一种茭白多糖复合保鲜膜及其制备方法和应用

发明领域：

本发明属于食品保鲜领域，具体涉及一种茭白多糖复合保鲜膜及其制备方法，本申请茭白多糖复合保鲜膜具有高疏水抗氧化的特点。

背景技术：

随着对环境问题的日益关注，人们对生物基聚合物和活性包装的开发产生了极大的兴趣。多糖、脂质和蛋白质等天然聚合物已被用作食品包装中环保薄膜的来源，以取代合成塑料。特别是碳水化合物具有很强的成膜能力和良好的阻隔性能等诸多优点，备受关注。

在天然和可再生资源中，淀粉膜具有成本低、易得、可生物降解、无环境污染等特点。然而，淀粉薄膜的应用由于其较差的机械和阻隔性能，特别是拉伸强度而受到限制。此外，与传统的合成聚合物相比，淀粉薄膜固有的强亲水性表现出较差的防水性能，这限制了其在食品包装中的应用。由于良好的生物活性，非淀粉多糖对淀粉性质的影响一直被研究。多糖分子具有特殊的长链螺旋分子结构，其化学性质稳定，适应于长时间储存及各种储存环境。因此，非淀粉多糖与淀粉的相互作用具有科学价值。添加非淀粉多糖可提高淀粉复合薄膜的热稳定性、机械性能和抗紫外线辐射能力。到目前为止，已经发现了许多新的多糖并将其添加到淀粉中以与淀粉基产品相互作用。由于在淀粉分子中引入了多糖，从而阻碍或减少了淀粉分子间的缔合，使得茭白多糖在不改变淀粉原有优点的基础上，其他性能比原淀粉膜要优良的多，如疏水性增强，弹性强度增强等，溶胀率、拉伸强度增加，并提供了一定的抗氧化能力，而厚度、透明度和溶解度明显降低。拉伸强度、伸长率和热稳定性，并提高薄膜的溶解度和溶胀性能。添加多糖可以提高淀粉基薄膜的整体性能，使其应用范围更广。

茭白是我国仅次于莲藕的第二大水生蔬菜品种，其中含有大量多糖类、蛋白类、黄酮类等成分。除食用用途外，目前对茭白的其他用途开发主要包括茭白黄酮和多糖的药用用途(如治疗肠道疾病，抗氧化等)；尚没有用其制备薄膜的记载。

发明内容

本发明旨在提供一种茭白多糖复合保鲜膜的制备方法，以玉米淀粉为主要成膜材料配合茭白多糖，以流延法制备保鲜膜，使得茭白多糖玉米淀粉复合保鲜膜具有高疏水抗氧化特性，同时保鲜性能、机械性能均良好，在浆果保鲜中具有较好的应用前景。

一方面，本申请提供了一种茭白多糖复合保鲜膜，所述茭白多糖复合保鲜膜是以玉米淀粉为主要成膜材料配合茭白多糖，以流延法制备保鲜膜。

另一方面，本申请提供了上述茭白多糖复合保鲜膜的制备方法，所述方法以玉米淀粉为主要成膜材料配合茭白多糖，以流延法制备保鲜膜。

进一步地，所述茭白多糖复合保鲜膜制备方法包括：

向玉米淀粉中加入甘油和CaCl

进一步地，所述茭白多糖复合保鲜膜制备方法包括：

向玉米淀粉中加入甘油和CaCl

进一步地，所述茭白多糖、甘油、CaCl

进一步地，所述茭白多糖质量用量以玉米淀粉的质量计为0％-8％，优选6％。

进一步地，所述多糖液与淀粉溶解液的体积比为1：4-19，优选1：5.67。

进一步地，所述甘油的质量用量以玉米淀粉的质量计为30-32.6％，优选31.9％。

进一步地，所述茭白多糖的制备方法包括：

将茭白粉末与去离子水混合，在加热3提取多糖；将溶液离心，将所得沉淀物重新溶解在水中；然后向提取物中加入乙醇以沉淀茭白多糖；抽滤后，再以乙醇沉淀；之后，将混合物离心10min；最后，将沉淀物干燥2；然后将白多糖透析；上柱后用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱；透析后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3。

