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1.2 化学法

1.2.1 含氯杀菌剂

果蔬中常用的含氯杀菌剂有Cl 2 、NaClO、Ca(ClO) 2 和ClO 2 等,一般要求有效氯含量为100~200mg/kg,溶液中形成的次氯酸易分解,产生新生态氧,起到杀菌消毒作用 [12] 。但是残余的氯对人体和环境会造成一定的伤害和影响。

1.2.2 电解水

电解水又称电生功能水、氧化还原电位水,是在一种特殊的装置中采用低压直流电电解一定浓度的稀盐或稀酸溶液,使溶液的pH值、氧化还原电位、有效氯浓度等指标发生变化而产生的具有特殊理化性质的水溶液。根据pH值的不同,又分为酸性电解水、弱酸性电解水和碱性电解水。其中弱酸性电解水由于能够产生有效的氯化合物,包括ClO-,高氯酸和Cl 2 ,从而具有良好的杀菌效果 [13]

1.2.3 多糖基可食涂层

多糖是天然存在的聚合物,包括果胶、纤维素衍生物、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等,以及它们的衍生物。多糖基涂层是以天然多糖为原料,通过分子间氢键形成的一种薄膜,可以控制氧气、二氧化碳和水分的传递来控制与延长果蔬的货架期,并且具有可被人体消化吸收和可降解的优点。

1.2.3.1 淀粉基涂层

淀粉是一种天然高分子材料,由于其来源丰富、廉价、可降解、可食用的特性,人们对其进行了广泛的研究。淀粉存在于多种植物中,包括小麦、玉米、大米、豆类和土豆等。根据植物来源的不同,淀粉颗粒在形状、大小、结构和化学成分上有所不同。淀粉颗粒主要由两种多糖组成,即直链淀粉和支链淀粉。淀粉颗粒还含有微量的其他成分,如脂质和蛋白质。直链淀粉是淀粉成膜特性的关键。支链淀粉是一种高支链聚合物,分子量非常高。直链淀粉与支链淀粉在结构和分子量上的差异导致了它们在分子性质和成膜性质上的差异。大多数淀粉是半结晶物质,结晶度为15%~45%,取决于直链淀粉/支链淀粉的比例(通常为20%~25%/75%~80%)。支链淀粉中的短支链形成结晶区,直链淀粉和支链淀粉中的分支点形成无定形区。淀粉颗粒不溶于冷水,当淀粉在水中受热时,晶体结构被破坏,水分子与直链淀粉和支链淀粉的羟基相互作用,导致淀粉部分溶解。将淀粉溶解,然后将成膜液通过浸渍、涂刷或喷涂在果蔬上形成涂层。淀粉涂层由于直链淀粉和支链淀粉具有高度有序的氢键网络结构,在交替层中形成了结晶区和非结晶区,因此具有良好的氧气阻隔性能。因此,淀粉结晶度的增加或支链淀粉含量的增加可以改善淀粉涂层的阻隔性能。与传统的合成聚合物相比,淀粉基薄膜有一些缺点,如抗拉强度较高,但伸长率较低,力学性能较差。虽然淀粉膜是亲水材料,但具有较高结晶结构的淀粉膜对温度和环境相对湿度的敏感性较低。直链淀粉形成无定形区是导致淀粉膜力学性能差的主要原因。这就是需要加入增塑剂来克服由于分子间作用力造成的薄膜脆性,从而提高柔韧性和延伸性。另一种改进方法是将淀粉与其他生物基聚合物或合成聚合物混合,在提高机械性能的同时保持其生物降解性 [14~18]

