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“膜”力十足:南亚所在绿色高分子涂膜保鲜材料研究领域取得新进展

来源:光明网-科普中国2022-11-09 14:36

“膜”力十足:南亚所在绿色高分子涂膜保鲜材料研究领域取得新进展

  “民以食为天,食以安为先”,果蔬保鲜作为食品安全中的一员,一直备受社会大众的关注。近日,南亚所旱作新材料研究室在国际顶级期刊《Carbohydrate Polymers》(中科院JCR一区,2022年影响因子10.723)上发表了题为“Amphiphilic chitosan/carboxymethyl gellan gum composite films enriched with mustard essential oil for mango preservation”的研究论文。该研究通过对壳聚糖、结冷胶进行改性,构建了两亲性壳聚糖/羧甲基结冷胶/芥末精油复合材料,研究了复合材料的阻隔性能、力学性能以及抗菌性能等,同时将该复合材料涂膜液应用于芒果保鲜,解决了单一壳聚糖高分子涂膜保鲜材料膜力学性能差,抗菌性能不足的问题。研究结果表明,经过两亲性壳聚糖/羧甲基结冷胶复合材料涂膜处理可以延长芒果呼吸高峰期,同时水果货架期可以延长10天,另外,研究发现添加了芥末精油的两亲性壳聚糖/羧甲基结冷胶复合材料可以延缓果实腐败、衰老,阻止果实营养成分发生剧烈变化。

“膜”力十足:南亚所在绿色高分子涂膜保鲜材料研究领域取得新进展

图1 壳聚糖/结冷胶/芥末精油复合涂膜对芒果的保鲜示意图

  目前,水果贮藏保鲜有很多种方法,主要有低温贮藏法、气调贮藏法、热处理杀菌法、辐照贮藏法、臭氧处理法和化学保鲜剂处理法等,但这些保藏方法存在投资成本高,技术复杂,难于控制或有毒物质残留等问题。真正绿色健康的保鲜方法,成为整个行业的期待,也是每一个人健康生活不可缺少的。因此,立足高效安全环保低廉易操作的原则,涂膜保鲜应运而生。涂膜保鲜是近年兴起的保鲜新方法之一,其利用涂膜液在水果表面形成一层薄的高分子膜来抑制果蔬的气体和水汽交换以及果蔬代谢,从而降低采后果实的呼吸强度,减少水分蒸发,达到延长水果保鲜期的目的。

  绿色高效的涂膜材料是开发涂膜保鲜剂的关键。壳聚糖是自然界存量最丰富的多糖之一,具有良好的生物相容性、可降解性、成膜性、阻隔性以及抗菌性,被认为是可食性涂膜保鲜的理想材料之一。但壳聚糖膜存在着成膜后机械性能差、抑菌性能不足等问题。结冷胶是一种天然微生物多糖,具有高透明、耐酸广、强稳定性、凝胶性、风味释放性、耐高温等性能,已广泛用于食品、日用品、药品等领域,结冷胶的引入能有效提高壳聚糖成膜后的机械性能。植物精油是一类植物源次生代谢产物,具有广谱、高效的抗菌活性,是公认的无公害天然防腐保鲜剂,不仅可以有效地提高涂膜材料的防腐抑菌效果,而且能改善涂膜的力学性能,产生协同增效作用。本研究将壳聚糖羧甲基改性后接入胆酸基团形成两亲性壳聚糖衍生物(CMCS-g-CA),使其具有良好的水溶性,以及与疏水性材料更好的相容性,然后与水溶性的羧甲基结冷胶(CMGG)进行复合,构建高分子涂膜保鲜材料。在这项工作中,为了获得具有最佳机械和阻隔性能的复合膜,通过对复合膜的透水透气性能以及力学性能进行表征,确定了CMCS-g-CA/CMGG的合适重量比为5:2。同时,添加了芥末精油(MEO)的CMCS-g-CA/CMGG/MEO复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和炭疽杆菌具有良好的抗菌性能,并且抗菌活性随着MEO用量的增加而逐渐增强。与未涂膜芒果样品相比,在室温下,用CMCS-g-CA/CMGG/MEO涂膜的芒果货架期延长了10天。这项研究表明,壳聚糖/结冷胶/植物精油复合材料可应用于开发具有高抗菌活性的食品保鲜包装材料,为绿色多功能水果保鲜材料的开发提供新的策略。

“膜”力十足:南亚所在绿色高分子涂膜保鲜材料研究领域取得新进展

图2 不同比例CMCS-g-CA/CMGG对复合膜机械性能(a)和物理性能(b)的影响

“膜”力十足:南亚所在绿色高分子涂膜保鲜材料研究领域取得新进展

图3 不同浓度芥末精油对复合膜抗菌性能(a)以及保鲜效果(b)的影响

科普中国智惠农民

学术支持

中国热带农业科学院南亚热带作物研究所

制作

光明网科普事业部

记者

谢芸

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