一种生物基纳米芒果保鲜剂及其制备方法

1.本发明涉及植物保护及水果保鲜技术领域，尤其涉及一种生物基纳米芒果保鲜剂及其制备方法。


背景技术：

2.芒果又名庵罗果、檬果、蜜望子、香盖、望果等，原产于东南亚热带地区，是主要的热带、亚热带水果之一，被誉为“热带水果之王”。芒果在中国分布于云南、广西、广东、四川、福建、中国台湾、海南等地，中国是第二大芒果供应国。芒果果实椭圆滑润,果皮颜色靓丽,果肉细腻多汁,鲜美可口,兼有桃、杏、李等水果的滋味,有独特的香气,深受大多数人喜爱。
3.芒果以其诱人的外观、美味的口感、浓郁的香气和高营养价值(如类胡萝卜素、酚类化合物、矿物质、维生素和膳食纤维)而闻名。然而，热带水果芒果在收获后具有较强的代谢能力，其采后寿命受到采后水分散失、淀粉转化为糖、质地软化和腐烂等影响。
4.当前芒果保鲜方法主要有低温保鲜、气调保鲜、化学药剂保鲜和涂层保鲜。低温保鲜可有效抑制微生物生长，降低果实呼吸强度和乙烯释放量，但芒果是热带水果，不适用于低温保鲜，且低温保鲜成本较高；气调保鲜对设备要求高，成本高；化学药剂保鲜已造成残留，不受大多数人信赖；涂层保鲜是通过浸渍或喷涂涂层溶液涂覆在新鲜水果表面，提供水分运动的部分屏障，减少水果表面的水分损失，并通过充当气体交换屏障来改变水果周围的大气，效果好，成本低，是较为实用的保鲜方法。但当前的涂层主剂多种多样，效果不同，淀粉基涂层表现出相对较差的机械性能和亲水性，导致脆性；果胶基涂层也很脆，是一种碳水化合物，可作为微生物生长的来源；脂基涂层的机械性能差，导致脆性和气体阻隔性能差；蛋白质基薄膜不仅性质脆，而且可能造成人体过敏。相比之下，壳聚糖基涂层比其他多糖、脂类和蛋白质基涂层更有前景。但壳聚糖也有一定的缺点，壳聚糖的缺点之一是阻隔性能差。因此，如何解决壳聚糖的上述问题，将其应用在芒果保鲜是本领域重要的研究课题。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.本发明的目的是为了解决现有技术中当前的涂层主剂多种多样，效果不同，淀粉基涂层表现出相对较差的机械性能和亲水性，导致脆性；果胶基涂层也很脆，是一种碳水化合物，可作为微生物生长的来源；脂基涂层的机械性能差，导致脆性和气体阻隔性能差；蛋白质基薄膜不仅性质脆，而且可能造成人体过敏的问题，而提出的一种生物基纳米芒果保鲜剂及其制备方法。
7.2.技术方案
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种生物基纳米芒果保鲜剂，包括以下重量百分比的原料：壳聚糖1.0％-2.0％、0.2％-1.0％的冰醋酸、甘油1％-3％、丁香精油0.5％-1.5％、纤维素纳米晶0.1％-1.2wt％。
10.优选地，所述壳聚糖为食品级，平均分子量为150～500kda，按重量百分比计，脱乙酰度大于90％，水分为8.0％，灰分为0.7％。
11.优选地，所述冰醋酸为食品级，壳聚糖易溶于冰醋酸。
12.优选地，所述丁香精油为食品级，天然源物质。
13.本发明还提出了一种生物基纳米芒果保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
14.步骤1：按配比称取各原料；
15.步骤2：将壳聚糖样品溶于0.2％-1.0％的冰醋酸溶液中，在室温下缓慢搅拌1-2h，使壳聚糖充分溶解，得到溶液a；
16.步骤3：将甘油加入溶液a中，充分搅拌1.5-2h，得溶液b；
17.步骤4：向溶液b中加入丁香精油，于室温下搅拌1.5-2h，得溶液c；
18.步骤5：向溶液c中加入纤维素纳米晶，于室温下搅拌4-5h，超声均匀，即得所述的复合保鲜剂。
19.优选地，所述纤维素纳米晶的制备方法包括以下步骤：
20.s1：将50g棉花加入2000ml的2wt％naoh溶液中并通过机械搅拌在室温下搅拌12h，随后用蒸馏水反复冲洗，直到中性，放入鼓风烘箱中，干燥备用；
21.s2：取12.5g干燥后的棉短绒，加入250ml 64％v/v硫酸溶液中(冰水浴下，将126ml 98％的h2so4缓慢加入到124ml蒸馏水中)，在45℃油浴下机械搅拌1h；
22.s3：待反应结束后，立即将反应液倒入800ml的冰水中，终止水解反应，用蒸馏水连续离心洗涤(4000rpm，5min)，以除去多余的h2so4，将悬浮液倒入透析袋中透析至中性(5天)，冷冻干燥得棉短绒纤维素纳米晶粉末(cnc)。
23.优选地，所述纤维素纳米晶为天然源物质，从棉花中提取。