进一步地，所述茭白多糖的制备方法包括：

将200g茭白粉末与4L去离子水混合，在90℃下加热3h，连续搅拌，提取多糖3次；将溶液离心5000rpm，10min，将所得沉淀物重新溶解在水中；然后向提取物中加入乙醇至终浓度为70％v/v，并在4℃下储存12h以沉淀茭白多糖；抽滤后，用70％乙醇沉淀4h，静置24h；之后，将混合物以6000rpm离心10min；最后，将沉淀物在60℃的恒湿箱中干燥24h；然后将茭白多糖放入半透膜透析袋中，在超纯水中透析2天；用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱；透析3天后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3。

进一步地，所述茭白多糖为茭白多糖F3，所述茭白多糖F3分子量为256kDa。

所述茭白多糖纯化前为黄棕色，用水、无水甲醇反复洗涤至白色，真空干燥后得到酯化多糖，为白色粉末。用sevage试剂反复洗涤，取上层清液，重复4-5次，直至无中间变性蛋白层出现，旋蒸去离子水复溶后冻干为白色絮状。

所述sevage试剂为氯仿:正丁醇＝5:1(V/V)。

另一方面，本申请提供了上述茭白多糖复合保鲜膜在浆果保鲜中的应用。

进一步地，所述浆果为草莓。

所述流延法成膜为本领域常规的成膜方法，具体例如：将所述成膜液倾倒于玻璃培养皿中，形成厚度为55-65μm的一层液膜，溶剂自然挥干后，将膜揭下即得成品改性多糖保鲜膜；所得改性多糖保鲜膜在进行性质测定前，于43％相对湿度下贮存48h以上。

本发明通过将茭白多糖制备成保鲜膜，可以有效的提高浆果贮藏期间的品质。与无保鲜膜相比，失重率减少了16.8-18％，可溶性固形物含量减少了32-40％，丙二醛含量减少了32-40％；与玉米淀粉保鲜膜相比，失重率减少了9.1-10.3％，可溶性固形物含量减少了32-40％，丙二醛含量减少了32-40％；与PE保鲜膜相比，失重率减少了6.2-7.4％，可溶性固形物含量减少了32-40％，丙二醛含量减少了32-40％。

具体而言，茭白多糖是具有三螺旋结构的酸性多糖，这种独特的结构使茭白多糖在水溶液中呈现一种任意伸展的灵活结构。与一定浓度的玉米淀粉溶液(5％-25％)成膜后，能较好的防止空气中的氧气及微生物与水果直接接触。本发明利用上述性质，制备出的膜既具有良好的疏水性，又具有良好的抗氧化性，能延长水果保存时间，有效提升货架期。

本发明将茭白多糖进行纯化，并将抗氧化性高的茭白多糖F3通过流延法制备保鲜膜，机械性能显著提高。与玉米淀粉膜相比，茭白多糖玉米淀粉复合膜断裂伸长率增加了55.92～89.36％。

具体而言，利用涂膜或者干燥工艺制备出的膜，膜的微观结构为海绵状多孔网络结构，茭白多糖等溶质在溶剂挥发的过程中，分子密度逐渐增加，与玉米淀粉形成具有三维结构的网状结构，分子与分子之间的氢键与分子力是维持此结构的主要作用力。茭白多糖与甘油的交联，增加了疏水酯基，在溶剂的蒸发过程中，由于疏水相互作用，会紧密的结合在一起，并且，由于分子间氢键的作用，使得茭白多糖酯链与链的缠结更为紧密，从而增加了膜的机械性能。

本发明可以通过改变茭白多糖的用量，制备不同茭白多糖浓度的玉米淀粉复合薄膜具有不同的疏水和抗氧化性能，可以应用到不同种类的食品保鲜中。

具体而言，膜的亲疏水性与基质本身的亲水性有很大关系，一般来说，亲水性使得膜在高湿度环境中吸水，水的塑化作用导致膜的自由体积增加，促进水分子的透过性。本发明通过调节茭白多糖的用量，改变复合薄膜的交联度，交联度越大，由于玉米淀粉分子上的亲水羟基与茭白多糖交联，膜的疏水性也越强。

