果胶/壳聚糖膜的理化特性及其在苹果涂膜中的应用

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食品工业当今面临的一个重要挑战是发展环境友好绿色智能的食品包装材料。这类包装材料一方面通过物理隔离、控制释放等方式实现食品防腐保鲜的目的,另一方面因其生物可降解性可以避免因使用合成聚合物包装材料引起的环境问题。食用涂层或可生物降解材料被认为是最值得信赖的果蔬贮藏技术,是化学合成防腐剂的一种优良替代方法,能更有效地延长不同农产品的货架期,抑制水果表面病害的产生。生物降解材料具有生物相容性、生物降解性、可再生性、无毒性等特点。因此,近年来研究的重点是可食用包装作为替代材料,尽量减少或避免使用非生物降解材料。壳聚糖(CH)和果胶(PE)具有成膜性、生物降解性和无毒性等特点,被认为是开发可食性、生态友好的生物材料,但纯CH或PE具有阻隔性弱、力学性能不理想等明显缺点。基于上述事实,本研究以高甲氧基苹果果胶(64%酯化度)和两种壳聚糖复配形成的共混物为可食性涂膜材料,对贮藏过程中的苹果果实灰霉病进行了研究。本研究的主要内容如下:研究高甲氧基苹果果胶与壳聚糖及其在不同质量比下的共混物可食性膜的理化性质;研究通过添加壳聚糖/果胶纤维,来调节苹果果胶膜的理化性质;研究果胶、壳聚糖以及它们的混合物作为涂层,在防止苹果果实灰霉病上的效果。本研究的主要结果如下:(1)研究了脱乙酰度较低(67.9%DD)的壳聚糖与苹果果胶共混膜在不同质量比下对纯果胶膜和壳聚糖膜的影响,结果表明:在结构上,PE膜上均匀分布着许多小孔,CH膜中存在较大的空穴,且空穴分布不均匀,CH膜呈半晶态结构,而CH和共混膜均为非晶态结构,两种膜的含水量和溶解度与共混膜相当。CH薄膜具有较低的水蒸气透过率和表面润湿性,这些参数随CH含量的增加而降低,PE1-CH1和PE1-CH2薄膜的透光率分别为2.54和2.82 mm-1,而PE薄膜的透光率较低(1.76 mm-1)。机械性能方面,PE膜的拉伸性能和拉伸强度均高于CH膜。此外,在不同的共混比下,CH/PE共混膜在透明性和力学性能方面表现出协同效应。这些协同效应归因于CH和PE之间的分子间静电相互作用,从以上研究结果来看,PE1-CH1是最佳的共混物,可作为果品的食用涂膜,延长果品的贮藏期,保持果品品质。(2)以苹果果胶和壳聚糖(80-95%DD)为原料制备天然纤维。针对果胶(PE)薄膜存在的缺陷,探讨了 CH/PE纤维掺入果胶薄膜的可行性。采用静电络合法,通过剪切法制备了直径约为25 μm的针状、纺锤状或晶须状微米级新型人造CH/PE纤维。CH/PE纤维(混合物)及其大小分块(大小)的掺入使PE膜发生了不同程度的变化,结果如下:结构上,掺入纤维的膜是非均匀的,纤维集中在上层,虽然它们的红外光谱和X射线衍射图与聚乙烯薄膜相似。在薄膜性能方面,CH/PE纤维的掺入,特别是小部分的掺入,使聚乙烯薄膜具有较高的耐水性、热稳定性、抗折性、拉伸性和紫外屏蔽能力。更重要的是,这项工作提供了一个创新的策略,可以用来提高和改善可食用薄膜的性能。(3)该研究比较了果胶和壳聚糖及其混合物作为苹果果实涂层的效果,结果表明:接种10天后,灰霉病开始生长,直到贮藏结束。与对照组相比(仅接种灰霉病菌),接种前涂膜处理(PE、CH、PE/CH)的苹果果实各种参数均显示出显著性差异,具有较好的防灰霉病性能。接种灰霉病菌前的PE/CH共混涂膜比纯果胶和壳聚糖涂膜具有更好的防灰霉病性能,其失重率(13.12%)和呼吸速率(CO2产生)降低,同时保持了苹果硬度(16.24 N),其次是CH涂层(12.93 N)。结果表明,果胶与壳聚糖的相互作用不仅改善了膜的性能,而且比信号壳聚糖或果胶涂膜有助于延长果实的货架期和抑制微生物的生长,因此PE/CH共混涂膜可用于防治灰霉病保持水果的内在品质。基于以上结果,果胶与壳聚糖共混物作为涂膜剂,比单独使用壳聚糖或果胶作为涂膜剂具有更好的涂膜效果,对苹果果实的灰霉病有较好的保护作用;果胶与壳聚糖复合可以制备天然纤维,提高涂膜性能。
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