（农产品加工及贮藏工程专业论文）仙草胶—卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用.pdf

c l a s s i f i c a t i o nn o ：t s 2 0 6 4 c o n f i d e n t i a l i t y ： u n i v e r s i t yc o d e ：10 3 8 9 s t u d e n tn o ：s 1 0 7 1 2 0 6 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no ne d i b l ef i l m sf o r m i n g p r o p e r t ym a d eb ym i x t u r eo fh s i a n t a s og u m a n d c a r r a g e e n a n c a t e g o r y ： ，。a g r o n o m y s u b j e c t ： f o o ds c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：a g r i c u l t u r a lp r o d u c tp r o c e s s i n ga n ds t o r a g e r e s e a r c hf i e l d ： r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fn a t u r a lh y d r o c o l l o i d s p o s t g r a d u a t e ： c h e nl i h o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h e n g b a o d o n g s u b m i t t e dd a t e ： a p r i l ，2 0 10 c o l l e g eo f f o o ds c i e n c e f u j i a na g r i c u l t u r ea n df o r e s t r yu n i v e r s i t y f u z h o u ，f u j i a n ，e r c h i n a ，3 5 0 0 0 2 a p r i l ，2 0 1 0 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名： 胁纽 论文使用授权的说明 日期：2 0 肜、占7 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。 口 不保密，本论文属于不保密。 口 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：励渤纽 牒一：妒么荡 日期： 扫o & 7 日期：矽旷 目录 摘要。 a b s t r a c t i i 第一章引言 1 仙草的保健功效及开发现状1 2 植物多糖脱色技术的研究进展1 2 1 植物多糖常用的脱色方法2 2 2 仙草胶提取液脱色技术的研究进展4 3 植物多糖类可食性膜的研究进展4 3 1 植物多糖类可食性膜的特点4 3 2 植物多糖类可食性膜的分类及研究现状5 4 果蔬可食性涂膜保鲜研究进展6 4 1 可食性涂膜保鲜的机理7 4 2 常见的生物活性物质7 4 3 可食性涂膜存在的问题及研究开发方向8 5 本项目研究的目的、意义及创新性9 第二章仙草胶提取液不同脱色工艺的研究1 0 1 材料与方法10 1 1 试验材料1o 1 2 仪器1 1 1 3 试验方法1 1 2 结果与分析1 3 2 1 仙草胶提取液活性炭脱色工艺的研究1 3 2 2 仙草胶提取液树脂脱色工艺的研究1 7 2 3 仙草胶提取液超滤脱色工艺的研究2 3 3 小结2 4 第三章仙草胶卡拉胶复合膜的制各及性能研究2 5 1 材料与方法2 5 1 1 试验材料2 5 1 2 仪器2 5 1 3 试验方法：2 6 2 结果与讨论2 8 2 1 总固形物对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响2 8 2 2 配比对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响3 0 2 3 甘油对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响3 3 2 4p h 对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响3 5 2 5 蔗糖酯对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响3 8 2 6 干燥温度对仙草胶一卡拉胶复合膜性能的影响4 0 2 7 仙草胶一卡拉胶复合膜综合性能的优化4 3 3 小结5 3 四章仙草胶卡拉胶复合抑菌涂膜在枇杷保鲜中的应用。