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基于低共熔溶剂丝素纳米纤维的绿色提取及在鲜切水果保鲜中的应用研究

基于低共熔溶剂丝素纳米纤维的绿色提取及在鲜切水果保鲜中的应用...

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作者：王一通浙江理工大学

学位级别：硕士

鲜切水果是受损伤的组织,相比完整的水果更易出现微生物污染、水分挥发、营养成分流失等问题,因此其保鲜期很短。丝素纳米纤维来源于天然桑蚕丝,具有高比表面积、优异的力学性能、生物相容性、可生物降解性、安全无毒性和热稳定性等优点... 详细信息

鲜切水果是受损伤的组织,相比完整的水果更易出现微生物污染、水分挥发、营养成分流失等问题,因此其保鲜期很短。丝素纳米纤维来源于天然桑蚕丝,具有高比表面积、优异的力学性能、生物相容性、可生物降解性、安全无毒性和热稳定性等优点,在食品包装领域有着巨大的应用潜力。然而,单一丝素纳米纤维的粘附性差、成膜性较弱、功能特性不足;另一方面,提取丝素纳米纤维往往存在使用环境不友好的试剂、需要前置脱胶流程、周期较长等问题。这使得其在鲜切水果保鲜中的应用仍存在局限性。因此,本论文引入低共熔溶剂(DES)直接从废弃蚕茧中高效提取丝素纳米纤维,并将其优异的力学性能和阻隔性能与壳聚糖优异的成膜性能、粘附性能和抗菌性能相结合,制备出一种新型的可食用丝素纳米纤维/壳聚糖复合涂膜,应用于鲜切水果的抗菌保鲜。主要研究内容与结果如下:(1)废蚕茧中丝素纳米纤维的绿色提取及结构调控:采用二水合草酸和氯化胆碱为原料,通过简单地加热混合制备得到二水合草酸/氯化胆碱DES。DES通过液相剥离的方法直接从家蚕茧壳中提取丝素纳米纤维,无需预先进行脱胶前处理,可在较短时间内提取得到产率为37.40%的丝素纳米纤维,且在此过程中未发生化学修饰,晶体结构不发生明显改变。调节处理温度和加工时间可以控制丝素纳米纤维的粒径分布(从20～80 nm收窄至20～40 nm)、二级结构(β-折叠含量可以从37.93%提高至最大66.74%)和热稳定性(质量保留率从23.52%到27.42%),揭示了DES是通过分离非晶区提取丝素纳米纤维的机理,实现了对丝素纳米纤维结构和性能的调控。此外,DES可以通过除水浓缩的方式回收后重复利用,在4个循环后性能也基本保持不变,提取率仍保持在30%以上。(2)可食用丝素纳米纤维/壳聚糖涂膜的制备及其对鲜切水果的保鲜应用:将制备的丝素纳米纤维按0:1、1:16、1:8和1:4的比例分散在壳聚糖基质中,制备4种不同的可食用涂膜。加入与壳聚糖质量比1:8的丝素纳米纤维时,复合涂膜具有最优的综合性能。其水接触角为80.54°,相比纯壳聚糖涂膜增加了13.52%;水蒸气透过量为2696.36 g/(m·d),相比纯壳聚糖涂膜减少了26.30%;透气度为0.14μm/(Pa·s),相比纯壳聚糖涂膜减少了56.73%;相应的拉伸强度为54.41MPa,相比纯壳聚糖涂膜提高了60.24%;同时保持了良好地透光率、安全性和抗菌性能。将该涂膜应用于剥皮龙眼保鲜,涂膜3天后剥皮龙眼的失重率相比未进行涂膜处理减小了31.52%,相比单纯用壳聚糖处理的减小了20.92%;可溶性固形物相比未处理的最大提高了40.72%,相比单纯用壳聚糖处理的最大提高了24.69%;通过比较腐烂率和表观品质,该涂膜液可以在常温下有效减缓剥皮龙眼表面发生氧化褐变的速度,抑制剥皮龙眼的腐烂,延长剥皮龙眼的2天的保鲜期。将该保鲜涂膜扩大应用于鲜切苹果和新鲜草莓,能延长鲜切苹果4天的保鲜期,草莓3天的保鲜期,证明了该保鲜涂膜的普适性。研究表明,二水合草酸/氯化胆碱DES是高效提取丝素纳米纤维的理想溶剂体系,有效简化了提取流程并提高了提取效率,并能实现对丝素纳米纤维的结构调控。将丝素纳米纤维和壳聚糖按1:8制备的可食用复合涂膜,改善了单一成分涂膜的保鲜性能,可以有效延长剥皮龙眼、鲜切苹果和草莓的保鲜期,有望作为一种新型可食用涂膜应用于鲜切水果保鲜。

