Яке найкраще співвідношення при одночасному використанні ПВП та хітозану для зберігання?

Оптимальне співвідношення PVP (полівінілпіролідону) та хітозану потребує динамічного коригування залежно від типу фрукта чи овоча, молекулярної ваги хітозану та технологічного процесу. Основний принцип полягає в максимізації ефективності зберігання за рахунок «фізичної плівкоутворювальної взаємодії + синергії антибактеріальної дії» . Наведений нижче аналіз присвячений основному діапазону співвідношень , чинники, що впливають , а також практичним рекомендаціям щодо застосування , а також конкретним прикладам та стратегіям коригування.

1. Основний діапазон співвідношень: діапазон синергетичної дії PVP та хітозану

Згідно з дослідженнями та експериментальним підтвердженням, ефективний діапазон суміші PVP та хітозану зазвичай становить:

• Концентрація PVP : 0,05%~0,2% (масова до об'ємної концентрації, далі те саме)
• Концентрація хітозану : 0,5%~2%
  Цей діапазон одночасно задовольняє вимоги щодо «щільності плівки» та «балансу повітропроникності» і відповідає вимогам безпеки харчового класу. Наприклад:
• Зберігання персиків : 0,1% PVP + 1,5% сполука хітозану; після 15 днів зберігання рівень псування знизився до 5% (12% у групі лише з PVP та 25% у групі без обробки), а показник збереження твердості збільшився на 15%;
• Зберігання полуниці : 0,1% PVP + 1% сполука хітозану; після 7 днів зберігання рівень ураження цвіллю становив лише 8% (18% у групі лише з PVP), а поверхня полуниці не була липкою.

2. Ключові чинники впливу: основа для динамічного регулювання співвідношення

1. Характеристики шкірки овочів і фруктів та стабільність під час зберігання

• Фрукти та овочі з товстою шкіркою, довготривалі (яблука, цитрусові) :
  Вища концентрація хітозану (1,5%-2%) в поєднанні з нижчою концентрацією PVP (0,05%-0,1%) може використовуватися для підвищення захисту від хвороб за рахунок сильних протимікробних властивостей хітозану. Наприклад, обробка цитрусових 0,1% PVP + 2% хітозану зменшила поширення пеніцилінового цвілі на 60%.
• Фрукти та овочі з тонкою шкіркою, крихкі (полуниця, персики) :
  Зменшувати зниження концентрації хітозану (0,5%-1%) та підвищення концентрації PVP (0,1%-0,2%) щоб запобігти надмірній товщині плівки, яка може заблокувати пори. Наприклад, полуниця, оброблена 0,1% PVP + 0,8% хітозану, втратила лише 6% ваги після 10 днів зберігання (порівняно з 10% при використанні лише хітозану), без запаху анаеробного дихання.

2. Молекулярна маса хітозану та характеристики розчинності

• Хітозан з низькою молекулярною масою (<100 000 Да) :
  Цей матеріал має добру водну розчинність, але слабкі плівкоутворювальні властивості. Тому, концентрацію слід збільшити до 1,5%–2% , і поєднати з 0,1%–0,2% PVP для підвищення міцності плівки. Наприклад, поєднання хітозану з низькою молекулярною вагою (50 000 Да) та 0,15% PVP може утворити однорідну прозору композитну плівку, придатну для зберігання листових овочів.
• Хітозан з високою молекулярною вагою (>100 000 Да) :
  Має чудові плівкоутворювальні властивості, але потребує розчинення в кислому середовищі (наприклад, 1% оцтова кислота). Під час складання композиції концентрацію можна знизити до 0,5%-1% , а 0,05%-0,1% PVP допоможе стабілізувати структуру плівки. Наприклад, хітозан з високою молекулярною вагою (200 000 Да), сумішаний з 0,1% PVP, може забезпечити товщину плівки 2-3 мкм, що підходить для зберігання томатів.

3. Процес застосування та умови навколишнього середовища

• Метод занурення :
  Концентрацію хітозану слід підтримувати в межах від 0,5% до 1,5% (щоб уникнути тривалого замочування, яке може призвести до утворення товкої плівки), концентрацію PVP — від 0,05% до 0,1%, а час замочування має становити 5–8 хвилин. Наприклад, огірки, замочені у 0,1% PVP + 1% хітозану протягом 5 хвилин, зберігають 85% своєї хрумкості після 10 днів зберігання.
• Розплющення :
  Можна використовувати. Використовуючи вищу концентрацію хітозану (1,5%-2%) та нижчу концентрацію PVP (0,05%) шляхом точного контролю тиску розпилення (0,2–0,3 МПа) можна утворити надтонку композитну плівку товщиною 1–2 мкм. Наприклад, після обприскування винограду 0,05% PVP + 1,5% хітозану частота відпадання ягід зменшилася на 40% після 20 днів зберігання.
• Умови високої температури та високої вологості :
  Зменшувати знизьте концентрацію хітозану до 0,5%–1% і збільшити концентрацію PVP до 0,1%-0,2%, щоб підвищити повітропроникність мембрани. Наприклад, китайські личі, збережені при кімнатній температурі влітку, можуть знизити індекс потемніння шкірки на 30% після обробки 0,15% PVP + 1% хітозану.

