1、 1 本科毕业论文 文献综述 环境 工程 浅析壳聚糖薄膜在果蔬保鲜中的应用及研究进展 摘要： 壳聚糖是一种十分有价值的天然高分子材料，越来越多的国家和研究机构对壳聚糖保鲜食品进行了研究。本文介绍了壳聚糖薄膜在果蔬保鲜中的研究现状，简述了单一与复合壳聚糖膜的制备方法及其性能，重点分析了壳聚糖涂膜对果蔬品质及生理的影响，并对壳聚糖保鲜薄膜的发展前景进行了展望。 关键词： 壳聚糖；涂膜；果蔬保鲜 1 前言 伴随着现代工业的迅速发展 ，环境污染与恶化已成为全球性的问题 1。 据统计，塑料包装材料在包装废弃物中所占的比例最大，占 40%左右，对环境所造成的污染也是各类包装材料中最严重的 2。据报道，塑料
2、制品埋在地下至少要 200年才能腐烂，并且严重污染土壤，如果采取焚烧处理方式，则会产生有害烟尘和有毒气体，污染环境 3。 目前， 市场上出售的保鲜膜从原材料上主要可分为 3大类 :聚乙烯 （ PE或 LDPE） , 聚氯乙烯 (PVC)和 聚偏氯乙烯 (PVDC)。其中， PVC膜因其低成本，粘贴性、伸展性强，透明度、防雾性好，使用方便，曾一度受到人们欢迎。但是， PVC保鲜膜中残留的氯乙烯单体在高温条件下会释放出致癌物，随食物进入人体后对健康造成巨大影响， 因此，我们急需找出一种既健康有环保的新型保险材料。 壳聚糖， 即 （ 1,4） -2-乙酰氨基 -2-脱氧 -D-葡萄糖， 是从虾蟹的甲
3、壳中提取出来的一种氨基类多糖 4、 5。它 呈半透明状，颜色为白色或灰白色，略有珍珠光泽， 具有无毒、无副作用、生物相容性好、可生物降解、可杀菌等特点 6。 进入人体后不易发生免疫排斥反应。其来源广泛 , 成本低廉 , 口服后无毒性反应 , 被 FDA审批为食品添加剂 7。壳聚糖在水溶液中呈阳离子性质 , 并带有高电荷密度 , 使得壳聚糖表面与带负电荷的细胞易产生静电吸引力 , 有利于细胞的粘附 将其 涂于果蔬表面， 能形成半透膜 , 具有成膜性好、透气性好等特点 , 可抑制水分蒸发 , 调节呼吸作用 , 防止微生物浸染 , 而且能有效地抑制病菌入侵和生长 8、 9。本文就壳聚糖在果蔬保鲜中的
4、应用现状以及未来展望进行综述。 2 壳聚糖薄膜的保鲜机理 2 壳聚糖具有良好的成膜性 , 可以在果蔬的表面形成一层有选择性的保护膜 , 降低果蔬内部的氧分压 , 使果蔬内部形成一种低 O2高 CO2浓度的环境 , 从而降低呼吸作用 , 减少果蔬内兑换物质转化和呼吸基质的消耗 10。 此外 , 壳聚糖分子中含有大量的极性基团 , 使其对水具有很高的亲 和力和持水性 ,是其能够减少果蔬失水皱缩的重要原因之一 11。并且低分子量的壳聚糖还具有较强的渗透力 , 渗人果蔬体内的壳聚糖分子上的氨基和轻基既能与果蔬细胞膜结合 ,又能除去果蔬催熟化合物 （ 如醛类 ） 和它们的中间体 , 从而调节果蔬贮藏过程
5、中的生理生化变化 , 延长果蔬贮藏保鲜时间 12。再者，壳聚糖分子中的氨基 （ -NH2） 集团还具有较强的还原性 , 对果蔬体内的活性氧自由基也具有一定的清除作用 , 从而减少膜质过氧化 , 起到延缓果蔬后熟和衰老的作用 13。 而且 壳聚糖有很强的抗菌作用，它对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、 芽胞杆菌、沙门氏菌、格兰氏阴性菌等都有较好的抑制作用它还可使霉菌的细胞表层受损而抑制其生长，从而阻碍微生物代谢和繁殖 14。 3 不同种类壳聚糖膜的制备 目前，膜保鲜技术可以分为涂膜保鲜和制膜保鲜两种。壳聚糖涂膜保鲜是将一定浓度的壳聚糖酸性溶液涂抹在果蔬或者肉类制品的表面，干燥后便形成一层透明薄膜。涂膜的
