核桃青皮提取物納米銀的綠色制備工藝及其保鮮性能研究

摘""" 要：為研究核桃青皮提取物納米銀的制備工藝條件，測(cè)定納米銀復(fù)合涂膜對(duì)櫻桃的保鮮性能，以核桃青皮的水提物作為還原劑和穩(wěn)定劑，通過單因素試驗(yàn)來優(yōu)化納米銀的制備條件，采用紫外可見分光光度（UV-Vis）法對(duì)所制備的納米銀進(jìn)行表征。同時(shí)，將櫻桃作為待保鮮材料，測(cè)定櫻桃失重率、pH、可滴定酸的變化，表征納米銀復(fù)合涂膜的保鮮性能。結(jié)果表明，納米銀復(fù)合涂膜可以延長(zhǎng)櫻桃的貯藏期。核桃青皮提取物納米銀的制備工藝條件：硝酸銀濃度為0.012 mol·L-1，核桃青皮提取液質(zhì)量濃度為0.006 g·mL-1，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為3 h。綜上，本研究可為核桃青皮的高值化利用、納米銀的綠色制備提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：核桃青皮;銀納米粒子;綠色制備工藝;保鮮性能

中圖分類號(hào)：TS255.3" """"""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A"""""" DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.09.011

收稿日期：2024-08-16

基金項(xiàng)目：云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項(xiàng)目（2019HB055）;云南省“高層次人才培養(yǎng)支持計(jì)劃”青年拔尖人才項(xiàng)目（YNWR-QNBJ-2020-104）;云南省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（202211391117）

作者簡(jiǎn)介：王映（2003—），女，四川資中人，在讀本科生，主要從事天然產(chǎn)物提取及活性研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：楊申明（1976—），男，云南雙柏人，正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事食品包裝與保鮮研究。

王振吉（1983—），男，遼寧綏中人，博士，教授，主要從事食品包裝與保鮮研究。

An Axamination of the Environmental Friendliness and Freshness Preservation Capabilities of Nano-Silver Derived from Walnut Green Peel Extract

WANG Ying， YANG Yi， PENG Shumin， YANG Shenming， WANG Zhenji

（Department of Resources， Environment and Chemistry， Chuxiong Normal University， Chuxiong， Yunnan 675000， China）

Abstract： The preparation conditions of nano silver extracted from walnut green peelis were studied， and the preservation performance of nano silver composite coating on cherry was determined. The aqueous extract of walnut shell was employed as a reducing and stabilizing agent in the synthesis of silver nanoparticles. The process conditions for the production of silver nanoparticles were refined through a series of single-variable experiments. The resulting nanoparticles were subsequently analyzed using UV-visible spectroscopy. Cherry was chosen as the preservative material， and the preservative efficacy of the nano-silver composite film was evaluated by assessing the weight loss rate， pH， and titratable acidity of the cherry. The results showed that nano silver composite coating could prolong the storage life of cherry. The preparation conditions of nano silver from walnut green peel extract were as follows： the concentration of silver nitrate was 0.012 mol·L-1， the concentration of walnut green peel extract was 0.006 g·mL-1， and the reaction time was 3 h. This study can provide a theoretical basis for the high-value utilization of walnut green peel and the green preparation of nano silver.

Key words：walnut green peel; silver nanoparticles; green preparation process; preservation performance

核桃青皮為核桃外部的一層綠色果皮，含多種有效成分，如胡桃醌、多糖、黃酮、酚類等，可以應(yīng)用于殺蟲劑、生物質(zhì)碳、降血壓藥等方面[1]。在食品保鮮包裝中，納米銀可以促進(jìn)乙烯的氧化，因此將納米銀加入包裝材料中可以延長(zhǎng)果蔬的保鮮時(shí)間。通過將納米銀制備成復(fù)合涂層并涂抹在果實(shí)上，可以起到保護(hù)作用，提高保鮮與抗氧化性能，延長(zhǎng)果實(shí)的貯藏期。張朝濤等[2]研究表明，納米銀的抑菌率與濃度有量效關(guān)系，納米銀濃度為10 mg·L-1時(shí)，其抑菌率達(dá)到79%。余文華等[3]研究表明，含有納米抗菌母粒的保鮮膜可使青椒的保鮮期達(dá)3個(gè)月以上，失重率低于 5%，好果率達(dá)90%以上。佟彤[4]研究表明，在低濃度條件下，納米銀也能發(fā)揮抗菌與殺菌作用。

