一种生物涂膜保鲜液及其制备方法与应用

1.本发明属于果蔬保鲜材料和技术领域，涉及一种生物涂膜保鲜液的制备方法以及采用该制备方法制得的生物涂膜保鲜液和应用。


背景技术：

2.果蔬采摘后会受到环境及自身多种因素的影响，如呼吸作用，生理老化，微生物侵袭和机械损伤等，在贮藏过程中会消耗营养和水分，从而导致果实萎缩、氧化褐变和变质。据调查显示，发达国家果蔬损耗率约1-5％，而发展中国家由于缺乏保鲜技术，水果、蔬菜的在运输和贮藏过程中损耗率高达20％以上，给企业和社会带来了严重的经济损失。随着人们生活水平的提高和对果蔬产品高质量的要求，果蔬需要在复杂的情况下仍能更久地保持新鲜，并且保持风味和营养物质。果蔬保鲜要求保持果蔬原始的形态及生物化学特性，抑制微生物生长和生化反应，防止果蔬腐烂变质。
3.对于易腐烂变质的果蔬，如葡萄、番茄、香蕉、草莓等，果肉风味和品质的保持对于果蔬保鲜提出了较高的要求，在运输及仓储时很容易出现大量的损耗。目前果蔬保鲜技术主要有温控保鲜、保鲜剂保鲜和生物保鲜技术，生物保鲜技术是近年来随着发展和需要提出的绿色、智能保鲜技术，研究热点不断。涂膜保鲜技术是采用成膜性良好的大分子物质配制成溶液后在果蔬表面形成保护层，其在果蔬保鲜上的应用越来越广泛，发展前景十分广阔，涂膜中传统的涂料多是以合成蜡或化学抗菌剂为基础的，通过使用弱有机酸及其衍生物在水果上人工涂抹防腐剂来延长保质期，难以清洗且影响果蔬的品质，损害消费者的健康并造成环境污染。其中最常见的要属多糖类物质，但是该类涂抹材料也无法避免易腐烂变质的果蔬在搬运过程中出现的相互摩擦带来的物理损伤，且疏水性也较弱，无法减轻涂层或薄膜对水分的敏感性。
4.基于上述分析，一种针对易腐烂变质的果蔬进行使用、且不会对人体造成损害、有效降低运输过程中引发的物理损伤、清洗方便的生物涂膜保鲜液是目前行业内急需的。