5 4 1 材料与方法5 4 1 1 试验材料5 4 1 2 仪器5 5 1 - 3 试验方法5 5 2 结果与讨论5 8 2 1 仙草胶一卡拉胶复合抑菌膜的抑菌效果5 8 2 2 不同处理对枇杷保鲜效果的影响5 8 3 小结6 2 论与展望 考文献 读硕士学位期间以第一作者发表的与本课题相关的学术论文7 3 摘要 仙草( m e s o n ap r o c u m b e n sh e m s l ) ，又名仙人草或凉粉草，为唇形科一 年生草本植物，仙草胶系以仙草茎叶为原料，采用浸提技术获得的仙草提取液， 具有良好的天然水溶胶性能。本项目通过研究仙草胶提取液不同脱色工艺及技 术，在此基础上，探讨仙草胶一卡拉胶复合膜的制备及性能研究，并进行抑菌试 验，将其应用于枇杷保鲜。研究成果将进一步拓展仙草利用途径，同时对天然水 溶胶在食品领域的应用提供一定的理论依据。 1 、通过对仙草胶提取液不同脱色工艺的研究，比较活性炭、树脂、超滤三种不 同方法的脱色性能，获得最佳脱色方法及工艺参数。结果表明，以粉末活性炭作 脱色剂，仙草胶提取液脱色最佳工艺参数为：活性炭用量2 5 ，温度6 0 c ，时 间5 0 m i n ，脱色率达9 2 3 ，此条件下多糖损失率为2 0 5 ；从5 种离子交换树 脂和大孔吸附树脂中筛选出脱色效果好的树脂d 3 0 1 ，最佳工艺参数为：树脂用 量3 ，时间3 h ( 1 3 0 r m i n ) ，温度5 0 ，p h5 0 ，在此条件下脱色率达9 5 5 ， 多糖损失率为1 5 5 ；截留分子量为1 0 0 0 0 d ap e s 膜能够有效地脱除仙草胶提取 液中的色素，脱色率达8 5 4 ，多糖损失率为2 0 4 。综合研究结果表明，树脂 d 3 0 1 对仙草胶提取液脱色率最大，而多糖损失率最小，因此，选择树脂d 3 0 1 作为仙草胶提取液的脱色剂。 2 、以脱色仙草胶、卡拉胶为基质，研究不同因素对复合膜性能的影响；在此基 础上，选取总固形物、配比、蔗糖酯以及干燥温度为参试因子，以穿刺强度、拉 伸强度以及断裂伸长率、水蒸气透过系数为指标，进行均匀正交试验，并采用主 成分几何平均分析法对影响复合膜性能的因素和水平进行多指标综合分析。结果 表明，总固形物1 6 ，仙草胶卡拉胶配比2 0 8 0 ，蔗糖酯0 1 ，干燥温度5 2 的条件下，控制甘油含量1 5 ，p h 为7 ，可以获得综合性能优良的仙草胶一卡 拉胶复合膜。 3 、研究了尼辛和纳他霉素对脱色仙草胶一卡拉胶复合膜液抑菌效果的影响，并 将其应用于枇杷保鲜，结果表明，仙草胶一卡拉胶涂膜液中加入2 0 0 m g l 尼辛、 2 0 m g l 纳他霉素对金黄色葡萄球菌、李斯特菌等细菌及青霉菌、根霉菌等霉菌 均有明显的抑制作用。保鲜试验显示，仙草胶一卡拉胶复合抑菌涂膜液可以显著 抑制枇杷的生理代谢，减少营养物质的损失，对枇杷的室温贮藏有很好的保鲜效 果。 关键词：可食性膜；仙草胶；卡拉胶；脱色；成膜性能；抑菌；涂膜；枇杷；保 鲜 a b s t r a c t h s i a n - t s a o ( m e s o n a p r o c u m b e n sh e m s l ) ，c a l l e de o n ec h i n e n s i so rm e s o n a b l u m e s ，i sa l la n n u a lh e r b a c e o u sp l a n to fl a b i a t a e h s i a n t s a og u me x t r a c t e df r o mt h e s t e ma n dl e a fo fh s i a n t s a oh a v e g o o dp e r f o r m a n c eo fn a t u r a lh y d r o c o l l o i d s d i f f e r e n t d e c o l o r i n g m e t h o d sw a sa p p l i e dt oh s i a n - t s a o g u me x t r a c t i o n ，a n d p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fh s i a n - t a s og u m c a r r a g e e n a nf i l mw a sa n a l y z e d f u t h e r m o r e ，t h ea n t i m i c r o b i a l a c t i v i t yw a se x p e r i m e n t e d a n de f f e c to fe d i b l e h s i a n - t a s og u m c a r r a g e e n a nc o a t i n ga sc a r r i e ro fn i s i na n d n a t a m y c i no ns h e l fl i f eo f l o q u a tw