納米材料具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物特性，在電子、光學(xué)、環(huán)境和生物等[5]領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。納米銀（Silver nanoparticles， AgNPs）因其獨(dú)特的催化活性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和抗菌活性，應(yīng)用范圍較廣。納米粒子的制備方法分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理制備方法包括機(jī)械球磨法[6]、電弧放電法[7]、激光灼燒法[8]等。物理法制備出的納米銀純度高，但對(duì)儀器設(shè)備要求高、運(yùn)行成本昂貴、能源需求負(fù)擔(dān)重[9]?；瘜W(xué)制備方法包括化學(xué)還原法[10]、電化學(xué)法[11]和光化學(xué)法[12]等。化學(xué)法具有操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但試劑和副產(chǎn)物毒性大，制備得到的AgNPs不適用于食品包裝。生物法利用天然植物及產(chǎn)物制備納米粒子，無需添加化學(xué)還原劑和穩(wěn)定劑。與物理法和化學(xué)法相比，生物法具有成本低、反應(yīng)條件溫和、不產(chǎn)生副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)[13]。核桃青皮提取物中含有萜類、黃酮類、多糖類、醛類等還原性物質(zhì)，這些物質(zhì)可在室溫和常壓下將金屬離子還原為納米顆粒，能夠綠色合成AgNPs，被廣泛用于制備AgNPs。

目前，有關(guān)核桃青皮提取物制備AgNPs的研究鮮見報(bào)道。本研究采用綠色制備法，以核桃青皮中的水提物為還原劑和穩(wěn)定劑，研究硝酸銀濃度、核桃青皮提取液質(zhì)量濃度和反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)制備AgNPs的影響，并對(duì)所制備的AgNPs進(jìn)行表征分析;同時(shí)，選取櫻桃作為待保鮮材料，將AgNPs復(fù)合涂膜涂抹在櫻桃上，通過對(duì)失重率、pH、可滴定酸含量的測(cè)定以及對(duì)櫻桃外觀的觀察，探究其對(duì)櫻桃的保鮮效果，旨在為核桃青皮提取物AgNPs的綠色制備及其應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑 核桃青皮產(chǎn)自云南楚雄，將新鮮的核桃青皮清洗、曬干，放入55 ℃干燥箱中烘干，隨后用粉碎機(jī)粉碎，過0.425 mm篩，備用。櫻桃，產(chǎn)自云南楚雄紫溪山。試劑有無水乙醇、硝酸銀、氫氧化鈉、維生素C、次氯酸鈉、酚酞（國(guó)產(chǎn)分析純）、羧甲基纖維素（天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）。

1.1.2 儀器與設(shè)備 儀器與設(shè)備包括UV-5500紫外可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）、SHZ-IIIA循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、CP224C電子天平（奧豪斯儀器有限公司）、HWS-26電熱恒溫水浴鍋（上海蟻霖科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 核桃青皮提取液的制備 用分析天平準(zhǔn)確稱取0.6 g核桃青皮粉末，用100 mL體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇溶解，在溫度為40 ℃、功率為400 W的條件下，超聲處理30 min，提取完畢后，進(jìn)行抽濾，備用。

1.2.2 納米銀的合成 在一定條件下，將濃度為0.012 mol·L-1的硝酸銀溶液與質(zhì)量濃度為0.006 g·mL-1的核桃青皮提取液按1∶6的體積比混合，并將其攪拌直至反應(yīng)充分，以等濃度的AgNO3溶液作為對(duì)照[14]。

1.2.3 納米銀制備條件的優(yōu)化 本研究以硝酸銀濃度為0.008 mol·L-1、反應(yīng)時(shí)間為2.0 h、核桃青皮提取液質(zhì)量濃度為0.008 g·mL-1作為基礎(chǔ)條件進(jìn)行單因素試驗(yàn)，依次考察核桃青皮提取液質(zhì)量濃度、硝酸銀濃度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)制備AgNPs的影響。納米粒子的紫外吸收峰峰寬、位置均會(huì)隨著粒徑的變化而變化，因此本研究利用紫外-可見光譜對(duì)生成的AgNPs進(jìn)行檢測(cè)[15]。