技术实现要素：

5.鉴于上述不足，本发明提供了一种生物涂膜保鲜液及其制备方法与应用。该生物涂膜保鲜液具有良好的成膜性、抗水性、刚性和氧气阻隔性。该保鲜液通过浸涂或喷涂的方式在果蔬表面形成一层具有阻隔性和抗菌性的微纳米级薄膜，可有效延缓果蔬采摘后的腐烂进程，延长果蔬的货架寿命，减少浪费，同时该保鲜涂层可食易洗，不会影响果蔬的风味。本发明制备的保鲜液也可制备成保鲜膜，保鲜膜具有良好的阻隔性能和机械性能。可广泛应用于果蔬保鲜领域和包装材料领域，具有较高的商业应用价值。
6.本发明是通过如下手段实现的：
7.一种生物涂膜保鲜液，包括：
8.蛋白溶液1份，纳米纤维素0.05～0.3份，蛋黄溶液0.1～0.2份，甘油0.2～0.4份，抗菌剂0.01～0.05份。
9.进一步的，所述蛋白溶液的质量分数为6～7％，所述蛋黄溶液的质量分数为6～7％。
10.进一步的，所述纳米纤维素选自纤维素纳米晶、羧基化纤维素纳米晶、羧基化纤维素纳米纤维、微纤化纤维素、细菌纤维素中的一种或多种。
11.进一步的，所述抗菌剂选自姜黄素、乳酸链球菌素、纳他霉素、植物精油中的一种或多种。
12.本发明还公开了一种制备上述任一生物涂膜保鲜液的方法，包括：
13.(1)蛋白粉溶液用0.1mol/l的氢氧化钠溶液调节ph值至10，加入甘油，在80℃下搅拌15～20min，得到第一产物；
14.(2)向第一产物中加入蛋黄粉溶液，在80℃下搅拌5～10min，得第二产物；
15.(3)向第二产物中加入抗菌剂，搅拌5～10min后停止加热；继续搅拌30min并降至室温，得第三产物；
16.(4)向第三产物中加入纳米纤维素，搅拌均匀，即得一种生物涂膜保鲜液。
17.进一步的，步骤(1)所述蛋白粉溶液由如下方法制得：
18.蛋白粉与去离子水以1：15(w/v)的比例混合，常温搅拌15～20min，得蛋白粉溶液备用。
19.进一步的，所述蛋白粉选自鸡蛋清粉、乳清蛋白粉中的一种或两种。
20.进一步的，步骤(3)所述蛋黄粉溶液由如下方法制得：
21.蛋黄粉与去离子水以1：15(w/v)的比例混合，在25～30℃、频率25khz下，超声分散1h，加入吐温-80(1～5wt.％蛋黄粉)继续超声分散30min，得蛋黄溶液备用。
22.进一步的，所述蛋黄粉为鸡蛋黄粉。
23.本发明还公开了一种根据上述任一制备方法制得的生物涂膜保鲜液。
24.本发明还公开了一种根据上述任一生物涂膜保鲜液在果蔬包装中的应用。
25.进一步的，该应用包括：
26.将果蔬产品浸泡在所述保鲜液中一定时间，产品取出后在其表面成膜保鲜，或将所述保鲜液喷淋在待保鲜产品表面上成膜保鲜；或
27.将果蔬产品裹包于所述纳米纤维素/蛋白生物保鲜膜中进行密封保鲜。
28.本发明的有益效果在于：
29.1、本发明中涂膜保鲜液包括蛋白粉、蛋黄粉、纳米纤维素、抗菌剂、甘油、其他助剂和去离子水。整个涂膜保鲜液具有良好的成膜性，抗水性，刚性和氧气阻隔性。该保鲜液通过浸涂或喷涂的方式在果蔬表面形成一层具有阻隔性和抗菌性的微纳米级薄膜，可有效延缓果蔬采摘后的腐烂进程，延长果蔬的货架寿命，减少浪费，同时该保鲜涂层可食易洗，不会影响果蔬的风味。本发明制备的保鲜液也可制备成保鲜膜，保鲜膜具有良好的阻隔性能和机械性能。可广泛应用于果蔬保鲜领域和包装材料领域，具有较高的商业应用价值。
30.2、本发明提供了一种能够普遍适用的果蔬保鲜方法，且应用方式灵活多样，既可浸泡或喷淋后成膜保鲜，又可成膜后包装保鲜，适用于绝大部分果蔬的采后保鲜，减少果蔬浪费现象和经济损失，且原材料绿色环保，涂膜可食易洗，不会对消费者的健康造成危害。
附图说明
31.图1为各组保鲜液对樱桃番茄的保鲜效果对比图；
32.图2为各组保鲜液涂膜表面水接触角，其中a表示对比例2的涂膜表面水接触角，b表示实施例1涂膜表面接触角；
33.图3为保鲜液对樱桃番茄的保鲜效果对比图；
34.图4为保鲜液对香蕉的保鲜效果对比图；
35.图5为保鲜膜浸泡于水中2分钟之后薄膜的溶解对比图，其中a为实施例3，b为实施例4。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
37.实施例1
38.提供一种纳米纤维素/蛋白果蔬生物保鲜液的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)蛋白粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
40.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌15min；
41.(3)蛋黄粉15％，与去离子水以1：15(w/v)的比例混合，在30℃、频率25khz下，超声分散30min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min；
42.(4)加入5％姜黄素，同温度下搅拌10min后，停止加热；
43.(5)当保鲜液温度降至室温后，加入20％纳米纤维素，搅拌20min至纳米纤维素均匀分散于保鲜液中；
44.(6)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中2min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
45.(7)将制备完成的保鲜液浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试其物理性能。
46.实施例2
47.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌20～30min制得蛋白溶液；
48.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入40％甘油，升温至80℃搅拌30min；
49.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌20min至混合均匀；
50.(4)加入5％乳酸链球菌(nisin)于混合液中，同温下搅拌20min后，停止加热；
51.(5)当保鲜液温度降至室温后，加入10％纳米纤维素，搅拌30min使其均匀分散在保鲜液中；
52.(6)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中1.5min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
53.(7)将香蕉完全浸泡于保鲜液中2min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
54.(8)将制备完成的保鲜液浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试其物理性能。
55.实施例3
56.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
57.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
58.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h，加入5％(5％wt.蛋黄粉)吐温-80，继续超声分散10min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min至分散均匀；
59.(4)加入5％纳他霉素，同温度下搅拌10min后，停止加热；
60.(5)当保鲜液温度降至室温后，加入5％羧基化纤维素纳米纤维(cnf-c)，搅拌30min至cnf-c均匀分散于保鲜液中；
61.(6)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中3min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