a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h e r e f o r ea ne f f e c t i v eu t i l i z a t i o nw a yf o rt h eu s eo f h s i a n - t s a ow a so f f e r e d ，at h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h e a p p l i c a t i o n s o fn a t u r a l h y d r o c o l l o i d si nf o o df i e l dw a sa l s op r o v i d e d 1 t h r e ed i f f e r e n td e c o l o r i n g m e t h o d s ，i n c l u d i n ga c t i v a t e dc a r b o n , r e s i na n d u l t r a f i l t r a t i o n ，w e r ec o m p a r e dt od e t e r m i n et h em o s to p t i m u mm e t h o da n dc o n d i t i o n t h eb e s tr e s u l tw a so b t a i n e dw h e na c t i v a t e dc a r b o nd o s a g ew a s2 5 d e c o l o r i z a t i o n t e m p e r a t u r ew a s 6 0 a n dd e c o l o r i z a t i o nt i m ew a s5 0 m i n , u n d e rw h i c ht h e d e c o l o r i z i n gr a t er e a c h e d9 2 3 a n dp o l y s a c c h a r i d el o s sr a t ew a s2 0 5 ：t h ed 3 01 r e s i nu s e dt od e c o l o r i z eh s i a n - t s a og u mw a ss e l e c t e df r o mf i v et y p e so fi o ne x c h a n g e r e s i n sa n dm a c r o p o r o u sa b s o r p t i o nr e s i n t h eb e s tr e s u l tf o r d e c o l o r i z i n gh s i a n t s a o g u mw a sd e t e r m i n e da sf o l l o w s ：t h ev o l u m no fr e s i nw a s3 ，d e c o i o r i z a t i o nt i m ew a s 3 h ( 13 0 r m i n ) ，d e c o l o r i z a t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 0 ( 2a n dp hw a s5 0 ，u n d e rw h i c ht h e d e c o l o r i z i n gr a t er e a c h e d9 5 5 a n dp o l y s a c c h a r i d el o s sr a t ew a s15 5 ：t h ep i g m e n t s u b s t a n c ew o u l dr e m o v ee f f i c i e n t l yf r o mh s i a n - t s a og u mb y10 0 0 0 d am o l e c u l a r w e i g h t c u t - o f fp e s ，u n d e rw h i c ht h e d e c o l o r i z i n g r a t er e a c h e d8 5 4 a n d p o l y s a c c h a r i d el o s sr a t ew a s2 0 4 t h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h ep r o c e s sc o n d i t i o n s o nd e c o l o r i z i n g ，t h ed 3 01r e s i np o s s e s s e d h i g h e rd e c o l o r i z i n gr a t ea n dl o w e r p o l y s a c c h a r i d el o s sr a t e i tw a si n d i c a t e dt h a tt h ed 3 01r e s i nw