红艳欲滴的草莓,香甜软糯的香蕉,总是让人忍不住想多买些。
但常常隔天就会发现,草莓开始渗水发霉,香蕉皮布满黑斑。据统计,每年全球约有13亿吨食物被丢弃,其中水果和蔬菜占5亿吨,造成了巨大的经济损失和资源浪费。因此,延长新鲜水果和蔬菜等食品的保质期,成为亟需解决的问题。
目前,用于保存水果的技术多种多样,包括涂蜡、低温冷藏、气体包装、塑料包装膜,以及生物质保鲜涂层等,但存在抗菌性差、环境污染严重、能耗高、对人体健康存在隐患等问题。例如水果表面的蜡层会增加清洁难度,从而可能对水果风味产生不利影响,并存在潜在的健康风险。低温冷藏和气体包装存在高昂的运行成本和巨大的能源消耗。商业塑料包装膜往往缺乏抗菌和抗氧化性能,导致保存效果不佳。此外,塑料包装膜在降解过程中产生的微塑料颗粒会渗入生态系统,造成长期且严重的危害。
科学家们一直在寻找更安全、环保的解决方案——最近,中国农业科学院茶叶研究所茶叶质量与风险评估创新团队从茶叶中找到了突破口,相关成果以“TeaPolyphenolSelf-assemblyNanocompositeCoatingforFruitPreservation”为题发表在材料科学SCI1区期刊《ACSNano》。
茶多酚是广泛存在于茶叶、水果和蔬菜中的植物次生代谢产物,具有活性羟基、结构多样、反应性强等特点,天然具备抗氧化和抗菌能力。然而,多酚结构的不稳定性使其容易受到环境因素(如pH值、紫外线、氧气等)的影响,这限制了它们的保鲜效力。
针对以上问题,该研究创新性地提出了一种茶多酚与锌离子(TPZn)自组装纳米复合涂层,该复合物够有效地覆盖各种生物基底的表面,用于水果表面涂覆,发挥抗菌、抗氧化、保湿和抑菌膜形成抑制等多重保鲜功能。该涂层通过一步法制备,工艺简便,适合规模化应用。
水果保鲜用TPZn纳米复合涂层的制备与保存方法
该研究系统评价了TPZn材料的安全性和保鲜效果。在细胞、斑马鱼、线虫、小鼠和植物芽苗的毒理实验中,TPZn均表现出良好的生物相容性,无显著毒性反应。在抑菌试验中,TPZn对常见腐败菌(如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)具有显著抑制作用。对细菌生物膜的成像和蛋白渗漏分析表明,TPZn能破坏细菌细胞膜,抑制其在水果表面定植,从源头延缓腐败进程。
在水果应用实测中,该研究将TPZn涂层溶液喷涂或浸泡草莓和香蕉表面,经自然风干处理后进行常温贮藏。结果表明,TPZn涂层能使草莓保鲜期延长至6天,香蕉保鲜期延长至8天,为对照组的2倍以上,且维生素C和花青素含量保持良好,重量损失和软化程度显著降低,表皮褐变明显延缓,显示出良好的抗氧化和保水效果。
TPZn纳米复合涂层对草莓和香蕉的保鲜效果
a为处理后香蕉的典型外观,b为处理后草莓的典型外观
此外,在污染模型实验中,即使草莓表面人为接种腐败菌株,TPZn涂层依然表现出优异的抗菌性能,有效延迟腐败发生。此外,TPZn的保鲜性能不亚于市售的二氧化氯保鲜剂,且材料天然、安全、无刺激性,具有替代传统保鲜手段的极大潜力。
TPZn纳米复合涂层对水果表面抗菌、抗氧化及保水性能的观察研究
a为不同储存时间草莓典型外观的变化;草莓经金黄色葡萄球菌处理后,涂覆TPZn纳米复合涂层;b为储存0~8天果实样品的重量损失及硬度(c)变化;d为不同处理组储存8天后维生素C含量与花青素含量的变化;e为草莓在4°C冰箱中储存不同时间后的状态。
该研究提供了一种来源天然、绿色环保、功能复合的新型水果保鲜手段,为新一代可食用功能涂层材料的开发提供了重要理论基础和实践依据,在推动减损保鲜、绿色包装及食品安全保障等方面具有重要应用前景。
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