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        海藻多糖生物可降解膜的制備及其對草莓的保鮮效果

        2022-10-17 11:10:38鐘文晶李鑫彤杭瑜瑜
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2022年18期
        關(guān)鍵詞:影響

        齊 丹,鐘文晶,李鑫彤,杭瑜瑜

        (1. 海南熱帶海洋學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)院,海南 三亞 572022;2. 海南熱帶海洋學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院,海南 三亞 572022)

        當(dāng)前食品包裝塑料薄膜基本上以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚酯、聚偏二氯乙烯及聚碳酸酯為主[1]。石化塑料產(chǎn)品在自然環(huán)境中難降解,對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害[2]。因此,以生物質(zhì)為材料,制備可降解食品包裝薄膜替代石化塑料薄膜已經(jīng)成為研究熱點,具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用潛力[3-8]。以生物質(zhì)為材料制備的可降解膜是通過分子間及分子內(nèi)相互作用,形成一定強度的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜[9],雖不能完全替代傳統(tǒng)塑料包裝,但是可用于食品包裝中,以降低包裝成本和減少傳統(tǒng)包裝材料的使用[10]。

        海藻中提取的海藻多糖及其衍生物具有免疫調(diào)節(jié)、降血脂、抗腫瘤、抗病毒、抗炎等多種生物和生理活性[11]。天然多糖來源廣泛、成本較低、易于加工,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,可較長時間儲存于不同環(huán)境,具有良好的成膜性、韌性、熱穩(wěn)定性和生物降解性[12-14],可作為膜材料制備食品保鮮膜,成為一些塑料包裝材料的替代品。

        以海藻多糖為原料制備生物可降解保鮮膜,通過感官評價和物理性能測定,單因素法優(yōu)化制備工藝,并用制備的保鮮膜對草莓進行保鮮,通過失重率、呼吸強度對比,研究膜對草莓的保鮮效果,以期為海藻多糖的進一步研究及其資源化開發(fā)利用提供一定的參考。

        1 材料與方法

        1.1 多糖提取

        海藻洗凈曬干,粉碎后經(jīng)乙醇脫色,烘干制得海藻粉。取海藻粉加純水和纖維素酶,鹽酸調(diào)節(jié)pH 值為6,于40 ℃下酶解,活性炭再次脫色,乙醇沉淀,離心得海藻多糖。

        1.2 膜的制備

        稱取一定質(zhì)量的海藻多糖溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的乙酸溶液中,以甘油作為塑化劑,一定溫度下加熱攪拌(轉(zhuǎn)速200 r/min) 一段時間,超聲脫氣后在玻璃板上倒膜流延,于40 ℃下干燥12 h,取出后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%檸檬酸鈉溶液和3%氯化鈣溶液作為交聯(lián)劑交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,揭膜待測。

        1.3 設(shè)計與分組

        (1) 海藻多糖含量確定。分別稱取1,2,3,4,5 g 海藻多糖溶于乙酸溶液,添加量為5%的甘油,于40 ℃下加熱攪拌5 min,超聲脫氣后取15 g 膜液流延制膜,干燥后交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,揭膜待測。

        (2) 甘油添加量確定。稱取5 份3 g 的海藻多糖溶于乙酸溶液,分別以添加量為1%,2%,3%,4%,5%的甘油,于40 ℃下加熱攪拌5 min,超聲脫氣后取15 g 膜液流延制膜,干燥后交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,揭膜待測。

        (3) 攪拌時間確定。稱取5 份3 g 的海藻多糖溶于乙酸溶液,添加量為5%的甘油,40 ℃下分別攪拌 5,10, 15,20,25 min。超聲脫氣后取 15 g 膜液流延制膜,干燥后交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,揭膜待測。

        (4) 加熱溫度確定。稱取5 份3 g 的海藻多糖溶于乙酸溶液,添加量為5%的甘油,分別在30,40,50,60,于70 ℃下攪拌5 min。超聲脫氣后取15 g膜液流延制膜,干燥后交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,揭膜待測。

        1.4 物理性能測定

        1.4.1 感官指標(biāo)

