CN109370538B - 一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂及其制备方法，该相变蓄冷剂，以质量百分比计，由以下成分组成：麦芽糖醇1.38～2.07％；纳米二氧化钛0.03～0.06％；羧甲基纤维素钠0.09～0.11％；高吸水性树脂0.40～0.60％；其余为去离子水。本发明将麦芽糖醇、纳米二氧化钛、羧甲基纤维素钠和高吸水性树脂进行组合，获得的相变蓄冷剂的相变温度为0.11～0.62℃，相变潜热为285.30～299.61J/g，适用于杏鲍菇的保鲜和冷链运输，以免由于蓄冷剂相变温度过低而产生冻害等危害。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷剂制备技术领域，尤其涉及一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂及其制备方法。
背景技术
目前，全球冷链正在不间断地扩大，尤其是在发展中国家。扩大的冷链可能会促进全球饮食、食物生产和分配情况以及购物习惯的变化。随着人口和需求的增长，最近几年食品安全已成为越来越重要的问题。为了延长和确保食品的保质期，通过储存和运输过程将其温度保持在给定范围是非常关键的。我国每年有大量的食品在没有冷链保障的情况下运输销售，造成变质腐烂损失严重。因此，以物流保鲜设施和技术为支撑，建立健全物流保鲜体系，减少食品在物流保鲜等过程中的损失，是我国食品产业持续发展的必经之路。
蓄冷技术是利用各种物理、化学、机械等有效手段将冷量储存在蓄冷剂中，需要时再将储存的冷量释放出来的过程。通过该技术生产出来既能高效储存冷量，又符合各种物理、化学要求的特种物质称之为蓄冷剂。蓄冷剂作为一种新型的功能型材料，以其经济、安全和方便性的优势，在冷链物流方面发挥着重要作用，是实现冷链运输的核心技术。
杏鲍菇，又名刺芹侧耳，是一种药食两用的食用真菌，因其菌肉肥厚、质地脆嫩、风味独特、富含蛋白质、氨基酸、维生素、多糖、甾醇等营养物质，具有增强机体免疫功能、降血压、降血脂、防止动脉硬化等功能而深受消费者喜欢。
近几年，随着工厂化栽培技术的逐步推广，市场需求量的不断增加，杏鲍菇的产量大幅增加，但杏鲍菇不耐贮藏，采后极易出现褐变、萎蔫、腐烂等现象，常温下1～2d即丧失其新鲜状态，严重影响其食用性和商品价值，因此杏鲍菇的采后贮运也愈来愈成为其产业发展急需解决的问题。
不同的食品有不同的运输、贮藏温度，蓄冷剂的温区范围应该与应用食品的实际贮运温度区间、冰点等相适应。资料表明，食用菌保鲜的最佳贮藏温度为0～5℃，有研究者测得杏鲍菇的冰点为-0.83℃。
然而，目前公开的蓄冷剂普遍温度偏低或偏高，都无法满足杏鲍菇贮运的要求；例如：申请公布号为CN104232024A的发明专利申请公开了一种蓄冷剂，是由氯化钠，丙三醇和水组成，其相变温度为-30.3℃～-29.5℃；申请公布号为CN105601819A的发明专利申请公开了一种蓄冷剂，是由魔芋葡甘聚糖-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚物，氯化铵，硝酸钾和水组成，其相变温度-18～-15℃；它们的相变温度对于杏鲍菇而言太低，可能会引起杏鲍菇的冻害等伤害。而申请号为CN90109434.X的发明专利申请公开的组成为氯化钾和水的蓄冷剂存在相分离问题，导致衰变率较高。
因此，针对杏鲍菇的贮藏特点，设计开发一种具有适宜的相变温度，且具有经济性、安全性和使用方便性的蓄冷剂用作杏鲍菇的贮运保鲜具有重大意义。
发明内容
本发明提供了一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂及其制备方法，该相变蓄冷剂不仅具有适合杏鲍菇贮运的相变温度(-1～1℃)，而且具有较高的相变潜热(＞280J/g)，且无过冷度和相分离现象，尤为适合杏鲍菇的贮运。
具体技术方案如下：
