本發(fā)明涉及果蔬保鮮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自修復(fù)抗菌可食用果蔬保鮮涂層及其在果蔬上的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們對(duì)生活物質(zhì)要求的提高，人們?cè)絹?lái)越多的選擇均衡飲食，水果蔬菜的消費(fèi)量也隨之受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于本身的新陳代謝作用以及人為的影響，果蔬在采摘后易腐壞，以鮮切蘋(píng)果為例，被切分以后，鮮切蘋(píng)果失去了天然的保護(hù)層，水果組織表層受到損傷，水分蒸騰作用顯著增加[1]；而且由于多酚氧化酶(PPO)的存在，鮮切蘋(píng)果極易發(fā)生褐變，鮮切蘋(píng)果這些外觀和營(yíng)養(yǎng)成分上的變化都嚴(yán)重降低了消費(fèi)者的興趣[2，3，4]，因此果蔬保鮮具有非常更重要的意義。果蔬表面的涂膜處理可以減少果蔬水分喪失和果蔬失重，保持其色澤、新鮮度和飽滿度，有效地保持果蔬的外觀品質(zhì)，從而有效地延長(zhǎng)果蔬的采后壽命?？墒秤媚な且环N可以食用的具有包裝保護(hù)功能的薄膜，它們不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)能很好地滿足消費(fèi)者的需求。[5]可食用保鮮涂層對(duì)于各種食品貨架期的延長(zhǎng)具有非常重要的意義，[6，7]受到越來(lái)越多的關(guān)注。
殼聚糖(chitosan，CS)，化學(xué)名稱(chēng)β-(1，4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，是甲殼素在一定程度脫乙?；漠a(chǎn)物，是自然界中唯一帶正電荷的天然高分子，存在于蝦、蟹殼中，殼聚糖有良好的成膜性、生物相容性、生物可降解性和抗菌性[8]，不溶于水，溶于稀酸，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于涂膜保鮮、可食用膜和生物可降解用膜等。在酸性條件下，聚陽(yáng)離子殼聚糖-NH2被質(zhì)子化成-NH3+，從而帶有正電荷[9]，其電荷密度高，可以和許多聚陰離子形成離子復(fù)合物，如形成自組裝超薄膜和水凝膠。殼聚糖形成的薄膜能緩解果實(shí)內(nèi)外氣體交換，提高果內(nèi)CO2/O2比值，抑制果實(shí)呼吸，減少水分散失，提高果蔬抗病菌侵染能力，延緩果蔬完熟衰老進(jìn)程。Lilian Abugoch等將殼聚糖、有機(jī)葵諾亞蛋白質(zhì)、葵花油混合制備可食用膜，探究了這種可食用膜在4℃下對(duì)新鮮藍(lán)莓的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)這種殼聚糖復(fù)合膜延緩了藍(lán)莓的成熟并抑制了藍(lán)莓硬度的降低，同時(shí)，還能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。[10]
氯化鈣及其水合物和溶液在食品制造、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等多個(gè)方面均有重要的應(yīng)用價(jià)值。鈣能降低水果呼吸強(qiáng)度、保持果實(shí)的硬度、影響吲哚乙酸的輸送受阻進(jìn)而影響乙烯的產(chǎn)生。作為一種食品配料，氯化鈣可起到多價(jià)螯合劑和固化劑的作用，能與殼聚糖中含有的大量自由氨基和羥基形成穩(wěn)定的螯合物。氯化鈣能夠在蘋(píng)果保鮮中實(shí)現(xiàn)較好的抗褐變效果，并且能通過(guò)減少氧氣透過(guò)量實(shí)現(xiàn)果蔬保鮮。[11]Souza等的研究發(fā)現(xiàn)，把CaCl2加入到殼聚糖涂層中起到了很好的草莓保鮮效果，因?yàn)椴葺挠捕取⒅亓康慕档投嫉玫搅艘种?，同時(shí)，這種涂層具有很好的抑菌效果。[12]