        從感官角度對多糖膜的均勻性、揭膜困難程度、完整性、膜的色澤、柔軟性等進行評價。

        1.4.2 膜厚度

        參考朱俊友的測定方法,選取光滑而平整的多糖膜,使用數(shù)顯千分尺隨機測量多糖膜的4 個不同點和中心點,取平均值作為膜的厚度(mm)。

        1.4.3 抗拉伸強度

        利用ZQ-990A 型電動拉力試驗機(東莞市智取精密儀器有限公司產(chǎn)品) 進行機械性能檢測。將多糖膜裁成50 mm×20 mm 的條狀,其首端末端分別夾在上下夾片上,設(shè)置拉伸強度、速度,記錄各組多糖膜的抗拉伸強度。

        1.4.4 透水時間

        將5 mL 去離子水放入離心管中,用待測多糖膜封口,將離心管倒置于濾紙上,從倒置開始計時,到去離子水透過多糖膜濾紙吸水為止,記錄膜的透水時間,時間越長膜的性能越好。

        1.5 保鮮性能測定

        1.5.1 失重率

        采用差重法測定,將草莓作為保鮮對象,14 d后測量在多糖膜的保護下草莓的質(zhì)量變化,記錄數(shù)據(jù),按公式(1) 計算失重率。

        1.5.2 呼吸強度

        采用靜止法測定。將裝有NaOH 溶液的培養(yǎng)皿置于干燥器底部,隔板上放入待測草莓,密封。1 h后,以酚酞為指示劑,用草酸溶液滴定氫氧化鈉溶液,記錄草酸用量,按公式(2) 計算呼吸強度。

        式中:C——H2C2O4濃度,mol/L;

        m——樣品質(zhì)量,kg;

        t——測定時間,h;

        V1——樣品滴定消耗草酸的毫升數(shù),mL;

        V2——空白滴定消耗草酸的毫升數(shù),mL。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 物理性能結(jié)果與分析

        2.1.1 多糖用量對膜性能的影響

        根據(jù)1.4.1 中方法測得多糖用量對成膜效果的影響。

        多糖用量對成膜的影響見表1。

        表1 多糖量對成膜的影響

        通過對比以上5 項感官指標(biāo),評價多糖用量對成膜的影響。當(dāng)多糖用量為1,2 g 時,成膜均勻,揭膜困難,且無法取得完整的足夠面積的多糖膜樣品,無法測定膜的性能;當(dāng)多糖用量為3 g 時,成膜較均勻,揭膜較容易,可以取得較完整的多糖膜,且多糖膜色澤較淺,呈淡黃色;當(dāng)多糖用量為4,5 g時,成膜不均勻,揭膜容易,可以取得完整且質(zhì)地柔軟的多糖膜,但色澤較深,呈黃色??傮w上,多糖含量影響膜的均勻度、揭膜困難程度和膜的顏色,對膜的柔軟性無影響。因此,多糖用量3 g,甘油添加量5%,于40 ℃下攪拌5 min,成膜效果較最好。

        根據(jù)1.4.2,1.4.3,1.4.4 中方法測得多糖用量對膜厚度、力學(xué)性能和透水時間的影響。

        多糖用量對膜厚度的影響見圖1,多糖用量對抗拉伸強度和透水時間的影響見圖2。

        圖1 多糖用量對膜厚度的影響

        圖2 多糖用量對抗拉伸強度和透水時間的影響

        由圖1 可知,當(dāng)多糖用量為1 g 時,膜厚度為0.048 mm,隨著多糖用量的增加,膜的厚度也逐漸增加;當(dāng)多糖用量為5 g 時,膜厚度迅速增加到0.158 mm。

        因為多糖用量為1,2 g 時,揭膜困難,未取得足夠的多糖膜,無法完成抗拉伸強度和透水時間的測定。因此,只測定多糖用量為3,4,5 g 時膜的物理性能指標(biāo)。由圖2 可知,多糖膜的抗拉伸強度和透水時間均隨多糖用量的增加而增強。

