可食性壳聚糖活性包装膜成膜组分研究

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为了贯彻可持续发展的理念,开发新型环保的活性食品包装材料,扩展多糖膜的应用价值,本研究从壳聚糖结合天然抗菌剂(植物精油)和抗氧化剂(绿茶提取物)制备可食性包装膜入手,研究了复合植物精油(柠檬、百里香、肉桂)、乳化剂、绿茶提取物、增塑剂等对壳聚糖膜物理、机械、光学和结构性能的影响。并且,为提高可食性活性包装膜在果蔬保鲜中的应用价值,以荸荠为研究对象,探索了壳聚糖复合膜对整果荸荠和鲜切荸荠的保鲜效果,本研究为壳聚糖基的可食性包装材料在实际中的应用提供了理论依据。本文主要包含以下几方面的内容:(1)研究了0、0.5%、1%和2%的柠檬精油及添加乳化剂吐温80和司盘80对壳聚糖基可食性膜物理、机械和结构性能的影响。结果表明柠檬精油显著降低了壳聚糖膜溶液的表观黏度,减少了膜的水分含量和水蒸汽透过系数,增加了膜的颜色和不透明度,并且导致了复合膜机械性能的下降,抗拉强度和断裂伸长率(2%的柠檬精油)分别比对照膜下降了50.0%和62.5%。乳化剂吐温80的存在显著增加了壳聚糖精油膜的水蒸汽透过系数,增幅达46.1%,提高了膜的溶解性,降低了膜的断裂伸长率与抗拉强度,而乳化剂司盘80的存在增加了膜的颜色。扫描电镜显示柠檬精油破坏了壳聚糖膜紧凑而均一的结构,复合膜中油粒的数量和大小依赖于精油的浓度和乳化剂的存在与否。柠檬精油没有显著影响壳聚糖的化学键,而吐温80和司盘80由于其酯基nCOO-的伸缩振动,在1737cm-1处形成了新的化学键。(2)比较了柠檬、肉桂和百里香精油及两两1:1配比对壳聚糖包装膜理化和结构性能的影响。结果表明柠檬精油构建的壳聚糖复合膜溶液有着最低的表观黏度和最小的平均粒度值,相比于单一精油,复配两种精油后,复合膜溶液的平均粒度降低。从三种精油的抗菌和抗氧化性能来看,百里香精油有着最强的抗氧化和抗菌能力,其次是肉桂精油和柠檬精油,复配两种精油均衡了单一精油的抗菌能力。三种精油均显著增加了膜的厚度和颜色,降低了膜的含水率、水蒸气透过系数和水溶性,其中,柠檬/肉桂精油复配的膜水蒸气透过系数最小,仅7.52*10-11g.m-1s-1Pa-1,而壳聚糖柠檬精油复合膜的抗拉强度最大。结构分析表明精油在膜中的存在状态以及乳化作用的发生与精油的类型和配比有关,柠檬/肉桂精油与壳聚糖溶液混合后,乳化作用最明显,乳化作用的发生主要受精油之间的静电斥力影响。从精油对膜的风味影响来看,三种精油均显著增加了壳聚糖膜的感官风味,电子鼻反映了不同精油壳聚糖复合膜的风味之间存在显著的差异,柠檬精油有着较好的果香味,更易于人们所接受。(3)研究了红茶和绿茶提取物对壳聚糖膜理化和抗氧化能力的影响。结果表明茶叶提取物能显著提高壳聚糖复合膜的抗氧化能力,复合膜的DPPH自由基清除能力可达94.9%,随着茶叶提取物浓度的增加,复合膜的抗氧化能力逐渐增强,并且,结合茶叶提取物显著降低了壳聚糖膜的水蒸气透过系数。比较来看,绿茶提取物的抗氧化能力高于红茶提取物,并且绿茶提取物构成的复合膜颜色较浅、透明度高。