a st h eb e s tt e c h n o l o g y f o rt h ed e c o l o r a t i o no fh s i a n - t s a og u m 2 e f f e c t so fd i f f e r e n tf a c t o r so nt h e p r o p e r t i e so fh s i a n t s a og u r n c a r r a g e e n a nf i l m w e r es t u d i e d b a s e do nt h ei n d i c e so f p u n c t u r es t r e n g t h ，t e n s i l es t r e n g t h ，e l o n g a t i o na t b r e a ka n dw a t e rv a p o u rp e r m e a b i l i t y , t h eu n i f o r mo r t h o g o n a l d e s i g n sm e t h o dw a s c o n d u c t e db ys e l e c t i n gf o u rf a c t o r ss u c ha st o t a l s o l i d ( 1 5 ，2 o ，2 5 ) ，d i f f e r e n t r a t i o ( 10 9 0 ，2 0 8 0 ，3 0 7 0 ) ，s u c r o s ee s t e r ( 0 1 ，o 2 ，0 3 ) a n d d r y i n g i l t e m p e r a t u r e ( 4 0 。c ，5 00 c ，6 0 c ) ，a n dt h ep r i n c i p a lc o m p o n e n tg e o m e t r i cm e a na n a l y s i s m e t h o dw a s a d o p t e dt oc a r r yo u tm u l t i i n d e xa n a l y s i so ft h ee d i b l ef i l ma c c o r d i n gt o t h ef a c t o r sa n dl e v e l s t h eb e s tr e s u l tw a so b t a i n e dw h e nt o t a ls o l i dw a s1 6 ，r a t i oo f h s i a n t s a og u ma n dc a r r a g e e n a nw a s2 0 8 0 ，s u c r o s ee s t e rw a s 0 1 ，d r y i n g t e m p e r a t u r ew a s5 2 c ，g l y c e r o le o m e mw a s1 5 a n dp hw a s7 ，u n d e rw h i c h h s i a n t s a og u m c a r r a g e e n a nf i l mi so f g o o dc o m p r e h e n s i v ep r o p e r t y 3 t h ea n t i m i c r o b i a lp r o p e r t i e so fn i s i na n dn a t a m y c i ns u p p o r t e di nd e c o l o r i z e d h s i a n - t s a og u m c a r r a g e e n a nf i l mw a st e s t e d ，a n dt h e na p p l i e dt ol o q u a ts t o r e a g e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a te d i b l ec o a t i n gm a d eb ym i x t u r eo fh s i a n - t a s og u ma n d c a r r a g e e n a n h a ds i g n i f i c a n ti n h i b i t o r ye f f e c t so i lb a c t e r i as u c ha ss t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，l i s t e r i a 福建农林大学硕士学位论文 仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 第一章引言 1 仙草的保健功效及开发现状 仙草( m e s o n ap r o c u m b e n sh e m s l ) ，又名凉粉草、仙人草，为唇形科仙 草属一年生草本植物【l 】，广泛地分布于我国的广东、福建、台湾等地，是我国传 统的药食兼用型植物资源。