壳聚糖的保鲜研究与应用.doc

研 究 生 课 程 论 文(2012-2013学年第一学期)壳聚糖的保鲜功能研究与应用研究生：段光慧提交日期： 2013年6月6日 研究生签名： 学 号201020121951学 院轻工与食品学院课程编号课程名称谷物科学与工程学位类别硕士任课教师胡飞 熊犍 教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日壳聚糖的保鲜功能研究与应用摘要：壳聚糖是一种天然高分子化合物，具有无毒、安全、易成膜、抗菌等特性。本文从壳聚糖功能研究出发，主要介绍了壳聚糖保鲜果蔬的机理，综述了壳聚糖在果蔬保鲜中的各种最新研究进展，以及其在实际生产中的具体应用, 分析了目前研究中存在的问题并对发展方向作出展望，旨在为实现壳聚糖在农业上的生产化应用提供理论依据。关键词：壳聚糖；保鲜；应用；Abstract: Chitosan is a natural polymer, and non-toxic, safe, easy-film, antibacterial. From study on chitosan function, the article mainly introduces the mechanism of chitosan fresh-keeping of fruits and vegetables, and summarizes the latest research progress of chitosan in preservation of fruits and vegetables, as well as its concrete application in actual production. It also analyzes the existing problems in the research and forecasts the development direction, in order to provide theoretical basis for the realization of chitosan in agriculture production and application.Key words: chitosan; freshness; application;1 引言甲壳素(chitin)又名甲壳质。是由-乙酰氨基葡萄糖以-1,4糖苷键缩合而成的。它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中，是一种天然高分子的多糖化合物。经脱乙酰基后形成的壳聚糖（chitosan）具有纯天然生物活性。是目前世界上唯一含阳离子的动物性纤维，且无毒副作用，对人体有良好的亲和性，可螯合重金属。被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的“第六生命要素”1。 被广泛应用于农业、医学、工业纺织、渔业和化妆品美容等行业。随着人们生活水平提高，广谱、高效、安全的天然防腐抗菌剂的开发受到了人们的普遍关注。壳聚糖由于具有生物可降解性、生物相容性、生物无毒性和抗菌活性等特点，使其成为天然防腐抗菌剂开发的研究热点之一2。本文综述了壳聚糖在果蔬保鲜方面的功能研究与应用。2 壳聚糖的理化特性壳聚糖又名脱乙酰基甲壳素、聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，系甲壳素脱乙酰基的产物，是一种阳离子高分子直链多糖。