3. Практичні рекомендації щодо застосування: чотири кроки для визначення оптимального співвідношення

1. Попереднє експериментальне відбір основних співвідношень

• Тест із градієнтами : Для цільових фруктів і овочів було розроблено три групи співвідношень (наприклад, 0,1% PVP + 1% хітозан, 0,1% PVP + 1,5% хітозан, 0,15% PVP + 1% хітозан). Показники тестування включають:
  • Візуальні ознаки : товщина плівки (лазерний товщиномір), прозорість плівки (прозорість > 80% — відмінно);
  • Показники зберігання : швидкість втрати маси (<5% — відмінно), швидкість псування (<10% — відмінно), швидкість дихання (зниження більше ніж на 30% — відмінно);
  • Сенсорні показники : відчуття липкості на поверхні (відсутність відчуття — відмінно), смак (відсутність запаху — відмінно).

2. Оптимізуйте процес розчинення та контроль рН

• Послідовність розчинення :
  спочатку розчиніть хітозан у 1% розчині оцтової кислоти (перемішуйте протягом 30 хвилин до отримання прозорого розчину), потім додайте PVP (необхідно попередньо розчинити у деіонізованій воді), і нарешті використовуйте розчин NaOH для регулювання рН до 5,5–6,5 (близько нейтрального, щоб уникнути деградації PVP)
• Стабільність сполуки :
  Якщо відбувається флокуляція, додайте 0,1–0,2% гліцеролу (пластифікатор) або 0,05% лимонної кислоти (буфер рН), щоб підвищити стабільність розчину

3. Адаптація до умов зберігання та вимог до терміну придатності

• Короткострокове зберігання (<7 днів) :
  Висока концентрація хітозану (1,5–2%) + низька концентрація PVP (0,05%) може використовуватися для швидкого утворення антибактеріальної плівки. Наприклад, після обробки чорниці 0,05% PVP + 1,5% хітозаном, рівень псування становить лише 5% після зберігання при кімнатній температурі протягом 3 днів
• Довгострокове зберігання (>7 днів) :
  Це необхідно збалансувати проникність повітря та антибактеріальні властивості . Використовуйте 0,1% PVP + 1% хітозану та зберігайте при охолодженні (0~5 °C). Наприклад, після обробки яблук у такому співвідношенні ступінь збереження твердості досягає 80% після зберігання в холодильнику протягом 30 днів.

4. Перевірка безпеки та підтвердження відповідності

• Виявлення залишків :
  Для виявлення залишків PVP використовували високоефективну рідинну хроматографію (ВЕРХ) (необхідно було менше 0,01 мг/кг), а антибактеріальну активність хітозану перевіряли за допомогою експерименту з інгібуючою зоною (зона пригнічення щодо Escherichia coli була більшою за 15 мм, що є відмінним показником).
• Підпорядкованість регуляціям :
  Переконайтеся, що хітозан є харчовим (ступінь деацетилювання > 85%) та що концентрація суміші відповідає максимальному використанню хітозану у «Стандарті використання харчових добавок» (GB 2760) (зазвичай ≤2%).

4. Типовий випадок: довідкова інформація щодо оптимального співвідношення для різних фруктів і овочів

Підсумувати

Оптимальне співвідношення pVP та хітозану не є фіксованим значенням, а потребує динамічної корекції навколо балансу « антимікробні властивості, плівкоутворюючі властивості та проникність для повітря». Основна стратегія полягає в наступному:

• Фрукти та овочі з товстою шкіркою : зосередження на антимікробних властивостях хітозану (1,5%~2%), у поєднанні з низькою концентрацією PVP (0,05%~0,1%);
• Фрукти та овочі з тонкою шкіркою : зосередження на плівкоутворюючих властивостях PVP (0,1%-0,2%), у поєднанні із середньою або низькою концентрацією хітозану (0,5%-1%);
• Складне середовище : Оптимізуйте роботу мембрани за допомогою процесів компаундування (наприклад, регулювання рН та додавання пластифікаторів) і перевірте безпеку та ефективність за допомогою попередніх експериментів.

Завдяки викладеним вище методам можна подовжити термін зберігання фруктів і овочів, забезпечуючи при цьому, що безпека та якість харчових продуктів не погіршуються.