1.2.4 納米銀復(fù)合涂膜對(duì)櫻桃保鮮性能的測(cè)定 （1）樣品制備。精確稱取1.5 g羧甲基纖維素（CMC），加入100 mL超純水，攪拌均勻，得到羧甲基纖維素涂膜液[16-17]。隨后，精確稱取1.5 g CMC加入到稀釋過的納米銀溶液中，攪拌均勻，得到CMC-AgNPs涂膜液。

挑選表面無損傷、大小和色澤相同的櫻桃180 顆，用超純水洗凈，晾干，浸泡在NaClO溶液中。浸漬后取出晾干，將其平均分成3個(gè)組，分別為空白組（CK）、對(duì)照組（櫻桃置于CMC涂膜液中浸泡）、試驗(yàn)組（櫻桃置于CMC-AgNPs復(fù)合涂膜液中浸泡），將3組樣品放于培養(yǎng)皿中，在室溫條件下，貯藏5 d，取樣進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3次。

（2）失重率的測(cè)定。將各組櫻桃分別置于分析天平上稱量并記錄質(zhì)量，將貯藏0 d的櫻桃質(zhì)量記為m0（g），儲(chǔ)藏t d的櫻桃質(zhì)量記mt（g）。失重率公式如下[18]：

失重率=×100%（1）

（3）pH值的測(cè)定。從3組樣品中隨機(jī)選取櫻桃果實(shí)，剝皮去核后，稱取果實(shí)，果實(shí)質(zhì)量3 g左右，將櫻桃果肉置于研缽中研磨成漿，轉(zhuǎn)移至燒杯中，測(cè)定pH值，記錄各組數(shù)據(jù)[19]。

（4）可滴定酸含量的測(cè)定。從3組樣品中隨機(jī)選取櫻桃果實(shí)，剝皮去核后，稱取果實(shí)，果實(shí)質(zhì)量3 g左右，將果肉研磨成漿，移至容量瓶中定容并搖勻，靜置30 min后抽濾，取20 mL濾液置于250 mL錐形瓶中，加酚酞指示試劑2滴，用標(biāo)定好的0.101 2 mol·L-1 NaOH溶液進(jìn)行滴定。當(dāng)溶液變?yōu)榉凵?0 s內(nèi)不褪色時(shí)，記錄 NaOH溶液消耗的體積。選取空白對(duì)照組將樣品溶液換成超純水，用同樣的方法進(jìn)行滴定[20]，重復(fù)3次，取平均值。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 本研究使用Microsoft Excel軟件繪圖和處理數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3次，用平均值表示。2" 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 AgNO3濃度的確定 由圖1可知，隨著AgNO3濃度的增大，吸收峰的高度逐漸升高。當(dāng)AgNO3濃度為0.006、0.008、0.010 mol·L-1時(shí)，吸收峰的位置變化較小，寬度逐漸呈變小趨勢(shì)。當(dāng)AgNO3濃度為0.012、0.014 mol·L-1時(shí)，吸收峰出現(xiàn)了變高情況，并且位置發(fā)生了紅移。這說明納米銀的粒徑逐漸增大。由Mie理論可知，納米銀粒徑越大，吸收峰位置紅移;納米銀粒徑越小，吸收峰位置藍(lán)移;吸收峰半高寬變窄，納米銀顆粒分布更加集中[21]。因此，本研究確定較佳的AgNO3濃度為" 0.012 mol·L-1。

2.1.2 核桃青皮提取物濃度的確定 由圖2可知，當(dāng)核桃青皮提取物質(zhì)量濃度為0.002 g·mL-1時(shí)，溶液中還原劑的含量相對(duì)較低，不能將Ag全部還原為AgNPs，顆粒粒徑較大。當(dāng)核桃青皮提取物質(zhì)量濃度為0.004、0.006 g·mL-1時(shí)，吸收峰出現(xiàn)了藍(lán)移，并且位置和形狀基本保持一致。這表明合成的AgNPs粒徑基本相近。當(dāng)核桃青皮提取物質(zhì)量濃度為0.008 g·mL-1時(shí)，吸收峰位置變寬。這說明粒徑均勻性變差。當(dāng)核桃青皮提取物質(zhì)量濃度增大至0.010 g·mL-1時(shí)，吸收峰出現(xiàn)了紅移，粒徑明顯增大。因此，本研究確定較佳的核桃青皮提取物質(zhì)量濃度為0.006 g·mL-1。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間的確定 由圖3可知，反應(yīng)時(shí)間為2.0 h時(shí)，吸收峰寬度較寬。原因是反應(yīng)時(shí)間不足，反應(yīng)不充分，發(fā)生聚集現(xiàn)象。

