Chitosan-Based逐层组装:对应用程序质量的维护柠檬水果

文摘

我们制造一个小说chitosan-carboxymethyl纤维素(CMC)逐层组装系统,以便采后新鲜农产品的质量。傅里叶变换红外光谱(FTIR)、TA-XT2纹理分析器,水蒸气渗透率(冻)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)比较壳聚糖的性质和逐层组装。相关策略的优化水蒸气渗透率、穿刺强度和弹性多层聚合物涂层的性质。结果表明,柠檬(柠檬(l)发热管。f。),涂层chitosan-CMC逐层组装,显示明显高于柠檬坚定和维生素C含量与优秀的形态,以及抑制减肥,果肉褐变。本研究可以提供水果和蔬菜行业的支持质量维护和做出重要贡献的利用率天然多糖作为一种可行的资源。

1。介绍

最近,由于人类健康意识的增加和环境污染问题,开发天然可降解聚合物的质量维护新鲜农产品已经越来越有吸引力的1]。天然多糖被证明是有前途的天然产品,广泛用于新鲜水果和蔬菜的食用涂层2]。多糖可食用涂料是基于食用和可生物降解的材料,因为他们是可持续的、丰富的、环境友好的生物相容性和低毒性,满足人类健康的需求免费的化学残留和环境问题(3]。

最近,研究绿色和可持续的聚合物已经越来越有吸引力,如海藻酸(4],polarclean [5)、竹(6),纤维素(7],Tamisolve [8],biocoatings [9]。壳聚糖的生物降解聚合物制成的天然多糖甲壳素的脱乙酰作用[10),展示了内在抗菌活性,被广泛用于新鲜农产品11]。Chitosan-based食用涂层,由于其选择性渗透O₂和有限公司₂和良好的成膜能力(12),被证明是有效地抑制腐蚀发展和保持新鲜农产品的质量13]。此外,羧甲基纤维素(CMC)是预期的材料由于其无毒性,生物降解性和良好的冲洗性能(14]。

叠层(LBL)是一种新型的纳米尺度的方法,主要利用静电沉积的带电材料(如纳米颗粒、聚合物,聚合电解质)在装配表面(15,16]。此外,其他带电材料,如DNA、蛋白质、多糖、纳米颗粒,可用于LBL沉积方法,可用于结合另一个提供各种LBL总成(17]。近年来,LBL静电沉积方法是应用准备biogradable食用涂料导致的质量改进的新鲜农产品18]。多层LBL食用涂层、基于果胶和壳聚糖,被证明的保质期延长鲜切木瓜(19]。LBL食用涂料,由海藻酸和壳聚糖,据报道,尤其是提高鲜切西瓜的微生物和生理属性(20.]。柠檬(柠檬(l)发热管。f。)是第三个最顶级物种在全世界柑橘橙和普通话和后种植在世界各地的多个国家21]。柠檬水果成熟的季节是平均每年从8月到12月。柠檬水果是富含类胡萝卜素、类黄酮、矿物质、维生素、精油和膳食纤维。有价值的生物特性、抗氧化和自由基清除潜力,以及柠檬对健康的好处已经非常明显的几项研究;和,也证明了柠檬的抗菌和抗炎特性有助于降低心血管疾病和某些癌症的风险(22- - - - - -25]。因此,不仅是全球使用新鲜即食水果,也是成分饮料、甜点、沙拉、甚至许多肉和蔬菜和草药。然而,新鲜柠檬的主要采后损失造成的生理障碍,体重下降,真菌感染,最终导致商业的收入损失,包括营养物质损失,失水和腐烂开发在存储和运输25]。有限的应用化学残留物和紧急需求的天然可降解材料动力产业的新突破等新鲜农产品的柠檬。

的功效chitosan-CMC LBL大会,由CMC和壳聚糖,柠檬水果的采后品质维护在本研究评估。特征属性,包括厚度、水蒸气渗透率(冻),穿刺强度(PS)和弹性LBL大会,进行调查,并代表柠檬水果的质量属性,包括减肥、总可溶性固形物(TSS)和可滴定酸度(TA)进行了研究。本研究可以促进CMC-chitosan或其他多糖的应用在采后新鲜农产品的质量维护。