6、量、厚度以及是否均匀这些都会影响到最后成膜的质量。壳聚糖膜，既可以制成单一膜，也可以将壳聚糖与其他物质混合制成复合膜。 将一定量的壳聚糖溶于 2%醋酸水溶液中，在 0.1MPa真空下抽气直至溶液中的气泡全部脱 去， 将溶液均匀平铺于洁净干燥带上，在干燥室于50-80下干燥后揭膜 15，便可制得壳聚糖膜。此外，壳聚糖可以与蛋白质、脂质类 经处理后采取流延制成复合膜 16。壳聚糖 -淀粉 -聚乙烯醇共混膜，具有良好的机械性能，水蒸气渗透性能佳、无毒、无味，可生物降解；正硅酸乙酯在壳聚糖酸性溶液中发生凝胶 -溶胶反应，可制备具有良好力学性能、热稳定性、抗菌性和生物降解性的壳聚糖 /二氧化硅复合膜 1
7、7。 4 壳聚糖涂膜对果蔬的品质及生理的影响 4.1 壳聚糖涂膜对果蔬的品质的影响 4.1.1 壳聚糖涂膜对 果蔬水分含量的影 响 果蔬在贮藏过程中失重的主要原因是由于机体的呼吸作用和蒸发作用 , 而 使得自身水分有所损失，并且由于失水 ,会使得 果蔬组织细胞膨压下降甚至失去膨压 , 让原有的饱满状态消失 , 且光泽渐失 , 失去商品价值。因此果蔬保鲜的重要任务之一就是防止果蔬失水 18 壳聚糖膜可以阻断果实的蒸腾作用 , 从而减少果蔬水分丧失及其失重 19。 Ghaoth等研究显示 ,经 1.0%和 1.5%壳聚糖涂膜的黄瓜和青椒在 13 或 20 、 RH 85%条件下储藏后 ,果实的失重
8、率明显小于对照组。陈宁生等用浓度为 2%的 壳聚糖处理黄瓜和青椒后，它们 保鲜期3 分别达到了 20d、 25d, 甚至更长时间 ；而壳聚糖涂膜 对苋菜、韭菜、青菜的实验也均有不同程度的保鲜作用 20。 4.1.2 壳聚糖涂膜对果蔬 Vc含量的影响 维生素 C是人类最重要的营养元素之一， 人类饮食中的 Vc有 90%是从水果、蔬菜中获得的。 果蔬在保存期间 Vc极易被氧化而损失 21。 因此 ,Vc被作为衡量果蔬营养价值的重要指标，以其含量的损失评价果蔬的品质。 用 2%浓度的壳聚糖对番茄进行涂膜保鲜 ,储存 15d后 ,番茄的总酸度、总糖量、 Vc含量均与原番茄接近 ,保鲜效果比 0.2%的
9、苯甲酸钠溶液好。分别用 0.5%、 1.0%、 1.5%壳聚糖对辣椒涂膜处理 22，在整个贮存期间， 1.5%壳聚糖处理的辣椒维生素 C含量减少有很大程度减缓。使用壳聚糖复合涂膜保鲜黄瓜 ,12d时黄瓜的维生素 C减少 45.4mg/kg23。此膜的保鲜效果优于聚乙烯保鲜膜的保鲜效果。表明壳聚糖涂膜能减缓果蔬中维生素 C含量的降低。 4.1.3 壳聚糖涂膜对果蔬可滴定酸的影响 可滴定酸度 (TA)是植物品质的重要构成性状之一，尤其对于以果实为目的产品的果树植物。砂糖橘的风味主要取决于糖、酸的绝对含量，其中通过测定 TA含量来判断果实的成熟度。 田 春美等人研究壳聚糖涂膜对鲜切菠萝蜜品质变化的影
10、响，结果表明 , 鲜切菠萝蜜在2.0% 壳聚糖 和 2.0%木薯淀粉混合后涂膜处理可以较好减缓总酸含量的下降 , 有效地保持其营养成分 24。王继芝等人以自制的羧甲基壳聚糖为主剂制成的复合保鲜水溶液喷涂于牛奶葡萄表面 ,结果表明 , 保鲜过的葡萄基本上保持了原有的色、香、味 ,并且通过对比发现 ,保鲜 180d 时 ,用羧甲基壳聚糖质量分数为 2%的保鲜剂处理的牛奶葡萄可滴定酸含量为0.30%,而对照组的葡萄在贮存 90 d后就失去了其商品价值 25。果蔬中的可滴定酸质量分数下降主 要是由于其体内的有机酸参与呼吸作用而被消耗引起的，表明壳聚糖涂膜可以有效抑制有机酸参与呼吸作用 , 从而延缓可滴