反應(yīng)時(shí)間為3.0、3.5 h，生成的AgNPs表面能增加，導(dǎo)致粒子間聚集降低。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，吸收峰出現(xiàn)了相對(duì)紅移現(xiàn)象。因此，本研究確定較佳的反應(yīng)時(shí)間為3.0 h。

2.2 納米銀復(fù)合涂膜對(duì)櫻桃保鮮性能的測(cè)定

2.2.1 外觀 櫻桃的顏色、果實(shí)飽滿度是購買櫻桃的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)。好的櫻桃顆粒飽滿、色澤鮮艷、晶瑩剔透。隨著貯藏天數(shù)的增加，櫻桃的外觀、色澤、水分含量均會(huì)發(fā)生變化[22]。隨著時(shí)間的推移，各組櫻桃都不同程度地出現(xiàn)顏色加深、果皮皺縮的現(xiàn)象。貯藏第5天時(shí)，CK空白組、CMC涂膜組的部分櫻桃發(fā)生褐變，其中CK空白組的褐變程度最強(qiáng)，并且有酸臭、霉臭味道，而 CMC-AgNPs涂膜組僅是顏色加深、果肉皺縮，仍有部分櫻桃果實(shí)飽滿且表皮有光澤。由此說明，CMC-AgNPs涂膜有較好的保鮮效果，可以延長(zhǎng)櫻桃的貯藏時(shí)間，并保持櫻桃的商品性（圖4）。

2.2.2 失重率 失水是櫻桃品質(zhì)質(zhì)量下降的主要原因。由圖5可知，櫻桃的失重率隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。貯藏第5天時(shí)， CK空白組、CMC涂膜組、CMC-AgNPs涂膜組的失重率分別為13.14%、7.47%、6.52%，其中CMC-AgNPs涂膜組的失重率最低。主要原因是涂膜處理會(huì)在櫻桃的表面形成一層具有阻隔功能的薄膜，阻隔二氧化碳溢出和外界氧氣進(jìn)入，降低果實(shí)的呼吸速率。由此可知，涂膜處理降低了果實(shí)的蒸騰速率和代謝速率，減少了水分損失和干物質(zhì)損耗，并且CMC-AgNPs復(fù)合涂膜組的效果最好。

2.2.3 pH pH值影響著果實(shí)的口感，是評(píng)價(jià)水果的一項(xiàng)重要的指標(biāo)之一。水果的酸度主要來自于有機(jī)酸。通過呼吸作用，有機(jī)酸會(huì)氧化成二氧化碳和水，也會(huì)被鉀、鈣等物質(zhì)中和。隨著水果的成熟，水果的酸味會(huì)逐漸減少，pH值會(huì)增大。由圖6可知，3組櫻桃的pH值均隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升。貯藏第5天時(shí)，CK空白組、CMC涂膜組、CMC-AgNPs涂膜組的pH值分別為4.44、4.31、4.23，CMC-AgNPs涂膜組的pH值最低。由此可知，CMC-AgNPs復(fù)合涂膜處理在一定程度上維持了果實(shí)的pH值，既保留了果實(shí)原有的口感，又抑制了微生物的生長(zhǎng)代謝。2.2.4 可滴定酸含量 有機(jī)酸是可滴定酸的主要成分，其含量對(duì)櫻桃的品質(zhì)、貯藏性都具有極大的影響。櫻桃的品質(zhì)隨著酸度的下降而下降，適宜的酸度能使櫻桃具有誘人的風(fēng)味和色澤。若可滴定酸含量過低，會(huì)使櫻桃淡而無味[23]。因此，在貯藏過程中，可滴定酸含量的變化對(duì)櫻桃的貯藏保鮮具有重要影響。由圖7可知，可滴定酸含量在貯藏第1天后顯著下降，隨后緩慢下降，直至平緩。貯藏第5天時(shí)，CK組的可滴定酸含量為2.43%，CMC涂膜組的可滴定酸含量為3.91%，CMC-AgNPs涂膜組的可滴定酸含量為5.79%，CMC-AgNPs復(fù)合涂膜組的可滴定酸含量最高。主要原因是櫻桃表面涂膜阻隔了內(nèi)外氣體的交換，降低了櫻桃的呼吸速率與強(qiáng)度，減緩了有機(jī)酸的轉(zhuǎn)化，從而維持了較高的可滴定酸含量。由此可知，涂膜處理能顯著延緩有機(jī)酸含量的下降速度，保持櫻桃原有的口感，并且CMC-AgNPs復(fù)合涂膜組的效果更好。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究利用核桃青皮水提物制備納米粒子，在AgNPs的合成過程中加入AgNO3，溶液顏色由深棕色變成灰綠色，初步合成了銀納米粒子。由于形狀、尺寸、顆粒之間的相互作用和自由電子密度對(duì)納米顆粒的影響，紫外-可見光譜被認(rèn)為是檢測(cè)納米顆粒電子轉(zhuǎn)移的有效方法[24]。本研究利用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)合成的AgNPs進(jìn)行初步表征，所得結(jié)果與使用柚子皮提取液制備合成的AgNPs結(jié)果相似[25]。