2。材料和方法

2.1。材料

壳聚糖粉末(分子量:161.16 kDa;脱乙酰作用度95%)已购自浙江金壳药业有限公司有限公司(浙江省玉环城市,中国)。冰醋酸和草酸二水合物的分析级购自上海阿拉丁生化科技有限公司有限公司(上海,中国)。抗坏血酸和2,6-dichlorophenolindophenol钠盐和CMC的分析级(分子量242.16 kDa)已经从上海Runjie购买化学试剂有限公司(上海,中国)。柠檬水果从商业hand-harvested果园(浙江省衢州城,中国)。收获后,水果都被转移到实验室2 h,手动穿上军装的水果大小排序,和没有任何害虫,或机械损伤。所有的实验都重复三次的再现性材料和性能。

2.2。制备Chitosan-CMC组装

壳聚糖溶解在乙酸溶液(1.0%,v / v)的壳聚糖溶液(1.5%,w / v)。CMC溶液(1.5%,w / v)是由溶解CMC-sodium盐在水中消毒。壳聚糖和CMC的解决方案是在40°C和搅拌加热20分钟直到完全溶解。的chitosan-CMC LBL组装制备1.5%壳聚糖和1.5% CMC溶液,和pH值调整pH值6.3。结果LBL组装风干和同质的分布在一个平面。

2.3。Chitosan-CMC大会的性质

傅里叶变换红外光谱(FTIR)、涂层力学性能、水蒸气渗透率测量根据提出的方法Poverenov et al。26]。

2.3.1。机械性能

组装的厚度决定使用石英晶体微量天平(药物)。LBL大会的力学性能是由TA-XT2纹理分析器(中国上海)不锈钢圆柱探针TA-52(直径2毫米)的速度1.0毫米⁻¹。击穿强度(PS)测量除以最大力量打破组装所需的厚度、弹性是定义为一个距离大会拉伸前被打破。

2.3.2。傅里叶变换红外光谱(FTIR)

LBL组装得到的红外光谱谱记录光谱从400厘米⁻¹到4000厘米⁻¹,4厘米的决议⁻¹和100年平均扫描。

2.3.3。水蒸气渗透率(冻)

冻决心根据ASTM e - 96(2005)的方法。蒸馏水的烧杯满10毫升与装配密封放置在干燥器包含干硅胶(50% RH;23°C)。2 h的烧杯被允许达到平衡态,体重每8 h。水汽传输速率(WVTR g h⁻¹米⁻²)是由策划减肥和时间计算线性回归(r≥0.99)和斜率除以暴露面积大会(m²): 在哪里l是组装的意思是厚度(毫米)和ΔP是部分水蒸气压差(kPa)在双方的组装。

2.3.4。扫描电子显微镜(SEM)

LBL大会的形态学检查使用场发射扫描电镜在10 kV。样本安装在金属存根和涂上金使用极化子溅射涂布机。

2.4。LBL组装涂层研究

柠檬(柠檬(l)发热管。f。)水果被随机分为三组。然后,柠檬是沉浸在蒸馏水(控制,CT), 1.5%壳聚糖,chitosan-CMC LBL组装(LBL) 5分钟。完全风干后,柠檬是存储在聚对苯二甲酸乙二醇酯抓斗在0°C集装箱20天。柠檬样本在液态氮冷冻后的调查质量属性。三个生物复制在整个实验中进行。

2.5。柠檬质量属性

2.5.1。减肥

减肥的结果决定从30随机选择柠檬: 在哪里W是说减肥,米₀是最初的水果重量之前存储(g),然后呢米₁是水果的重量后存储(g)。

2.5.2。柠檬坚定

柠檬水果的结构属性评估使用穿刺测试TA-XT2i纹理分析器。穿刺柠檬记录所需的最大力量,和ATA-52 5毫米不锈钢圆柱探针直径0.5毫米的速度⁻¹用于渗透的深度10毫米(20.]。

