Qual é a melhor proporção quando o PVP e a quitosana são usados juntos para conservação?

A proporção ideal de PVP (polivinilpirrolidona) e quitosana exige ajuste dinâmico com base no tipo de fruta ou legume, peso molecular da quitosana e processo de aplicação. O princípio fundamental é maximizar a eficácia da conservação por meio da "complementaridade na formação física de filme + sinergia antimicrobiana ". A seguinte análise centra-se em a faixa de proporção básica , fatores que influenciam , e recomendações práticas de aplicação , juntamente com exemplos específicos e estratégias de ajuste.

1. Faixa de proporção básica: faixa de efeito sinérgico de PVP e quitosana

De acordo com pesquisas e verificação experimental, a faixa eficaz de combinação de PVP e quitosana é geralmente:

• Concentração de PVP : 0,05%~0,2% (razão massa por volume, a mesma abaixo)
• Concentração de quitosana : 0,5%~2%
  Esta faixa pode simultaneamente atender aos requisitos de "densidade do filme" e "equilíbrio de permeabilidade ao ar" e cumprir os requisitos de segurança para alimentos. Por exemplo:
• Conservação de pêssego : 0,1% PVP + composto de 1,5% de quitosana, após 15 dias de armazenamento, a taxa de deterioração caiu para 5% (12% no grupo com apenas PVP e 25% no grupo não tratado), e a taxa de retenção de firmeza aumentou em 15%;
• Conservação de morango : 0,1% PVP + composto de 1% de quitosana, a taxa de bolor após 7 dias de armazenamento foi de apenas 8% (18% no grupo com apenas PVP), e a superfície do morango não apresentou sensação de stickiness.

2. Fatores influentes principais: a base essencial para o ajuste dinâmico da proporção

1. Características da casca de frutas e legumes e estabilidade durante o armazenamento

• Frutas e legumes de casca grossa e duradouros (maçãs, cítricos) :
  Uma concentração mais alta de quitosana (1,5%–2%) combinada com uma concentração mais baixa de PVP (0,05%–0,1%) pode ser usada para aumentar a proteção contra doenças aproveitando as fortes propriedades antimicrobianas da quitosana. Por exemplo, o tratamento de cítricos com 0,1% de PVP + 2% de quitosana reduziu a incidência de mofo penicillium em 60%.
• Frutas e legumes de casca fina e frágeis (morangos, pêssegos) :
  Reduzir a concentração de quitosana (0,5%–1%) e aumente a concentração de PVP (0,1%–0,2%) para evitar que a espessura excessiva do filme bloqueie os poros. Por exemplo, morangos tratados com 0,1% de PVP + 0,8% de quitosana sofreram apenas 6% de perda de peso após 10 dias de armazenamento (comparado a 10% apenas com quitosana), sem odor de respiração anaeróbica.

2. Peso molecular da quitosana e características de solubilidade

• Quitosana de baixo peso molecular (<100.000 Da) :
  Este material possui boa solubilidade em água, mas fracas propriedades de formação de filme. Portanto, a concentração deve ser aumentada para 1,5%–2% , e combinada com 0,1%–0,2% de PVP para aumentar a resistência do filme. Por exemplo, uma combinação de quitosana de baixo peso molecular (50.000 Da) e 0,15% de PVP pode formar um filme compósito uniforme e transparente, adequado para a conservação de vegetais folhosos.
• Quitosana de alto peso molecular (>100.000 Da) :
  Possui excelentes propriedades de formação de filme, mas requer dissolução ácida (como ácido acético a 1%). Ao formular a concentração pode ser reduzida para 0,5%–1% , e 0,05%–0,1% de PVP pode estabilizar a estrutura do filme. Por exemplo, uma quitosana de alto peso molecular (200.000 Da) combinada com 0,1% de PVP pode resultar em uma espessura de filme de 2–3 μm, adequada para a conservação de tomates.

3. Processo de aplicação e condições ambientais

• Método de imersão :
  A concentração de quitosana deve ser controlada entre 0,5% e 1,5% (para evitar imersão prolongada que possa resultar em uma película espessa), a concentração de PVP entre 0,05% e 0,1%, e o tempo de imersão deve ser de 5 a 8 minutos. Por exemplo, pepinos imersos em 0,1% de PVP + 1% de quitosana por 5 minutos retêm 85% da crocância após 10 dias de armazenamento.
• Espalhando :
  Pode ser utilizada. Uma concentração mais alta de quitosana (1,5%-2%) e uma concentração mais baixa de PVP (0,05%) pode ser usada. Ao controlar com precisão a pressão de pulverização (0,2-0,3 MPa), pode-se formar uma película composta ultrafina de 1-2 μm. Por exemplo, após pulverizar uvas com 0,05% de PVP + 1,5% de quitosana, a taxa de queda dos grãos reduziu em 40% após 20 dias de armazenamento.
• Ambientes com alta temperatura e alta umidade :
  Reduzir a concentração de quitosana para 0,5%-1% e aumentar a concentração de PVP para 0,1%-0,2% para melhorar a permeabilidade do filme ao ar. Por exemplo, lichias armazenadas em temperatura ambiente no verão podem reduzir seu índice de escurecimento da casca em 30% após tratamento com 0,15% de PVP + 1% de quitosana.