本发明提供了一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂，以质量百分比计，由以下成分组成：
上述相变蓄冷剂中，麦芽糖醇的相变温度和相变潜热较为稳定，适合作为主要的蓄冷物质；纳米二氧化钛的纳米效应能起到抑菌杀菌作用，并能提高蓄冷剂体系的潜热值；羧甲基纤维素钠作为增稠剂，既能防止相分离又不影响相变过程；高吸水性树脂凭借其良好的吸水保持性能和凝胶强度，能够有效地延长低温冷冻时间，避免融化水渗漏，也可有效的缓解蓄冷剂的相分离现象。
作为优选，以质量百分比计，由以下成分组成：
更优选，以质量百分比计，由以下成分组成：
进一步地，所述纳米二氧化钛的粒径为5～10nm。使用的纳米二氧化钛为锐钛亲水型，粒径均匀且较小，比表面积大，纳米材料效果强。
进一步地，所述羧甲基纤维素钠的粘度为800～1200mpa.s。粘度是羧甲基纤维素钠最重要的技术指标之一，使用的羧甲基纤维素钠粘度适中，在水中能基本完全溶化。
所述高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料，主要成分是聚丙烯酸钠，颗粒细腻，吸水后凝胶饱满，可以有效增强蓄冷时间。
进一步地，所述相变蓄冷剂的相变温度为0.1～1℃，相变潜热为280.30～300.00J/g。
资料表明，食用菌保鲜的最佳贮藏温度为0～5℃，有研究者测得杏鲍菇的冰点为-0.83℃；故上述相变蓄冷剂尤为适合杏鲍菇贮运。
本发明还提供了一种所述的用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中，混合均匀后，得到溶液I；
(2)将纳米二氧化钛加入到溶液I中，混合均匀后，得到溶液II；
(3)将高吸水性树脂加入到溶液II中，混合均匀后，得到相变蓄冷剂。
进一步地，步骤(1)～(3)中，混合的温度为20～25℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将麦芽糖醇、纳米二氧化钛、羧甲基纤维素钠和高吸水性树脂进行组合，获得的相变蓄冷剂的相变温度为0.11～0.62℃，相变潜热为285.30～299.61J/g，适用于杏鲍菇的保鲜和冷链运输，以免由于蓄冷剂相变温度过低而产生冻害等危害。
(2)本发明相变蓄冷剂涉及的原料来源普遍，制作成本较低，制备过程简单，且制备出的蓄冷剂潜热较大，无过冷和相分离现象，反复循环潜热值无明显变化，无毒无味，安全环保，与其他相变温度较低的蓄冷剂相比，更适合用于杏鲍菇的保鲜和冷链运输。
附图说明
图1为实施例1中的麦芽糖醇水溶液浓度与相变温度的关系曲线。
图2为实施例1中的麦芽糖醇水溶液浓度与相变潜热的关系曲线。
图3为实施例2制得的相变蓄冷剂的DSC曲线图。
图4为实施例3制得的相变蓄冷剂的DSC曲线图。
图5为实施例4制得的相变蓄冷剂的DSC曲线图。
图6为实施例5制得的相变蓄冷剂的DSC曲线图。
图7为实施例5制得的相变蓄冷剂的T-t曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。
下列实施例中采用的麦芽糖醇(产品编号M113279)，羧甲基纤维素钠(产品编号C104985)，纳米二氧化钛(产品编号T104949)均购自阿拉丁试剂网，高吸水性树脂购自常州苏昱包装有限公司。
实施例1
本实施例将麦芽糖醇分别配成相应浓度梯度的水溶液，现配现用，利用DSC法分别测定各溶液的相变温度和相变潜热。
具体步骤如下：
A、将麦芽糖醇按照如下浓度梯度配制成水溶液：
麦芽糖醇：0.01、0.02、0.05、0.08、0.1、0.2、0.4mol/L；
B、利用DSC法分别测定各溶液的相变温度和相变潜热。
结果如图1所示，麦芽糖醇水溶液的相变温度随着浓度的增加基本保持在-3.7～-3.5℃之间，较为稳定，是较好的复配相变蓄冷剂的单体蓄冷物质。
如图2所示，麦芽糖醇水溶液的相变潜热随浓度的增加都在270J/g以上，符合选作相变蓄冷剂的主要蓄冷物质的要求。