2.5.3。柠檬维生素C

维生素C含量测定柠檬是由2、6-dichloroindophenol滴定方法。柠檬提取物是由浸渍使用1.0%草酸(C₂H₂O₄2)、过滤和滴定,6-dichloroindophenol直到粉红色持续15到20年代(27]。维生素C含量提出了100毫克每克鲜重。

2.5.4。柠檬的颜色

五种水果的柠檬皮颜色为每个治疗评估色度计(cr - 400)。

2.5.5。柠檬形态和微观结构

从每组五个水果随机选择,整个水果和横断面柠檬。1厘米²的大小和厚度1毫米的柠檬表皮切成四个小块,浸泡在2.5%甲醛溶液在4°C 12 h,冲洗三次,0.2磷酸盐缓冲剂(PBS)和固定在2%锇酸1 h,通过用PBS冲洗三次。冲洗后,样本先后浸泡在30%,50%,70%,80%,90%,95%乙醇为每个15分钟脱水,然后用绝对乙醇脱水两次20分钟。后的微观结构图像得到样本安装在金属存根和涂上了金色。

2.5.6。总可溶性固形物(TSS)和可滴定酸度(TA)

五个柠檬随机选择在每个治疗和挤压四层纱布。TSS和TA的柠檬汁是由PAL-BX /酸F5。

2.6。统计分析

所有数据都表示为意味着±标准差(SD)从三个技术和生物复制。Microsoft Office Excel是用来计算手段和SD值。单向方差分析(方差分析)和95%置信区间的数据使用SPSS 23.0完成(美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)。Tukey-Kramer测试时利用显著差异( )被检测到。数据分析和图形绘制软件使用起源8 (OriginLab软件公司。汉普顿,马萨诸塞州,美国)。

3所示。结果与讨论

3.1。装配性能

壳聚糖的物理性质和chitosan-CMC LBL大会展示在表1。有人指出,尽管大厚度、LBL组装的水蒸气渗透率显著(1.74倍)比壳聚糖( ),同意他们的更高的水化程度。相关的现象可能是壳聚糖涂层的膨胀行为在潮湿的大气,或与之相关的CMC和壳聚糖导致之间的交联形成更松散的多孔的矩阵而不是密度,增大了分子间的空间,促进运输水分子的组装结构。是持续报道,分层结构和吸光度线性增加验证线性增加涂层厚度(28]。此外,LBL装配的机械性能有显著改善,在强度和弹性( ,表1)。LBL大会的物理性质是极其重要的新鲜产品的进一步应用。已经证明,从扫描电镜图像如图1壳聚糖显示,表面光滑、均匀和LBL沉积导致的剧烈改变涂层形貌和横断面结构。微观结构表明壳聚糖和CMC之间的紧密联系。

交联壳聚糖的结构和红外光谱谱和chitosan-CMC LBL组装图所示2。这是证明了1570厘米⁻¹和3000∼3500厘米⁻¹导致壳聚糖的特性乐队。结果表明,壳聚糖乙基化的过程并没有打破代表土著壳聚糖分子的结构。1603厘米的吸收带⁻¹是由首席运营官⁻伸缩振动;此外,1086厘米⁻¹导致了切断伸缩振动。结果表明,装配的特征吸收峰的位置与壳聚糖和CMC LBL基本上是一致的,表明两种多糖的特征官能团的交联结构。

3.2。柠檬质量属性

关于减肥,这是发现chitosan-CMC LBL大会一直有效有益的质量维护柠檬水果(图3(一个))。结果表明,柠檬的减肥是显著地抑制LBL大会,相比单层壳聚糖和控制( )。LBL大会在水果减肥的好处可能导致增加冻比壳聚糖。逐层涂层帮助毛孔密封和缓解柠檬皮的水分流失,从而提高采后品质和货架期的新鲜柠檬水果。坚定是一个重要的水果的质量评价的基本属性,是广泛用于新鲜农产品储运期间的质量监督。它可以从图3 (b)显著增加了,柠檬坚定LBL组装后存储为20天( ),其次是壳聚糖和控制。

