陈武峰
ACS Nano:会呼吸的保鲜膜-让水果“活的更久“-奇材进展
2021-5-21 09:42
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中国林业科学研究院与昆明理工大学团队工作,奇材馆整理

【文章概述】

食物腐烂一直以来都是让很多人头疼的问题,因为保质期短,每年全球约有三分之一的粮食损失和浪费。常规的延长食物保质期的方法主要包括添加防腐剂,涂蜡,辐照,冷藏,热处理和可控气氛保存等。但是,过量使用防腐剂可能导致有毒物质在人体中累积,造成身体器官损伤;加热处理和辐照能够减少微生物的繁殖,但食物的成熟腐烂不可避免;而可控气氛需要具有恒定气体供应的大型设备和场所。这些都不是有效的解决办法。

【成果简介】

在自然界中,植物叶片的表皮上有许多具有“开关”功能的气孔,能够调节叶片的气体渗透性。受此启发,中国林业科学研究院资源昆虫研究所张弘研究员、马金菊和昆明理工大学李凯等人提出了一种用于室温下食物保鲜的仿生策略,通过将聚乳酸(PLLA)或壳聚糖多孔微球掺入紫胶膜中,作为气体“开关”或“气孔”来调节气体(O2、CO2和H2O)的渗透性以及对CO2 / O2的选择性,以延长食物的保鲜期。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【图文导图】

                                              1.jpg

图1具有调节气体渗透性的仿生杂化膜

(a)叶片图(左)和相应的扫描电镜图像(中)的内在气孔(右)。

(b)水果杂化膜制备及浸涂或包装工艺示意图。

(c-e) CSPM、CSPM/紫胶膜和嵌在CSPM/虫胶膜中的CSPM的SEM图像。

(f-g)不同CSPM添加量的CSPM/紫胶膜的O2透过率、CO2透过率和CO2/O2选择性

(h)不同CSPM添加量的CSPM/紫胶膜WVP。

(i-k) PPM、PPM/紫胶膜及PPM/紫胶膜中的PPM的SEM图像,其中插入的SEM图像是放大表面。

(n)不同PPM添加量的PPM/紫胶膜的WVP。

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图2杂交膜包膜对柑桔成熟和货架期的影响(非跃变期)

(a)室温下储存45 d后未涂膜和涂膜橙子的照片

(b-c)涂CSPM/紫胶膜的橙子的呼吸速率与CSPM添加量和PPM/紫胶膜与PPM添加量。

(d-e)涂CSPM/紫胶膜的橙子的重量损失VS CSPM添加量和PPM/紫胶膜VS PPM添加量。

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图3多功能杂交膜路线使用控制界面组装的单宁酸CSPM和作为芒果(跃变)保存的涂层。

(a)自组装TA-CSPM原理图。

(b) TA-CSPM的氮气吸附和解吸等温线与单宁酸的吸附量。

(c-d)TA-CSPM/胶膜的O2渗透性、CO2渗透性和CO2/O2选择性与单宁酸吸附量的关系。

(e) TA-CSPM/紫胶膜的WVP对单宁酸的吸附能力。

(f) TA-CSPM对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑制能力与单宁酸的吸附能力。

(g) TA5-CSPM小鼠急性口服毒性试验结果,表明其具有生物相容性。

(h)未涂膜和涂膜芒果在室温储存10天后的照片。

4.jpg

图4 (a) 30 μm厚0.10%的PPM/紫胶膜的光学图像,下图显示其极佳的灵活性和折叠性

(b) 杂化膜的拉伸应力应变曲线。

(c) 比较了0.10%(w/v)PPM/紫胶膜(10ppm/S)与其它可食性膜的溶解度和溶解度。

(d) 室温下储存48小时的杨梅环境(未包装)和包装后的照片。

(e) 贮藏48小时后,TA-CSPM/虫胶膜密封盒的内部气体含量(O2和CO2)与TA-CSPM添加量的关系。

(f) 储存48小时后,用PPM/紫胶膜密封的盒子内部气体含量与PPM添加量的关系。

(g) 室温下储存72小时后的环境和包装樱桃照片。

(h) 储存72小时后的箱内气体含量。

(i) 包装樱桃在贮藏72小时后的重量损失与三个循环的比较。

(j) 包装樱桃贮藏72h后食用率的比较。

【奇材馆点评】

通过自然界植物的“开关”功能的气孔,设计出开发具有高度可控透气性和生物安全性的透气膜。单宁酸在微球上的沉积改变材料的微观结构,同时也极大地改变了气体的渗透性,同时赋予材料优异的抗氧化和抗菌性能。这种仿生杂化膜还具有生物相容性、可食用性及稳定的水果保鲜性能,并表现出优异的耐水性和机械性能。 作为水果保鲜的涂层或包装膜,具有操作简单,能效低,环境友好和可扩展性的优势,这种气体渗透控制策略在食品保鲜以及受控气氛保存等应用中表现出巨大的潜力。

【论文信息】

A   Plant Leaf-Mimetic Membrane with Controllable Gas Permeation for Efficient Preservation   of Perishable Productscarbon nanoclusters

ACS   Nano(IF= 15.498

Pub   Date :2021.05.05

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00997

Zhiqiang   Zhou,∥ Jinju Ma,*,∥ Kun Li, Wenwen   Zhang, Kai Li,* Xinghao Tu, Lanxiang Liu, Juan Xu,and Hong Zhang*

1、Research Institute of Resources Insects, Chinese Academy of   Forestry, 650233 Kunming, China;

2、Faculty of Chemical Engineering, Kunming University of Science and   Technology, 650500 Kunming, China;

3、Research Institute of Resources Insects, Chinese Academy of   Forestry, 650233 Kunming, China;

 


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