因其具有消暑、解毒、清热等功效，常用其制备龟苓 膏或“仙草冻”等产品。本草求原中记载：仙草“清暑热，解藏府结热毒， 治酒风”。杨敏【2 】研究表明仙草提取物具有显著的抗氧化功能，能在一定浓度范 围内保护细胞免受氧自由基对d n a 的氧化损伤。g o w - c h i ny e n 等【3 1 研究表明仙 草水萃取物具有良好的清除自由基及抗氧化能力。此外，有研究表明仙草还具有 治疗中暑、感冒、高血压、糖尿病等药用功能【4 硼。 仙草胶系以仙草茎叶为原料，采用热水直接浸提或以碳酸钠、小苏打调节而 采用碱液浸提。热水浸提效率比较低，碱液提取效率高，且随着碱液浓度增大， 提取效率提高，仙草胶得率高【7 】。仙草胶中的主要成分是仙草多糖，由葡萄糖、 半乳糖、阿拉伯糖、木糖等组成【8 】，具有很好的凝胶性能。谌国莲等【9 1 研究发现， 仙草胶具有超过一般食品胶的热稳定性和耐碱性，其应用途径广。由此可见，仙 草胶具有良好的天然水溶胶性能。 2 植物多糖脱色技术的研究进展 植物多糖是由单糖以a 或p 糖甘键所组成的生物高分子物质，普遍存在于 自然界植物体中1 1 0 1 ，主要包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶等。由于植物多 糖来源广泛，没有细胞毒性，应用于生物体毒副作用小，因此植物多糖资源的开 发利用，包括作用机理、分离纯化、生物活性等成为当今生命科学领域的研究热 点。这些物质不仅作为植物的贮藏养料，提供生命所需的能量，有些植物多糖类 化合物还具有改善机体免疫功能、抗肿瘤、降血糖、激活免疫细胞等独特的生物 活性【1 1 14 1 。 由于植物多糖的来源不同，提取方法的不同，以及植物组织、结构等差异性， 使提取得到的粗多糖溶液中含有色素等杂质，难以获得组分较纯的植物多糖，而 且对后续的定量、定性分析及结构测定等带来不利的影响。因此，脱色技术是植 福建农林大学硕十学位论文仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 物多糖提取过程中至关重要的一个环节。 2 1 植物多糖常用的脱色方法 2 1 1 活性炭 活性炭颗粒表面有大量的孔隙，可以将色素吸附于颗粒的表面，达到脱色的 目的。粉末活性炭具有极大的比表面积( 8 0 0 2 0 0 0 m 2 g ) ，当色素分子小于或等 于粉末活性炭孔径时即可被吸附，具有脱色率高、速度快、成本低等优点【1 5 】， 但也存在活性炭颗粒小，难除去；再生困难；多糖损失率较高等问题，影响多糖 纯化的后处理。活性炭的吸附性能由活性炭的比表面积、比孔容积、孔径分布及 表面官能团等决定。因此，选择脱色效果好、吸附能力强的活性炭，对降低成本、 提高多糖的纯度具有重要意义。丁卫英等【1 6 】研究表明粉末活性炭活性炭用量6 ， 脱色温度7 0 ，脱色时间2 5 m i n 的条件下，蔗糖溶液的透光率可达9 3 6 。赵 燕掣1 刀研究了六种不同的粉末活性炭对麦芽糖液的脱色效果，探讨麦芽糖脱色 的最佳活性炭用量。 2 1 2 树脂 树脂是一种新型的高分子分离材料，具有较高的孔隙率，表面积较大、吸附 速度较快、易再生等优点，且对有机物选择性较好，不受无机盐类及强离子低分 子化合物存在的影响，可以通过物理吸附从水溶液中有选择地吸附有机物质1 8 】。 此外，树脂还可回收利用，在生产过程中可减少对环境的污染。缺点是一次性投 资较大，且需再生使用导致生产周期较长。 树脂的性能随着单体性质和功能基性质的不同有很大差别。其单体主要有两 大类：苯乙烯和丙烯酸；功能基分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性【19 1 。何 新华等2 0 】采用d 3 1 1 弱碱阴离子树脂，在脱色温度4 5 c ，色素浓度0 7 9 6 a b s ，洗 脱速度为4 b h 1 的条件下，树脂对色素的吸附量可达1 5 5 8 a m l 一，菊粉平均 损失率为3 0 8 。 2 1 3 膜分离 膜分离是指利用膜的选择性实现料液不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。 与传统过滤的区别是，膜可以在分子范围内进行分离，不发生相的变化，也不需 要添加助剂，是一种物理过程。具有运行稳定、料液损失小、清洁卫生等优点。 2 祸建农林大学硕士学位论文 仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 依据膜孔径的不同( 或称为截留分子量) ，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反 渗透膜，根据材料的不同，又可分为无机膜和有机膜2 。无机膜目前主要是微 滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤 维素、芳香族聚酰胺等。图1 所示四种不同的膜分离过程( 箭头反射表示该物质 无法透过膜而被截留) 。 