甲壳素/变性淀粉保鲜材料微结构的演化及其对保鲜性能的影响

Fresh fruits and vegetables are more susceptible to disease organisms because of little feasible preservation materials and techniques after harvesting. The new idea for fruit preservation is a systems engineering including with pre-harvest and post-harvest stages instead of single technique of post-harvest. Base on the rich resource of Guangxi, the composite material for fruit preservation is prepared by "one-pot" method with chitin and modify starch in new solution and moderate temperature. The new means of positron annihilation lifetime spectroscopy and raman spectrums are performed to characterize the microstructures and their change during the preservation process. The preservation mechanism of chitin/modify starch composite material for fresh-keeping, the interaction between the composite material and fruit are also investigated. In addition the relationship of the structure and properties of polysaccharides is obtained. The result from this study may be used as a foundation for the future development of new idea and means to study the evolution of microstructure of polysaccharides. It provides useful techniques, safe and economical material for fresh-keeping of fruits and vegetables. It is benefit to the fruit preservation and the use of reproducible resource.

立足广西资源优势，从以往把水果保鲜视为采后保鲜的单项技术转变为涵盖采前和采后保鲜的系统工程。采用"一锅法"在新溶剂体系及温和的条件下，制备甲壳素/变性淀粉保鲜材料。以材料微结构变化为研究的切入点，以审视那些在常规抗菌性或阻隔性等保鲜基础研究中容易被忽略的问题，采用新的技术手段- - 正电子湮没技术和拉曼光谱技术，研究材料微结构的演化行为，探明并通过建模描述甲壳素/变性淀粉保鲜材料等天然多糖材料在水果保鲜过程中微结构变化与保鲜性能的变化规律以及两者之间的关系，从微观结构缺陷和界面相互作用等深层次因素揭示天然多糖材料的保鲜机理和演化过程。获得具有保鲜功能的多糖保鲜材料，为基于材料微结构视角的保鲜机理和天然多糖老化过程的研究提供新思路和方法，为水果保鲜和可再生资源的增值利用提供有力的技术支持，为天然多糖的开发利用以及地方产业与地方经济发展提供参考和指导，具有较好的应用发展前景。

新鲜果蔬采收后保持着很高的生理活性，且含水含糖量大，易腐烂变质。由于缺乏适宜的保鲜技术和保鲜材料，给果蔬的贮藏、运输和销售带来了极大的困难。因此果蔬保鲜技术和保鲜材料的研究是保鲜学术界和产业界关注的热点问题，具有十分重要的经济意义和学术价值。甲壳素、淀粉是自然界大量存在天然聚多糖，是可再生的资源。具有优异的抗菌性和成膜性，良好的生物相容性和生物降解性，对人体安全无毒。在食品保鲜领域备受关注，是一种理想的保鲜材料。.本项目立足广西资源优势，以甲壳素和木薯淀粉为主体，通过物理、化学改性修饰，构建了具有保鲜功能的多层次结构，采用新的技术手段——正电子湮没技术和拉曼光谱技术，研究了多糖材料在水果保鲜过程中微结构变化与保鲜性能的变化规律以及两者之间的关系。从微观结构缺陷和界面相互作用等深层次因素揭示天然多糖材料的保鲜机理和演化过程。得到以下主要的结果：.1. 通过分子设计在淀粉分子结构中引入具有保鲜功能基团，得到保鲜材料专用变性淀粉，发明专利已获授权，已获广西科学技术成果（成果登记号：201695678），成果已进行产业化转化。以此为基础，采用纳米技术构建biopolymer-metal、交联微球等体系，引入防霉抑菌成分，成功制备了系列的新型甲壳素及其衍生物/变性淀粉保鲜材料，实现绿色化可控缓释，解决了甲壳素直接利用的难题。.2. 发现了超声空穴效应能有效地改变甲壳素凝胶（UCG）的形貌、结构和演化过程，形成稳定性较好的多官能化的UCG/变性淀粉药物缓释载体。发现了多糖膜活性组分可控缓释的微观变化过程。探明了多糖基材料在水果保鲜过程中微结构变化与保鲜性能的关系，即多糖基材料在水果表面形成环境响应型的载药“人工果皮”，对水果起到机械防护、调节水分和抑菌保鲜等多功能。.3. 发现了常规结构与性能研究中容易被忽略的问题，即环境因素的变化改变了多糖基保鲜材料的自由体积数量和大小，导致其微结构发生变化，从而影响所负载药物的缓释效果。获得调控微结构变化的技术以及正电子淹没寿命谱在多糖结构表征的应用技术。建立了多糖保鲜材料界面作用的双面结构模型和多糖基保鲜材料与细菌作用机理的模型。 .研究结果为深入到多糖的微观缺陷的研究提供了新的方法参考，为多糖基材料的可控缓释行为和保鲜机理的研究提供新思路和科学依据，为水果保鲜和可再生资源的增值利用以及地方产业与地方经济发展提供参考和指导。