CN111387281B - 一种果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，本发明采用共沉淀法制备脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶、葡萄糖氧化酶与结冷胶及瓜尔豆胶的复合剂，该试剂以葡萄糖为底物，与葡萄糖氧化酶反应产生双氧水，在脂肪酸‑Fe3O4纳米酶作用下，反应产生活性氧，达到抗菌效果；该复合剂一是防止了纳米粒子的团聚，增加了活生位点，二是使用后形成的复合膜表面带正电荷有利于捕获细菌，三是负载于复合膜上的葡萄糖氧化酶能够产生连串的催化反应，四是结冷胶及瓜尔豆胶本身就是一种多糖，具有很好的保湿性能；使用时辅以氯化钙、甘氨酸、葡萄糖，起到改善膜保水性及调节细胞渗透压作用；具有杀菌、保湿、成膜性好的特点，能有效延长了水果的货架期。
Description
技术领域
本发明属于农业果蔬保鲜技术领域，具体涉及一种果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法及应用。
背景技术
食品包装材料是影响食品贮藏期的重要因素，目前常见的包装材料为塑料制品，这种包装材料虽然能有效延缓食品的腐烂速度，延长食品贮藏期，但长期使用会对食品本身品质产生影响，还会对环境造成污染，研究更加环保绿色的食品保鲜材料具有重要意义，具有绿色环保、安全、可降解的食品保鲜材料成为研究热点。
结冷胶是生物体鞘氨醇单细胞菌在有氧发酵条件下分泌的羧基化细胞外多糖，具有成胶用量少、凝胶形成能力好、透明度高、复配性好等优越性。瓜尔豆胶是以半乳甘露聚糖为主要成分的天然多糖化合物，有很好的成膜性和稳定性，能够与其他多糖胶复配，形成复配溶液。
纳米酶，一类具有酶催化活性的纳米材料，主要包括金属基纳米酶、金属氧化物基纳米酶及碳基纳米酶。目前报道纳米酶具有抗菌效果，主要取决于纳米酶的拟过氧化酶活性，利用其与双氧水产生活性氧的特性，产生抗菌作用。在产生具有杀菌作用的活性氧时，必需有双氧水的存在，虽然是低浓度的双氧水，但由于易挥发及本身具有的氧化还原性，在纳米酶作为抗菌剂使用时还是具有一定局限性。若能通过反应产生，使产生的双氧水连续而又能克服外加带来的缺点；能够通过反应产生双氧水的方法很多，其中通过不同生物酶与不同底物如葡萄糖、尿酸、胆固醇等反应产生，利用葡萄糖为底物，与葡萄糖氧化酶反应产生双氧水是最常见检测葡萄糖的方法；而利用该特性用于果蔬保鲜领域，几乎未见报道，是一新的研究领域。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，该方法利用负载纳米酶及葡萄糖氧化酶的复合剂与葡萄糖反应产生活性氧达到杀菌目的，应用于果蔬的保鲜。
本发明采用共沉淀法制备脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶、葡萄糖氧化酶与结冷胶及瓜尔豆胶复合剂，以葡萄糖为底物，与葡萄糖氧化酶反应产生双氧水，在脂肪酸- Fe3O4纳米酶作用下，反应产生活性氧，达到抗菌效果。该复合剂一是防止了纳米粒子的团聚，增加了活生位点，二是使用后形成的复合膜表面带正电荷有利于捕获细菌，三是负载于复合膜上的葡萄糖氧化酶能够产生连串的催化反应，四是结冷胶及瓜尔豆胶本身就是一种多糖，具有很好的保湿性能。
本发明果蔬杀菌保鲜复合剂使用时，配方中辅以氯化钙、甘氨酸、葡萄糖，起到改善膜保水性及调节细胞渗透压作用；该复合剂用于水果保鲜具有杀菌、保湿、成膜性好，有效延长了水果的货架期。
本发明果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法如下：
（1）脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备
取1.5～3重量份硫酸亚铁铵和1～2重量份三氯化铁溶于40～60重量份去离子水中，氮气保护下搅拌并水浴加热，当反应液加热至80℃时，加入4～6重量份含有0.1～0.5重量份脂肪酸的乙腈溶液，混合液搅拌5～10min后，加入5～10重量份的氨水，反应液继续在80℃搅拌30～60min后，冷却至室温，所得悬浮液用甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤4～6遍以除去过量的脂肪酸，真空干燥即得脂肪酸修饰的Fe3O4纳米酶；
（2）负载纳米酶复合液的制备
取30～50重量份瓜尔豆胶、90～100重量份结冷胶及2500～3000重量份的蒸馏水，混合加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入5～10重量份的脂肪酸修饰的Fe3O4纳米酶，80℃下继续搅拌30～40 min，得到负载纳米酶复合液；
（3）负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂的制备
