废弃虾壳制备壳聚糖-纳米银及其水果保鲜应用

程家耕，段 烁，王 桥，廖春燕，陈季旺，宫智勇

（武汉轻工大学 食品科学与工程学院，粮油深加工教育部重点实验室，湖北省人文社科重点研究基地食品安全研究中心，湖北武汉 430023）

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

1.1.1 实验材料

废弃小龙虾虾壳、新鲜黑葡萄，均在清洗晾干后备用。

1.1.2 主要化学试剂

超纯水，实验室自制；甲壳素，熙美诺生物科技有限公司；硝酸银、硼氢化钠、氢氧化钠、甲基橙等，国药集团化学试剂有限公司；抗坏血酸，天津市登峰化学试剂厂；甲醇、盐酸等，上海麦克林生化科技有限公司。

1.1.3 主要实验仪器

电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；扫描型紫外分光光度计，上海恰森仪器有限公司；恒温水浴锅，国华电器有限公司；微波炉，广东格兰仕微波生活电器制造有限公司；恒温磁力搅拌器，常州越新仪器制造有限公司；真空抽滤机，巩义市予华仪器有限责任公司；电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；高速粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；透射电子显微镜，荷兰赛默飞仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 材料制备

（1）h-chit的制备。h-chit制备方法参考文献[5]，步骤如下。称取50 g虾壳，在水中加热20 min后滤出干燥，并粉碎成粉末。随后在1.5 mol·L-1的盐酸溶液中加热45 min后过滤烘干，即为天然甲壳素。称取10 g天然甲壳素，加入100 mL45%氢氧化钠溶液，微波加热40 min后冷却、过滤，随后加入0.1 mol·L-1盐酸浸泡过夜，过滤、烘干后得到天然壳聚糖样品（h-chit）。

以该建筑物前12期数据建立预测模型，后2期数据作为检验数据，利用Excel软件的数据处理模块，最终确定采用一元二次多项式回归方程对沉降曲线进行拟合，得到沉降预测模型，预测曲线与实测曲线对比如图4所示。

（2）h-chit-AgNPs的制备。h-chit-AgNPs制备过程参考文献[6]，步骤如下。称取h-chit 10 mg并溶解于50 mL 水中，加入2 mL 0.02 mol·L-1的AgNO3溶液后磁力搅拌2 min，随后逐滴加入少量NaBH4溶液，即可得到清澈透明的黄色的h-chit-AgNPs。在避光、低温条件下储藏。同时本研究以商品化壳聚糖（c-chit）制备c-chit-AgNPs用于对照实验。

1.2.2 壳聚糖-纳米银复合物的结构表征

采用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）和紫外 - 可见光谱（Ultraviolet–Visible Spectroscopy，UV-Vis）对壳聚糖-纳米银复合物进行表征。

1.2.3 天然壳聚糖-纳米银复合物的保鲜作用

（1）果实保鲜处理及生化指标测定。将新鲜黑葡萄分为3组，每组10颗。其中A组仅用超纯水喷涂，作为空白组，而B、C组则分别用等量的h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs喷涂。随后晾干、室温储藏，定期测定并观察表面腐败情况。

（2）维生素C含量、失水率和腐烂率的测定。①维生素C含量利用紫外可见分光光度法测定，参考文献[7]。②失水率的测定参考文献[8]，以果实初始质量为C2，以减少质量为C1，失水率=C1/C2×100%。③腐烂数为D1，葡萄总个数为D2，发霉或外皮破裂的葡萄视为腐烂。腐烂率=D1/D2×100%。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖-纳米银复合物表征

2.1.1 壳聚糖-纳米银复合物光学及光谱表征

本研究以废弃虾壳提取的壳聚糖（h-chit）及商品化壳聚糖（c-chit）为配体分别合成纳米银。图1光学照片显示，h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs均为光学外观相似的透明澄清的黄色溶液。由图2可知，二者的光谱特性也基本相似，最大吸收峰均在400 nm左右[9]，表明h-chit-AgNPs与c-chit-AgNPs光学性质极为相似。

图1 h-chit-AgNPs和c-chit-AgNPs的照片对比

图2 h-chit-AgNPs与c-chit-AgNPs的紫外光谱图对比

2.1.2 壳聚糖-纳米银复合物透射电子显微镜表征

透射电子显微镜（TEM）图（见图3）显示h-chit-AgNPs与c-chit-AgNPs均为纳米颗粒，但h-chit-AgNPs颗粒更小且更均匀。由于尺寸小的纳米银活性更高，结构均匀的纳米银更稳定，这表明h-chit-AgNPs具有更好的活性和稳定性。综上所述，h-chit可以作为商品化壳聚糖的替代品用于纳米银合成。

图 3 h-chit-AgNPs（A）与 c-chit-AgNPs（B）的 TEM 对比图

2.2 壳聚糖-纳米银复合物保鲜

2.2.1 失水率变化对比

将两种壳聚糖-纳米银复合物分别作为葡萄保鲜剂，其葡萄失水率见图4。葡萄失水率随储藏时间的延长而升高，在16 d时B组（h-chit-AgNPs）失水率分别比A组（空白组）和C组（c-chit-AgNPs）低12.38%、10.99%，B组表现出显著的失水率抑制能力，表明h-chit-AgNPs能够有效地维持葡萄的水分，保持葡萄鲜度。

图4 h-chit-AgNPs、c-chit-AgNPs及对照组在葡萄保鲜中失水率变化

2.2.2 维生素C含量变化对比

由图5可知，3组葡萄的维生素C含量均随时间的延长而降低，下降最快的为空白组，其次为c-chit-AgNPs以及h-chit-AgNPs。这表明相比于空白组和h-chit-AgNPs，c-chit-AgNPs能有效抑制葡萄内维生素C浓度的下降。

图5 h-chit-AgNPs、c-chit-AgNPs及对照组在葡萄保鲜中维生素C含量变化

2.2.3 外观变化对比

3组葡萄在12 d储藏时间内的外观变化如图6所示。A组葡萄以水为保鲜剂，在6 d后即出现了破裂和干瘪等现象，12 d后几乎全部破裂干瘪；C组葡萄以c-chit-AgNPs为保鲜剂中，也出现了类似现象。但B组以h-chit-AgNPs为保鲜剂，仅有部分干瘪，没有破损，储藏稳定性更好。在12 d储藏期间内，A组和C组腐败率分别为40%和20%，而B组并未出现腐烂，腐败率为0%。说明c-chit-AgNPs对葡萄腐烂有一定程度的抑制作用，且比商品化h-chit-AgNPs抑制能力更强，在葡萄保鲜中有一定的应用潜力。

图 6 空白组（A）、h-chit-AgNPs（B）和 c-chit-AgNPs（C）对葡萄保鲜的影响

3 结论

本研究利用废弃虾壳提取的天然壳聚糖制备了h-chit-AgNPs，并进一步研究了其在葡萄保鲜中的应用。结果显示，本方法制备的h-chit-AgNPs在外观、结构及光学性质上与商品化壳聚糖-纳米银（c-chit-AgNPs）基本一致。与空白对照组和c-chit-AgNPs相比，h-chit-AgNPs在葡萄储藏期间可以有效抑制葡萄失重和腐烂、减缓维生素C损失，表现出良好的保鲜功能。因此，本研究制备的h-chit-AgNPs，不仅降低了制备成本，解决了虾壳废弃物，还是一种有潜力的水果保鲜材料。