        2.1.2 甘油添加量對膜性能的影響

        通過對比以下5 項感官指標(biāo),評價甘油添加量對成膜的影響。

        甘油添加量對成膜的影響見表2。

        表2 甘油添加量對成膜的影響

        由表2 可知,甘油添加量對膜的均勻性無影響,與其他指標(biāo)呈正相關(guān)。當(dāng)甘油添加量為1%,2%時,揭膜困難,揭取的多糖膜不夠完整,質(zhì)地較硬,但可以完成膜的性能測定;當(dāng)甘油添加量為3%時,揭膜較容易,可以取得較完整的多糖膜,且多糖膜色澤較淺,呈淡黃色,較柔軟;當(dāng)甘油添加量為4%,5%時,揭膜容易,可以取得完整的柔軟的多糖膜,但色澤較深,呈黃色。因此,多糖用量3 g,甘油添加量為3%,4%,5%,于40 ℃攪拌5 min,成膜效果較好。

        根據(jù)1.4.2,1.4.3,1.4.4 中方法測得甘油添加量對膜厚度、力學(xué)性能和透水時間的影響。

        甘油添加量對膜厚度的影響見圖3,甘油添加量對抗拉伸強度和透水時間的影響見圖4。

        圖3 甘油添加量對膜厚度的影響

        圖4 甘油添加量對抗拉伸強度和透水時間的影響

        由試驗數(shù)據(jù)可知,甘油添加量對膜厚度的影響較小,甘油添加量1%~5%,膜厚度在0.075~0.080 mm浮動。

        甘油添加量對多糖膜的抗拉伸強度和透水時間均呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)甘油添加量由1%增加至5%時,多糖膜的抗拉伸強度由1.15 kPa 增加至1.7 kPa,透水時間由7.5 min 增加至12.6 min。

        2.1.3 攪拌時間對膜性能的影響

        通過對比以下5 項感官指標(biāo),評價攪拌時間對成膜的影響。

        攪拌時間對成膜的影響見表3。

        表3 攪拌時間對成膜的影響

        由表3 可知,當(dāng)攪拌時間分別為5,10,15,20,25 min 時,均可得到完整的淡黃色多糖膜,且厚度較均勻、揭膜較容易、膜質(zhì)地柔軟。通過成膜情況可以得出,在多糖用量3 g,甘油添加量5%,加熱溫度40 ℃條件下,攪拌時間對成膜效果基本無影響,膜液中各組分均可以達到均勻狀態(tài)。因此,在生產(chǎn)中攪拌時間可以控制在5 min 以內(nèi),減少能耗。

        根據(jù)1.4.2,1.4.3,1.4.4 中方法測得攪拌時間對膜厚度、力學(xué)性能和透水時間的影響。

        攪拌時間對膜厚度的影響見圖5,攪拌時間對抗拉伸強度和透水時間的影響見圖6。

        圖5 攪拌時間對膜厚度的影響

        圖6 攪拌時間對抗拉伸強度和透水時間的影響

        由試驗數(shù)據(jù)可知,攪拌時間對膜厚度、抗拉伸強度、透水時間均無明顯影響。當(dāng)多糖用量為3 g,甘油添加量為5%,加熱溫度為40 ℃,攪拌時間5~25 min,膜厚度在0.075~0.079 mm,抗拉伸強度在1.65~1.73 kPa,透水時間在 12.1~12.6 min。

        2.1.4 加熱溫度對膜性能的影響

        通過對比以下5 項感官指標(biāo),評價加熱溫度對成膜的影響。

        加熱溫度對成膜的影響見表4。

        表4 加熱溫度對成膜的影響

        由表4 可知,加熱溫度對膜的均勻性、完整性及揭膜難易程度均有較大的影響,對膜的顏色和柔軟性無影響。加熱溫度為30 ℃時,多糖膜厚度比較均勻,但揭膜困難,無法取得足夠面積膜片進行物理性能測定;加熱溫度為40,50 ℃時,多糖膜厚度比較均勻,可揭取較完整膜片,能夠測定膜性能;加熱溫度為60,70 ℃時,多糖膜厚度均勻,且揭膜容易,可揭取完整膜片,便于測定膜性能。由此可以得出,加熱溫度在60,70 ℃是最佳成膜加熱溫度。