附图说明

图1：实施例1得到的4℃保存12天后的草莓保鲜宏观图，其中a为无保鲜膜保存，b为玉米淀粉保鲜膜保存，c为PE保鲜膜保存，d为茭白兰多糖玉米淀粉复合保鲜膜保存；

图2：实施例2得到的4℃保存12天后的草莓保鲜宏观图，其中a为无保鲜膜保存，b为玉米淀粉保鲜膜保存，c为PE保鲜膜保存，d为茭白兰多糖玉米淀粉复合保鲜膜保存；

图3：实施例3得到的4℃保存12天后的草莓保鲜宏观图，其中a为无保鲜膜保存，b为玉米淀粉保鲜膜保存，c为PE保鲜膜保存，d为茭白兰多糖玉米淀粉复合保鲜膜保存；

图4：实施例4得到的4℃保存12天后的草莓保鲜宏观图，其中a为无保鲜膜保存，b为玉米淀粉保鲜膜保存，c为PE保鲜膜保存，d为茭白兰多糖玉米淀粉复合保鲜膜保存；

图5：茭白多糖DEAD柱层析分离洗脱曲线；

图6：茭白多糖F1(a)、F2(b)和F3(c)的HPGPC洗脱曲线；

图7：单糖标准样品的PMP衍生物(a)和F1(b)、F2(c)和F3(d)的水解产物的HPLC色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例详述本发明，但本发明的保护范围不局限于以下实施例。

试验材料：

从茭白中提取了一种新型多糖F3，相对分子量为256kDa，主要由阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成，各单糖的摩尔比为0.71：0.23：1.00：1.15(图7)。抗氧化能力测定表明，在浓度为4.0mg/mL时F3的DPPH自由基清除活性为75.74％，半有效浓度(EC50)为1.54mg/mL。F3的ABTS自由基清除活性，半有效浓度(EC50)为0.85mg/mL，F3在2.00mg/mL的浓度下表现出与Vc相当的活性。茭白多糖可以作为氢的供体来清除自由基，从而表现出抗氧化活性。由于其良好的抗氧化活性，且与玉米淀粉有良好的共混性，将茭白多糖F3添加到玉米淀粉膜当中赋予其一定的抗氧化活性。

以下实施例中，贮藏温度为4℃。

实施例1：

(1)将200g茭白粉末与4L去离子水混合，在90℃下加热3h，连续搅拌，提取多糖3次得到的。将溶液离心(5000rpm，10min)，将所得沉淀物重新溶解在水中。然后向提取物中加入乙醇至终浓度为70％(v/v)，并在4℃下储存12h以沉淀ZP。抽滤后，用70％乙醇沉淀4h，静置24h。之后，将混合物以6000rpm离心10min。最后，将沉淀物在60℃的恒湿箱中干燥24h。然后将ZP放入半透膜透析袋中，在超纯水中透析2天。用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱(2.6×60cm)(1.0mL/min)。不同洗脱液的总糖含量采用苯酚硫酸法测定。透析3天后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3(图5和图6)。

(2)将步骤(1)中制备的产物多糖(F3)0.36g溶于10mL蒸馏水中，配制为质量体积分数为3.6％多糖溶液。

(3)将17.64g玉米淀粉溶解于190mL蒸馏水中，加入5.4g的甘油和1.8g的CaCl

(4)将多糖液与步骤(3)溶液混合，超声脱气20分钟得到成膜液，将所得成膜液200mL倾倒于玻璃培养皿(15×15cm)中，形成厚度为30μm的一层液膜，溶剂自然挥干后，将膜揭下即得成品多糖保鲜膜。

(5)将得到的保鲜膜裁剪成适宜大小，包裹草莓，置于室温下，每隔3天对草莓的失重率及可溶性固形物含量进行测定。

实验结果如下表和图1所示：

表1-1不同保鲜膜的物理性质

表1-2不同保鲜膜对草莓失重率的影响

表1-3不同保鲜膜对草莓可溶性固形物含量的影响

表1-4不同保鲜膜对草莓丙二醛含量的影响

膜的机械性能对其应用十分重要，由表中数据可知，相较于玉米淀粉膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有较好的机械性能和抗氧化能力。水果水分失去越多，水果的新鲜度就越低，丙二醛含量是衡量草莓膜脂过氧化的指标。由上表可知，相较于没有保鲜膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有明显的保鲜效果，失重率减少了45.2％，可溶性固形物增加了34.6％，丙二醛含量减少了18.4％。与PE保鲜效果相比，失重率减少了2.9％，可溶性固形物增加了2.8％，丙二醛含量减少了3.6％。与玉米淀粉膜保鲜效果相比，失重率减少了5.6％，可溶性固形物增加了1.4％，丙二醛含量减少了3.0％。