羧甲基纖維素鈉(Sodium Carboxymethycellulose，CMC)是一種聚陰離子的線性高聚物，CMC上的羧甲基-COOH在溶液中形成-COO-，帶有負(fù)電荷，可以用于層層組裝技術(shù)制備多糖類(lèi)超薄自組裝膜，[13]羧甲基纖維素價(jià)格便宜，成膜性能好，具有良好的生物相容性、可降解性和親水性。Arnon等發(fā)現(xiàn)生物可降解的CMC/CS雙層自組裝涂層在橘子上能提高橘子的光澤度并能抑制水果硬度的降低。[14]
層層自組裝(Layer-by-layer self-assembly，LbLSA)是利用逐層交替沉積的方法，借助各層分子間的弱相互作用(如靜電引力、氫鍵、配位鍵等)，使層與層自發(fā)地締和形成結(jié)構(gòu)完整、性能穩(wěn)定、具有某種特定功能的分子聚集體或超分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程，是制備尺寸、組成、滲透性和表面功能等性質(zhì)可調(diào)控的多層膜及微膠囊的主要方法。靜電層層自組裝技術(shù)(靜電交替沉積技術(shù))是近年來(lái)發(fā)展的層層自組裝技術(shù)，主要以離子間的靜電作用作為成膜驅(qū)動(dòng)力，利用這種方法可以控制自組裝膜的結(jié)構(gòu)和厚度，并且由于靜電相互作用的非特異性，可以輕易地將生物功能大分子、導(dǎo)電聚合物、感光聚合物引入到薄膜中去，形成具有生物功能、導(dǎo)電功能和光活性的薄膜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種成本較低，保鮮效果優(yōu)良且無(wú)毒的智能自修復(fù)抗菌保鮮涂層以及這種保鮮涂層的制備方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明基于靜電層層自組裝原理制備自修復(fù)可食用果蔬保鮮涂層，通過(guò)殼聚糖與纖維素鹽之間陰陽(yáng)離子靜電沉積作用制備出可食用的果蔬保鮮涂層。陽(yáng)離子由經(jīng)濟(jì)實(shí)用的CS提供，陰離子由CMC提供。由于本發(fā)明的作用主要是通過(guò)改變所保護(hù)對(duì)象的呼吸作用等來(lái)保存其水分、質(zhì)量，各類(lèi)水果與蔬菜由于本身結(jié)構(gòu)上的差異，呼吸作用等會(huì)不一樣，只需改變保鮮涂層在被保護(hù)果蔬表面的厚度(改變?nèi)芤簼舛群徒M裝層數(shù)即可實(shí)現(xiàn))等相關(guān)性能即可將本發(fā)明應(yīng)用于各種果蔬的保鮮。
本發(fā)明的自修復(fù)抗菌可食用果蔬保鮮涂層由殼聚糖、氯化鈣和羧甲基纖維素鈉制成。所述殼聚糖濃度為1-10mg/ml，氯化鈣濃度為1-10mg/ml，羧甲基纖維素鈉濃度為1-10mg/ml；將殼聚糖與氯化鈣以1∶2的比例混合，再與羧甲基纖維素鈉組裝成涂層。
本發(fā)明的自修復(fù)抗菌可食用果蔬保鮮涂層的制備方法采用層層自組裝的方法，具體如下：
1).在含1％醋酸的水中準(zhǔn)確配制1-10mg/ml殼聚糖，同時(shí)配制1-10mg/ml氯化鈣、1-10mg/ml羧甲基纖維素鈉溶液；
2).將殼聚糖-氯化鈣溶液以1∶2的體積混合形成聚陽(yáng)離子溶液，常溫下靜置30min；
3).將準(zhǔn)備好的果蔬先放在羧甲基纖維素鈉溶液浸泡5-10min，撈起；
4).再放入步驟2)的聚陽(yáng)離子溶液中5-10min，撈起；
5).重復(fù)步驟3)、步驟4)N次，則在果蔬表面制備了N+1層自修復(fù)抗菌可食用果蔬保鮮涂層。
有益效果：本發(fā)明提供一種智能自修復(fù)果蔬保鮮涂層，使用時(shí)不需再添加另外的凝膠劑和交聯(lián)劑等；
涂層的制備對(duì)果蔬的形貌大小沒(méi)有要求，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)維度的組裝；
CS與CMC之間陰陽(yáng)離子靜電沉積作用制備出可食用的果蔬保鮮涂層，能夠很好地保持果蔬質(zhì)量以及延長(zhǎng)其貨架期；
該涂層具有很好的自修復(fù)效果，在受到外界損傷后能在水的刺激下快速修復(fù)損傷，修復(fù)效率能達(dá)到89.4％；
