一种负载碳量子点的复合保鲜剂、制备方法及在鲜切果蔬保鲜中的应用

1.本发明涉及一种负载碳量子点的复合保鲜剂、制备方法及在鲜切果蔬保鲜中的应用，属于食品加工领域。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，生活模式与消费观念的改变，鲜切果蔬由于其方便性受到消费者喜欢，但是果蔬经鲜切加工后易发生细胞组织褐变、营养成分流失、质地软化、水分损失和微生物侵染等问题。涂膜保鲜法是一种常见的保鲜方法，它是通过在果蔬表面涂覆一层薄膜，起到减少水分散失、抑制或者减缓呼吸作用、同时防止病原微生物侵染，从而延长果蔬的新鲜度。目前常见的制备涂膜剂的材料有壳聚糖和魔芋葡甘聚糖等多糖类以及小麦面筋蛋白和大豆分离蛋白等蛋白类，这些材料常与柠檬酸或抗坏血酸等进行复配，采用浸泡、喷洒、涂抹的方式涂敷于果蔬表面，形成可食性复合膜，对果蔬进行保鲜。随着人们生活水平的提高，对食品安全也提出了更高的要求。因此开发出一种安全、高效、可降解的保鲜剂已成为近几年的研究热点。
3.壳聚糖及其衍生物，具有良好的吸湿性、成膜性、透气性、生物相容性、易生物降解等多种特性，但是纯壳聚糖涂膜成膜后机械性和抗氧化性等不甚理想，极大地限制了其应用范围，因此壳聚糖基复合涂膜逐渐成为研究热点。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种负载碳量子点的复合保鲜剂、制备方法及在鲜切果蔬保鲜中的应用，利用厨余垃圾制备碳量子点添加到保鲜剂里，由于碳量子点的抗菌优势，且与壳聚糖协同杀菌，实现对鲜切果蔬的保鲜，同时厨余垃圾经过妥善处理和加工，可转化为新的资源。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
6.一种负载碳量子点的复合保鲜剂，按重量百分比计，原料组成为：2.5％～4.5％的胡萝卜碳量子点、1％～2％的谷朊粉、1％～1.5％的壳聚糖，1％～3％的抗坏血酸、2％～3％的甘油，3％～5％的无水乙醇，余量为乙酸缓冲溶液。
7.所述壳聚糖为食品级，平均分子量为150～500kda，按重量百分比计，脱乙酰度大于90％，水分为8.0％，灰分为0.7％。
8.所述谷朊粉为食品级，蛋白质的质量含量为82％。
9.所述乙酸缓冲溶液中乙酸为食品级，乙酸浓度为100mmol/l。
10.所述的复合保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
11.(1)按配比称取各原料；
12.(2)将壳聚糖样品溶于100mmol/l的乙酸缓冲溶液中，在室温下缓慢搅拌3h后，放入冰箱中水化12h，得到壳聚糖溶液a；
13.(2)将谷朊粉加入溶液a中，充分搅拌15min-20min后，加入无水乙醇，于70℃-80℃搅拌10min-15min，使谷朊粉充分溶解，然后加入甘油，得溶液b；
14.(3)向溶液b中加入胡萝卜碳量子点、抗坏血酸溶液，于30-40℃搅拌20min-40min，即得。
15.所述胡萝卜碳量子点的制备方法为：将胡萝卜切块，加去离子水进行打浆，得浆液，胡萝卜与去离子水的比例为1g：5ml；将浆液倒入水热反应釜中，随后将水热反应釜放入马弗炉加热，于180℃反应6h，反应结束后冷却至室温，以7500r/min的转速离心25min；取上清液，用0.22μm的滤膜过滤，滤液于58℃-62℃真空干燥23h-25h，即得。
16.所述胡萝卜为厨余胡萝卜。
17.所述的复合保鲜剂的使用方法，将鲜切果蔬浸入复合保鲜剂中2min-5min，捞出自然晾干后，冷藏保存。
18.所述的复合保鲜剂在鲜切果蔬保鲜中的应用。
19.本发明有益效果：
20.本发明利用谷朊粉与壳聚糖优越的成膜性，且形成的薄膜能有效隔绝空气，避免鲜切果蔬受损面的氧化褐变和微生物的繁殖。其中，谷朊蛋白在成膜后阻水性较强，可弥补壳聚糖成膜阻水性较差的缺点。小麦蛋白来源广泛，价格便宜，可再生，具有良好的生物降解性和生物相容性等优点。因此通过壳聚糖/谷朊蛋白的复合，可使保鲜剂具有较好的阻水气、力学、成膜性和生物降解性等综合性能。
