Elektrospinning van carboxymethylchitosan/polyoxyethyleenoxide-nanovezels voor het vers houden van fruit

Resultaten en discussie

Morfologische analyse

Hoewel pure CMCS-oplossing een hoge viscositeit heeft die kan oplopen tot 400-800 mPa ∙s, is het nog steeds moeilijk om vezels te vormen door elektrostatische velden. Het obstakel komt voort uit de moleculaire structuur en oplosbaarheid van chitine en chitosan, vooral voor CMCS. Om deze reden werd het vezelvormende polyolbindmiddel zoals PEO toegevoegd aan de CMCS-oplossing. Onder de aangelegde spanning werd een heldere Taylor-kegel waargenomen voor de CMCS / PEO-oplossingen in het concentratiebereik van 2, 5-7,5 gew.% (figuur 1). Afbeelding 3 toont de SEM-afbeeldingen en vezeldiameterverdeling van de samengestelde CMCS/PEO-vezels met verschillende verhoudingen. Deze composietvezels hebben een cilindrische morfologie met vezeldiameters van ongeveer 130-400 nm.

SEM-afbeeldingen en vezeldiameterverdeling van het elektrospinnen verkregen uit oplossingen van a PEO:CMCS =1:24, b PEO:CMCS =1:18, en c PEO:CMCS =1:12

Wanneer een kleinere hoeveelheid PEO werd gemengd met CMCS, zoals weergegeven in figuur 3a (PEO:CMCS =1:24), waren de vezels dunner en inhomogeen met een diameter van 130-280 nm. Voor oplossing met PEO:CMCS =1:18, was de gemiddelde vezeldiameter ongeveer 210 nm, en in figuur 3b werd enige conglutinatie tussen de relatief grove vezels waargenomen. Naarmate de verhouding van de PEO toenam (PEO:CMCS =1:12), werden redelijk homogene vezels met een gemiddelde diameter van 290 nm verkregen (Fig. 3c). Het nanovezelmembraan met een verhouding van 1:12 PEO/CMCS werd gekozen als verpakkingsfilm, omdat de oplossing van 1:12 PEO/CMCS een meer geschikte viscositeit heeft voor elektrospinnen en het gemakkelijker is om een ​​volledige nanovezelfilm te vormen om te bedekken het fruit en de electrospun film hebben een meer gelijkmatige ademhalingsintensiteit dankzij de microporiën van uniforme grootte volgens de SEM-afbeeldingen.

Infraroodspectroscopie

Figuur 4 toont de FTIR-spectra van elektrospun CMCS-poeder en CMCS/PEO-composiet nanovezels. De frequenties en toewijzingen voor de ongerepte CMCS worden als volgt aangegeven:de pieken op 1320 cm ⁻¹ , 1137 cm ⁻¹ , en 1050 cm ^− 1 waren van respectievelijk C-H-buigtrilling, glycosidische binding C-O-C en C-O-rektrilling van CMCS. In de spectra, nieuwe pieken op 1603 cm ⁻¹ kenmerkend voor carbonzuurzout (–COO– asymmetrische en symmetrische rek) verscheen, terwijl een schouderpiek rond 1650 cm ⁻¹ indicatief voor de aminogroep. Hoewel er enig verschil in de twee cijfers werd waargenomen, vertoonden ze allebei de basiskarakteristieke pieken voor CMCS bij 3423 cm ⁻¹ (O–H rek) en 2960–2970 cm ⁻¹ (C-H-rek). We kunnen zien dat de FTIR-spectra geen verandering hadden door een toevoeging van de PEO, wat aangaf dat er geen duidelijke verandering van structuur was tussen CMCS-poeder en CMCS/PEO.

FTIR-spectra van de a electrospun CMCS poeder en b electrospun CMCS/PEO composiet nanovezelmembraan