TSS和TA的规定内容反映了柠檬水果的味道LBL大会和壳聚糖涂层。从图可以看出3 (c)经过20天的存储,柠檬TSS在对照组的平均含量明显高于其他两组,和整体价值7.5%以上( )。可能的显著抑制呼吸率的柠檬水果,从减少养分分解,特别是淀粉等多糖,通过外源性应用LBL组装和单层壳聚糖( )。没有显著差异的内容之间的柠檬TSS单层和分层技术治疗( )。持续发现壳聚糖涂层对TSS含量没有显著影响草莓和柑橘类水果的亚嫩河等。27]。此外,助教主要指的是柠檬水果中的有机酸和TA内容可能影响相关的酸度和口味水果成熟和衰老。它可以证明从图3 (d)柠檬TA的内容在壳聚糖组明显高于其他两组,之前和之后的存储,这表明造成的差异显著抑制有机酸分解的柠檬水果( )。也是以前报道,壳聚糖涂层显著影响木瓜的助教内容(29日)、葡萄和草莓推迟TA下降的速率(30.]。结果表明,chitosan-CMC显著增加助教内容、壳聚糖和对照组相比,它提供了进一步的证据,LBL组装实益保持柠檬味道质量后存储。

柠檬皮的颜色可以用作评估标准商业储运期间水果成熟和衰老。的值显示的亮度和新鲜柠檬皮。在目前的研究中,没有明显的亮度差异之间的柠檬涂料和对照组治疗,根据图3 (e),而chitosan-CMC LBL组装没有明显伤害水果光泽和整体视觉外观( )。

另一个质量属性,维生素C含量,减少能力强,属于重要的非酶的活性氧清除系统的新鲜农产品。它的功能在自由基清除和抗氧化作用,包括柠檬的延迟衰老。在目前的研究中,没有显著差异在最初的维生素C含量的三组初始存储期( )。存储后,维生素C含量明显升高LBL大会,其次是壳聚糖单层涂层( ,图3 (f)),它改善了柠檬衰老过程中抗氧化能力。这是一致的结果龙眼果壳聚糖复合涂层的(31日]。

3.3。柠檬形态和微观结构

柠檬形态学的结果清楚地表明,食用涂层,尤其是chitosan-CMC逐层组装显著抑制褐变,同时保持柠檬水果的表面光泽度和视觉外观后存储( ,图4)。柠檬微结构的SEM照片表明,外生影响涂层气孔的大小和数量的柠檬表皮(图5)。气孔是通道的空气和水汽交换新鲜柠檬和病原体的入侵网站;打开和关闭动作的气孔保卫细胞是参与碳同化的规定,呼吸作用和蒸腾作用。这显然是表明壳聚糖单层和chitosan-CMC LBL组装数量减少,气孔的开放,从而抑制蒸腾和延迟衰老的柠檬水果。结果LBL大会在目前的研究显示,极大的提高了水果屏障,抵御非生物和生物应力刺激。

4所示。结论

本研究开发了一种新型chitosan-CMC逐层沉积组装,这表现出优秀的水蒸气渗透率、穿刺强度和弹性属性(壳聚糖的1.25 - -1.74倍)。研究提供了大量的证据支持这一假说,LBL议会保持着柠檬质量,如水果坚定和维生素C含量,在存储0°C为20天。这些发现提供了一种替代路线维护采后新鲜农产品的质量和延缓衰老。方法和过程提出了本研究需要进一步证实了聚合物浓度和依赖的水果品种。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

方圆陈和张金陵的贡献同样这项工作。

确认

这项研究是由浙江省公益性技术研究项目(批准号LGN18C200022),中国博士后科学基金(批准号2018 m641659),浙江科技大学科学基金项目(批准号2019 qn21,开幕式2019 jl03),农业部重点实验室基金和农村事务部(批准号klapph2 - 2017 - 07)。

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