1.2.3.2 纤维素基涂层

纤维素是自然界中最丰富的多糖资源,因其可再生,低成本,无毒,良好的生物相容性、生物降解性和化学稳定性而被广泛用作生物降解膜的原料。纤维素可以从木材、棉花、大麻和植物原料中分离出来,也可以由被囊动物和微生物合成。纤维素在极性溶剂中是不溶的,纤维素在水中的不溶性一直是许多研究的重点,一种假设认为纤维素的不溶性是由于纤维素分子链相对较长,并通过大量氢键紧密堆积所致。可用碱浸泡纤维素使其结构膨胀,增加其水溶性,然后与氯乙酸、氯甲基或环氧丙烷反应生成羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)或羟丙基纤维素(HPC)。随着化学处理后溶解性的增加,这些纤维素衍生物可以被用作原料制备可生物降解的薄膜。由这些纤维素衍生物制成的薄膜一般具有透明、水溶性、无臭、无味、柔韧、强度适中、耐脂等优点,在商业上已广泛生产,并已被用作各种水果和蔬菜的食用涂层。它们提供水分、氧气和二氧化碳的阻隔,并改善涂层配方对果蔬表面的附着力。甲基纤维素是最亲水的水溶性纤维素衍生物,它也更经济,更容易获得。由羟丙基纤维素和甲基纤维素制成的薄膜是非常有效的氧气、二氧化碳和脂质阻隔材料,但对水蒸气的阻隔能力很差。可以通过在成膜溶液中加入疏水材料如脂类,来改善水蒸气的阻隔性能。羧甲基纤维素(CMC)是最重要的水溶性纤维素衍生物,在食品工业中有许多应用,产量也很高。CMC基涂层由于其结构中含有丰富的羟基和羧基,具有良好的水结合和吸湿性能。CMC涂层具有致密有序的氢键网络结构和低溶解度,具有良好的阻氧、阻香、阻油性能。CMC涂层在香蕉、杧果、木瓜、鳄梨等呼吸跃变型水果中具有抗衰老作用,延缓了果实成熟过程,保持了果实原有的硬度。该涂层还应用于果实采收过程中,对果实与环境之间的气体交换起到了阻隔作用,成功地用于调节氧和水的转移。因此,CMC涂层是保持果蔬品质和延长货架期的良好选择 [19~23]

1.2.3.3 壳聚糖基涂层

自然界中仅次于纤维素的第二丰富的多糖是甲壳素。甲壳素经脱乙酰化得到壳聚糖。甲壳素存在于甲壳类动物和一些昆虫的外骨骼中。由于这个原因,壳聚糖可以从大量的可再生资源中获得,主要是贝类的废料。壳聚糖无毒、可生物降解、生物相容性好。此外,壳聚糖对各种真菌、酵母菌和细菌具有抗菌活性。虽然壳聚糖的抗菌作用机理尚不清楚,但有一些假说。最被接受的假说是由于壳聚糖结构上带正电的胺类与微生物细胞上带负电的胺类分子间的相互作用破坏了膜的结构和完整性,导致细胞内成分和电解质泄漏到外界环境中,因细胞膜破裂导致微生物死亡。壳聚糖的抗菌性能也和分子量有关,低分子量壳聚糖能够有效地穿透微生物细胞膜,进入细胞质,阻碍DNA和RNA的合成及其功能的发挥,导致微生物细胞死亡。而高分子量的壳聚糖可以包裹在细胞表面,抑制营养物质进入微生物细胞,使细胞挨饿而死亡。壳聚糖不溶于水和普通有机溶剂,壳聚糖在pH值低于6.3的酸性溶液中很容易溶解。但当浓度超过2%时,溶液变得非常黏稠。壳聚糖良好的成膜性能使其生产的薄膜和涂层材料具有良好的机械性能和对CO 2 和O 2 的选择渗透性。然而,壳聚糖薄膜对水蒸气的高度渗透限制了其在食品中的应用。为此,人们提出了几种改善壳聚糖膜性能的方法。例如,与其他组分(蛋白质或多糖)混合可以改善壳聚糖膜的性能。壳聚糖基涂层对木瓜、番茄、杧果、胡萝卜、石榴、香蕉等均具有良好的保鲜效果,涂膜后成功地提高了贮藏稳定性和延长了货架期 [24~32]