实施例2：

(1)将200g茭白粉末与4L去离子水混合，在90℃下加热3h，连续搅拌，提取多糖3次得到的。将溶液离心(5000rpm，10min)，将所得沉淀物重新溶解在水中。然后向提取物中加入乙醇至终浓度为70％(v/v)，并在4℃下储存12h以沉淀ZP。抽滤后，用70％乙醇沉淀4h，静置24h。之后，将混合物以6000rpm离心10min。最后，将沉淀物在60℃的恒湿箱中干燥24h。然后将ZP放入半透膜透析袋中，在超纯水中透析2天。用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱(2.6×60cm)(1.0mL/min)。不同洗脱液的总糖含量采用苯酚硫酸法测定。透析3天后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3。

(2)将步骤(1)中制备的产物多糖(F3)0.72g溶于20mL蒸馏水中，配制为质量体积分数为3.6％多糖溶液。

(3)将17.28g玉米淀粉溶解于180mL蒸馏水中，加入5.4g的甘油和1.8g的CaCl

(4)将多糖液与步骤(3)溶液混合，超声脱气20分钟得到成膜液，将所得成膜液200mL倾倒于玻璃培养皿(15×15cm)中，形成厚度为30μm的一层液膜，溶剂自然挥干后，将膜揭下即得成品多糖保鲜膜。

(5)将得到的保鲜膜裁剪成适宜大小，包裹草莓，置于室温下，每隔3天对草莓的失重率及可溶性固形物含量进行测定。

实验结果如下表和图2所示：

表2-1不同保鲜膜的物理性质

表2-2不同保鲜膜对草莓失重率的影响

表2-3不同保鲜膜对草莓可溶性固形物含量的影响

表2-4不同保鲜膜对草莓丙二醛含量的影响

膜的机械性能对其应用十分重要，由表中数据可知，相较于玉米淀粉膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有较好的机械性能和抗氧化能力。水果水分失去越多，水果的新鲜度就越低，丙二醛含量是衡量草莓膜脂过氧化的指标。由上表可知，相较于没有保鲜膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有明显的保鲜效果，失重率减少了59.7％，可溶性固形物增加了46.2％，丙二醛含量减少了21.4％。与PE保鲜效果相比，失重率减少了28.6％，可溶性固形物增加了5.6％，丙二醛含量减少了7.2％。与玉米淀粉膜保鲜效果相比，失重率减少了30.6％，可溶性固形物增加了7.0％，丙二醛含量减少了6.7％。

实施例3：

(1)将200g茭白粉末与4L去离子水混合，在90℃下加热3h，连续搅拌，提取多糖3次得到的。将溶液离心(5000rpm，10min)，将所得沉淀物重新溶解在水中。然后向提取物中加入乙醇至终浓度为70％(v/v)，并在4℃下储存12h以沉淀ZP。抽滤后，用70％乙醇沉淀4h，静置24h。之后，将混合物以6000rpm离心10min。最后，将沉淀物在60℃的恒湿箱中干燥24h。然后将ZP放入半透膜透析袋中，在超纯水中透析2天。用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱(2.6×60cm)(1.0mL/min)。不同洗脱液的总糖含量采用苯酚硫酸法测定。透析3天后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3。

(2)将步骤(1)中制备的产物多糖(F3)1.08g溶于30mL蒸馏水中，配制为质量体积分数为3.6％多糖溶液。

(3)将16.92g玉米淀粉溶解于170mL蒸馏水中，加入5.4g的甘油和1.8g的CaCl

(4)将多糖液与步骤(3)溶液混合，超声脱气20分钟得到成膜液，将所得成膜液200mL倾倒于玻璃培养皿(15×15cm)中，形成厚度为30μm的一层液膜，溶剂自然挥干后，将膜揭下即得成品多糖保鲜膜。