因此，选用麦芽糖醇作为相变蓄冷剂的主要蓄冷物质，但它不可以单独使用，其相变温度不符合本专利-1～1℃的要求，且其相变潜热也有待进一步提高到280J/g以上，因此选择它与其他物质进行复配。
实施例2
按照实施例1选择的麦芽糖醇作为主要蓄冷物质，选择相变潜热最大(289.24J/g)的0.05mol/L麦芽糖醇(质量百分比为1.72％)水溶液(与纳米粒子(纳米二氧化钛，质量百分比为0.01％)和羧甲基纤维素钠(质量百分比为0.10％)进行复合，利用DSC法测定该复配液的相变温度和相变潜热。
其中，麦芽糖醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠进行复合的步骤，具体如下：
A、在室温下，按照浓度要求将所述的麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中混合并搅拌均匀得澄清的溶液I；
B、按照质量百分比(0.01％)将称取的纳米二氧化钛加入到溶液I中，搅拌使其分散均匀，得到所需的复配液，即溶液II；
C、利用DSC法，分别测定B步骤得到的复配液的相变温度和相变潜热。
如图3所示，得到的复配液的相变温度为0.56℃，相变潜热为271.11J/g。
此外，从蓄冷剂复配液的状态看，添加0.50％高吸水性树脂(以质量百分比计)的复配液分散均匀且增强了其凝胶性。
实施例3
按照实施例1选择的麦芽糖醇作为主要蓄冷物质，将麦芽糖醇(质量百分比为1.72％)水溶液与纳米粒子(纳米二氧化钛，质量百分比为0.03％)和羧甲基纤维素钠(质量百分比为0.10％)进行复合，利用DSC法测定该复配液的相变温度和相变潜热。
将麦芽糖醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠进行复合的步骤，具体如下：
A、在室温下，按照浓度要求将所述的麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中混合并搅拌均匀得澄清的溶液I；
B、按照质量百分比(0.03％)将称取的纳米二氧化钛加入到溶液I中，搅拌使其分散均匀，得到所需的复配液，即溶液II；
C、利用DSC法，分别测定B步骤得到的复配液的相变温度和相变潜热。
如图4所示，得到的复配液的相变温度为0.46℃，相变潜热为292.45J/g。
此外，从蓄冷剂复配液的状态看，添加0.50％高吸水性树脂(以质量百分比计)的复配液分散均匀且增强了其凝胶性。
实施例4
按照实施例1选择的麦芽糖醇作为主要蓄冷物质，将麦芽糖醇(质量百分比为1.72％)水溶液与纳米粒子(纳米二氧化钛，质量百分比为0.05％)和羧甲基纤维素钠(质量百分比为0.10％)进行复合，利用DSC法测定该复配液的相变温度和相变潜热。
将麦芽糖醇、纳米二氧化钛和羧甲基纤维素钠进行复合的步骤，具体如下：
A、在室温下，按照浓度要求将所述的麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中混合并搅拌均匀得澄清的溶液I；
B、按照质量百分比(0.05％)将称取的纳米二氧化钛加入到A步骤得到的溶液中，搅拌使其分散均匀，得到所需复配液；
C、利用DSC法，分别测定B步骤得到的复配液的相变温度和相变潜热。
如图5所示，得到的复配液的相变温度为0.04637℃，相变潜热为296.56J/g。
此外，从蓄冷剂复配液的状态看，添加0.50％高吸水性树脂(以质量百分比计)的复配液分散均匀且增强了其凝胶性。
实施例5
实施例4中的复配液的相变温度和相变潜热都符合预期要求，且相对于实施例2和3，它的相变温度更低，相变潜热更高，但是它还是偏向水状，凝胶性不佳，运输过程中可能会造成融化水渗漏、相分离等问题。
为改善蓄冷剂状态，选取0.50％(以质量百分比计)高吸水性树脂加入到实施例4的复配液中进行复合，配制成一种相变蓄冷剂。
此种相变蓄冷剂，由下列组分配比组成：
麦芽糖醇1.72％(以质量百分比计)，
纳米二氧化钛0.05％(以质量百分比计)，