取20重量份负载纳米酶复合液加热至80℃完全溶解，再冷却至50℃，加入1重量份葡萄糖氧化酶，均匀搅拌至室温，得到负载纳米酶及葡萄糖氧化酶的复合剂，即果蔬杀菌保鲜复合剂。
所述脂肪酸包括己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸中的一种。
所述氨水的质量体积浓度为28%。
所述结冷胶为低酰基结冷胶或高酰基结冷胶。
所述葡萄糖氧化酶活力为8 U /mL。
本发明另一目的是提供上述方法制得的果蔬杀菌保鲜复合剂。
本发明将果蔬杀菌保鲜复合剂应用在水果杀菌保鲜中，使用时是将果蔬杀菌保鲜复合剂5～10重量份、氯化钙1～2重量份、甘氨酸3～8重量份、葡萄糖5～10重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀后，将要保鲜的水果浸于混合液中10～30min，取出，晾干，装入袋中，常温或4℃低温贮存。
本发明的优点在于：
1、本发明制备的负载纳米酶及葡萄糖氧化酶的复合剂，与葡萄糖作用，产生包括羟基自由基、过氧自由基等活性氧而杀菌，由于复合剂中天然酶及纳米酶的催化作用，葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖连续产生双氧水，在脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶催化作用下，产生高活性氧而杀菌，用于果蔬保鲜，起到了抑制果蔬腐烂的效果；
2、本发明以复合膜为纳米酶及天然酶的载体，一是防止了纳米粒子的团聚，增加了活生位点，二是使用后形成的复合膜表面带正电荷有利于捕获细菌，三是负载于复合膜上的葡萄糖氧化酶能够产生连串的催化反应，四是结冷胶及瓜尔豆胶本身就是一种多糖，具有很好的保湿性能；
3、本发明制备的果蔬杀菌保鲜复合剂用于水果保鲜具有杀菌、保湿、成膜性好，有效延长了水果的货架期。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细地描述说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：负载纳米酶及葡萄糖氧化酶的复合剂用于柑桔保鲜
1、脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备
取102g硫酸亚铁铵和70g三氯化铁溶于2500g去离子水中，氮气保护下搅拌并加热，当反应液加热至80℃时，加入175g含有21g己酸的乙腈溶液；混合液剧烈搅拌5min后，加入340g氨水（w/v，28%），反应液继续在80℃搅拌30min后，冷却至室温，所得悬浮液经甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤4遍以除去过量的己酸，60℃下真空干燥12h，即得己酸修饰的Fe3O4纳米酶；
2、负载纳米酶复合液的制备
取2kg瓜尔豆胶、6kg低酰基结冷胶及160kg的蒸馏水混合，加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入350g己酸修饰的Fe3O4，80℃温度下搅拌30 min，得到负载纳米酶复合液；
3、负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂制备
取1kg负载纳米酶复合液加热至80℃完全溶解，再冷却至50℃，加入活力为8 U/mL的葡萄糖氧化酶50g，均匀搅拌至室温，得到负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂，即果蔬杀菌保鲜复合剂；
4、将果蔬杀菌保鲜复合剂5重量份、氯化钙1重量份、甘氨酸5重量份、葡萄糖5重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀；
5、柑桔保鲜实验：挑选新鲜，大小均匀，成熟度一致、无损伤、无病虫的柑桔10kg，将柑桔浸泡在步骤4制备的混合液中10min，重复一次10min；同时以蒸馏水作为空白，自然晾干后置于室温下进行贮藏保鲜实验；
6、抑菌性能比较
本实验采用抑菌圈方法在29℃恒温箱中比较了步骤4混合物、蒸馏水对桔青霉和黑曲霉的抑制效果，表1所示即为抑菌性能评价结果。
表1果蔬杀菌保鲜混合液抑菌性能
从表1抑菌圈直径D的大小可以看出，果蔬保鲜混合液对桔青霉、黑曲霉有好的抑菌效果；
7、柑桔保鲜效果
从表2可以看出，空白组在贮藏到第15天的时候开始腐烂，步骤4混合物保鲜的柑桔在贮藏到第50天的时候开始腐烂，到贮藏结束(70天)时，果蔬保鲜混合剂处理的柑桔腐烂率为7.1%，明显低于未处理(43.0%)；其原因是负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂对病原微生物具有很好的抑制作用。
表2果蔬杀菌保鲜混合液对柑桔腐烂率（%）的影响