关键词：可食用涂膜鲜切水果保鲜丝素纳米纤维低共熔溶剂

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芸豆醇溶蛋白粗提物组成鉴定及电纺成膜特性研究

芸豆醇溶蛋白粗提物组成鉴定及电纺成膜特性研究

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作者：杨豫斐合肥工业大学

学位级别：硕士

本论文使用多种方法对芸豆中醇溶蛋白进行了提取,并对所得醇溶蛋白粗提物的组成、结构和功能性质进行了比较;探究不同醇溶蛋白（KBP）/聚乙烯醇（PVA）比例纺丝液对静电纺膜形貌、结构、稳定性和机械性能的影响;分别对KBP进行物理和化... 详细信息

本论文使用多种方法对芸豆中醇溶蛋白进行了提取,并对所得醇溶蛋白粗提物的组成、结构和功能性质进行了比较;探究不同醇溶蛋白（KBP）/聚乙烯醇（PVA）比例纺丝液对静电纺膜形貌、结构、稳定性和机械性能的影响;分别对KBP进行物理和化学改性,研究改性处理对醇溶蛋白成纤维能力的影响;筛选可维持水果色泽并抑制微生物生长的保鲜剂,探究含保鲜剂静电纺膜对鲜切苹果的保鲜效果。本论文研究结果可为豆类醇溶蛋白组成和性质研究以及可食性膜构建提供重要的理论依据。1、采用乙醇直接浸提法、两步法、酶法和Osborne法分别对市售七种不同花色芸豆中醇溶性蛋白进行提取,并对两步法所提粗醇溶蛋白的组成、结构和功能性进行了初步评估。根据SDS-PAGE图谱,醇溶蛋白粗提物中存在丰富的蛋白质亚基,通过LC-MS/MS进一步鉴定了蛋白组成差异;结构分析表明,白花芸豆（LSKB）、黑花芸豆（BSKB）和红芸豆（RKB）中所提醇溶蛋白具有较强的疏水性,这可能与α-螺旋含量有关。大、小白芸豆的粗醇溶蛋白巯基含量较高,并表现出较好的保水性能,而LSKB、BSKB和RKB样品的吸油性较强。2、借助两种聚乙烯醇（PVA-217和PVA-117）的电纺成纤维能力,对具有较强疏水性的白花芸豆中KBP进行静电纺丝,探究不同共混比例电纺膜的形貌、结构、稳定性和机械性能。当PVA比例较高时,电纺膜表面可观察到均匀纤维的排布,随着KBP比例的不断提高,纤维界线逐渐模糊,电纺膜过渡为纤维-片混合形貌,最终呈现出较光滑和均匀的整体膜表面,但单纯KBP溶液无法电纺成膜;虽然PVA的存在使共混膜保持较强亲水性,但相较而言,呈现出纤维随机排布形貌膜的疏水性强于整体形貌膜。使用PVA-217的电纺膜获得较PVA-117更高的强度和良好的柔韧性,且表现出更高的水分透过率。3、分别对KBP进行超高压处理（100、200、300和400 MPa）、加热处理（60、80和100℃）、酸/碱处理（pH 2.0、7.0和12.0）和干法美拉德反应（普鲁兰多糖、β-环状糊精、壳聚糖（CS）和醋酸纤维素）,探究以上修饰方法对KBP静电纺成膜能力的影响。由测定结果知,KBP与四种糖的接枝度较低,仅为3.26±0.45%-27.86±0.56%;扫描电镜图中膜为完全纤维结构,表明超高压和美拉德反应改性可提升KBP的成纤维能力;相比于KBP未处理各组,超高压和酸/碱处理提升了电纺膜的疏水性。4、根据鲜切苹果颜色和微生物生长情况,筛选合适的保鲜剂,随后对鲜切苹果短时间浸泡（1 min）、覆盖KBP/PVA-117膜、以及覆盖KBP-CS/PVA-117膜三种保鲜方式进行比较研究。颜色测定表明,仅进行1 min的植酸、L-Cys、抗坏血酸和草酸溶液浸泡处理,即可在24 h内保持鲜切苹果的颜色;KBP/PVA-117保鲜膜使用后微观形貌改变,纤维间交联增加,纤维轮廓部分丧失;KBP-CS电纺膜水蒸气透过率较高,这可能与膜中纤维较大直径和较低密度有关。综合颜色和总菌落数测定结果,三种方法对苹果片的保鲜效果为:1 min浸泡＞覆盖KBP/PVA-117膜＞覆盖KBP-CS/PVA-117,其中,CS的溶剂乙酸可能是造成苹果片褐变的原因之一。