21.为了更好改善复合保鲜剂的抗氧化和抗菌性能，本发明在壳聚糖/谷朊蛋白复合剂中添加一种碳量子点。碳量子点是一种尺寸小于10nm的碳纳米颗粒，与传统半导体量子点不同的是，它不会引起环境、健康及生物毒性问题。碳量子点由于其较高的比表面积，且表面富含多种官能团(如：羧基、羟基和羰基等)，易于实现表面功能化，在抗菌方面显示出明显的优势。另外原料丰富，制备方法简单等特性。
22.本发明首次将胡萝卜碳量子点应用到复合保鲜剂中，本发明制备的胡萝卜碳量子点的纳米粒子直径在2.58～3.24nm之间，符合纳米抑菌剂的特征。由于碳量子点表面含有丰富的含氧官能团，如羧基、羟基和羰基等，这些官能团具有良好的亲水性，能穿透细菌细胞壁进入菌体，阻断其呼吸系统，能达到良好的抑菌杀菌作用。本发明在保鲜剂中还添加有壳聚糖，利用胡萝卜碳量子点中碳量子点与壳聚糖的协同杀菌作用，可以更好的阻止病原菌微生物的伤害、防止腐烂的发生。
23.本发明利用碳量子点优越的生物活性功能，同时辅以抗坏血酸和甘油，与壳聚糖、谷朊蛋白结合。其中，利用抗坏血酸的抗氧化性、甘油的保水性等特性，使制备的复合保鲜剂在防褐变、保水性、杀菌、防腐烂等方面强化综合效果，既延长了货架期，又具有良好的保鲜作用。从而得到力学性能和透气性能都优于单一壳聚糖的复合保鲜剂。
24.本发明制备胡萝卜碳量子点所用的胡萝卜，是选用厨余垃圾胡萝卜(即食用的胡萝卜下脚料)，经过处理和加工，可转化为新的资源，实现了资源的回收利用。本发明负载碳量子点复合保鲜剂的制备方法简单、原料易得、无毒无害，对环境无污染。
附图说明
25.图1为实施例1所得胡萝卜碳量子点的粒径分布图。
具体实施方式
26.以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
27.实施例1
28.一种负载碳量子点的复合保鲜剂，按重量百分比计，成分组成为：3％的胡萝卜碳量子点、2％的谷朊粉、1％的壳聚糖、2％的抗坏血酸、2％的甘油、5％的无水乙醇，余量为浓度100mmol/l的乙酸缓冲溶液。
29.其中壳聚糖、谷朊粉、乙酸均为食品级。壳聚糖的平均分子量为150～500kda，按质量百分比计，脱乙酰度大于90％，水分为8.0％，灰分为0.7％。谷朊粉中蛋白质的质量含量为82％。乙酸缓冲溶液中乙酸浓度为100mmol/l。
30.胡萝卜碳量子点的制备方法为：将30g厨余胡萝卜切块，加150ml去离子水进行打浆，得浆液；将浆液倒入水热反应釜中，随后将反应釜放入马弗炉，于180℃反应6h，反应结束后冷却至室温，以7500r/min的转速离心25min；取上清液，过滤(0.22μm的滤膜)，将滤液于58℃-62℃真空干燥23h-25h，即得。测定所得胡萝卜碳量子点的纳米粒子直径在2.58～3.24nm之间(如图1)，符合纳米抑菌剂的特征。
31.该复合保鲜剂的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)按上述配比，称取各原料；
33.(2)准确称取2g的壳聚糖样品，溶于170g、浓度为100mmol/l的乙酸缓冲溶液中，在室温下(20℃)温和搅拌3小时，放入冰箱中水化过夜(12h)，得壳聚糖溶液a；
34.(2)将4g谷朊粉加入溶液a中，充分搅拌20min后，加入10g无水乙醇，于75℃搅拌10min-15min，使谷朊粉充分溶解，然后加入4g甘油，得溶液b；
35.(3)向溶液b中加入胡萝卜碳量子点6g、抗坏血酸4g，于30-40℃搅拌20min-40min，即得复合保鲜剂(cds-wp-cs)。
36.使用方法：将鲜切果蔬浸入复合保鲜剂中2min-5min，捞出自然晾干后，将鲜切果蔬冷藏保存。
37.实施例2
38.一种负载碳量子点的复合保鲜剂，按重量百分比计，原料组成为：4％的胡萝卜碳量子点、1.5％的谷朊粉、1％的壳聚糖、2％的抗坏血酸、3％的甘油、5％的无水乙醇，余量为浓度为100mmol/l的乙酸缓冲溶液。
