ما هي النسبة المثلى عند استخدام PVP مع الشيتوزان للحفظ؟

يتطلب المعدل الأمثل بين PVP (بولي فينيل بيروليدون) والكيتوسان تعديلًا ديناميًا بناءً على نوع الفاكهة أو الخضار، والوزن الجزيئي للكيتوسان، وعملية التطبيق. المبدأ الأساسي هو تعظيم فعالية الحفظ من خلال "التكافل التشكيلي المادي + التآزر المضاد للميكروبات" ". يركز التحليل التالي على مدى النسبة الأساسية , العوامل المؤثرة , و توصيات التطبيق العملي ، إلى جانب أمثلة محددة واستراتيجيات التعديل.

1. مدى النسبة الأساسية: مدى التأثير التآزري بين PVP والكيتوسان

وفقًا للبحث والتحقق التجريبي، فإن مدى التركيب الفعال بين PVP والكيتوسان يكون عادةً:

• تركيز PVP : 0.05%~0.2% (نسبة الكتلة إلى الحجم، كما هو مذكور أدناه)
• تركيز الشيتوزان : 0.5%~2%
  يمكن لهذا النطاق أن يستوفي في آنٍ واحد متطلبات "كثافة الفيلم" و"توازن نفاذية الهواء"، بالإضافة إلى متطلبات السلامة للأغراض الغذائية. على سبيل المثال:
• حفظ الخوخ : 0.1% PVP + 1.5% مركب الشيتوزان، وبعد 15 يومًا من التخزين، انخفض معدل التعفن إلى 5% (مقارنة بـ 12% للمجموعة التي تستخدم PVP فقط و25% للمجموعة غير المعالجة)، وازداد معدل الاحتفاظ بالصلابة بنسبة 15%;
• حفظ الفراولة : 0.1% PVP + 1% مركب الشيتوزان، وكان معدل العفن بعد تخزينها لمدة 7 أيام 8% فقط (مقابل 18% للمجموعة التي تستخدم PVP فقط)، ولم يكن سطح الفراولة لزجًا عند اللمس.

2. العوامل المؤثرة الرئيسية: الأساس الأساسي للتعديل الديناميكي للنسبة

1. خصائص قشرة الفاكهة والخضروات واستقراريتها أثناء التخزين

• الفاكهة والخضروات ذات القشرة السميكة والطويلة الأمد (مثل التفاح والحمضيات) :
  تركيز أعلى من الشيتوزان (1.5٪ - 2٪) مقترنًا بتركيز أقل من PVP (0.05٪ - 0.1٪) يمكن استخدامه لتعزيز الحماية من الأمراض بالاستفادة من الخصائص المضادة للميكروبات للشيتوزان. على سبيل المثال، قلل علاج الحمضيات بـ 0.1٪ PVP + 2٪ شيتوزان من حدوث عفن البنيسلينيوم بنسبة 60٪.
• الفاكهة والخضروات ذات القشرة الرقيقة والهشة (مثل الفراولة والخوخ) :
  خفض يقلل من تركيز الشيتوزان (0.5٪ - 1٪) ويزيد من تركيز PVP (0.1٪ - 0.2٪) لمنع سماكة الفيلم الزائدة التي قد تسد المسام. على سبيل المثال، عانت الفراولة المعالجة بـ 0.1٪ PVP + 0.8٪ شيتوزان فقط من فقدان 6٪ من وزنها بعد 10 أيام من التخزين (مقارنةً بـ 10٪ مع الشيتوزان وحده)، دون ظهور رائحة تنفس لا هوائي.

