CN104642534A - 一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂及其制备方法 - Google Patents
一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂及其制备方法，其包括按以下配比的原料：0.1～10g氧化石墨烯，0.1～6g壳聚糖，50～250ml醋酸水溶液，通过制备氧化石墨烯混合溶液和壳聚糖醋酸溶液，将两者混合制备氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂。本发明保鲜剂不仅针对蔬菜水果有效，对于中草药也有一定的防腐效果，制备方法原料易得、成本低廉、操作简单、重现性好，有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于食品添加剂技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂及其制备方法。
背景技术
玉林市盛产荔枝、龙眼、沙田柚、芒果、香蕉、甘蔗、柑桔等水果，同时又适宜很多蔬菜的生长，更是全国重要的中药材集散地。但水果药材的保鲜期短，面对丰厚的自然资源，很多时候却因为储存不当造成大量的浪费。因此，如果能研制出一种高效的保鲜剂，将更充分的利用这些资源，给水果及药材的批发商带来更大收益。目前使用的果蔬保鲜剂主要是抑制微生物的生长或抑制其新陈代谢及呼吸强度作用，从而延长储存期。通常可采用防腐剂、杀菌剂、新陈代谢调节剂、抗氧化剂、乙烯吸收剂、被膜剂或复配物等。但保鲜技术还比较落后，保鲜效果不显著。时间一长，水果的成分、鲜味、光泽逊色不少。
石墨烯及其衍生物作为新型碳纳米结构,是最近材料科学领域一个明星材料，它具有良好的具有高电导、高热导、高硬度和高强度等奇特的物理化学性质，在电子信息、能源、材料和生物医药领域有广阔的应用前景。最近有研究表明，氧化石墨烯能够与其他材料构建不同的生物传感器，应用在药物运输、生物装置设计、生物分子检测、生物测定、分子医学方面。
壳聚糖(聚葡萄糖胺(1-4)-2-胺基-B-D葡萄糖,CS)是一种半透明状白色或灰白色的天然线性阳离子生物聚合物,略有珍珠光泽,含有大量的胺基、羧基等亲水性基团,在自然界中含量丰富.它成本低廉、成膜性好、膜透明无色或略带黄色,无毒、易于生物降解,是一种环境友好材料,在生物、医药、化工、食品等领域都有广泛应用，其在材料科学中多作为复合材料的成膜基质使用。
本方法采用廉价的原料，简单的反应过程制备出一种氧化石墨烯/壳聚糖复合纳米保鲜剂，不仅针对蔬菜水果有效，对于中草药也有一定的防腐效果，该方法原料易得、成本低廉、操作简单、重现性好，制得的氧化石墨烯/壳聚糖复合纳米保鲜剂具有活性高、安全性好等特点，是一种新型、高效的果蔬涂膜保鲜剂，有着广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂及其制备方法，该保鲜剂的制备原料易得，并且氧化石墨烯(GO)表面的—COO—等负离子基团借助于氢键和静电相互作用力与CS基质中的—NH+3等正离子基团紧密结合形成具有特殊性质的纳米复合材料,有利于实现GO在CS基质中的均匀、无团聚掺杂。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，其包括按以下配比的原料：0.1～10g氧化石墨烯，0.1～6g壳聚糖，50～250ml醋酸水溶液。
优选的，所述的氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂包括按以下配比的原料：2g氧化石墨烯，3g壳聚糖，150ml醋酸水溶液。
所述的醋酸水溶液中醋酸与水的体积比为1:40。
本发明所述的氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂通过以下方法制备：
1)氧化石墨烯混合溶液的制备：称取氧化石墨烯，利用二甲基甲酰胺在超声波作用下分散，形成氧化石墨烯混合溶液，调节pH；
2)壳聚糖醋酸溶液的制备：将壳聚糖加入醋酸水溶液中，得到壳聚糖醋酸溶液；
3)氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂的制备：将氧化石墨烯混合液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中，60℃下恒温搅拌2～10h得复合物，用超声波超声分散10～60min，直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂。
本发明步骤(1)中氧化石墨烯的用量为0.1～10g，二甲基甲酰胺的用量为50～150ml，所述的超声波功率为600W，氧化石墨烯混合溶液用30％NaOH水溶液调整其pH值至5～6。
本发明步骤(2)中壳聚糖的用量为0.1～6g，醋酸水溶液用量为50～250ml，所述的壳聚糖醋酸溶液的质量百分比为1～10wt％。
本发明步骤(3)中氧化石墨烯混合液缓用量为20～100ml，壳聚糖醋酸溶液用量为50～200ml，所述的超声波功率为600W。
本发明的有益效果为：
1)制备氧化石墨烯的原料来源广、低廉易得、操作容易、工艺简单，无污染；
2)本发明保鲜剂可使果蔬表面形成一层被膜，可适当堵塞开孔部，抑制呼吸作用，减少营养消耗，抑制水分散发，抑制微生物侵入，防止腐败变质；
3)果蔬表面形成一层被膜，改善了果蔬的色泽，增加了亮度，提高了果蔬的商品价值；
4)该法既适合小批量处理，也适合大批量保鲜，机械化程度高；
5)制备工艺比较简单、操作方便、重现性好及污染小，价格更便宜，适合市场推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，通过以下方法制备：
1)以鳞片石墨为原料，采用Hummers氧化法制备氧化石墨，在200ml烧杯中加入0.5g氧化石墨烯，50mlDMF，在600W超声波环境下分散60min，形成均匀分散的氧化石墨烯混合溶液，并用30％NaOH水溶液调整其pH值到5～6。
2)在200ml烧杯中加入3g的壳聚糖，150ml醋酸水溶液(体积比1：40)中，得到质量百分比2wt％的壳聚糖醋酸溶液。
3)量取100ml的壳聚糖醋酸溶液置于带有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三口烧瓶中，将上述制备的氧化石墨烯混合液50ml缓慢加入到壳聚糖醋酸溶液中,60℃下恒温搅拌5h得复合物充分形成后用600W超声波超声分散30min,直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得浅黑色透明的氧化石墨烯接枝壳聚糖复合纳米保鲜剂。