壳聚糖不溶于水及一般有机溶剂，能溶于大部分有机酸的水溶液而形成一种玻璃状的胶状物(相对分子量小于8000的壳聚糖可直接溶于水而不必借助于酸的作用，并能发生诸如水解、烷基化、氧化、还原、螯合、絮凝、吸附等多种化学反应3，这些特性使壳聚糖在许多领域得到了广泛应用。壳聚糖具有许多优良的功能性质和潜在的应用价值，主要表现在：(1) 呈白色或灰白色, 略有珍珠光泽，半透明的片状固体；(2) 不溶于水和碱溶液，可溶于稀酸，在pH=5.6时，其活性最大；(3) 壳聚糖经过交联反应能形成与人工合成的螯合树脂极为相似的聚合物，有一定的机械强度和重复使用性，螯合金属子的性能也大大改善；(4) 壳聚糖溶液存放期间要发生降解，因此壳聚糖溶液要现配现用；(5) 安全、无毒且具有良好的成膜性能，壳聚糖保鲜果蔬就是利用它在果蔬表面形成一层无色透明的薄膜而实现的；(6)具有杀菌消毒的作用。3壳聚糖的保鲜作用机理（1）羟基和氨基的作用：由于壳聚糖分子内含有羟基和氨基，因此具有良好的成膜性4。将壳聚糖溶液喷涂到果蔬表面，或者将果蔬放在壳聚糖溶液里浸蘸晾干后即在果蔬表面形成一层无色透明的可食性半透膜，使果实表面形成微气调环境，进而调节水果采后的生理代谢过程，如：防止果蔬失水、抑制果蔬呼吸、延缓细胞衰老、减少果蔬在贮藏过程中的营养损失和腐烂，因此可延长果实贮藏寿命，具有良好的保鲜作用5。另壳聚糖中含有的羟基和氨基使其可以螯合助氧化的金属离子如Fe2+、Ni3+等防止果蔬变色，延缓营养物质下降。同时，壳聚糖分子中的氨基具有还原性，可以清除水果体内的活性自由基从而减少细胞的膜脂过氧化，延缓水果组织衰老。壳聚糖还可以有效调节果蔬呼吸强度和水分蒸发，涂膜能阻止果蔬呼吸产生的CO2散失和大气中O2渗入，降低内源O2/CO2比值，从而抑制果蔬呼吸强度，减少果蔬内物质转化与呼吸基质的消耗6。还可以减少活性氧的形成和自由基的产生，直接影响组织有氧代谢的进行，从而减缓膜脂过氧化作用和细胞膜的损伤7。（2）壳聚糖具有极好的阻气性:果蔬经壳聚糖处理后可在表面形成一层透明薄膜,限制果蔬与大气交换,使果蔬内部形成一个低O2和高CO2的微环境,从而抑制呼吸作用、乙烯产生及膜脂过氧化等需氧生理生化过程，在一定程度上能够延缓果实衰老,减少腐烂,保持果蔬品质,延长果蔬的贮藏寿命8。4 壳聚糖在果蔬保鲜方面的研究与应用冯守爱等9 研究了壳聚糖保鲜膜的制备、性能和应用。研究表明，对于壳聚糖,涂膜保鲜的方法是将壳聚糖的低酸溶液喷涂在果蔬或鲜肉制品的表面,干燥后就可在水果表面形成一层聚合物保鲜膜。制膜保鲜可以将壳聚糖制成单一膜,也可以制成壳聚糖与其它物质的复合膜。将一定量的壳聚糖溶解在体积比为1%的乙酸水溶液中,加热搅拌,使其充分溶解,制得壳聚糖溶液。将壳聚糖溶液，超声脱气后,定量涂布于铺有聚四氟乙烯的玻璃板上,于一定温度下干燥,便可制得壳聚糖膜。此外,壳聚糖还可以与淀粉、纸浆、硬脂酸、甘油等复合成膜用于食品包装。将壳聚糖与淀粉、水混合均匀制成薄膜、干燥,经碱溶液处理,可制成壳聚糖淀粉合成食品包装膜,此膜可食、无毒、耐油、抗张强度高,不溶于冷、热水,还能自动生物降解;纸浆和壳聚糖为原料经溶解、混合、干燥、稀碱液脱膜,可制成抗水霉和碱的食品包装膜;将含有一定量硬脂酸的热乙醇溶液加入正在被加热搅拌的一定量的壳聚糖溶液中,使其混合均匀,超声脱气后将膜液定量涂布与铺有四氟乙烯的玻璃板上,干燥,揭膜,便可制得壳聚糖硬脂酸合成膜。