24.本发明还提出了芒果保鲜剂的使用方法，将采后芒果浸渍在复合保鲜剂中1min-3min，取出自然晾干后，常温保存。
25.本发明还提出了芒果保鲜剂在芒果中的应用。
26.3.有益效果
27.相比于现有技术，本发明的优点在于：
28.(1)制备简易：本发明的复合保鲜剂原料易得、合成步骤简单且不需要复杂昂贵的仪器，可用于批量生产，有利于推进保鲜剂商业化发展。
29.(2)绿色安全：复合保鲜剂的合成原料均为食品级，且均为天然源、生物基物质，因此该复合保鲜剂是一种绿色安全的水果保鲜剂。
30.(3)气体阻隔性能佳：纤维素纳米晶为一维棒状纳米材料，纤维素纳米晶的加入可以改变壳聚糖涂层固有的孔隙形态，使得复合涂层整体形态致密，增加气体扩散的曲折性，减缓水分散失，保证芒果重量不受损失从而延长芒果保质期。
31.(4)综合抑菌效果好：壳聚糖对许多革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌、酵母和真菌具有很强的抗菌性能。丁香精油中的丁香酚对大肠杆菌有广谱抗菌作用，丁香酚和其他酚类成分，对食品腐败中的病原体有很强的抑菌活性。二者的额有机结合使得复合保鲜剂有较高的抑菌效果。
附图说明
32.图1为芒果表面的扫描电镜图像，(a)和(b)分别是cs-gly-ceo组和cs-gly-ceo-cnc组涂覆在芒果表面的扫描电镜图像；
33.图2为cs-gly-ceo和cs-gly-ceo-cnc两种处理下对芒果水蒸气透过率的影响统计图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.实施例1：
36.一种生物基纳米芒果保鲜剂，按重量百分比计，原料组成为：壳聚糖1.0％-2.0％、0.2％-1.0％的冰醋酸、甘油2％-3％、丁香精油0.5％-1.5％、纤维素纳米晶0.1％-1.2wt％。
37.实施例2：
38.一种纤维素纳米晶增强壳聚糖基保鲜剂气体阻隔性的芒果保鲜剂，按重量百分比计，成分组成为：1.0％的壳聚糖、0.5％的冰醋酸、2.0％的甘油、0.5％丁香精油、0.1wt％纤维素纳米晶。
39.本实施例中，其中壳聚糖、冰醋酸、丁香精油、纤维素纳米晶均为食品级，纤维素纳米晶为天然提取。壳聚糖是一种低成本材料，从海洋废物资源(包括海鲜壳)中获得，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性、抗氧化性、抗菌性和抗癌性，是近年来最受青睐的生物聚合物之一。壳聚糖易溶于冰醋酸。丁香精油由桃金娘科蒲桃属乔木丁香提炼而来的挥发性芳香物质，来源天然，安全可靠。
40.本实施例中，纤维素纳米晶的制备方法为：本实验所用的纤维素纳米晶(cnc)由棉短绒通过硫酸水解制备，具体步骤如下：
41.s1：将50g棉花加入2000ml的2wt％naoh溶液中并通过机械搅拌在室温下搅拌12h，随后用蒸馏水反复冲洗，直到中性，放入鼓风烘箱中，干燥备用。
42.s2：取12.5g干燥后的棉短绒，加入250ml 64％v/v硫酸溶液中(冰水浴下，将126ml 98％的h2so4缓慢加入到124ml蒸馏水中)，在45℃油浴下机械搅拌1h。
43.s3：待反应结束后，立即将反应液倒入800ml的冰水中，终止水解反应，用蒸馏水连续离心洗涤(4000rpm，5min)，以除去多余的h2so4，将悬浮液倒入透析袋中透析至中性(约5天)，冷冻干燥得纤维素纳米晶粉末(cnc)。
44.本实施例中，该复合保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
45.步骤1：按配比称取各原料；
46.步骤2：准确称取1g的壳聚糖样品，溶于100ml 0.5％的冰醋酸溶液中，在室温下(20℃)搅拌1.5h，使壳聚糖充分溶解，得壳聚糖溶液a；
47.步骤3：将2ml甘油加入溶液a中，充分搅拌2h，得溶液b；
48.步骤4：向溶液b中加入500μl丁香精油，于室温下搅拌2h，得溶液c；
49.步骤5：向溶液c中加入0.1g纤维素纳米晶，于室温下搅拌4-5h，超声均匀，即得复合保鲜剂(cs-gly-ceo-cnc)。
50.使用方法：将新鲜采后芒果浸入复合保鲜剂中1min-3min，取出自然晾干后，常温保存。
51.实施例3：
52.其具有上述实施例的实施内容，其中，对于上述实施例的具体实施方式可参阅上述描述，此处的实施例不作重复详述；而在本技术实施例中，其与上述实施例的区别在于：