2. الوزن الجزيئي للشيتوزان وخصائص الذوبانية

• الشيتوزان ذو الوزن الجزيئي المنخفض (<100,000 دالتون) :
  يتمتع هذا المATERIAL بذوبانية جيدة في الماء ولكن خصائص تشكيل الأغشية لديه ضعيفة. لذلك، يجب زيادة التركيز إلى 1.5٪–2٪ ومزجها مع 0.1٪–0.2٪ من مادة PVP لتعزيز متانة الفيلم. على سبيل المثال، يمكن لمزيج الكيتوسان ذي الوزن الجزيئي المنخفض (50,000 دالتون) مع 0.15٪ من مادة PVP تشكيل فيلم مركب متجانس وشفاف ومناسب للحفاظ على الخضروات الورقية.
• الكيتوسان عالي الوزن الجزيئي (>100,000 دالتون) :
  يتميز بخصائص ممتازة في تكوين الأغشية ولكن يتطلب إذابة حمضية (مثل حمض الخليك بنسبة 1٪). عند المزج، يمكن تخفيض التركيز إلى 0.5٪-1٪ ويمكن لمادة PVP بنسبة 0.05٪-0.1٪ أن تُثبّت بنية الفيلم. على سبيل المثال، يمكن لمزيج الكيتوسان عالي الوزن الجزيئي (200,000 دالتون) مع 0.1٪ من مادة PVP تحقيق سماكة فيلم تتراوح بين 2-3 ميكرومتر، وهو مناسب للحفاظ على الطماطم.

3. عملية التطبيق والظروف البيئية

• طريقة النقع :
  يجب التحكم في تركيز الشيتوزان بين 0.5% و1.5% (لتجنب النقع المطول الذي قد يؤدي إلى تكوّن طبقة سميكة)، وتركيز PVP بين 0.05% و0.1%، ويجب أن يكون وقت النقع من 5 إلى 8 دقائق. على سبيل المثال، تحتفظ الخيار المغمور في محلول يحتوي على 0.1% PVP + 1% شيتوزان لمدة 5 دقائق بنسبة 85% من هشاشته بعد 10 أيام من التخزين.
• الرش :
  يمكن استخدام تركيز أعلى من الشيتوزان (1.5%-2%) وتركيز أقل من PVP (0.05%) وذلك من خلال التحكم الدقيق في ضغط الرش (0.2-0.3 ميجا باسكال)، حيث يمكن تشكيل طبقة مركبة رقيقة جدًا بسمك 1-2 مايكرومتر. على سبيل المثال، بعد رش العنب بمحلول يحتوي على 0.05% PVP + 1.5% شيتوزان، انخفض معدل تساقط الحبات بنسبة 40% بعد 20 يومًا من التخزين.
• في البيئات ذات درجات الحرارة والرطوبة العالية :
  خفض يُقلل تركيز الشيتوزان إلى 0.5%-1% وزيادة تركيز PVP إلى 0.1%-0.2% لتحسين نفاذية الغشاء للهواء. على سبيل المثال، يمكن أن تقلل الليتشي المخزنة في درجة حرارة الغرفة خلال الصيف من مؤشر اسوداد القشرة بنسبة 30٪ بعد معالجتها بـ 0.15٪ PVP + 1٪ كيتوسان.

3. اقتراحات التطبيق العملي: أربع خطوات لتحديد النسبة المثلى

1. الفحص التجريبي الأولي للنسب الأساسية

• اختبار التدرج : بالنسبة للخضروات والفواكه المستهدفة، تم تصميم ثلاث مجموعات من النسب (مثل 0.1٪ PVP + 1٪ كيتوسان، 0.1٪ PVP + 1.5٪ كيتوسان، 0.15٪ PVP + 1٪ كيتوسان). وتشمل مؤشرات الاختبار ما يلي:
  • مؤشرات مادية : سماكة الفيلم (بواسطة جهاز قياس السماكة بالليزر)، وشفافية الفيلم (نسبة النفاذية > 80٪ تعتبر ممتازة);
  • مؤشرات الحفظ : معدل فقدان الوزن (<5٪ يعتبر ممتازًا)، ومعدل التعفن (<10٪ يعتبر ممتازًا)، ومعدل التنفس (انخفاض أكثر من 30٪ يعتبر ممتازًا);
  • المؤشرات الحسية : الشعور بالالتصاق على الجلد (عدم الشعور به يعتبر ممتازًا)، والطعم (عدم وجود رائحة غير مرغوب فيها يعتبر ممتازًا).