Luchtdoorlaatbaarheidstest

Veel studies hebben aangetoond dat doorlaatbaarheid een belangrijke factor is voor het bewaren van fruit. Het microporeuze membraan kan de uitwisseling van gas binnen en buiten de verpakking bevorderen, de concentratie van O₂ reguleren en CO₂ , en zorg ervoor dat de verpakte groenten en fruit een goede bewaaromgeving hebben, waardoor de kwaliteit wordt gewaarborgd of minder wordt aangetast [24]. De zekere permeabiliteit van de plastic verpakking kan de juiste concentratie CO₂ . behouden in de besloten ruimte. De vorming van een bewaaratmosfeer kan de ademhaling van groenten remmen en de houdbaarheid verlengen. Op voorwaarde dat het ademend vermogen te hoog is, is het gemakkelijk om het zuurstofgehalte van de verpakking te hoog te maken, waardoor de ademhaling van fruit wordt versneld, sneller veroudert, bruin worden en vervagen ernstig [25]. Evenzo kan een slechte luchtdoorlatendheid of een slechte luchtdichtheid leiden tot anaërobe alcoholproductie van fruit, wat uiteindelijk vruchtrot verergert. [26]. Het is duidelijk dat de permeabiliteit van nanovezelmembranen afneemt met toenemende filmdikte. In dit experiment werden PEO/CMCS composiet nanovezelmembraan met de verhouding van 1:12 en plastic film geselecteerd voor de permeabiliteitstest. Het basistestprincipe van het hier gebruikte apparaat is zoals hieronder (Fig. 5a). Het verschil in gasdruk aan beide uiteinden van een ronde buis wordt geregeld, in dit geval 200 Pa. Meet vervolgens het luchtdebiet bij de luchtuitlaat, zodat hoe groter de luchtweerstand, hoe lager de luchtsnelheid. In dezelfde situatie was het meetresultaat van plasticfolie 0 mm s ⁻¹ . Volgens de literatuur weten we dat de luchtdoorlaatbaarheid van nylon en andere stoffen tussen 100 en 300 mm s ⁻¹ ligt. gemiddeld [27]. Met een afmeting van 200 Pa en 20 cm ² , de gemeten waarde van PEO/CMCS composiet nanovezel gelijkmatig verdeeld in de 40-50 mm s ⁻¹ (Fig. 5), wat aangeeft dat het CMCS/PEO-composietmembraan een uniforme luchtdoorlaatbaarheid had. In deze test was de gemiddelde filmdikte 0,108 mm. Over het algemeen is dit ademend vermogen geschikt om te gebruiken als verpakkingsmateriaal met conserveringsfunctie.

De luchtdoorlatendheid van a schematisch diagram van experimentele opstelling en b de luchtdoorlatendheid PEO/CMCS nanovezelmembraan met de verhouding van 1:12. De gegevens zijn gericht op 45 mm s ⁻¹ . De rode lijn is een gids voor de ogen

Antibacteriële test

Momenteel zijn veel onderzoeken gericht op de antibacteriële eigenschap van chitosan, maar minder op de antibacteriële eigenschap van CMCS. Chitosan heeft een significant remmend effect op veel bacteriën en schimmels, zoals Escherichia coli en Staphylococcus aureus , die beide de boosdoeners zijn van fruitbederf [28]. Volgens onderzoek, hoewel het antibacteriële vermogen van CMCS niet in directe verhouding staat tot de concentratie, vertoonde CMCS het sterkste antibacteriële vermogen bij de juiste concentratie [29]. Er wordt met name op gewezen dat amino van CMCS de bacteriën zou kunnen remmen nadat het CMCS in de oplossing was opgelost door het anion te combineren [30, 31]. Vanuit het oogpunt van bacteriostase zijn elektrospun CMCS-nanovezels geschikt als antimicrobieel voedselverpakkingsmateriaal, zelfs als hun oplosbaarheid in water het toepassingsbereik beperkt. Zoals weergegeven in Fig. 6, hebben we antibacteriële experimenten uitgevoerd op filterpapier en CMCS-vezelmembranen met behulp van Escherichia coli en Staphylococcus aureus , respectievelijk. De resultaten toonden aan dat CMCS/PEO-nanovezelmembraan een duidelijk remmend effect had op deze twee soorten bacteriën en een brede antibacteriële ring vormde na 18 uur training. De twee controlegroepen hadden echter geen bacteriostatisch effect in (a) en (b). Opgemerkt wordt dat de bacteriostatische ringen niet uniform waren in Fig. 6c, d vanwege de oplosbaarheid in water en vloeibaarheid van CMCS.