离子等 超滤通常截留分子量范围在1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 d a ，当原液流过超滤膜表面时，小 分子物质等透过而成为透析液，原液中分子量大于膜孔径的物质则被截留在膜的 进液侧，成为浓缩液，从而实现料液的脱色、大分子有机物的分离纯化等。 2 1 4 双氧水 双氧水脱色主要是利用过氧化氢的氧化作用来实现，双氧水法具有强氧化 性，易使多糖降解，使其结构发生改变，从而影响植物多糖活性；此外，可能存 在化学试剂残留的问题，因此在应用上受到一定的限制。杨大伟等2 2 1 研究表明 在脱色时间6 7 h ，室温，p h 4 5 ，过氧化氢6 7 的条件下，可以有效地脱除碎 米荠多糖液中的色素。 2 1 5 絮凝剂 絮凝剂脱色法主要是带电的基团中和一些带相反电性的色素分子，通过降低 电势，使其处于不稳定状态，并利用聚合性质使这些分子集中，达到分离的目的。 常用的絮凝剂有明胶类、甲壳素及壳聚糖等。宋常春等研究表明，2 壳聚糖 膜对萝卜红色素有较好的富集作用，富集程度( 以脱色率表示) 达8 4 。 福建农林大学硕七学位论文仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 2 2 仙草胶提取液脱色技术的研究进展 由于仙草色素中主要成分为花青素，属黄酮类物质的一种【6 1 ，呈色易受p h 影响，常规提取工艺制得的仙草胶提取液颜色呈黑褐色或黑色，限制了仙草胶在 食品工业上的广泛应用。因此，仙草胶脱色工艺的研究是其应用的基础。 台湾涉及仙草胶提取液脱色的文献中多采用活性炭法【2 4 】，冯涛等【2 5 1 研究了 凉粉草胶脱色树脂的筛选，得到脱色液的脱色率为7 8 ，总糖保留率为5 3 7 6 。 目前，通过对仙草胶提取液不同脱色工艺的研究，比较活性炭、树脂、超滤 三种不同方法的脱色性能，获得最佳脱色方法及工艺参数的相关内容报道较少。 3 植物多糖类可食性膜的研究进展 塑料制品以其价格低廉、性能稳定及使用方便等特点而成为了最主要的食品 包装材料之一。但是，塑料包装对人体具有一定的毒性作用( 塑料迁移) ；且不 易分解腐烂，会造成环境污染。因此，具有阻隔性、安全性和无环境污染等优点 的可食性膜逐渐成为食品加工和包装领域研究的一大热点。 可食性膜可以有效得阻止食品与周围环境间的水分、气体等的迁移，避免食 品因质构变化、物理化学反应( 如脂质过氧化、美拉德反应) 等而出现质量劣变； 它还可以作为一些食品添加剂( 如抑菌剂、抗氧化剂等) 的载体，控制它们在食 品中的扩散、释放速度。 根据成膜基质、辅料的不同，可食性膜大致可分为多糖类、蛋白质类、脂肪 类和复合类可食性膜。植物多糖类可食性膜是指以植物多糖为基质，加以增塑剂 ( 如山梨醇、甘油) 、疏水成分( 如蔗糖酯、脂肪酸) 等，通过不同分子间相互 作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜 2 6 1 。目前植物多糖类可食性膜的研究主 要集中在淀粉、改性纤维素、魔芋葡甘聚糖、褐藻酸钠等。 3 1 植物多糖类可食性膜的特点 多糖具有特殊的长链螺旋分子结构，化学性质稳定，但它们都属亲水性聚合 物，含有羟基基团，阻湿性一般很小，导致该类膜在较高的湿度环境下容易吸潮 而发粘；此外，机械性能及抑菌性方面也存在缺陷，限制了植物多糖可食性膜的 应用。因此，对多糖进行改性，如添加适量的交联剂、乳化剂、抑菌剂等；或是 4 福建农林人学硕士学位论文 仙草胶卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 与蛋白质等形成复合膜成为提高多糖类可食性膜性能的有效途径之一【27 1 。 3 2 植物多糖类可食性膜的分类及研究现状 3 2 1 淀粉类可食性膜 淀粉是一类最为常见的原材料，作为一种可再生资源，具有价格便宜、来源 丰富、容易获取等优点。淀粉是由多个葡萄糖分子缩合而成的多糖聚合物，可分 为直链淀粉和支链淀粉两类，两者的比例是影响淀粉类可食性膜性能的重要因素 之一。淀粉类可食性膜对氧气和二氧化碳具有很强的阻隔性，但防水性能较差。 m a r i ar o d r l7 9 u e z 等【2 8 】以马铃薯淀粉为原料，以甘油为增塑剂，研究了吐温2 0 、 斯潘8 0 、大豆卵磷脂三种表面活性剂对膜的水蒸气透过系数和机械性能的影响。 试验结果表明，甘油有利于增加膜的柔软性，防止出现干裂。同时，降低膜的拉 伸强度，提高膜的断裂伸长率和水蒸气透过系数。表面活性剂可以提高膜的阻湿 性能，当吐温2 0 在较低的浓度时就可以最大限度得减少膜的表面张力。此外， 表面活性剂与甘油之间可能存在协同效应。 3 2 2 改性纤维素类可食性膜 纤维素经碱处理后与甲氧基氯甲烷或氧化丙烯反应，可制得甲基纤维素 ( m c ) 、羧甲基纤维素( c m c ) 、羧丙基甲基纤维素( h p m c ) 等改性纤维素， 具有良好的成膜性，但所成的膜透湿性较强，常与脂类等复合以改善其性能。 m a u c h a n gc h e n 等【2 9 1 研究了含有防腐剂的甲基纤维素和壳聚糖共混制成的膜， 结果表明该膜具有显著的抗菌作用，在2 5 的条件下，4 3 4 5 的防腐剂可以 从膜中释放到油水的混合物中，且防腐剂的加入不会影响复合膜的抗张强度和 断裂伸长率。 