2. تحسين عملية الذوبان والتحكم في درجة الحموضة

• ترتيب الذوبان :
  أولاً، قم بحل الكيتوسان في محلول حمض الخليك بنسبة 1% (مع التحريك لمدة 30 دقيقة حتى يصبح المحلول صافياً)، ثم أضف PVP (الذي يجب أن يُذاب مسبقاً في ماء مقطر)، وأخيراً استخدم محلول NaOH لضبط درجة الحموضة بين 5.5 و6.5 (قريبة من المحايدة لتجنب تدهور PVP).
• ثبات المركب :
  إذا حدث التكتل، أضف 0.1%~0.2% جلسرين (مطيل) أو 0.05% حمض الستريك (محلول عازل لدرجة الحموضة) لتعزيز استقرار المحلول.

3. التكيف مع بيئة التخزين ومتطلبات مدة الصلاحية

• التخزين قصير الأجل (<7 أيام) :
  تركيز عالي من الكيتوسان (1.5%~2%) + تركيز منخفض من PVP (0.05%) يمكن استخدامه لتكوين سريع لفيلم مضاد للبكتيريا. على سبيل المثال، بعد معالجة التوت الأزرق بمحلول يحتوي على 0.05% PVP + 1.5% كيتوسان، تكون نسبة التعفن فقط 5% بعد تخزينها في درجة حرارة الغرفة لمدة 3 أيام.
• التخزين طويل الأجل (>7 أيام) :
  من الضروري موازنة قابلية التهوية والخصائص المضادة للبكتيريا . استخدم 0.1% من PVP + 1% من الشيتوزان واحفظه في الثلاجة (0~5℃). على سبيل المثال، بعد معالجة التفاح بهذا المزيج، تصل نسبة الحفاظ على الصلابة إلى 80% بعد التبريد لمدة 30 يومًا.

4. التحقق من الأمان وتأكيد الامتثال

• كشف المتبقيات :
  تم استخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء (HPLC) للكشف عن بقايا PVP (يجب أن تكون أقل من 0.01 ملغ/كغ)، وتم التحقق من النشاط المضاد للبكتيريا للشيتوزان من خلال تجربة منطقة التثبيط (كانت منطقة التثبيط ضد الإشريكية القولونية أكبر من 15 مم، وهي نتيجة ممتازة).
• الامتثال التنظيمي :
  تأكد من أن الشيتوزان يكون من الدرجة الغذائية (درجة إزالة الأسيتيل > 85%) وأن تركيز المركب يتوافق مع الحد الأقصى للاستخدام المسموح به للشيتوزان في "مدونة استخدام المواد المضافة للأغذية" (GB 2760) (عادةً ≤2%).

4. حالة نموذجية: مرجع لنسبة مثالية لأنواع مختلفة من الفواكه والخضروات

تلخيص

النسبة المثلى من PVP والكيتوسان ليست قيمة ثابتة، بل تحتاج إلى تعديل ديناميكي حول التوازن بين " الخصائص المضادة للبكتيريا، وخصائص تشكيل الأغشية، والتنفس". الاستراتيجية الأساسية هي:

• الفواكه والخضروات ذات القشرة السميكة : التركيز على الخصائص المضادة للبكتيريا للكيتوسان (1.5%~2%)، مقرونة بتركيز منخفض من PVP (0.05%~0.1%);
• الفواكه والخضروات ذات القشرة الرقيقة : التركيز على خصائص تشكيل الأغشية لـ PVP (0.1%-0.2%)، مقرونة بتركيز متوسط إلى منخفض من الكيتوسان (0.5%-1%);
• بيئة معقدة : قم بتحسين أداء الغشاء من خلال عمليات المزج (مثل تعديل درجة الحموضة وإضافة المواد البلاستيكية)، والتحقق من السلامة والفعالية من خلال تجارب أولية.

من خلال الطرق المذكورة أعلاه، يمكن تمديد عمر الفواكه والخضروات الافتراضي مع التأكد من عدم التأثير على سلامة الأغذية ونوعيتها.