利用植物及其提取物合成AgNPs的方法簡(jiǎn)單高效，并且不產(chǎn)生副產(chǎn)物。因此，植物提取物越來越受到重視。該研究利用核桃青皮水提物制備納米粒子，具有簡(jiǎn)單、成本低、綠色無污染的優(yōu)點(diǎn)。目前，利用植物提取物成功合成AgNPs并對(duì)其進(jìn)行表征與應(yīng)用的研究較多。Ashraf等[26]研究發(fā)現(xiàn)，小粒徑的銀納米顆粒具有較強(qiáng)的殺菌能力。Anandalakshmi等[27]研究表明，綠色合成法是一種生態(tài)友好的方法，能夠產(chǎn)生具有抗菌活性的AgNPs。

櫻桃屬于漿果類果實(shí)，水分保存得當(dāng)，能有效延長(zhǎng)果實(shí)的貯藏期。減少果實(shí)水分的流失和降低果實(shí)呼吸作用，是提高漿果延長(zhǎng)貯藏期的關(guān)鍵。利用核桃青皮水提物納米銀浸漬櫻桃后，櫻桃表面會(huì)形成一層具有阻隔功能的薄膜，阻隔二氧化碳溢出和外界氧氣進(jìn)入，降低果實(shí)的呼吸速率，減少果實(shí)水分的流失，提高果實(shí)的貯藏期。因此，櫻桃經(jīng)過處理后，果實(shí)水分流失較對(duì)照緩慢。

櫻桃侵染性病害主要是真菌性病害。貯藏過程中，管理人員要注意防止病菌在果實(shí)上生長(zhǎng)繁殖和果實(shí)腐爛變質(zhì)。AgNPs具有強(qiáng)大的抗菌活性，可以對(duì)抗多種細(xì)菌病原體[28]。本研究首次用核桃青皮水提物合成AgNPs，并用其浸漬櫻桃，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CMC-AgNPs抑制了櫻桃果實(shí)腐爛，與對(duì)照CMC涂膜組形成明顯差異。

3.2 結(jié)論

本研究以硝酸銀為銀源，核桃青皮水提物為還原劑和穩(wěn)定劑，在常溫常壓下制備納米銀。最佳納米銀制備工藝條件：硝酸銀濃度為0.012 mol·L-1、核桃青皮提取液質(zhì)量濃度為0.006 g·mL-1、反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為3 h。通過對(duì)失重率、pH、可滴定酸含量的測(cè)定以及對(duì)櫻桃外觀的觀察，結(jié)果表明，涂膜可以延長(zhǎng)櫻桃的貯藏期。復(fù)合涂膜組的保鮮效果比CMC涂膜組的效果更好，貨架期延長(zhǎng)2～3 d。該研究可為核桃青皮的高值化利用和納米銀的綠色制備提供理論依據(jù)。

本研究使用核桃青皮提取物制備AgNPs，但并未對(duì)核桃青皮提取物的具體成分進(jìn)行分析。今后，筆者將進(jìn)一步研究核桃青皮提取物中還原性物質(zhì)的含量與AgNPs合成間的關(guān)系，完善反應(yīng)機(jī)理，比較不同的櫻桃保鮮方式，考察Ag+的遷移程度，對(duì)AgNPs的安全性能進(jìn)行評(píng)估。

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