53.一种纤维素纳米晶增强壳聚糖基保鲜剂气体阻隔性的芒果保鲜剂，按重量百分比计，成分组成为：1.5％的壳聚糖、0.5％的冰醋酸、2.5％的甘油、1.0％丁香精油、0.5wt％纤维素纳米晶。
54.本实施例中，其中壳聚糖、冰醋酸、丁香精油、纤维素纳米晶均为食品级，纤维素纳米晶为天然提取。
55.本实施例中，该复合保鲜剂及纤维素纳米晶的制备方法同实施例1。
56.实施例4：
57.其具有上述实施例的实施内容，其中，对于上述实施例的具体实施方式可参阅上述描述，此处的实施例不作重复详述；而在本技术实施例中，其与上述实施例的区别在于：
58.一种纤维素纳米晶增强壳聚糖基保鲜剂气体阻隔性的芒果保鲜剂，按重量百分比计，成分组成为：2.0％的壳聚糖、0.5％的冰醋酸、3.0％的甘油、1.5％丁香精油、1.0wt％纤维素纳米晶。
59.本实施例中，其中壳聚糖、冰醋酸、丁香精油、纤维素纳米晶均为食品级，纤维素纳米晶为天然提取。
60.本实施例中，该复合保鲜剂及纤维素纳米晶的制备方法同实施例1。
61.本实施例中，以实施例1所得复合保鲜剂(cs-gly-ceo-cnc)为实验组1，以不含纤维素纳米晶的复合保鲜剂(cs-gly-ceo)为实验组2(与本实施例1复合保鲜剂的区别仅在于不添加纤维素纳米晶，其余相同)，以蒸馏水为空白对照组。
62.本实施例中，挑选新鲜，大小均匀，成熟度一致、无损伤、无病虫的芒果，将芒果用去离子水清洗干净晾干，分成3组，每组50个芒果。分别将芒果放入制备好的实验组1(cs-gly-ceo-cnc)、实验组2(cs-gly-ceo)、空白对照组(蒸馏水)中浸泡2min，取出自然晾干后，常温保存，进行贮藏保鲜实验。结果如表1、表2所示。
63.表1.不同保鲜剂对芒果失重率(％)的影响
[0064][0065]
注：失重率＝(原重-现重)/原重
×
100％，原重：贮藏第一天的原始重量；现重：贮藏后重量。
[0066]
表2.不同保鲜剂对芒果硬度(n)的影响
[0067][0068][0069]
注：芒果硬度使用硬度计(gy-4果实硬度计)在贮藏期间测定，单位为牛顿(n)。
[0070]
(1)从表1可以看出，随着贮藏时间的延长，芒果的失重率逐渐增加；cs-gly-ceo-cnc复合保鲜剂处理的芒果失重率小于cs-gly-ceo复合保鲜剂及蒸馏水处理的芒果；贮藏15d后，cs-gly-ceo-cnc和cs-gly-ceo复合保鲜剂处理的失重率分别为15.50％和12.12％，明显低于空白对照组(蒸馏水)30.50％的失重率。由于纤维素纳米晶为棒状纳米颗粒，可以使保鲜剂形成的可食用涂层表面结晶程度提高，从而具有良好的气体屏障，可以降低的渗透性，使芒果的呼吸作用减弱，失重率降低。
[0071]
(2)从表2可以看出，随着贮藏时间的延长，芒果的硬度逐渐降低。硬度是影响消费者对新鲜水果可接受性的一个重要因素。在室温下贮藏15天期间，无论芒果是否进行处理，所有样品的硬度均呈现下降趋势。实验开始时，对照组和实验组芒果硬度相差不大。在贮藏最后一天时，对照组芒果的硬度为15.44n，cs-gly-ceo-cnc和cs-gly-ceo复合保鲜剂处理的硬度分别为52.40n和69.45n，明显低于空白对照组(蒸馏水)。相比之下，cs-gly-ceo-cnc保持了芒果一定的硬度。
[0072]
本实施例中，通过扫描电子显微镜和水蒸气透过率来证明纤维素纳米晶的加入可以提高壳聚糖基的气体阻隔性。cs-gly-ceo和cs-gly-ceo-cnc两种处理下对芒果水蒸气透过率的影响如图1和图2所示。
[0073]
本实施例中，使用扫描电子显微镜(sem)研究涂层在芒果表面的形态。通过将样品片安装在铜桩上，镀金并在高真空模式下使用10kv的加速电压进行观察来确定涂层的微观分析。
[0074]
本实施例中，500
×
放大倍率下的相关sem显微照片如图1a
–
b所示。cs-gly-ceo组表面孔洞可见(图1a)，这种状态会影响芒果的生理过程，如呼吸速率和水分流失。相比之下，cs-gly-ceo-cnc的复合涂层表面结构显得致密，表明其涂覆在芒果表面不易破裂且能较好密封并覆盖芒果果皮上的气孔，从而创造了一种改良的内部气氛，从而降低了呼吸速率，延缓衰老，并减少了疾病的发生。
[0075]
本实施例中，通过水蒸气透过性测试表面，cs-gly-ceo-cnc组即有纤维素纳米晶的加入可以使得涂层具有优异气体阻隔性能，有助于延长芒果保质期，保持外观，并防止芒果中的异味产生。
[0076]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。