3. Sugestões de aplicação prática: quatro etapas para determinar a proporção ideal

1. Triagem experimental preliminar de proporções básicas

• Teste em gradiente : Para frutas e legumes-alvo, foram projetados três grupos de proporções (por exemplo, 0,1% PVP + 1% quitosana, 0,1% PVP + 1,5% quitosana, 0,15% PVP + 1% quitosana). Os indicadores de teste incluem:
  • Indicadores Físicos : espessura do filme (micrômetro a laser), transparência do filme (transmitância > 80% é excelente);
  • Indicadores de conservação : taxa de perda de peso (<5% é excelente), taxa de deterioração (<10% é excelente), taxa de respiração (redução superior a 30% é excelente);
  • Indicadores sensoriais : sensação pegajosa na superfície (ausência de sensação é excelente), sabor (ausência de odor é excelente).

2. Otimizar o processo de dissolução e controle de pH

• Ordem de dissolução :
  primeiro dissolva quitosana em solução de ácido acético a 1% (agite por 30 minutos até ficar transparente), depois adicione PVP (que deve ser previamente dissolvido em água desionizada) e, finalmente, use solução de NaOH para ajustar o pH para 5,5~6,5 (próximo ao neutro para evitar a degradação do PVP).
• Estabilidade do composto :
  Se ocorrer floculação, adicione 0,1%~0,2% de glicerol (plastificante) ou 0,05% de ácido cítrico (tampão de pH) para melhorar a estabilidade da solução.

3. Adaptar ao ambiente de armazenamento e requisitos de prazo de validade

• Armazenamento de curto prazo (<7 dias) :
  Alta concentração de quitosana (1,5%~2%) + baixa concentração de PVP (0,05%) pode ser usado para formar rapidamente um filme antibacteriano. Por exemplo, após os mirtilos serem tratados com PVP 0,05% + quitosana 1,5%, a taxa de deterioração é de apenas 5% após 3 dias de armazenamento em temperatura ambiente.
• Armazenamento de longo prazo (>7 dias) :
  É necessário equilibrar a respirabilidade e as propriedades antibacterianas . Utilize 0,1% de PVP + 1% de quitosana e refrigere (0~5 °C). Por exemplo, após maçãs serem tratadas com esta proporção, a taxa de retenção de dureza atinge 80% após refrigeração por 30 dias.

4. Verificação de Segurança e Confirmação de Conformidade

• Detecção de resíduos :
  A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) foi utilizada para detectar resíduos de PVP (necessário ser inferior a 0,01 mg/kg), e a atividade antibacteriana da quitosana foi verificada por meio do experimento de zona de inibição (a zona de inibição contra Escherichia coli foi maior que 15 mm, o que é excelente).
• Conformidade Regulamentar :
  Garantir que a quitosana seja de grau alimentício (grau de desacetilação > 85%) e que a concentração do composto esteja em conformidade com o uso máximo permitido de quitosana na "Norma de Uso de Aditivos Alimentares" (GB 2760) (geralmente ≤2%).

4. Caso Típico: Referência para a Proporção Ótima em Diferentes Frutas e Vegetais

Resumir

A proporção ideal de PVP e quitosana não é um valor fixo, mas precisa ser ajustada dinamicamente em torno do equilíbrio entre " propriedades antibacterianas, propriedades de formação de filme e respirabilidade". A estratégia principal é:

• Frutas e legumes com casca grossa : focar nas propriedades antibacterianas da quitosana (1,5%~2%), combinadas com baixa concentração de PVP (0,05%~0,1%);
• Frutas e legumes com casca fina : focar nas propriedades de formação de filme do PVP (0,1%-0,2%), combinadas com concentração média a baixa de quitosana (0,5%-1%);
• Ambiente complexo : Otimize o desempenho da membrana por meio de processos de composição (como ajuste de pH e adição de plastificante) e verifique a segurança e eficácia por meio de experimentos preliminares.

Por meio dos métodos acima, a vida útil de frutas e legumes pode ser prolongada, garantindo que a segurança e qualidade dos alimentos não sejam afetadas.