8、贮藏期间失重率的变化
由表3中可知，随着贮藏时间的延长，柑桔失重率逐渐增加，到贮藏结束(70天)时，步骤4混合物处理的失重率为7.6%，明显低于未处理(17.5%)；其原因是柑桔经处理后，复合剂在果实表面形成一层保护膜，降低了透氧和透水性，使得果实的蒸腾作用和呼吸作用受到抑制，水分不易散失，自身有机物消耗量相对减少；
表3果蔬杀菌保鲜混合液对柑桔失重率（%）的影响
实施例2：负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂用于芒果保鲜
1、脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备：取110 g硫酸亚铁铵和55 g三氯化铁溶于3000g的去离子水中，氮气保护下搅拌并加热，当反应液加热至80℃时，加入200g含有20g庚酸的乙腈溶液；混合液剧烈搅拌8min后，加入380mL氨水（w/v，28%），反应液继续在80℃搅拌40min后，冷却至室温；所得悬浮液经甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤5遍以除去过量的庚酸，60℃真空干燥18h制得庚酸修饰的Fe3O4；
2、负载纳米酶复合液的制备：取3.3kg瓜尔豆胶、10kg高酰基结冷胶及330kg的蒸馏水，加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入400g庚酸修饰的Fe3O4，80℃温度下搅拌35min，，得到负载纳米酶复合液；
3、取1kg负载纳米酶复合液加热至80℃完全溶解，再冷却至50℃，加入活力为8 U/mL的葡萄糖氧化酶50g，均匀搅拌至室温，得到负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂，即果蔬杀菌保鲜复合剂；
4、将果蔬杀菌保鲜复合剂8重量份、氯化钙2重量份、甘氨酸3重量份、葡萄糖8重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀；
5、芒果保鲜实验：挑选新鲜，大小均匀，成熟度一致、无损伤、无病虫的芒果10kg，将芒果浸泡在步骤4制备的混合液中20min；同时以蒸馏水作为空白，自然晾干后置于室温下进行贮藏保鲜实验；
表4 芒果贮藏15天的感官评价表
6、芒果保鲜率
从表5可以看出，经步骤4混合物处理后的芒果好果率明显高于空白组；步骤4混合物处理后芒果在贮藏28天后好果率仍有100%，而空白组而则在贮藏14天时就出现腐烂果，贮藏35天时好果率更降为0；
表5果蔬杀菌保鲜混合液对芒果好果率（%）的影响
7、贮藏期间失重率的变化
表6果实贮藏过程中失重率变化看，经果蔬杀菌保鲜混合液处理，在常温下贮藏35天芒果的失重率5.4%，而空白组为8.0%；这也说明处理对芒果保鲜有较好的效果；
表6果蔬杀菌保鲜混合液对芒果失重率（%）的影响
实施例3：负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂用于荸荠保鲜
1、脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备：取120g硫酸亚铁铵和80g三氯化铁溶于3500g去离子水中，氮气保护下搅拌并加热，当反应液加热至80℃时，加入250g含有25g辛酸的乙腈溶液；混合液剧烈搅拌10min后，加入400g氨水（w/v，28%），反应液继续在80℃搅拌50min后，冷却至室温；所得悬浮液经甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤6遍以除去过量的辛酸，60℃下真空干燥20 h，制得辛酸修饰的Fe3O4；
2、负载纳米酶复合液的制备：取3kg瓜尔豆胶、9 kg高酰基结冷胶及180kg的蒸馏水，加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入600g辛酸修饰的Fe3O4，80℃温度下搅拌30min，得到负载纳米酶复合液；
3、负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂制备方法同实施例1；
4、将果蔬杀菌保鲜复合剂10重量份、氯化钙1.5重量份、甘氨酸5重量份、葡萄糖10重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀；
5、荸荠保鲜实验：用蒸馏水清洗荸荠，将荸荠浸泡在步骤4制备的混合液中10min，重复一次；同时以蒸馏水作为空白，自然晾干后置于4℃下进行贮藏保鲜实验，相关结果见表7、表8及表9；
表7果蔬杀菌保鲜混合液对荸荠失重率（%）的影响
表8果蔬杀菌保鲜混合液对荸荠可溶性固形物（%）的影响
表9果蔬杀菌保鲜混合液对荸荠呼吸强度（mg/ (kg·h)）的影响