11、定酸质量分数的下降。 4.2 壳聚糖涂膜对果蔬采后生理的影响 4.2.1 壳聚糖涂膜对果蔬呼吸作用的影响 果蔬呼吸作用会消耗 O2,放出 CO2，而壳聚糖膜的氧气透过率和二氧化碳透过率的比值都小于 1, 所以当用此膜包装水果和蔬菜时 , 由于膜对 CO2透过能力差 , 果蔬放出的 CO2渗透出去少 , 导致膜内部 CO2浓度高 , 从而控制了果蔬周围的微环境中气体浓度 , 使果蔬呼吸强度下降 , 达到保鲜目的 26。 上 官新晨等实验得到经浓度为 0.8%和 1.2%壳聚糖涂膜后的金柑呼吸强度与对照组相比4 较弱，表明壳聚糖涂膜能有效抑制金柑的呼吸作用，从而减少其对自身物质的消耗，保持有效的干
12、物质含量，达到保鲜效果 27。 4.2.2 壳聚糖涂膜与对果蔬酶活性的影响 果实的后熟和霉烂与其体内的酶催化活性有关 ,其中多酚氧化酶 (PPO)和过氧化物酶( POD)是至关重要的两种相关酶。据研究，新鲜蟠桃用质量分数为 1.0%的壳聚糖涂膜处理后 , 放在 4的低温环境中贮藏 20天 , 好果率仍达到 93%，在贮藏前期 , 试验组和对照组的 POD活性都 呈下降趋势 ,但在后期 (至少 8天起 ),对照组和套袋组的 POD活性逐渐升高 ,而壳聚糖涂膜套袋组仍呈缓慢下降趋势， PPO的活性测定结果也呈现出与此相似的变化规律，结果表明多酚氧化酶 PPO和过氧化物酶 POD的活性受到抑制 28
13、。梁翠娥等人对鲜切菠萝进行研究也得到了同样的结果 29。表明壳聚糖涂膜可以有效的抑制果蔬的酶催化活性 , 从而延长果蔬的保鲜期。 5 壳聚糖涂膜的未来展望 在我国 ,海岸线长，海域面积大，江河湖泊多，虾蟹壳资源丰富 ,其中虾壳中甲壳素含量为 20% 25%,蟹壳中约为 17.1% 18.2%30，因此壳聚糖的来源十分丰富。壳聚糖具有无毒、无味、无污染、成膜简单、成本低廉和保鲜性能优异的特点，它是一种极具发展潜力的天然保鲜剂 31。开展壳聚糖在果实保鲜上的研究和应用，对于环境保护具有很大的意义，同时会带来良好的经济效益 32。 但是目前壳聚糖保鲜膜在应用中仍存在一定的不足之处：涂膜效率较低、干燥
14、时间长、膜均匀性差等问题 。目前国内对于壳聚糖保鲜膜的研究还不够深入，这些问题有待于解决。总而言之，壳聚糖保鲜膜的良好性能已为其应用展现了美好的前景 33 5 参考文献 1 吉伟之 ,张峻 ,熊何建等 .壳聚糖成膜特性的研究 J.食品科学 ,2001,22(9):33-35. 2 贾旭 , 彭新晶 , 王冰 等 . 塑料食品包装对环境的影响及对策探讨 J. 中国环境管理 ,2006,2:35-37. 3 赵素芬 .壳聚糖复合保鲜膜成膜性能的改性研究进展 J.包装世界 ,2011,11(6): 26-27. 4 丁明惠 ,盖登宇 ,王高升 .聚乙二醇改性壳聚糖薄膜结构与性质的研究 J.化学工程师
15、 ,2007,143(8):16-18. 5 赵琪 ,李宗磊 ,王明力 .纳米 TiO2/壳聚糖复合膜保鲜草莓的研究 J.贵州大 学学报 ( 自然科学版 ),2011,28(5):49-58. 6 张启凤 , 陈国华 , 范金石 . 壳聚糖衍生物的结构表征和应用性能 J. 日用化学工业 ,2003,33(5):298-301. 7 黄霞 , 吕蕾蕾 , 陈家昌 等 . 壳聚糖 /聚乙二醇共混体系的性能研究 J. 塑料工业 ,2010,38(10):25-27. 8 赵莉 ,常江 ,翟万银 .壳聚糖 /氧化钛复合膜的制备及其表征的实验研究 J.组织工程与重建外科杂志 ,2008,4(4):196
16、-199. 9 Peng L T,Jiang Y M,Exogenous salicylic acid inhibites browning of fresh-cut Chinese water chestnutJ.Journal of Food Engineering,2004,63(3):325-328. 10 Yoo SY,Lee SK.Effect.of various films on shelf life of sliced strawberry fruit.Acta Hort,1999,483:283-289. 11 陈凌云 ,杜予民 ,肖玲等 .羧甲基壳 聚糖的取代度及保湿性