3 2 3 植物胶类可食性膜 3 2 3 1 魔芋葡甘聚糖 魔芋葡甘聚糖是由d 葡萄糖和d 甘露糖以b 1 ，4 糖苷键连接起来的大分 子杂多糖，二者摩尔比约为1 ：1 6 ，并且每隔约1 9 个糖残基连接有一个乙酰基3 0 1 。 魔芋葡甘聚糖具有特殊的长链螺旋分子结构，化学性质稳定。在低浓度下也能形 成高强度的膜，但膜的机械强度和抗水性较差。因此，对魔芋葡甘聚糖进行改性， 是提高其性能的主要途径。张升晖等【3 1 】研究表明与未改性膜相比，魔芋葡甘聚 福建农林大学硕士学位论文仙草胶一卡拉胶共混体系戍膜特性的研究与应用 糖脱乙酰改性后膜的强度、抗水性及耐洗刷性显著提高。张露等【3 2 1 研究了魔芋 葡甘聚糖与大豆分离蛋白( s p i ) 复合膜的制备条件优化，结果发现，与单一的 魔芋葡甘聚糖膜相比，与大豆分离蛋白复配制得的可食性膜会明显地提高膜的阻 氧和阻湿性能。 3 2 3 2 海藻酸钠 海藻酸钠又名褐藻酸钠、海带胶、褐藻胶，是存在于褐藻类中的一种天然高 分子。具有良好的溶解特性、生物相容性、成膜性。可以有效地阻止膜表层微生 物的生长，降低膜脂过氧化程度，但褐藻酸钠膜阻湿性、弹性较差，常与其他物 质共混以改善其性能。闻燕等【3 3 1 研究表明海藻酸钠和羧甲基淀粉间存在强烈的 相互作用及良好的相容性。随羧甲基淀粉含量的增加，共混膜的吸水率显著降低； 当羧甲基淀粉含量为o 2 0 时，共混膜的抗张强度和断裂伸长率均高于海藻酸钠 膜，水蒸气透过率达最小值，具有潜在的应用前景。 3 2 3 3 仙草胶 仙草叶片所含的多糖胶质为阴离子性多糖，不仅具有良好的抗氧化性质，还 能和糊化的非糯性淀粉产生良好的交互作用，生成凝胶。c h i e n h s i e nc h e n 等【蚓 福建农林大学硕士学位论文仙草胶卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 近年来，国内外对果蔬的采后保鲜技术研究进展迅速，目前常见的保鲜技术 有：低温冷藏、气调贮藏保鲜 3 6 3 7 1 、化学处理 3 8 1 等。但是，低温贮藏容易引 起枇杷果实的低温冷害症状；气调贮藏保鲜操作复杂、成本高；化学保鲜剂存在 化学杀菌剂残留、抗药性等问题，对人体产生一定的危害。因此，在果蔬贮藏保 鲜领域，可食性涂膜保鲜作为一种有开发前景的绿色材料成为了当前研究的热 点。 4 1 可食性涂膜保鲜的机理 可食性涂膜通过浸渍、喷洒、涂布等方法在果蔬表面形成一定阻隔性的膜， 可以减少果实失水，调节果实内部的气体成分( c 0 2 、0 2 交换) ，阻止芳香成分 和脂质等的迁移，起到自发气调的作用，从而有效地延长果蔬的保鲜期，减少品 质下降1 3 引。同时，可食性涂膜还可以作为一些生物活性物质基础的载体，如抑 菌剂、抗氧化剂、c a 2 + 等，并可控制它们在食品中的扩散速度，减缓果蔬的呼吸 强度，抑制乙烯的产生，增强保鲜效果。 4 2 常见的生物活性物质 可食性涂膜中携带生物活性物质，如营养强化剂、抗氧化剂、抑菌剂、组织 增强剂等，成为今后功能性食品包装的一个发展趋势。一般来说，与生物活性物 质直接添加到食品中相比，作为其载体的可食性膜可以添加更高浓度的活性成 分，这些物质可以缓慢释放到果蔬表面，并且能够保持一个较高的浓度，有助于 延长果蔬的的保质期，减少这些物质在果蔬中的实际含量。 4 2 1 抑菌剂 将果蔬直接浸渍于抑菌水溶液中，控制果蔬的微生物含量，是目前最为常用 的方法。但是，由于存在抑菌成分失活、蒸发、扩散不完全等问题，限制了抑菌 成分直接浸渍法在果蔬保鲜中的应用1 4 0 。因此，将可食性涂膜作为一些生物活 性物质基础的载体，提高抑菌成分的活性成为当前的研究热点。通常加入到可食 性膜中的抑菌剂包括有机酸( 乙酸、苯甲酸、乳酸、丙酸、山梨酸等) 、脂肪酸 酯( 甘油单月桂酸酯等) 、多肽类( 溶菌酶、过氧化物酶、尼辛、纳他霉素等) 、 植物精油( 肉桂、牛至、柠檬香草等) 等。l e ej y 等研究表明卡拉胶膜中加入 福建农林大学硕士学位论文仙草胶一卡拉胶共混体系戍膜特性的研究与应用 抗坏血酸、柠檬酸和草酸用于鲜切苹果的保鲜中，可以延长两个星期的产品货架 期。f e n g s o n gc o n g 等4 2 1 研究了在温度3 0 c ，温度7 0 的条件下，纳他霉素在壳 聚糖涂膜哈密瓜保鲜中的应用，结果表明，抑菌涂膜保鲜有助于降低失重率，延 缓水果的衰老速度。 4 2 2 抗氧化剂 果蔬在贮藏过程中，由于受挤压等容易发生酶促褐变。这是由于多酚氧化酶 在有氧的条件下氧化果蔬组织中的酚类物质，生成褐色物质。因此，可食性涂膜 中添加抗氧化剂有利于抑制果蔬酶促褐变的发生。 抗坏血酸又名维生素c ，是一类最为常用的抗氧化剂。作用机理是抗坏血酸 将醌还原成酚或是自身被氧化，消耗了氧，抑制酶促褐变的发生。此外，还有其 他一些巯基化合物，如半胱氨酸、n 乙酰半胱氨酸、谷胱甘肽，均可抑制酶促褐 变的发生。b a l d w i nea 等【4 3 研究发现，与直接浸渍于抗坏血酸水溶液相比，以 羧甲基纤维素为基质的可食性涂膜中添加一定量的抗坏血酸，可以进一步降低苹 果的失重率，防止褐变的发生。 