结果表明，经步骤4果蔬杀菌保鲜混合液处理，有效降低荸荠的失水率和营养物质消耗；明显减缓了呼吸作用进程，使得荸荠始终处于较低的呼吸强度；有效保持了果肉硬度和脆度，维持了果粒饱满坚挺的外观；显著控制了荸荠可溶性固形物含量的下降趋势。
实施例4：负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂用于葡萄保鲜
1、脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备：取150g硫酸亚铁铵和95g三氯化铁溶于4000g去离子水中，氮气保护下搅拌并加热，当反应液加热至80℃时，加入300g含有33g壬酸的乙腈溶液;混合液剧烈搅拌10min后，加入450g氨水（w/v，28%），反应液继续在80℃搅拌60 min后，冷却至室温;所得悬浮液经甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤6遍以除去过量的壬酸，60℃下真空干燥24 h，制得壬酸修饰的Fe3O4；
2、负载纳米酶复合液的制备：取2.5 kg瓜尔豆胶、8 kg低酰基结冷胶及250kg的蒸馏水，加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入300g壬酸修饰的Fe3O4，80℃温度下搅拌30min，得到得到负载纳米酶复合液；
3、负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂制备：同实施例1；
4、将果蔬杀菌保鲜复合剂8重量份、氯化钙2重量份、甘氨酸3重量份、葡萄糖8重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀；
5、葡萄保鲜实验：选择无机械损伤、无病虫害、大小均匀、成熟度一致的葡萄，带果梗逐个剪下，用清水冲洗干净，浸入步骤4制备的混合液中30min，取出自然晾干后放在盛物盘中，同时以蒸馏水作为空白；每盘40个葡萄，置于室温保存；结果见表10、表11及表12；
表10果蔬杀菌保鲜混合液对葡萄失重率（%）的影响
表11果蔬杀菌保鲜混合液对葡萄可溶性固形物（%）的影响
表12果蔬杀菌保鲜混合液对葡萄好果率（%）的影响
结果表明，经步骤4果蔬杀菌保鲜混合液处理，可阻止微生物进入葡萄果实，保持葡萄的好果率，能够降低水分散失量，提高可溶性固形物等品质指标含量。
Claims (6)
1.一种果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）脂肪酸修饰Fe3O4纳米酶的制备
取1.5～3重量份硫酸亚铁铵和1～2重量份三氯化铁溶于40～60重量份去离子水中，氮气保护下搅拌并水浴加热，当反应液加热至80℃时，加入4～6重量份含有0.1～0.5重量份脂肪酸的乙腈溶液，混合液搅拌5～10min后，加入5～10重量份的氨水，反应液继续在80℃搅拌30～60min后，冷却至室温，所得悬浮液用甲醇沉淀后，用磁铁收集产物，并用甲醇洗涤4～6遍以除去过量的脂肪酸，真空干燥即得脂肪酸修饰的Fe3O4纳米酶；
（2）负载纳米酶复合液的制备
取30～50重量份瓜尔豆胶、90～100重量份结冷胶及2500～3000重量份的蒸馏水，混合加热至80℃，搅拌溶解，待完全溶解后，加入5～10重量份的脂肪酸修饰的Fe3O4纳米酶，80℃下继续搅拌30～40 min，得到负载纳米酶复合液；
（3）负载纳米酶及葡萄糖氧化酶复合剂的制备
取20重量份负载纳米酶复合液加热至80℃完全溶解，再冷却至50℃，加入1重量份葡萄糖氧化酶，均匀搅拌至室温，得到负载纳米酶及葡萄糖氧化酶的复合剂，即果蔬杀菌保鲜复合剂；
所述脂肪酸为己酸、庚酸、辛酸、壬酸中的一种。
2.根据权利要求1所述的果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，其特征在于：氨水的质量体积浓度为28%。
3.根据权利要求1所述的果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，其特征在于：结冷胶为低酰基结冷胶或高酰基结冷胶。
4.根据权利要求1所述的果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法，其特征在于：葡萄糖氧化酶活力为8 U/mL。
5.权利要求1-4任一项所述的果蔬杀菌保鲜复合剂的制备方法制得的果蔬杀菌保鲜复合剂。
6.权利要求5所述的果蔬杀菌保鲜复合剂在果蔬杀菌保鲜中的应用，其特征在于：将果蔬杀菌保鲜复合剂5～10重量份、氯化钙1～2重量份、甘氨酸3～8重量份、葡萄糖5～10重量份混合，添加蒸馏水补足100重量份，搅拌混匀后，将要保鲜的水果浸于混合液中10～30min，取出，晾干，装入袋中，常温或4℃低温贮存。
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