17、J.应用化学 ,2001,18( l ):5-8. 12 水茂兴 ,马国瑞 ,陈美慈等 .壳聚糖添加助剂保鲜草莓的效应 J.浙江大学学报 (农业与生命科学版 ),2001,27(3):343-344. 13 焦中高 ,刘杰超 , 郑恒 .壳聚糖对果蔬的保鲜作用及其机理探讨 J. 食品研究与开发 ,2003,24(5):114-116. 14 冯守爱 ,林宝凤 ,梁兴泉 .壳聚糖保鲜膜的研究进展 J.高分子通报 ,2004,(6):68-72. 15 刘越 ,黄家兰 .壳聚糖膜的制备及性能研究 J.绍兴文理学院纺织服装学院 ,42-44. 16 连丽娜 ,张平 .果蔬可食性涂膜保鲜研究现状与展望
18、 J.保鲜与加工 ,2003,3(4):14-16. 17 魏铭 ,谭占鏊 .壳聚糖 -二氧化硅纳米复合膜的制备、结构与性能表征 J.武汉理工大学学报 ,2006,28(1):157-160. 18 Rodrguez M.S, Ramos V, AgulloE. Antimicrobial action of chitosanagainst spoilage 6 organisms in recooked pizza J . Food Science,2003, 68 ( 1) : 271 274. 19 吴友根 ,陈金印 .壳聚糖在果蔬保鲜上的研究现状及前景 J.食品与发酵工业 ,28(12
19、):52-56. 20 周挺 ,陈洁 ,夏文水 .壳聚糖的膜性质及其在果蔬保鲜方面的应用研究进展 J.食品工业科技 ,2001,22(6):81-83. 21 毛跟年 ,许牡丹 .功能食品生理特性与检测技术 M.北京 :化学工业出版社 ,2005: 177-179. 22 刘珣 ,童军茂 .壳聚糖可食用膜对辣椒贮藏生理的影响 J.现代食品科技 ,2008,14(3):652-654. 23 万惠萍 ,叶淑红 ,陈丽等 .壳聚糖膜在黄瓜保鲜中的应用 J.大连工业大学学报，2008,6(27):110-112. 24 田春美 ,钟秋平 .木薯淀粉 /壳聚糖可食性复合膜对鲜切菠萝蜜的保鲜研究 J.食
20、品研究与开发 , 2007,28( 5):130-133. 25 王继芝 ,王未肖 ,高磊红等 .羧甲基壳聚糖对牛奶葡萄的保鲜效果研究 J.河北科技大学学报 ,2007,28( 4):306-309. 26 王雅芬 , 王慧俐 . 可食性壳聚 糖包装膜的制备及其性质研究 J. 东海海洋 ,2001,19(2):3228. 27 上官新晨 ,肖锡湘 ,蒋艳 等 .壳聚糖涂膜保鲜金柑的研究 J.食品研究与开发 ,2008,29(4):155-158. 28 王瑾 ,陈均志 ,刘毅 等 .壳聚糖及其衍生物涂膜保鲜果蔬和食品的研究进展及应用 J.粮油加工 ,2009.9:118-121. 29 梁翠娥 ,夏杏洲 ,梁婉妮 .壳聚糖处理对鲜切菠萝防腐保鲜效果初探 J.食品研究与开发 ,2007,28(5):134-137. 30 孙勇 ,李素兰 .壳聚糖开发与应用研 究进展 J.应用科技 ,2000,9(27):34-36. 31 焦中高 ,刘杰超 ,郑恒等 .壳聚糖对果蔬的保鲜作用及其机理探讨 J.食品研究与开发 ,2003,10(24):114-116. 32 田春美 .壳聚糖保鲜膜的研究现状 J.农产品加工学刊 ,2008,10(10):19-21. 33 姜山 .壳聚糖国内外研究文献分析 J.实用医药杂志 ,2010,7(27):658-660.