4 2 3 营养强化剂 可食性涂膜中加入矿物质、维生素、脂肪酸等营养物质可以增加一些果蔬的 营养价值，但可能会影响膜的机械性能及阻湿性。因此，在保鲜试验前需进行膜 的性能测定。m s t a p i a 等 删研究表明，海藻酸钠和结冷胶复合膜中加入1 的 v c 有助于提高木瓜中的v c 含量，保持其营养价值。 4 2 4 组织增强剂 硬度是果蔬成熟度的重要指标之一。硬度越大，表明质地越致密。受果胶酶 等的影响，硬度与果蔬的贮藏性往往呈现一定的正相关性。钙盐( 如葡萄糖酸钙、 氯化钙) 在延缓果蔬衰老和控制生理病害方面有较好的效果。主要是因为钙离子 与果胶分子反应，形成交联的网络结构，增强果蔬的硬度，从而延缓果蔬衰老。 p i l a rh e m a n d e z m u n 。o z 等研究发现，在冷藏条件下，1 壳聚糖涂膜液中加入 一定量的葡萄糖酸钙，可以增加草莓的硬度， 4 3 可食性涂膜存在的问题及研究开发方向 目前，关于可食性涂膜在果蔬贮藏保鲜中的应用大多还处于基础理论研究阶 8 福建农林大学硕士学位论文仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 段，主要存在干燥时间长、易滋生微生物；涂膜厚度不均，导致果蔬的厌氧呼吸 等问题。因此，可以通过成膜材料的改性或交联，或与蛋白质等复配，加入合适 的天然抑菌剂( 尼辛、纳他霉素、溶菌酶、各种天然提取物) 等方法，进一步提 高涂膜保鲜的技术。此外，由于果蔬种类繁多，不同的果蔬具有不同的贮藏特性， 应当依据目标果蔬的生理生化特性，选择合适的膜，这样才能获得良好的保鲜效 果。 5 本项目研究的目的、意义及创新性 塑料包装材料由于其使用数量大、品种多、化学稳定性强、难以降解，已成 为环境治理的主要难题。我国于2 0 0 8 年6 月1 日起实行塑料购物袋有偿使用制 度，限制塑料制品的使用。因此，采用新型可食性膜包装取代塑料包装，将环境 污染程度减少到最小，并发挥其更优异的综合性能，成为食品包装发展的一个新 趋势。 仙草胶系以仙草茎叶为原料，可采用热水或碱液浸提。仙草胶中的主要成分 是仙草多糖，具有很好的凝胶性能、热稳定性和耐碱性，其应用途径广。本课题 初期研究了单一仙草胶、以及仙草胶一海藻酸钠、仙草胶一黄原胶、仙草胶一瓜 尔豆胶、仙草胶一卡拉胶、仙草胶一羧甲基纤维素钠成膜特性，结果表明：单一 仙草胶不成膜，仙草胶一海藻酸钠、仙草胶一黄原胶、仙草胶一瓜尔豆胶、仙草 胶一羧甲基纤维素钠成膜效果不佳，而仙草胶一卡拉胶获得较好的成膜性能。 因此，为进一步探讨仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性及其在果蔬保鲜中的 应用，本课题通过对仙草胶提取液不同脱色工艺的研究，比较活性炭、树脂、超 滤三种不同方法的脱色性能，获得最佳脱色方法及工艺参数，为仙草胶提取液的 脱色提供理论依据和科学指导；研究仙草胶一卡拉胶复合膜的制备及性能，采用 主成分几何平均分析法对试验结果进行多指标分析，旨在获得膜综合性能优良的 配方和工艺参数；并通过添加适当的天然抑菌剂，将其应用于枇杷保鲜，实现安 全保鲜新概念。研究成果将进一步拓展仙草利用途径，同时对天然水溶胶在食品 领域的应用提供一定的理论依据。 9 福建农林大学硕士学位论文 仙草胶一卡拉胶共混体系成膜特性的研究与应用 第二章仙草胶提取液不同脱色工艺的研究 摘要：通过对仙草胶提取液不同脱色工艺的研究，比较活性炭、树脂、超滤三种不同方法的 脱色性能，获得最佳脱色方法及工艺参数，为仙草胶提取液的脱色提供理论依据和科学指导。 关键词：仙草胶；活性炭；树脂；超滤；脱色 仙草胶系以仙草茎叶为原料，采用浸提技术获得的仙草提取液。由于仙草色 素主要成分为花青素，属黄酮类物质的一种，呈色易受p h 影响，制得的仙草胶 提取液颜色呈黑褐色或黑色，限制了仙草胶在食品工业上的广泛应用。因此，仙 草胶脱色工艺的研究是其应用的基础。 目前，主要的脱色方法有：活性炭、树脂、超滤、a i c l 3 、熟石灰、双氧水 等。活性炭是一种多孔径的炭化物，具有良好的物理特性。作为工业常用的脱色 剂，其原理在于活性炭颗粒表面有大量的孔隙，对色素分子具有很强的吸附作用， 色素随活性炭的分离而除去。树脂是一类高分子化合物，近年来已广泛地应用于 糖液的脱色提纯，内部具有较高的孔隙率，表面积很大、离子的扩散速度和交换 速度较快。此外，树脂抗污染能力强，再生效率高，在生产过程中可减少对环境 的污染。超滤是一种利用膜分离技术的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力， 以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布 的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于 膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净 化、分离和浓缩的目的。 本文通