De remming van CMCS/PEO-nanovezels op Staphylococcus aureus en Escherichia coli . een Staphylococcus aureus met filterpapier (controle), b Escherichia coli met filterpapier (controle), c Staphylococcus aureus met CMCS/PEO-nanovezels, en d Escherichia coli met CMCS/PEO-nanovezels

Gewichtsverliespercentage

De afslankverhouding kan worden berekend met de volgende formule:

Gewichtsverlies (%) \( =\frac{M_0-M}{M_0}\times 100\% \),

waar M ₀ is het versgewicht van de aardbeien (aardbeien worden 0 dag bewaard), en M is het gewicht van monsters die voor verschillende dagen zijn opgeslagen.

Gewichten van verschillende behandelingsgroepen werden gemeten bij verschillende bewaartijden. Zoals te zien is in figuur 7, ervoer de blanco controlegroep een versnelling van het gewichtsverlies, wat kan worden toegeschreven aan een toename van de metabolische activiteit van het fruit. Vergeleken met de blanco controlegroep heeft het fruit dat behandeld is met een plastic folieverpakking een vrij laag gewichtsverlies vanwege de compactheid van de plastic folie. Blijkbaar hebben we ons gericht op de groep van de CMCS/PEO-coatingfilm dat het gewichtsverlies ernstiger is. In dit geval leidt het, ondanks de vorming van de CMCS/PEO-laag, tot fysiek en direct contact tussen vocht en vruchtoppervlak. Bij contact van beide vernietigde vocht de buitenste natuurlijke beschermingslaag van fruit, wat op zijn beurt resulteerde in een versnelling van het waterverlies aan de binnenkant. Voor de groep die werd gedekt door electrospun CMCS/PEO nanovezelfilm, vertoonde het een redelijk goede waterretentie in vergelijking met de blanco controlegroep en het had niet veel effecten van de film dat de grondstoffen in water oplosbaar zijn.

De gewichtsverliesverhoudingen van aardbeien in verschillende groepen tijdens bewaring bij omgevingstemperatuur

Fruit Fresh-Keeping Test

Met betrekking tot de vershoudbaarheid van fruit zijn sensorische eigenschappen duidelijk een belangrijk kenmerk als beoordelingscriterium. De initiële (dag 0) sensorische eigenschappen (kleur, geur en textuur) van deze vier monsters worden in dezelfde mate als consistentie gepresenteerd (figuur 8a). Zoals te zien is in figuur 8, werden kleuren tijdens de opslag in verschillende gradaties gedimd bij alle behandelingen. Het aanvankelijke volle en glanzende uiterlijk van de blanco controlegroep was grotendeels verdwenen en 70% van het fruit begon te rotten, omdat aardbeien die dun zijn geschild en rijk aan sap waren, extreem mechanisch kwetsbaar waren, vooral voor waterverlies. Het toegepaste voorbeeld laat zien dat het volume duidelijk tot op zekere hoogte was gekrompen, met een kwaliteitsvermindering van 19,59 tot 11,10 g voor een gemiddelde controle (Fig. 8b). PE-wikkel had enkele gevolgen voor de preventie en beheersing van uitdroging. In Fig. 8c waren aardbeien een paar keer verwelkt, de kleur werd donkerder en er verscheen meeldauw van de kant van het individu. Opgemerkt wordt dat de groep CMCS/PEO-verfcoatings voornamelijk verdonkert en bruin wordt (Fig. 8d). Bruin worden is voornamelijk te wijten aan de oxidatieve afbraak van ascorbinezuur. Zoals hierboven vermeld, had de groep van degenen die waren versierd met verfcoatings de schil vernietigd en de bedekkende lagen van de vruchten zagen er in slechte staat uit, zoals de schil was niet glad en ernstige krimp, maar zonder enige rotting. De resultaten toonden aan dat de elektrospun CMCS/PEO-nanovezelfilm effectief was in het voorkomen van ziekten en rot en het verbeteren van het uiterlijk van fruit in de opslag in de figuur 8e. Net als andere groepen hadden de aardbeien in deze groep ook een beetje krimp en een aromatische smaak. De oorzaken van een slechte smaak kunnen in het algemeen verband houden met de microbiële proliferatie en suikeraccumulatie.

De eerste aardbeien a en de effecten van verschillende behandelingen op het uiterlijk van aardbeien van dezelfde grootte na 6 dagen opslag bij kamertemperatuur:b blanco controle, c beschermd met plastic folie, d beschermd door CMCS/PEO verfcoatings, en e beschermd met electrospun CMCS/PEO nanovezelfilm