарезанных фруктов. Для яблок китайские исследователи разработали новаторскую тройную композитную биопленку.
В последние годы нарезанные яблоки приобрели огромную популярность благодаря удобству употребления, высокой свежести и питательной ценности, а также потенциальной пользе для здоровья.
Однако во время хранения они могут быстро ухудшаться из-за потемнения и окисления, размягчения, микробной порчи, потери веса, питательной ценности и вкуса.
Для управления этими изменениями качества и продления срока хранения было разработано множество стратегий консервации, включая бланширование, упаковку в модифицированной атмосфере, ультрафиолетовое излучение, импульсное электрическое поле, импульсный свет, холодную плазму, углекислый газ высокого давления, ультразвук, съедобное покрытие и химическую обработку.
Среди этих методов съедобные покрытия считаются одним из наиболее эффективных способов поддержания качества нарезанных яблок.
Съедобные покрытия могут создавать тонкий слой на поверхности фруктов, образуя полупроницаемый барьер между фруктом и окружающей средой, тем самым ограничивая воздействие кислорода, подавляя скорость дыхания и метаболическую активность, уменьшая потерю влаги и предотвращая микробную порчу и ферментативное потемнение во время хранения.
Обычно съедобные покрытия готовят с использованием съедобных биополимеров, таких как полисахариды и белки, по отдельности или в комбинации, для повышения проницаемости и механических свойств, чтобы соответствовать требованиям сохранения свеженарезанных фруктов. Съедобные покрытия также могут быть функционализированы биоактивными соединениями, такими как антиоксиданты, эфирные масла и антимикробные агенты, для повышения их эффективности.
Пектин, природный гетерополисахарид, получаемый в основном из кожуры или жмыха фруктов, широко признан перспективной матрицей для покрытий благодаря своей превосходной способности к образованию пленок, биосовместимости, биоразлагаемости и съедобности.
Проблема в том, что однокомпонентные пектиновые пленки и покрытия обладают высокой гидрофильностью, что приводит к плохим барьерным свойствам по отношению к водяному пару, а также к недостаточной механической прочности и отсутствию антимикробной и антиоксидантной активности, что затрудняет удовлетворение сложных требований к сохранению свеженарезанных фруктов.
Для решения этих проблем пектиновые покрытия и пленки обычно функционализируют природными биоактивными веществами, такими как антимикробные и антиоксидантные вещества.
ε-полилизин — это гомополимеризованный полипептид с широким спектром антимикробных свойств. Он широко используется для функционализации пленок на основе полисахаридов и съедобных покрытий, где он выполняет двойную роль как сшивающего агента, так и антимикробного агента, тем самым улучшая как барьерные, так и антимикробные свойства.
Ранее исследования продемонстрировали, что пектин и ε-полилизин могут образовывать комплексы посредством электростатических взаимодействий, и комплекс пектин–ε-полилизин показал лучшие антимикробные свойства, чем один только ε-полилизин. Эти данные позволяют предположить, что ε-полилизин может быть перспективным антимикробным ингредиентом для функционализации съедобных покрытий на основе пектина. Однако, как ε-полилизин влияет на характеристики покрытий на основе пектина и каковы лежащие в основе механизмы взаимодействия, еще предстоит выяснить.
Фенольные соединения представляют собой группу наиболее распространенных биологически активных веществ в природе, обладающих выраженной антиоксидантной и антимикробной активностью.
Предыдущие исследования показали, что их можно включать в состав съедобных покрытий и пленок на основе полисахаридов для изменения их физико-химических и функциональных свойств, тем самым повышая устойчивость к болезням и антиоксидантную активность, подавляя реакции потемнения и уменьшая окислительную деградацию.
Однако влияние включения фенольных соединений в съедобные покрытия и пленки на основе полисахаридов различно в зависимости от матрицы покрытия/пленки и самих фенольных соединений. Это делает необходимым выбор эффективных фенольных соединений для включения в съедобные покрытия на основе пектина для сохранения свеженарезанных яблок.
Таким образом, команда исследователей Китайской академии сельскохозяйственных наук с целью выявления эффективного фенольного соединения для включения в покрытия на основе пектина, выбрали семь фенольных соединений, представляющих различные подклассы, включая флавоноиды (нарингенин, лютеолин и рутин), фенольные кислоты (протокатеховая, галловая и хлорогеновая кислоты) и птеростильбен, на основе их структурного разнообразия и документированной биологической активности, имеющей отношение к консервации пищевых продуктов.
С целью разработки нового покрытия на основе пектина с улучшенными характеристиками для сохранения свеженарезанных яблок, было проведено исследование влияния семи выбранных фенольных соединений на механические и антимикробные свойства съедобных покрытий из яблочного пектина и ε-полилизина.
Затем были охарактеризованы физико-химические, структурные и функциональные свойства отобранного полифенол-функционализированного съедобного покрытия из пектина и ε-полилизина, а также его влияние на сохранение качества свеженарезанных яблок. Полученные результаты позволят получить ценные сведения о функционализации съедобных покрытий на основе пектина с многофункциональностью и разработать применимый подход для сохранения свеженарезанных яблок, а также других фруктов.
По итогам исследования разработано новое тройное активное покрытие путем интеграции пектина с катионным антимикробным полипептидом (ε-полилизином) и гидрофобным растительным флавоноидом (лютеолином).
Полученная композитная пленка продемонстрировала существенное улучшение гидрофобности, антиоксидантной и антимикробной активности по сравнению с традиционными пленками на основе пектина.
В частности, тройная композитная пленка показала улучшенные барьерные свойства, снизив проницаемость для водяного пара, кислорода и углекислого газа на 49,1%, 68,6% и 26,5% соответственно.
При нанесении на нарезанные яблоки покрытие эффективно подавляло потемнение и размножение микроорганизмов, сохраняя при этом твердость, общее содержание фенолов и флавоноидов, общее содержание растворимых сухих веществ и титруемые кислоты в течение 12-дневного периода хранения в холодильнике.
Комплексная характеризация показала, что эти превосходные функциональные свойства обусловлены синергетическими электростатическими взаимодействиями и сетями водородных связей внутри тройной матрицы. Эта работа предлагает практическую стратегию для разработки высокоэффективных покрытий на растительной основе с целью сокращения пищевых отходов и улучшения качества свеженарезанных фруктов.
Источник: Foods 2026, doi.org/10.3390/foods15010063 (регистрация DOI)