羧甲基纤维素钠0.10％(以质量百分比计)，
高吸水性树脂0.50％(以质量百分比计)，
余量为去离子水。
所述相变蓄冷剂的制备方法，包括如下步骤：
A、在室温下，将所述麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中混合并搅拌均匀得澄清溶液；
B、按照质量百分比将称取的纳米二氧化钛加入到A步骤得到的溶液中，搅拌使其分散均匀；
C、按照质量百分比将称取的高吸水性树脂加入到B步骤得到的液体中，搅拌使其分散均匀，即得到所述相变蓄冷剂。
如图6所示，相变蓄冷剂的相变温度为0.11℃，相变潜热为299.61J/g，其变变温度满足拟研发的蓄冷剂的相变温度区间范围(-1～1℃)，相变潜热值也超过280J/g，而且其分散均匀，凝胶状较好，因此符合拟研发的相变蓄冷剂的要求。
下面对其过冷度，相分离及反复冻融相变温度和相变潜热的变化情况进行测试。
过冷度测试方法为：将150mL蓄冷剂配方放入400mL烧杯中，放入-20℃冰箱，将热阻温度计探头固定于溶液中心位置，每1min测量一次并记录温度，得到蓄冷剂的温度-时间(T-t)曲线。
图7是本实施例的T-t曲线。从图中可知，本实施例的蓄冷剂没有过冷现象出现，且相变温度为0.10℃，与DSC测出来的结果贴合。
相分离现象和反复冻融的相变温度、相变潜热曲线测试方法为：将150mL蓄冷剂配方加入400mL的烧杯中，放入-20℃的冰箱，反复(每7d一次)冻融观察其是否出现相分离现象，以及将融解的蓄冷剂进行DSC检测，测定其经历反复冻融的相变温度和相变潜热。
经过反复冻融观察得到，本实施例的相变蓄冷剂无相分离现象，且凝胶性和分散均匀性良好。
表1本发明实施例3反复冻融的相变温度和相变潜热随时间的变化
| 时间(d) | 相变温度(℃) | 相变潜热(J/g) |
| 0 | 0.11 | 299.61 |
| 7 | 0.14 | 298.48 |
| 14 | 0.13 | 294.77 |
| 21 | 0.11 | 291.35 |
| 28 | 0.12 | 289.12 |
从表1中可以看出，经历反复冻融相变温度只呈现轻微幅度变化，基本能够维持稳定；经历反复冻融相变潜热只呈现轻微幅度变化，能够稳定大于280J/g，可见本实施例的蓄冷剂具有反复冻融循环使用潜热值无明显变化，且能较长时间始终保持在较高范围的特点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂，其特征在于，以质量百分比计，由以下成分组成：
2.如权利要求1所述的用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径为5～10nm。
3.如权利要求1所述的用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的粘度为800～1200mpa.s。
4.如权利要求1～3任一项所述的用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂，其特征在于，所述相变蓄冷剂的相变温度为0.1～1℃，相变潜热为280.30～300.00J/g。
5.一种如权利要求1～3任一项所述的用于杏鲍菇保鲜的相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将麦芽糖醇和羧甲基纤维素钠加入到去离子水中，混合均匀后，得到溶液I；
(2)将纳米二氧化钛加入到溶液I中，混合均匀后，得到溶液II；
(3)将高吸水性树脂加入到溶液II中，混合均匀后，得到相变蓄冷剂。
6.如权利要求5所述的相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)～(3)中，混合的温度为20～25℃。
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