实施例2
1)以鳞片石墨为原料，采用Hummers氧化法制备氧化石墨，在200ml烧杯中加入2g氧化石墨烯，50mlDMF，在600W超声波环境下分散60min，形成均匀分散的氧化石墨烯混合溶液，并用30％NaOH水溶液调整其pH值到5～6。
2)在200ml烧杯中加入3g的壳聚糖，150ml醋酸水溶液(体积比1：40)中，得到质量百分比2wt％的壳聚糖醋酸溶液。
3)量取100ml的壳聚糖醋酸溶液置于带有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三口烧瓶中，将上述制备的氧化石墨烯混合液50ml缓慢加入到壳聚糖醋酸溶液中,60℃下恒温搅拌5h得复合物充分形成后用600W超声波超声分散30min,直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得浅黑色透明的氧化石墨烯接枝壳聚糖复合纳米保鲜剂。
实施例3
1)以鳞片石墨为原料，采用Hummers氧化法制备氧化石墨，在200ml烧杯中加入3g氧化石墨烯，50mlDMF，在600W超声波环境下分散60min，形成均匀分散的氧化石墨烯混合溶液，并用30％NaOH水溶液调整其pH值到5～6。
2)在200ml烧杯中加入3g的壳聚糖，150ml醋酸水溶液(体积比1：40)中，得到质量百分比2wt％的壳聚糖醋酸溶液。
3)取100ml的壳聚糖醋酸溶液置于带有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三口烧瓶中，将上述制备的氧化石墨烯混合液50ml缓慢加入到壳聚糖醋酸溶液中,60℃下恒温搅拌5h得复合物充分形成后用600W超声波超声分散30min,直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得浅黑色透明的氧化石墨烯接枝壳聚糖复合纳米保鲜剂。
实施例4
1)以鳞片石墨为原料，采用Hummers氧化法制备氧化石墨，在200ml烧杯中加入4g氧化石墨烯，50mlDMF，在600W超声波环境下分散60min，形成均匀分散的氧化石墨烯混合溶液，并用30％NaOH水溶液调整其pH值到5～6。
2)在200ml烧杯中加入3g的壳聚糖，150ml醋酸水溶液(体积比1：40)中，得到质量百分比2wt％的壳聚糖醋酸溶液。
3)量取100ml的壳聚糖醋酸溶液置于带有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三口烧瓶中，将上述制备的氧化石墨烯混合液50ml缓慢加入到壳聚糖醋酸溶液中,60℃下恒温搅拌5h得复合物充分形成后用600W超声波超声分散30min,直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得浅黑色透明的氧化石墨烯接枝壳聚糖复合纳米保鲜剂。
实施例5
本实验以采摘自广西玉林师范学院荔枝园不经任何处理的“妃子笑”荔枝为原料，采用本发明实施例1～4所制备的氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，挑选大小均一、无病虫害、无褐斑，无物理损伤、八九成熟、带有约1cm长果柄的“妃子笑”荔枝，用冰水清洗后冷风快速吹干。按以下分组进行相应处理：第1组，不作处理；第2组，用氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂涂膜，每10颗“妃子笑”荔枝装1袋，经不同处理后放入相对湿度80％、温度(4±1)℃冷藏条件下贮藏。试验过程中，每6d检测1次相应指标，每次取3袋样进行平行检测，结果取平均值。以好果率、褐变率，果皮中花色素苷含量、果皮含水率、色差值和果肉中VC、可溶性固形物、可滴定酸含量为指标进行研究。
结果表明，氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂一定程度上延长了“妃子笑”荔枝保鲜期，优于单独使用壳聚糖保鲜剂涂膜处理，在(4±1)℃冷藏条件下贮藏45d，商品好果率达到96％以上，褐变指数为1.62，且能较好地维持荔枝原有的色泽品质，具有良好的商品价值。
Claims (7)
1.一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，其特征在于包括按以下配比的原料：0.1～10g氧化石墨烯，0.1～6g壳聚糖，50～250ml醋酸水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，其特征在于包括按以下配比的原料：2g氧化石墨烯、3g壳聚糖、150ml醋酸水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂，其特征在于：所述的醋酸水溶液中醋酸与水的体积比为1:40。
4.权利要求1所述的氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)氧化石墨烯混合溶液的制备：称取氧化石墨烯，利用二甲基甲酰胺在超声波作用下分散，形成氧化石墨烯混合溶液，调节pH；
2)壳聚糖醋酸溶液的制备：将壳聚糖加入醋酸水溶液中，得到壳聚糖醋酸溶液；
3)氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂的制备：将氧化石墨烯混合液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中，60℃下恒温搅拌2～10h得复合物，用超声波超声分散10～60min，直至氧化石墨烯分散均匀、静置、完全排除气泡，制得氧化石墨烯-壳聚糖复合纳米保鲜剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中氧化石墨烯的用量为0.1～10g，二甲基甲酰胺的用量为50～150ml，所述的超声波功率为600W，氧化石墨烯混合溶液用30％NaOH水溶 液调整其pH值至5～6。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中壳聚糖的用量为0.1～6g，醋酸水溶液用量为50～250ml，所述的壳聚糖醋酸溶液的质量百分比为1～10wt％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中氧化石墨烯混合液缓用量为20～100ml，壳聚糖醋酸溶液用量为50～200ml，所述的超声波功率为600W。
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