改涂層具有很好的抗菌效果，能100％殺死沙門(mén)氏桿菌，對(duì)大腸桿菌的抑菌率也能達(dá)到95％，同時(shí)，對(duì)金黃色葡萄球菌、李斯特菌的抑菌率能達(dá)到65％以上。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明自修復(fù)抗菌可食用果蔬保鮮涂層由殼聚糖、氯化鈣和羧甲基纖維素鈉制成。所述殼聚糖濃度為1-10mg/ml，氯化鈣濃度為1-10mg/ml，羧甲基纖維素鈉濃度為1-10mg/ml；將殼聚糖與氯化鈣以1∶2的比例混合，再與羧甲基纖維素鈉組裝成涂層。
下面以蘋(píng)果切片為例，對(duì)本發(fā)明的制備方法及其使用方法進(jìn)行敘述：
實(shí)施例1
選擇成熟度適當(dāng)、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷的蘋(píng)果。將蘋(píng)果去皮去核，切成大小均勻的蘋(píng)果切片，在蘋(píng)果切片上以浸泡的方式進(jìn)行層層自組裝，進(jìn)而制備自修復(fù)可食用保鮮涂層。涂層過(guò)程如下：
1.在含1％醋酸的水中準(zhǔn)確配制1-10mg/ml CS、1-10mg/mlCaCl2、1-10mg/ml CMC溶液，分別用一定體積的容器盛放；
2.將相同濃度的CS和CaCl2溶液以1∶2的體積混合，常溫下靜置30min；
3.準(zhǔn)備新鮮的蘋(píng)果，去皮去核，切成大小均勻的蘋(píng)果切片，一部分作為對(duì)照，不做任何處理，一部分用于涂膜處理；
4.實(shí)驗(yàn)組蘋(píng)果切片在聚陰離子CMC溶液中浸泡5min后，撈起；
5.在CS-CaCl2溶液中浸泡5min，即在蘋(píng)果切片制備了(CMC/CS-CaCl2)1的單層涂層；
6.重復(fù)這兩個(gè)步驟2次，即制備了(CMC/CS-CaCl2)3的3層涂層；
7.將涂膜了涂層后的蘋(píng)果平穩(wěn)放置于容器內(nèi)，常溫下保存。
在涂膜結(jié)束后，將蘋(píng)果切片放置在容器內(nèi)常溫存放。24h后對(duì)蘋(píng)果切片的理化指標(biāo)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)包覆有涂層的蘋(píng)果切片的褐變度得到明顯降低，相對(duì)于對(duì)照組，涂層抑制了蘋(píng)果的重量降低、硬度降低、新陳代謝以及維生素C損失。
實(shí)施例2
制備與實(shí)施例1中相同的溶液，準(zhǔn)備干凈的玻璃片，按照實(shí)施例1中的步驟在玻片上制備3層涂層，制備完成后，將涂層在常溫下靜置直至干燥。
探究涂層在基底上的自修復(fù)性能：用干凈的小刀在涂層上劃“十”字，使劃痕深入到基底表面，在劃痕上滴加一滴水，觀察涂層的修復(fù)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滴水以后，涂層具有一定的流動(dòng)性，隨著水分的蒸發(fā)干燥，涂層表面的平整度基本恢復(fù)到原狀。將修復(fù)前后的涂層從玻片基底上揭下來(lái)，測(cè)試涂層的機(jī)械性能，計(jì)算涂層的修復(fù)效率，發(fā)現(xiàn)制備的3層涂層抗拉強(qiáng)度修復(fù)效率達(dá)到了89.4％。
實(shí)施例3
探究涂層的抗菌性，將在玻片上制備好的涂層與細(xì)菌培養(yǎng)液混合，過(guò)夜培養(yǎng)，通過(guò)平板計(jì)數(shù)法計(jì)算菌落數(shù)，進(jìn)而計(jì)算涂層的抑菌率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂層對(duì)沙門(mén)氏桿菌的抑菌率達(dá)到了100％，對(duì)大腸桿菌的抑菌率達(dá)到95％，而對(duì)金黃色葡萄球菌和李斯特菌的抑菌率都能達(dá)到65％以上。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。