一种壳聚糖基果蔬涂膜保鲜材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种壳聚糖基果蔬涂膜保鲜材料及其制备方法 (Chitosan-based fruit and vegetable coating preservation material and preparation method thereof ) 是由 曹金锋 孙东 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于食品技术领域,具体涉及一种壳聚糖基果蔬涂膜保鲜材料及其制备方法和应用。所述的涂膜保鲜材料包含以下重量份的组分：多酚类化合物1～4份,纤维素纳米纤维5～10份,壳聚糖10～20份,氧化剂1～4份,去离子水50～70份。本发明的优点：本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料,原料价廉易得,制备工艺简单,易于工业化生产；保鲜材料的力学性能、抗菌能力、抗氧化性能和耐水性能均得到明显提高；原料天然来源,可生物降解,不会造成污染。(The invention belongs to the technical field of food, and particularly relates to a chitosan-based fruit and vegetable coating preservation material and a preparation method and application thereof. The coating preservation material comprises the following components in parts by weight: 1-4 parts of a polyphenol compound, 5-10 parts of cellulose nano-fiber, 10-20 parts of chitosan, 1-4 parts of an oxidant and 50-70 parts of deionized water. The invention has the advantages that: the chitosan-based coating preservation material provided by the invention has the advantages of cheap and easily-obtained raw materials, simple preparation process and easy industrial production; the mechanical property, antibacterial capacity, oxidation resistance and water resistance of the fresh-keeping material are all obviously improved; the raw materials are natural in source, can be biologically degraded and cannot cause pollution.)
技术领域
本发明属于食品技术领域，具体涉及一种壳聚糖基果蔬涂膜保鲜材料及其制备方法和应用。
背景技术
新鲜果蔬在采后贮运过程中如何保持原始风味和品质已成为当前农副产品加工工业发展的重要问题。针对这一问题，现有技术公开了多种保鲜方法，包括涂膜法保鲜、低温保鲜、辐射处理等。其中，涂膜法由于操作简便、成本低等优点，而被广泛用于果蔬产品的保鲜领域。
目前，常见的制备可食用果蔬保鲜涂膜材料包括纤维素、淀粉、壳聚糖、植物蛋白等天然生物质材料。涂膜材料可以作为保护性屏障均匀分布于果蔬表面，减少果蔬在存放过程中的水分散失、过度氧化和微生物感染等问题，减缓果蔬挥发性芳香物质的流失，提高果蔬贮藏时间和质量。
壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基团后得到的一种碱性多糖，具有成本低、易获得、生物可降解、抗菌等优点，被广泛用于食品的贮藏保鲜。壳聚糖具有良好的成膜性，能够在果蔬表面形成一种半透膜，调节果蔬内环境，降低呼吸速率和失水率。利用壳聚糖制备食品保鲜材料在国外受到广泛关注。但是，纯壳聚糖材料机械强度低、抑菌能力和抗氧化作用有限，极大限制了壳聚糖在食品保鲜领域的应用范围。
制备具有优异力学性能、抗菌和抗氧化能力的壳聚糖保鲜涂膜材料具有重要现实意义。目前常用的方法是通过添加一些功能性改良剂，改善壳聚糖保鲜涂膜材料的性质。制备的壳聚糖保鲜涂膜材料相比于单一涂膜具有更好的保鲜效果。常用的膜增强材料包括氧化石墨烯、羟基磷灰石、纤维素纳米纤维等。其中，纤维素纳米纤维由于具有储量丰富、可再生、独特的棒状结构、力学性能优异等优点，被用作一种新型绿色增强材料，在改善材料的力学性能方面受到了广泛关注。
多酚类化合物常被用于食品添加剂，用来改善食品的质量，作为天然的抗氧化剂，其对于多种活性氧自由基具有清除作用。多酚类化合物的热稳定性较好，相比于其他一些亚硝酸盐等无机盐的抑菌效果显著。多酚作为一类天然产物，因其资源丰富、绿色环保、无毒副作用，作为添加剂广泛应用于各类保健食品，饮料等加工。
利用天然生物质资源制备高性能的果蔬保鲜涂膜材料成为国外食品保鲜材料研究的重要方向。但是利用壳聚糖、纤维素、多酚类化合物等制备的保鲜材料尚未见公开。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能食品保鲜涂膜材料及其制备方法和应用，该材料可以有效提高果蔬产品的储藏时间和风味。其原料来源丰富，制备工艺简单，成本低廉，环境友好，易于实现工业化生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料，所述的涂膜保鲜材料包含以下重量份的组分：多酚类化合物1～4份，纤维素纳米纤维5～10份，壳聚糖10～20份，氧化剂1～4份，去离子水50～70份。
进一步的，所述的多酚类化合物为天然多酚化合物或其衍生物。
进一步的，所述的多酚类化合物为茶多酚或原儿茶酸或咖啡酸中的任意一种。
进一步的，所述的氧化剂为过硫酸铵或过硫酸钠中的任意一种。
进一步的，所述的多酚类化合物与氧化剂的质量比为1:1。
本发明还提供一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的制备方法。
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的制备方法为：
(1)按配方将多酚类化合物溶于去离子水中，搅拌均匀，制得溶液A；
(2)按配方将纤维素纳米纤维分散于去离子水中，搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入氧化剂，搅拌3～6h，制得多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)按配方将壳聚糖溶于去离子水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后即得壳聚糖基涂膜保鲜材料。
进一步的，所述的制备方法在室温条件下进行。
本发明还提供一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用。
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用，所述的涂膜保鲜材料用于果蔬保鲜。
进一步的，所述的涂膜保鲜材料用于提升果蔬的抗氧化能力和/或抗菌能力。
本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料利用多酚类化合物对纤维素纳米纤维进行表面改性，提高其反应活性和与其他基质的界面相互作用。利用多酚修饰的纤维素纳米纤维对壳聚糖进行增强。多酚修饰的纤维素纳米纤维与壳聚糖交联结构可以显著提高涂膜材料的强度。同时多酚类化合物、纤维素纳米纤维和壳聚糖独特的理化性质还对果蔬涂膜的抗氧化能力、抗菌能力等有显著提高。
本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料，利用多酚类化合物改性纤维素纳米纤维，多酚类化合物通过氢键、化学沉积作用等附着在纤维素纳米纤维表面，提高其与其他基质间的界面相互作用，将多酚修饰的纤维素纳米纤维用于提高壳聚糖果蔬涂膜的性能。多酚类化合物介导纤维素纳米纤维-壳聚糖交联结构可以有效改善复合膜的交联密度、拉伸强度和耐水性。
与现有技术相比，本发明提供的一种壳聚糖基涂膜保鲜材料及其制备方法和应用的优点：
(1)本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料，原料价廉易得，制备工艺简单，易于工业化生产。
(2)本发明利用多酚类化合物对纤维素纳米纤维进行界面改性，提高纤维素纳米纤维的反应活性，提高其分散性和对壳聚糖的交联效果。
