本技术涉及一种新型水凝胶水果保鲜剂,具备喷涂功能且可大规模生产。该保鲜剂由聚乙烯醇、单宁酸、乙醇和去离子水混合溶剂制成,旨在延长水果保鲜期,提升储存效率。
背景技术
水果因其较高的含水量和丰富的营养物质成为人类饮食的重要组成部分。据估计,每年有数十亿吨水果腐烂变质,造成巨大的经济和粮食损失。水果腐烂变质主要是由微生物污染、物理损伤和呼吸作用导致的快速成熟引起的,运输和储存过程中的水分蒸发和氧化反应也会进一步降低水果的品质。传统的水果保鲜方法可以延长水果的储存期,如塑料薄膜包装、低温储存、打蜡等,但这些方法存在成本高、环境污染和食品安全等问题。为了达到更好的保鲜效果和更高的经济收益,人们研究出了多种新型的水果保鲜方法,例如保鲜箱、保鲜垫、保鲜纸、保鲜膜、保鲜剂以及多种保鲜方法的综合使用。
水凝胶是一种三维聚合物网络,具有极高的含水量,通常还具有良好的生物相容性和可调节的物理化学特性,可以应用于多种领域。在水果保鲜领域,水凝胶因其生物相容性、生物可降解性和环境友好性而引起了广泛的关注。最近,一种新型的Janus结构水凝胶膜(HMs)被开发出来。这种HMs具有出色的水/氧气阻隔能力和抗菌性能,可将水果的货架期延长至5天(Yuan,L.,Liu,R.,Zhou,Y.,Zhang,R.,Chen,S.,Yang,Q.,Gu,Y.,Han,L.,&Yan,B.(2024).Janus biopolymer nanocomposite coating with excellent antibacterialandwater/oxygen barrier performance for fruit preservation.FoodHydrocolloids,149,109528.)。此外,通过浸渍法在草莓表面制备了纳米包裹的trans-白藜芦醇/壳聚糖HM。该HM增强了草莓的抗氧化活性、抗菌性能和营养素保留能力(Hu,Q.,Zhou,F.,Ly,N.K.,Ordyna,J.,Peterson,T.,Fan,Z.,&Wang,S.(2023).Development ofmultifunctional nanoencapsulated trans-resveratrol/chitosannutraceuticaledible coating for strawberry preservation.ACS Nano,17(9),8586-8597.)。然而,大多数HMs在制备过程中成本效益低且复杂,一般不适合大规模生产。开发具有更短凝胶时间、更低成本和更易于大规模生产的HMs已成为水果保鲜领域的关键技术问题。
对于在水果表面制备HMs来说,实现从溶胶-凝胶的快速转变以确保HMs的均匀性和及时性至关重要。聚乙烯醇(PVA)因其低廉的价格、良好的生物相容性和容易形成薄膜的能力而作为水果保鲜HMs的流行材料。然而,纯PVA HMs缺乏抗微生物能力和机械强度,不足以满足水果保鲜的要求。在之前的研究中,已经将抗微生物剂与PVA结合以增强HMs的抗微生物性能,但很难完全消除这些抗微生物材料的残留物。如果这些残留物被摄入,可能会引起健康问题。此外,纯PVA通常通过物理方法(如冻融循环)或化学方法(如戊二醛)交联,这使得它不适合用于水果表面。
保鲜效果和经济效益是水果保鲜剂的生产和应用中必须考虑的问题。在目前的专利技术中,含有多种组分的水果保鲜剂将面临生产成本过高的问题,同时多种组分之间的相互作用也可能导致生产工艺的复杂化;对于通过形成保护层来达到保鲜效果的水果保鲜剂,涂覆方式以及成膜时间决定了其是否能够被广泛且高效地使用;水果保鲜剂的随意丢弃可能会造成环境污染,能否回收或循环使用决定了其对环境的影响程度;适当的紫外线处理可以起到抑制微生物生长、改善外观和口感的效果,但是过度处理可能会导致水果的氧化和营养物质的损失,因而具有抗紫外功能的水果保鲜剂更有助于保持水果的营养物质。因此,研发一种制备方法和原料组成简单、成本低、可规模化生产、环境友好、可回收循环利用,同时具备优异的抗菌、抗氧化、抗紫外功能、低水氧传输效率、成膜速度快、成膜后高机械强度的水果保鲜剂,具有重要的意义。
实现思路