关键词：芸豆醇溶蛋白静电纺丝成膜特性鲜切水果保鲜

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海藻酸钠可食用复合膜的制备及其在鲜切水果中的应用

海藻酸钠可食用复合膜的制备及其在鲜切水果中的应用

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作者：郭希西北农林科技大学

学位级别：硕士

传统塑料食品包装材料导致的白色污染问题已经越来越引发社会的关注。可食用膜因其环境友好的优点,成为了食品包装领域的一个研究热点。本研究将海藻酸钠作为主要原料,向其中加入阻水剂巴西棕榈蜡,增塑剂甘油以改善其阻隔及机械性能,通... 详细信息

传统塑料食品包装材料导致的白色污染问题已经越来越引发社会的关注。可食用膜因其环境友好的优点,成为了食品包装领域的一个研究热点。本研究将海藻酸钠作为主要原料,向其中加入阻水剂巴西棕榈蜡,增塑剂甘油以改善其阻隔及机械性能,通过单因素和响应面设计试验得到优化配方。同时,探究了抗氧化剂抗坏血酸钙对膜性能的影响,考察了成膜配方中各组成成分对可食用膜性能及结构的影响,探究各成分相容性及复合膜成膜机理。最后,将研制得到的可食用复合膜应用到鲜切苹果涂膜保鲜上,测定经涂膜处理后的鲜切苹果在贮藏期间的各项生理生化变化,探究可食用膜的保鲜效果,以期为可食用膜的深入研究及鲜切水果保鲜提供一定的思路和方法。主要研究结果如下:(1)海藻酸钠可食用复合膜配方优化:以海藻酸钠、巴西棕榈蜡、甘油为原料,通过单因素和响应面设计试验得到复合膜优化配方:海藻酸钠浓度1.01%,巴西棕榈蜡添加量0.32%,甘油添加量0.20%,结合实际操作性,在海藻酸钠浓度1.00%,巴西棕榈蜡添加量0.30%,甘油添加量0.20%这一条件下测得复合膜的水蒸气透过率为0.79 g?mm/(cm?d?k Pa),抗拉强度401.15 MPa,断裂伸长率为18.54%,基本与预测值一致。(2)海藻酸钠可食用复合膜性能及结构表征:将抗坏血酸钙加入到上述复合膜中,比较分析得到当抗坏血酸钙添加量为0.40%时,复合膜性能得到提高。同时,经扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱对复合膜的分析表明:各组分并不是简单的叠加,而是产生了相互作用力,海藻酸钠与巴西棕榈蜡、抗坏血酸钙产生相互作用,进而提高了复合膜的稳定性,改善了复合膜的阻水和机械性能。(3)将海藻酸钠可食用复合膜应用于鲜切苹果保鲜:利用海藻酸钠可食用复合膜对鲜切苹果进行涂膜处理并在4℃下贮藏,测定了贮藏期间内鲜切苹果的生理生化变化,结果表明:涂膜处理能保持贮藏期间鲜切苹果的色泽、硬度,降低可滴定酸、可溶性固形物含量减少,抑制失重率、多酚氧化酶活性和菌落总数上升,在鲜切水果保鲜领域具有应用价值。

关键词：可食用膜海藻酸钠巴西棕榈蜡结构特性鲜切水果保鲜

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