廢棄蝦殼制備殼聚糖-納米銀及其水果保鮮應用

程家耕，段 爍，王 橋，廖春燕，陳季旺，宮智勇

（武漢輕工大學 食品科學與工程學院，糧油深加工教育部重點實驗室，湖北省人文社科重點研究基地食品安全研究中心，湖北武漢 430023）

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 實驗材料

廢棄小龍蝦蝦殼、新鮮黑葡萄，均在清洗晾干后備用。

1.1.2 主要化學試劑

超純水，實驗室自制；甲殼素，熙美諾生物科技有限公司；硝酸銀、硼氫化鈉、氫氧化鈉、甲基橙等，國藥集團化學試劑有限公司；抗壞血酸，天津市登峰化學試劑廠；甲醇、鹽酸等，上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.3 主要實驗儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；掃描型紫外分光光度計，上海恰森儀器有限公司；恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；微波爐，廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司；恒溫磁力攪拌器，常州越新儀器制造有限公司；真空抽濾機，鞏義市予華儀器有限責任公司；電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；高速粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；透射電子顯微鏡，荷蘭賽默飛儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料制備

（1）h-chit的制備。h-chit制備方法參考文獻[5]，步驟如下。稱取50 g蝦殼，在水中加熱20 min后濾出干燥，并粉碎成粉末。隨后在1.5 mol·L-1的鹽酸溶液中加熱45 min后過濾烘干，即為天然甲殼素。稱取10 g天然甲殼素，加入100 mL45%氫氧化鈉溶液，微波加熱40 min后冷卻、過濾，隨后加入0.1 mol·L-1鹽酸浸泡過夜，過濾、烘干后得到天然殼聚糖樣品（h-chit）。

以該建筑物前12期數(shù)據(jù)建立預測模型，后2期數(shù)據(jù)作為檢驗數(shù)據(jù)，利用Excel軟件的數(shù)據(jù)處理模塊，最終確定采用一元二次多項式回歸方程對沉降曲線進行擬合，得到沉降預測模型，預測曲線與實測曲線對比如圖4所示。

（2）h-chit-AgNPs的制備。h-chit-AgNPs制備過程參考文獻[6]，步驟如下。稱取h-chit 10 mg并溶解于50 mL 水中，加入2 mL 0.02 mol·L-1的AgNO3溶液后磁力攪拌2 min，隨后逐滴加入少量NaBH4溶液，即可得到清澈透明的黃色的h-chit-AgNPs。在避光、低溫條件下儲藏。同時本研究以商品化殼聚糖（c-chit）制備c-chit-AgNPs用于對照實驗。

1.2.2 殼聚糖-納米銀復合物的結(jié)構(gòu)表征

采用透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）和紫外 - 可見光譜（Ultraviolet–Visible Spectroscopy，UV-Vis）對殼聚糖-納米銀復合物進行表征。

1.2.3 天然殼聚糖-納米銀復合物的保鮮作用

（1）果實保鮮處理及生化指標測定。將新鮮黑葡萄分為3組，每組10顆。其中A組僅用超純水噴涂，作為空白組，而B、C組則分別用等量的h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs噴涂。隨后晾干、室溫儲藏，定期測定并觀察表面腐敗情況。

（2）維生素C含量、失水率和腐爛率的測定。①維生素C含量利用紫外可見分光光度法測定，參考文獻[7]。②失水率的測定參考文獻[8]，以果實初始質(zhì)量為C2，以減少質(zhì)量為C1，失水率=C1/C2×100%。③腐爛數(shù)為D1，葡萄總個數(shù)為D2，發(fā)霉或外皮破裂的葡萄視為腐爛。腐爛率=D1/D2×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖-納米銀復合物表征

2.1.1 殼聚糖-納米銀復合物光學及光譜表征

本研究以廢棄蝦殼提取的殼聚糖（h-chit）及商品化殼聚糖（c-chit）為配體分別合成納米銀。圖1光學照片顯示，h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs均為光學外觀相似的透明澄清的黃色溶液。由圖2可知，二者的光譜特性也基本相似，最大吸收峰均在400 nm左右[9]，表明h-chit-AgNPs與c-chit-AgNPs光學性質(zhì)極為相似。