62.(7)将制备完成的保鲜液浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试其物理性能。
63.实施例4
64.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
65.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
66.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h，加入5％(5％wt.蛋黄粉)吐温-80，继续超声分散10min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min至分散均匀；
67.(4)加入5％姜黄素，同温度下搅拌10min后，停止加热；
68.(5)当保鲜液温度降至室温后，加入10％羧基化纤维素纳米纤维(cnf-c)，搅拌30min至cnf-c均匀分散于保鲜液中；
69.(6)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中3min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
70.(7)将香蕉完全浸泡于保鲜液中2min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
71.(8)将制备完成的保鲜液浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试其物理性能。
72.对比例1
73.设置樱桃番茄的空白对照组，不做任何处理，储存于相同环境中，观察并记录其变化。
74.设置香蕉的空白对照组，不做任何处理，储存于相同环境中，观察并记录其变化。
75.对比例2
76.与实施例1相比，对比例2取消了蛋黄粉的使用。
77.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
78.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
79.(3)加入5％姜黄素，同温度下搅拌10min后，停止加热，继续搅拌20min；
80.(4)当保鲜液温度降至室温后，加入20％纳米纤维素，搅拌20min至纳米纤维素均匀分散于保鲜液中；
81.(5)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中3min，果实晾干后储存于温度25℃，相对湿度90％的环境中，观察并记录其变化。
82.(6)将制备完成的保鲜液浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试水接触角。
83.对比例3
84.与实施例4相比，对比例3取消了抗菌剂的使用。
85.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
86.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的篇ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
87.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h，加入5％(5％wt.蛋黄粉)吐温-80，继续超声分散10min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min至分散均匀后停止加热；
88.(4)加入10％羧基化纤维素纳米纤维(cnf-c)，搅拌30min至cnf-c均匀分散于保鲜液中；
89.(5)保鲜液静置30min后，将香蕉完全浸泡于保鲜液中3min，果实晾干后储存于相同环境中，观察并记录其变化。
90.对比例4
91.与实施例4相比，对比例4取消了纳米纤维素的使用。
92.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
93.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
94.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h，加入5％(5％wt.蛋黄粉)吐温-80，继续超声分散10min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min至分散均匀；
95.(4)加入5％姜黄素，同温度下搅拌10min后，停止加热，继续搅拌20min；
96.(5)保鲜液静置30min后，将樱桃番茄完全浸泡于保鲜液中3min，晾干后在果实表面形成一层微纳米级的保鲜涂层，持续关注保鲜效果。
97.对比例5
98.与实施例1-4相比，对比例5取消了纳米纤维素和抗菌剂的使用。
99.(1)蛋清粉：去离子水＝1:15的比例，常温下搅拌15～20min制得蛋白溶液；
100.(2)添加0.1mol/l的氢氧化钠溶液，调节蛋白溶液的ph值至10，加入30％甘油，升温至80℃搅拌20min；
101.(3)蛋黄粉15％：去离子水＝1:15的比例，在30℃下超声分散1h；加入5％(5％wt.蛋黄粉)吐温-80，继续超声分散10min；将分散完全的蛋黄溶液加入到步骤(2)溶液中，同样在80℃下搅拌10min至分散均匀；
102.(4)溶液静置30min温度降至室温后，将其浇铸于聚四氟乙烯版上，待干燥成膜后测试其物理性能。
103.对各组实施例和对比例中的保鲜液制成膜后的物理性能进行测试，具体结果详见
表1。
104.表1实施例中保鲜液制备成膜后的物理性能
[0105][0106]
依表1中数据所述，纳米纤维素均匀分散于蛋白基质中之后，显著增加了膜的拉伸强度，并且刚性增强，可以对果蔬表面产生很强的保护。同时加入纳米纤维素后成膜的氧气透过率明显下降，用于果蔬保鲜时，可以降低果蔬的呼吸强度，延缓果蔬的腐烂变质，增加货架寿命。
[0107]
保鲜液对樱桃番茄的保鲜效果
[0108]
根据图1结果可知，对比例2与实施例1的区别是实施例1加了一定量的蛋黄粉，两组样品均置于温度25℃、相对湿度90％的条件下存储。在湿度较高的环境下，对比例2在贮存7天时，已经发生了明显的缺陷，13天时腐烂严重。而由于蛋黄粉具有疏水性，提高了保鲜液的抗水能力，在13天时依然保持了较好的外观。
[0109]
根据图2结果可知，保鲜液加入了蛋黄粉后，涂膜表面的水接触角显著提高，说明涂膜的抗水能力提高。
[0110]
保鲜液对樱桃番茄的保鲜效果
[0111]
保鲜液对樱桃番茄具有显著的保鲜效果，详见图3，存储13天时，对比例1已经严重失水萎缩，失去了商品价值，对比例4已经严重发霉，而实施例2至4依然保持了较好的外观和新鲜度。存储20天时，实施例2的樱桃番茄表皮略有失水萎缩，实施例3和4已寄回完好无损。采用保鲜液处理后，樱桃番茄的货架寿命延长了一倍。
[0112]
保鲜液对香蕉的保鲜效果
[0113]
根据图4结果可知，保鲜液对香蕉具有显著的保鲜效果，对比例1的香蕉样品存储6天时，表皮已经明显变黑，存储8天时，果肉内部颜色也已经变黑。对比例3同样在储存8天时失去商品价值。而实施例2和4的香蕉样品在存储8天后，外观依旧完好，果肉也基本没有变化。
[0114]
保鲜液在2min内的溶解效果比较
[0115]
根据图5结果可知，本发明所制备的保鲜涂层可食易洗，绿色安全，将保鲜膜浸泡于水中2分钟之后，薄膜完全溶解。将其涂覆在果蔬表面极易清洗，不会对果蔬的风味产生不良影响，且可持久保持果蔬的香气和品质。
[0116]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发
明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。