39.其中壳聚糖、谷朊粉、乙酸均为食品级。
40.该复合保鲜剂及胡萝卜碳量子点的制备方法同实施例1。
41.实施例3
42.一种负载碳量子点的复合保鲜剂，按重量百分比计，原料组成为：2.5％的胡萝卜碳量子点、2％的谷朊粉、1％的壳聚糖、2％的抗坏血酸、2％的甘油、4％的无水乙醇，余量为浓度为100mmol/l的乙酸缓冲溶液。
43.其中壳聚糖、谷朊粉、乙酸均为食品级。
44.该复合保鲜剂及胡萝卜碳量子点的制备方法同实施例1。
45.应用例1复合保鲜剂在鲜切黄瓜保鲜中的应用
46.以实施例1所得复合保鲜剂(cds-wp-cs)为实验组1，以不含胡萝卜碳量子点的复合保鲜剂(wp-cs)为实验组2(与本实施例1复合保鲜剂的区别仅在于不加胡萝卜碳量子点，
其余相同)，以蒸馏水为空白对照组。
47.挑选新鲜，大小均匀，成熟度一致、无损伤、无病虫的黄瓜1kg，将黄瓜用去离子水洗净晾干后切成5mm厚的片状，分3组，每组重300g。分别将鲜切黄瓜片放入配置好的实验组1(cds-wp-cs)、实验组2(wp-cs)、空白对照组(蒸馏水)中浸泡2min，捞出自然晾干后，放入保鲜袋中，置于4℃下冷藏，进行贮藏保鲜实验。结果如表1、表2所示。
48.表1不同保鲜剂对鲜切黄瓜片失重率(％)的影响
[0049][0050]
注：失重率＝(原重-现重)/原重
×
100％，原重：冷藏时原始重量；现重：贮藏后重量。
[0051]
表2不同保鲜剂对鲜切黄瓜片可溶性糖含量(％)的影响
[0052][0053]
注：可溶性糖含量采用手持阿贝尔折光仪测定；贮藏时间为0d的可溶性糖含量为三组实验分组处理前一起测量的数据。
[0054]
(1)从表1可以看出，随着贮藏时间的延长，鲜切黄瓜片的失重率逐渐增加；cds-wp-cs复合保鲜剂处理的鲜切黄瓜片失重率小于wp-cs复合保鲜剂及蒸馏水处理的鲜切黄瓜片；贮藏16d后，cds-wp-cs和wp-cs复合保鲜剂处理的失重率分别为13.1％和17.3％，明显低于空白对照组(蒸馏水)22.8％的失重率。由于碳量子点含有丰富的含氧官能团，导致保鲜剂形成的可食用膜涂层表面结晶程度提高，从而具有了良好的屏障，降低了水蒸气等的渗透性，使鲜切黄瓜的呼吸作用和蒸腾作用减弱，失重率降低。
[0055]
(2)从表2可以看出，鲜切黄瓜的可溶性糖含量随着贮藏时间的延长而下降。在贮藏期间，cds-wp-cs复合保鲜剂处理的鲜切黄瓜的可溶性糖含量始终高于wp-cs复合保鲜剂处理的鲜切黄瓜，其中，cds-wp-cs处理的鲜切黄瓜可溶性糖含量下降趋势最为平缓。贮藏16d后，经cds-wp-cs处理的鲜切黄瓜可溶性糖含量比空白对照组高22.8％，经wp-cs处理的鲜切黄瓜可溶性糖含量比空白对照组高14.4％，经cds-wp-cs处理的鲜切黄瓜可溶性糖含量比wp-cs处理组高7.4％。这表明，加入碳量子点的保鲜剂能够减缓可溶性糖的下降，这是由于碳量子点具有良好的生物相容性，使保鲜剂的薄膜拥有良好的屏障特性，从而减少鲜切黄瓜表面与外界之间的气体交换，降低了代谢对于可溶性糖的消耗。
[0056]
应用例2复合保鲜剂在鲜切苹果保鲜中的应用
[0057]
以实施例1所得复合保鲜剂(cds-wp-cs)为实验组3，以不含胡萝卜碳量子点的复合保鲜剂(wp-cs)为实验组4(与本实施例1复合保鲜剂的区别仅在于不加胡萝卜碳量子点，其余相同)，以蒸馏水为空白对照组。
[0058]
挑选无病虫害、损伤及果形大小均匀、色泽、成熟度一致的苹果1kg。将苹果用去离
子水洗净晾干后，削皮切分成lcm3的立方体，分3组，每组重300g。分别将鲜切苹果块放入配置好的实验组3(cds-wp-cs)、实验组4(wp-cs)、空白对照组(蒸馏水)中浸泡2min，捞出自然晾干后，放入保鲜袋中，置于4℃下冷藏，进行贮藏保鲜实验。结果如表3、表4所示。
[0059]
表3贮藏10d后、不同保鲜剂对鲜切苹果感官指标的影响