圖1 h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs的照片對比

圖2 h-chit-AgNPs與c-chit-AgNPs的紫外光譜圖對比

2.1.2 殼聚糖-納米銀復合物透射電子顯微鏡表征

透射電子顯微鏡（TEM）圖（見圖3）顯示h-chit-AgNPs與c-chit-AgNPs均為納米顆粒，但h-chit-AgNPs顆粒更小且更均勻。由于尺寸小的納米銀活性更高，結(jié)構(gòu)均勻的納米銀更穩(wěn)定，這表明h-chit-AgNPs具有更好的活性和穩(wěn)定性。綜上所述，h-chit可以作為商品化殼聚糖的替代品用于納米銀合成。

圖 3 h-chit-AgNPs（A）與 c-chit-AgNPs（B）的 TEM 對比圖

2.2 殼聚糖-納米銀復合物保鮮

2.2.1 失水率變化對比

將兩種殼聚糖-納米銀復合物分別作為葡萄保鮮劑，其葡萄失水率見圖4。葡萄失水率隨儲藏時間的延長而升高，在16 d時B組（h-chit-AgNPs）失水率分別比A組（空白組）和C組（c-chit-AgNPs）低12.38%、10.99%，B組表現(xiàn)出顯著的失水率抑制能力，表明h-chit-AgNPs能夠有效地維持葡萄的水分，保持葡萄鮮度。

圖4 h-chit-AgNPs、c-chit-AgNPs及對照組在葡萄保鮮中失水率變化

2.2.2 維生素C含量變化對比

由圖5可知，3組葡萄的維生素C含量均隨時間的延長而降低，下降最快的為空白組，其次為c-chit-AgNPs以及h-chit-AgNPs。這表明相比于空白組和h-chit-AgNPs，c-chit-AgNPs能有效抑制葡萄內(nèi)維生素C濃度的下降。

圖5 h-chit-AgNPs、c-chit-AgNPs及對照組在葡萄保鮮中維生素C含量變化

2.2.3 外觀變化對比

3組葡萄在12 d儲藏時間內(nèi)的外觀變化如圖6所示。A組葡萄以水為保鮮劑，在6 d后即出現(xiàn)了破裂和干癟等現(xiàn)象，12 d后幾乎全部破裂干癟；C組葡萄以c-chit-AgNPs為保鮮劑中，也出現(xiàn)了類似現(xiàn)象。但B組以h-chit-AgNPs為保鮮劑，僅有部分干癟，沒有破損，儲藏穩(wěn)定性更好。在12 d儲藏期間內(nèi)，A組和C組腐敗率分別為40%和20%，而B組并未出現(xiàn)腐爛，腐敗率為0%。說明c-chit-AgNPs對葡萄腐爛有一定程度的抑制作用，且比商品化h-chit-AgNPs抑制能力更強，在葡萄保鮮中有一定的應用潛力。

圖 6 空白組（A）、h-chit-AgNPs（B）和 c-chit-AgNPs（C）對葡萄保鮮的影響

3 結(jié)論

本研究利用廢棄蝦殼提取的天然殼聚糖制備了h-chit-AgNPs，并進一步研究了其在葡萄保鮮中的應用。結(jié)果顯示，本方法制備的h-chit-AgNPs在外觀、結(jié)構(gòu)及光學性質(zhì)上與商品化殼聚糖-納米銀（c-chit-AgNPs）基本一致。與空白對照組和c-chit-AgNPs相比，h-chit-AgNPs在葡萄儲藏期間可以有效抑制葡萄失重和腐爛、減緩維生素C損失，表現(xiàn)出良好的保鮮功能。因此，本研究制備的h-chit-AgNPs，不僅降低了制備成本，解決了蝦殼廢棄物，還是一種有潛力的水果保鮮材料。