(3)本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的力学性能、抗菌能力、抗氧化性能和耐水性能均得到明显提高。
(4)本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料，原料天然来源，可生物降解，不会造成污染。
附图说明
图1是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的流变测试结果。
图2是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的接触角。
图3是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的断裂强度和断裂伸长率。
图4是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的细胞毒性测试。
图5是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用于圣女果储存时圣女果的失重率。
图6是本发明提供的壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用于圣女果储存时圣女果的腐烂率。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下实施例对本发明的作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明发明，但不用来限制本发明的范围。
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料，所述的涂膜保鲜材料包含以下重量份的组分：多酚类化合物1～4份，纤维素纳米纤维5～10份，壳聚糖10～20份，氧化剂1～4份，去离子水50～70份。
进一步的，所述的多酚类化合物为天然多酚化合物或其衍生物。
进一步的，所述的多酚类化合物为茶多酚或原儿茶酸或咖啡酸中的任意一种。
进一步的，所述的氧化剂为过硫酸铵或过硫酸钠中的任意一种。
进一步的，所述的多酚类化合物与氧化剂的质量比为1:1。
本发明还提供一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的制备方法。
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的制备方法为：
(1)按配方将多酚类化合物溶于去离子水中，搅拌均匀，制得溶液A；
(2)按配方将纤维素纳米纤维分散于去离子水中，搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入氧化剂，搅拌3～6h，制得多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)按配方将壳聚糖溶于去离子水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后即得壳聚糖基涂膜保鲜材料。
进一步的，所述的制备方法在室温条件下进行。
本发明还提供一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用。
一种壳聚糖基涂膜保鲜材料的应用，所述的涂膜保鲜材料用于果蔬保鲜。
进一步的，所述的涂膜保鲜材料用于提升果蔬的抗氧化能力和/或抗菌能力。
实施例1
(1)将1份茶多酚溶于9份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液A；
(2)将4份纤维素纳米纤维分散于10份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入1份过硫酸铵，在室温下搅拌反应3h，制得多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)将10份壳聚糖溶于40份水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将4份步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后得到多酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料。
实施例2
(1)将2份茶多酚溶于8份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液A；
(2)将4份纤维素纳米纤维分散于10份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入2份过硫酸铵，在室温下搅拌反应6h，制得多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)将10份壳聚糖溶于40份水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将4份步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后得到多酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料。
实施例3
(1)将1份咖啡酸溶于9份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液A；
(2)将4份纤维素纳米纤维分散于10份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入1份过硫酸铵，在室温下搅拌反应4h，制得多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)将10份壳聚糖溶于40份水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将2份步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后得到多酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料。
实施例4
(1)将1份原儿茶酸溶于9份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液A；
(2)将4份纤维素纳米纤维分散于10份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液B；
(3)将溶液A和溶液B混合均匀，加入1份过硫酸铵，在室温下搅拌反应5h，制备多酚修饰的纤维素纳米纤维；
(4)将10份壳聚糖溶于40份水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将8份步骤(3)制备的多酚修饰纤维素纳米纤维加入到溶液C中，混合均匀后得到多酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料。
对比例1
将10份壳聚糖溶解在40份水中，在室温下搅拌均匀，得到壳聚糖保鲜涂膜材料。
对比例2
(1)将4份纤维素纳米纤维分散于10份水中，在室温条件下搅拌均匀，制得溶液B；
(2)将10份壳聚糖溶于40份水中，在室温下搅拌均匀，制得溶液C；
(5)将溶液B和溶液C混合均匀，混合均匀后得到纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料。
以实施例1～4和对比例1和2制得的保鲜涂膜材料做分析，记过如下：
参见附图1，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖混合溶液具有良好的剪切变稀行为，便于喷涂。
参见附图2，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料的耐水性得到显著提高。
参见附图3，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料的强度和韧性得到增强，力学性能优异。
参见附图4，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料的具有良好的生物相容性。
参见附图5，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料对可以抑制果蔬在储存过程中的失重。
参见附图6，可以看出儿茶酚介导的纤维素纳米纤维/壳聚糖果蔬保鲜涂膜材料对果蔬具有优异的防腐烂效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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