(5)将得到的保鲜膜裁剪成适宜大小，包裹草莓，置于室温下，每隔3天对草莓的失重率及可溶性固形物含量进行测定。

实验结果如下表和图3所示：

表3-1不同保鲜膜的物理性质

表3-2不同保鲜膜对草莓失重率的影响

表3-3不同保鲜膜对草莓可溶性固形物含量的影响

表3-4不同保鲜膜对草莓丙二醛含量的影响

膜的机械性能对其应用十分重要，由表中数据可知，相较于玉米淀粉膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有较好的机械性能和抗氧化能力。水果水分失去越多，水果的新鲜度就越低，丙二醛含量是衡量草莓膜脂过氧化的指标。由上表可知，相较于没有保鲜膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有明显的保鲜效果，失重率减少了56.5％，可溶性固形物增加了50.0％，丙二醛含量减少了31.1％。与PE保鲜效果相比，失重率减少了22.9％，可溶性固形物增加了8.3％，丙二醛含量减少了18.7％。与玉米淀粉膜保鲜效果相比，失重率减少了25％，可溶性固形物增加了9.9％，丙二醛含量减少了6.1％。

实施例4：

(1)将200g茭白粉末与4L去离子水混合，在90℃下加热3h，连续搅拌，提取多糖3次得到的。将溶液离心(5000rpm，10min)，将所得沉淀物重新溶解在水中。然后向提取物中加入乙醇至终浓度为70％(v/v)，并在4℃下储存12h以沉淀ZP。抽滤后，用70％乙醇沉淀4h，静置24h。之后，将混合物以6000rpm离心10min。最后，将沉淀物在60℃的恒湿箱中干燥24h。然后将ZP放入半透膜透析袋中，在超纯水中透析2天。用去离子水和各种浓度的NaCl溶液逐步洗脱DEAE-52纤维素柱(2.6×60cm)(1.0mL/min)。不同洗脱液的总糖含量采用苯酚硫酸法测定。透析3天后冷冻干燥得到多糖F1、F2、F3。

(2)将步骤(1)中制备的产物多糖(F3)1.44g溶于40mL蒸馏水中，配制为质量体积分数为3.6％多糖溶液。

(3)将16.56g玉米淀粉溶解于160mL蒸馏水中，加入5.4g的甘油和1.8g的CaCl

(4)将多糖液与步骤(3)溶液混合，超声脱气20分钟得到成膜液，将所得成膜液200mL倾倒于玻璃培养皿(15×15cm)中，形成厚度为30μm的一层液膜，溶剂自然挥干后，将膜揭下即得成品多糖保鲜膜。

(5)将得到的保鲜膜裁剪成适宜大小，包裹草莓，置于室温下，每隔3天对草莓的失重率及可溶性固形物含量进行测定。

实验结果如下表和图4所示：

表4-1不同保鲜膜的物理性质

表4-2不同保鲜膜对草莓失重率的影响

表4-3不同保鲜膜对草莓可溶性固形物含量的影响

表4-4不同保鲜膜对草莓丙二醛含量的影响

膜的机械性能对其应用十分重要，由表中数据可知，相较于玉米淀粉膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有较好的机械性能和抗氧化能力。水果水分失去越多，水果的新鲜度就越低，丙二醛含量是衡量草莓膜脂过氧化的指标。由上表可知，相较于没有保鲜膜，茭白多糖玉米淀粉复合膜具有明显的保鲜效果，失重率减少了59.7％，可溶性固形物增加了42.3％，丙二醛含量减少了26.0％。与PE保鲜效果相比，失重率减少了28.6％，可溶性固形物增加了2.8％，丙二醛含量减少了12.7％。与玉米淀粉膜保鲜效果相比，失重率减少了30.6％，可溶性固形物增加了4.2％，丙二醛含量减少了12.1％。

注：

1.失重率测量方法：将草莓第0d的草莓称重记为W

2.可溶性固形物含量的测定方法：使用研钵研磨，双层纱布过滤获得用于草莓TSS测定的匀浆。草莓的TSS通过使用折光仪进行测量。

3.丙二醛含量的测定方法：将2g草莓鲜样在5ml 10％三氯乙酸中均质化，然后以12,000rad/s的速度离心20min。将2mL上清液加入2ml 0.67％硫代巴比妥酸中，在水浴中于100℃加热20min，然后快速冷却并以6000×g离心10min。分别测量上清液在450、532和600nm处的吸光度。MDA含量以mmol/kg表示。

MDA含量＝6.45×(A532-A600)-0.56×A450。