1.2.3.4 果胶基涂层

果胶是植物细胞的主要成分之一,在一些果实的果皮细胞壁中,占干重的第三位。只有少数植物被用作商业生产果胶的原料,主要是苹果皮和柑橘皮。尽管还没有完全了解,但果胶的性质完全与微观结构有关。关于果胶的结构,有一种观点认为,果胶至少由三种多糖结构组成:均半乳糖醛酸、鼠李半乳糖醛酸-I和鼠李半乳糖醛酸-II,但均半乳糖醛酸是果胶多糖的主要成分。半乳糖醛酸单元的羧基与甲醇酯化后,根据其与甲醇的酯化程度,果胶可分为高甲氧基果胶(含有50%以上的酯化羧基)和低甲氧基果胶。果胶具有良好的成膜特性、无毒、可生物降解、生物相容性好、选择透气性好、透明、耐油脂等特点。其亲水性,使其具有较高的水蒸气透过率,保持了水果和蔬菜的感官特性和品质。但是果胶没有抗菌特性,用纯果胶制作的涂层促进了微生物的生长,因为果胶是真菌和细菌的碳源。果胶在市场上可以买到,价格便宜,因此可作为涂层应用于水果和蔬菜表面 [33~37]

1.2.3.5 海藻酸盐涂层

海藻酸盐是从褐藻科的棕色海藻中提取的,是一种经济、生物相容、生物可降解、溶于水和无毒的生物大分子。海藻酸盐最重要的性质是它们能与二价和三价阳离子反应形成膜。钙离子作为胶凝剂比镁、锰、铝、亚铁和铁离子更有效。海藻酸盐具有凝胶性能,在溶剂蒸发后可形成高质量的涂层用于果蔬采后处理,以保持果蔬的品质。还可以添加钙通过交联来改善涂层的力学性能和阻隔性能。尽管海藻酸盐涂层的防潮性较差,但它们的吸湿性减缓了所涂果蔬的脱水,延缓了果蔬的成熟,延长了货架期。

1.2.4 多糖胶基涂层

多糖胶是由天然产物形成的或从可再生资源获得的一种多糖,它们在水中可形成凝胶或稳定的乳液体系。多糖胶涂层是一种新的果蔬包装方法,可以有效控制果蔬采后病害,延长果蔬货架期。由多糖胶制成的可食用涂层不仅能保护果蔬品质,而且对环境友好。随着人们对功能性、环保性涂层材料的需求不断增加,多糖胶涂层越来越受到研究者的关注。常用的多糖胶涂层包括阿拉伯胶、黄原胶、瓜尔豆胶、结冷胶、扁桃仁胶、亚麻籽胶、塔拉胶、黄芪胶、刺槐豆胶、桃胶、卡拉胶、角叉菜胶等。

1.2.5 蛋白基涂层

以蛋白质为基础的涂层被认为是非常有效的氧气阻滞剂,各种类型的蛋白质已经被用来制造涂层以保鲜果蔬,包括大豆蛋白、酪蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦面筋蛋白和乳清蛋白等。

1.2.6 复合涂层

考虑到防止在食品中使用化学添加剂,研究人员越来越倾向于使用具有抗氧化和抗微生物特性的天然食品添加剂,这些添加剂对人类健康没有任何负面影响。最近,人们对植物提取物、植物精油等进行了深入的研究,并将其作为果蔬涂层的添加剂。由于它们的脂质特性,可以帮助降低亲水涂层中水蒸气的渗透性。此外,果蔬涂层中加入了抗菌剂(如精油)和抗氧化/抗褐变剂(如抗坏血酸、肉桂酸、各种植物提取物)后,它们对薄膜的其他性能(如结构、光学和拉伸性能)以及抗菌或抗氧化效果也有重要的影响。

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