壳聚糖的性能包括机械性能、气体选择性、阻湿性和润湿性、可食性等几个方面。研究表明，薄膜拉伸强度与壳聚糖浓度有很大关系,在一定条件下,薄膜的拉伸强度随壳聚糖浓度的增加而增加。当分子量一定时,壳聚糖浓度越大,即单位体积内的分子数越多,成膜时高子分子链间的相互作用力越强,分子间氢键越强,膜的强度就越大。当壳聚糖浓度太小时,由于成膜液流动性大,形成的膜很薄,因而不便揭膜;而当壳聚糖浓度太大时,由于成膜液较粘稠,不容易脱气,在制膜时易形成气泡,使膜不平整。壳聚糖膜的氧气透过率和二氧化碳透过率的比值均小于1,故可用此膜保鲜水果蔬菜。壳聚糖膜对二氧化碳和氧气的透过率较小,且随厚度的增加而下降。成膜温度的升高,薄膜的透气率增大。高分子量的壳聚糖通过)NH3+与微生物细胞壁的唾液酸磷脂等阴离子的相互吸引作束缚微生物的自由度,从而阻碍微生物代谢和繁殖。对壳聚糖进行化学修饰,增加结构单元抗菌因子) NH3+的密度,可以合成出具有良好人体安全性和抗菌性能的壳聚糖衍生物。壳聚糖与生物体具有良好的亲和相容性,对人体具有一定的生理保健功能,为可食性物质。目前壳聚糖及其衍生物在水果和蔬菜贮藏保鲜中的研究也日益增多。刘锋10以赣南脐橙为实验材料, 研究壳聚糖涂膜处理对脐橙贮藏效果的影响。结果表明，壳聚糖处理均不同程度抑制了脐橙果实的呼吸强度、延缓了总糖的上升和可滴定酸的下降并保持了较高的VC含量，从而较好地保持了果实品质。但以1.5% 壳聚糖对赣南脐橙浸果浸30s处理效果最好。同时，在提高贮藏后期脐橙果实超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶和-1，3-葡聚糖酶的活性等方面1.5%壳聚糖处理效果明显。最大程度地提高了果实抗病能力，降低果实的腐烂率，达到了延长贮藏期的目的。江英等11以梅杏果实为试材，研究了0.75 g/L 壳聚糖处理和对照处理对其采后生理和细胞超微结构的影响。结果表明：壳聚糖处理与对照相比，降低了果实的腐烂率，抑制了果实的变软，保持了较高可溶性固形物含量以及较高的过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）等保护酶的活性，而降低了多酚氧化酶（PPO）的活性和超氧阴离子产生速率。任邦来12用壳聚糖涂膜处理红富士苹果，发现壳聚糖能够有效延缓出库红富士苹果果实硬度下降, 减少糖分、总酸和VC的损失，能较好地保持红富士苹果品质,同时研究了不同浓度的壳聚糖溶液的对保鲜效果的影响，研究表明，以1.0%的壳聚糖溶液涂膜处理保质效果最好。袁唯等13用壳聚糖作主要原料，配制成一种新型、安全无毒的杀菌剂，用于涂膜保鲜黄瓜。结果表明：与对照相比，有机酸、叶绿素、可溶性糖及VC含量都极显著增加，失重率极显著降低。用1.0%壳聚糖处理黄瓜，可有效抑制其呼吸作用，使VC含量的降低速率显著降低。其中，用1.0%壳聚糖溶液对黄瓜进行涂膜后的保鲜效储藏第4 d与对照相比，黄瓜的有机酸、叶绿素、可溶性糖及VC含量分别提高了48. 7%，43. 0%，23. 9%，37. 6%，第8 d分别提高了76. 9%，58. 5% ，75. 0% ，103. 9%，第12d分别提高了111. 8%,92. 8% ,290. 3%，246. 5%，而失重率在第4，8,12 d分别下降了63. 8%,63. 4%,63. 2%。Podriguez14用壳聚糖对quinces(温柏果,产于西亚)进行涂膜保鲜实验,通过失重率、颜色、光泽度、酸度、可容性固体、含糖量、果胶含量、乙醇生成量等指标考察保鲜效果,发现壳聚糖膜保鲜效果明显,quinces货架时间可延长一倍。