        根據(jù)1.4.2,1.4.3,1.4.4 中方法測得加熱溫度對膜厚度、力學(xué)性能和透水時間的影響。

        加熱溫度對膜厚度的影響見圖7,加熱溫度對抗拉伸強度和透水時間的影響見圖8。

        圖7 加熱溫度對膜厚度的影響

        圖8 加熱溫度對抗拉伸強度和透水時間的影響

        由試驗數(shù)據(jù)可知,加熱溫度對膜厚度無明顯影響,對抗拉伸強度、透水時間均呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)多糖用量為3 g,甘油添加量為5%,攪拌時間為5 min,加熱溫度為 40~70 ℃,膜厚度在 0.075~0.083 mm 浮動。當(dāng)加熱溫度由40 ℃上升至70 ℃,抗拉伸強度也隨之增強,由1.72 kPa 上升至1.92 kPa,透水時間由12.8 min 增加至20.3 min。由此可見,溫度提高使膜液中各組分間因互穿網(wǎng)絡(luò)等方式形成特定分子組裝,或可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的官能團。

        2.2 保鮮性能結(jié)果與分析

        取3 g 海藻多糖溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的乙酸溶液中,以5%甘油作為塑化劑,于70 ℃下以轉(zhuǎn)速200 r/min 攪拌5 min,超聲脫氣,脫氣后在玻璃板上倒膜流延,于40 ℃下干燥12 h,取出后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的檸檬酸鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氯化鈣溶液作為交聯(lián)劑交聯(lián)30 min,蒸餾水沖洗,烘干,制得多糖膜,用于草莓保鮮試驗。

        2.2.1 失重率

        根據(jù)1.5.1 中方法測定14 d 內(nèi)多糖膜對草莓保鮮期間的失重率。

        草莓失重率隨時間的變化見圖9。

        圖9 草莓失重率隨時間的變化

        在貯藏期間,草莓因新陳代謝及呼吸作用導(dǎo)致水分逐漸散失,失重率逐漸上升,從而影響其感官品質(zhì)和商品價值。由圖9 可知,隨著貯藏時間的增加,2 組草莓的失重率不斷上升。其中,未使用多糖膜的對照組草莓失重率明顯高于覆膜組。對照組草莓第2 天的失重率已達7.2%。第14 天失重率達19.8%,草莓表面萎縮嚴(yán)重,發(fā)霉變質(zhì),失去食用價值。第14 天,覆膜組的草莓失重率為7.3%,略高于對照組第2 天的失重率(7.2%),且草莓表面輕微干癟。由此可見,海藻多糖膜具有一定的保鮮性能,可延長草莓的貯藏期。

        2.2.2 呼吸強度

        根據(jù)1.5.2 中的測定方法,測得草莓呼吸強度。

        草莓呼吸強度隨時間的變化見圖10。

        圖10 草莓呼吸強度隨時間的變化

        草莓屬于呼吸躍變型果實,伴隨呼吸強度高峰的出現(xiàn),其品質(zhì)也快速下降。由圖10 可知,隨著貯藏時間的增加,草莓的呼吸強度躍變在貯藏第4 天出現(xiàn)。對照組草莓的呼吸強度在第2 天已高于100 mg(/kg·h),第4 天達到最大值128.4 mg(/kg·h),然后迅速降低到30 mg(/kg·h)以下,第6 天草莓表面開始生長霉菌,失去食用價值。覆膜組的草莓呼吸強度變化較緩,第4 天呼吸強度最大,達56 mg(/kg·h),隨后逐漸降低。由此可見,多糖膜可有效抑制草莓的呼吸強度,可能是由于多糖膜阻礙氣體交換,使膜的內(nèi)外形成了高CO2低O2的貯藏環(huán)境,從而達到抑制草莓的呼吸代謝的作用,延長草莓的貯藏期。

        3 結(jié)論

        以海藻多糖和甘油為原料,通過改變多糖用量、甘油添加量、攪拌時間和加熱溫度,以多糖膜的感官評價和物理性能為指標(biāo),研究多糖膜的制備條件。研究結(jié)果表明,多糖用量3 g,甘油添加量5%,攪拌時間5 min,加熱溫度70 ℃,制備的海藻多糖膜具有較好的性能。多糖膜對草莓具有較好的保鮮效果。與未覆膜對照組相比,多糖膜明顯降低草莓的失重率和呼吸強度。試驗證明海藻多糖膜可應(yīng)用于蔬果保鮮包裝,在替代石化塑料上具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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