对膜中抗氧化物质在不同食品表面模拟物(0%、20%、75%和95%的乙醇溶液)中的释放表明,随乙醇浓度的增加,壳聚糖复合膜中的抗氧化物质释放逐渐变缓。扫描电镜观察到壳聚糖和茶叶提取物的相容性好,然而,添加茶叶提取物显著降低了壳聚糖膜的断裂伸长率,增加了膜的水溶性,改变了壳聚糖分子间的结构和作用力,导致了壳聚糖膜热稳定性的降低。(4)对增塑剂改善壳聚糖绿茶复合膜的性能进行了系统的研究。结果表明当增塑剂甘油的浓度增加时,复合膜的柔韧性增强,不易碎裂,膜的水溶性和膨胀程度降低,水蒸汽透过系数增加。复合膜中抗氧化物质的释放程度易受甘油浓度的影响,甘油浓度越大,膜中抗氧化物质释放越慢。体系中存在吐温20对复合膜的影响较复杂,其性能依赖于甘油和吐温20的混合比例。膜的结晶结构、热学性能和红外光谱反映了其性能的差异,结晶度的高低与甘油和吐温20的相互作用有关。综合来看,2%的壳聚糖、0.5%的绿茶提取物、0.9%的甘油的配比能制备性能较好的膜,结晶度较高,机械性能较好。进一步比较甘油、聚乙二醇200两种增塑剂对壳聚糖复合膜的性能差异,发现甘油和聚乙二醇1:1复合构成的膜的穿透力和抗拉强度最大,分别为19.26N和31.05MPa,而复合膜的水溶性较小,为18.38%。与聚乙二醇200相比,壳聚糖甘油构成的膜阻水性强,膨胀程度较小,而聚乙二醇200增塑的壳聚糖绿茶复合膜有着较小的水蒸汽透过系数,对膜的结晶结构影响较小。增塑剂与绿茶的配比比例及其含有的羟基数量是影响复合膜性能的主要因素。(5)研究了荸荠的微观结构、水分和品质特性,以及溶剂保鲜在荸荠上的应用。结果表明荸荠的细胞组织排列紧密,含有大量淀粉颗粒,淀粉粒以单粒的形式存在,其大小在5-10μm之间。荸荠内的水分以自由水为主,占了95.1-98.3%,结合水含量较少,弛豫时间较长,细胞组织的持水力较弱。荸荠内的糖分以二糖为主,蔗糖含量在65.28mg/g,是构成荸荠特殊风味的主要糖分,单糖类的果糖和葡萄糖含量很低,分别仅为4.96mg/g和6.72mg/g。贮藏后的鲜切荸荠组织黄化严重,相比于乙酸、柠檬酸、草酸、维生素C、百里香精油和氯化钠等溶剂,山梨酸钾和绿茶多酚在预防荸荠黄化方面效果最好。然而,比较0.2%的山梨酸钾/绿茶多酚和1.5%的壳聚糖涂膜处理,壳聚糖结合山梨酸钾/绿茶多酚复合涂膜处理效果最好,能维持荸荠体内较高的含水率,减少腐烂和褐变的发生。(6)比较了壳聚糖、虫胶、海藻酸钠几种涂膜处理对整果荸荠和鲜切荸荠保鲜的效果。结果表明,对于整果荸荠,虫胶和壳聚糖涂膜后荸荠在不同温湿度条件下的失水均显著降低,并且,涂膜抑制了荸荠的呼吸和POD酶活性的变化,延迟了相对电导率的增加,维持了较好的细胞膜结构,涂膜后的荸荠硬度和脆度较高、可溶性固形物等品质指标较好,腐烂率低。对于海藻酸钠和壳聚糖两种涂膜处理在鲜切荸荠上的应用效果,发现海藻酸钠涂膜处理后荸荠的腐烂率和失重率显著降低,但海藻酸钠抑制鲜切荸荠褐变的效果不如壳聚糖,并且,海藻酸钠涂膜处理后,荸荠的风味变化大。
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