傅乐峰等15以壳聚糖为主要成膜材料，并辅以其它助剂，配制成一种涂膜保鲜剂，并测定了该膜的通透性能，结果表明壳聚糖对CO2和O2具有较好的选择透气性能。同时用该保鲜膜对香梨进行保鲜试验，包括壳聚糖溶解过程中酸（醋酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸等）的选择、表面活性剂的选择、膜的通透性研究和香梨腐烂率测定等，结果表明，在常温下，保鲜液中醋酸浓度为0.5%，壳聚糖浓度为1.5%2%时，保鲜效果较好。王娟慧等16研究了壳聚糖涂膜对鲜切马铃薯保鲜效果的影响，探讨了马铃薯品种、温度、壳聚糖浓度对鲜切马铃薯的色差(E)、多酚氧化酶(PPO)活性、总糖含量的影响。实验采用L9(34)正交设计方案,进行极差分析。分析结果表明:马铃薯的三个品种以大西洋最适合鲜切,其次是费乌瑞它,再次是中薯三号; 0、4、8三个冷藏温度中,温度越低保鲜效果越好; 0.5%、1.0%、1.25%三个壳聚糖涂膜浓度中,以1.0%的涂膜效果最好;用1.0%的壳聚糖对大西洋进行涂膜,并置于0下冷藏,保鲜效果最好,货架期可以达到6d。熊卫东等17通过均匀实验设计制备壳聚糖，结果表明，酸和碱浓度是影响壳聚糖制备的关键因素。同时以壳聚糖为主要原料，辅以溶菌酶、甘油等，采用L9(34)正交实验，组成9组不同复合膜，以Vc、可滴定酸度、保水率等为指标考察其对青椒保鲜的效果。结果表明，在最佳工艺条件为壳聚糖浓度1.5%，pH 5.6, 0.07% 溶菌酶下使得青椒保存期大大延长。5发展前景与存在的问题壳聚糖来源丰富、结构独特、成膜简单、保鲜性能优越,作为果蔬等食品的保鲜剂,很有发展潜力。开展壳聚糖领域的研究和应用,存在深远的意义,会带来很好的经济效益。涂膜保鲜技术所用的材料广泛，可在常温下进行，不需购置昂贵设备，工艺简单、方便，成本低，安全性好，适用于多种水果、蔬菜的保鲜贮藏。果蔬涂膜保鲜技术发展很快。目前，注重壳聚糖结构的改性或与不同功能材料的共混改性，制备不同性能的涂膜以满足各种不同果蔬的保鲜要求。在壳聚糖及其衍生物涂膜材料中添加其它材料来强化保鲜效果已成为当前的研究热点18。但目前壳聚糖保鲜膜在应用中还存在一定的缺点:如涂膜效率低、难干燥,制膜存在强度差等问题。此外,已有的涂膜保鲜研究大多偏重于杀菌防霉剂的选择以及与涂膜剂的配伍等方面,对壳聚糖膜的结构与性能在贮藏保鲜过程变化特性的研究报道几乎没有,而这些材料特性的变化会直接影响保鲜的效果。这些问题都有待科研工作者进一步的研究19。参考文献：1 蒋挺大.壳聚糖M. 北京:化学工业出版社,2001: 9-33. 2 赵希荣.壳聚糖防腐抗菌剂的研究D.无锡：江南大学,2006. 3 胡慧玲,宋建峰.壳聚糖及其在果蔬保鲜中的应用研究进展J.河北农业科学, 2009, 13 (4): 78-79. 4 赵博.壳聚糖姜蒜提取液复合保鲜剂对草莓保鲜效果的研究J.安徽农业科学,2008,36 (16): 56-58.5 李胜海,王彬,彭玉基等.壳聚糖在果品贮藏保鲜中的应用进展J.食品研究与开发,2008, 29(10)：111-114.6 刘航海,邓钢桥.壳聚糖在水果保鲜中的应用J.湖南农业科学, 2009(4): 97-99.7 洪森荣,尹明华,邵兴华.野葛块根愈伤组织形成过程中生理生化指标的变化J. 湖南农业科学, 2007, (6): 64-66.8 吴迪,蔡伟民.壳聚糖