[0060][0061]
表4不同保鲜剂对鲜切苹果褐变度的影响
[0062][0063]
注：褐变度测定方法：取待测样品20g，加40ml去离子水，置匀浆机中粉碎，将苹果浆于4000r/min下离心20min，上清液直接用于测定吸光值(吸光度值越高，说明样品的变色程度越严重)，用蒸馏水做空白对照；贮藏时间为0d的褐变度为三组实验分组处理前一起测量的数据。
[0064]
(1)由表3可知，鲜切苹果贮藏10d后，通过对鲜切苹果色泽、风味和口感等指标的对比，实验组3、实验组4的保鲜效果比空白对照组好，cds-wp-cs保鲜剂的保鲜效果最好，具备食用价值。因为含有丰富官能团的碳量子点具有良好的生物相容性，添加到壳聚糖和谷朊蛋白形成的复合剂中提高其保鲜膜性能，在一定程度上将氧气与鲜切面隔绝，使酶促褐变反应减弱，故cds-wp-cs保鲜剂处理后的褐变情况较轻。另外壳聚糖可以抑制果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶等果实软化相关酶的活性，故相对于空白组，实验组3和4延迟果实软化的发生。
[0065]
(2)果实褐变是多酚氧化酶和过氧化物酶氧化多酚类底物所引起的一种病理反应。由表4可知，各处理组鲜切苹果褐变度随着贮藏时间的延长逐渐增加，贮藏10d时，实验组3、实验组4的保鲜效果比空白对照组好，cds-wp-cs保鲜剂处理组的褐变度最低，空白对照组褐变度上升7.302，wp-cs保鲜剂处理组褐变度上升4.963，cds-wp-cs保鲜剂处理组的褐变程度仅上升2.971。
[0066]
应用例3复合保鲜剂在鲜切胡萝卜保鲜中的应用
[0067]
以实施例1所得复合保鲜剂(cds-wp-cs)为实验组5，以不含胡萝卜碳量子点的复合保鲜剂(wp-cs)为实验组6(与本实施例1复合保鲜剂的区别仅在于不加胡萝卜碳量子点，其余相同)，以蒸馏水为空白对照组。
[0068]
挑选无病虫害、损伤及果形大小均匀的胡萝卜1kg。将胡萝卜用去离子水洗净晾干后切成5mm片状，分3组，每组重300g，分别将鲜切胡萝卜片放入配置好的实验组5(cds-wp-cs)、实验组6(wp-cs)、空白对照组(蒸馏水)中浸泡2min，捞出自然晾干后，放入保鲜袋中，置于4℃下冷藏，进行贮藏保鲜实验。结果如表5、表6所示。
[0069]
表5不同保鲜剂对鲜切胡萝卜片失重率(％)的影响
[0070][0071]
表6不同保鲜剂处理对鲜切胡萝卜维生素c含量(mg/g)的影响
[0072][0073]
注：贮藏时间为0d的维生素c含量为三组实验分组处理前一起测量的数据。
[0074]
(1)从表5可以看出，随着贮藏时间的延长，鲜切胡萝卜的失重率逐渐增加；cds-wp-cs复合保鲜剂处理后的鲜切片失重率小于wp-cs复合保鲜剂及对照组处理后的鲜切片失重率；贮藏16d时，cds-wp-cs和wp-cs复合保鲜剂处理后的失重率分别为10.8％和11.9％，明显低于空白对照组(12.8％)。由于碳量子点含有丰富的含氧官能团，导致保鲜剂形成的可食用膜涂层表面结晶程度提高，从而具有了良好的屏障，降低了水蒸气等的渗透性，使鲜切胡萝卜的呼吸作用和蒸腾作用减弱，水分不易散失，失重率降低。
[0075]
(2)维生素c含量是反应鲜切胡萝卜片贮藏品质的重要指标，它在贮藏过程中很容易氧化，造成损耗。从表6可以看出，在贮藏过程中，各组维生素c含量都随时间的延长而下降，空白对照组鲜切胡萝卜片的维c含量始终低于实验组5、实验组6，经cds-wp-cs保鲜剂处理的鲜切胡萝卜维c含量下降最为平缓。贮藏16d时，空白对照组、实验组5、实验组6鲜切胡萝卜片的维c含量分别下降了50.4％、27.0％和34.8％，可以看出加入碳量子点的保鲜剂能够减缓维c含量的下降。因此，负载碳量子点的壳聚糖/小麦蛋白复合膜对于鲜切胡萝卜片的维c含量具有良好的保护作用。由于碳量子点能够增强可食用膜的屏障作用，降低鲜切黄瓜表面的氧气含量，减少维c的氧化，从而减少维c的损耗。