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CN107307069A - 用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂及制备和使用方法 - Google Patents

用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂及制备和使用方法 Download PDF

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CN107307069A
CN107307069A CN201610270150.3A CN201610270150A CN107307069A CN 107307069 A CN107307069 A CN 107307069A CN 201610270150 A CN201610270150 A CN 201610270150A CN 107307069 A CN107307069 A CN 107307069A
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张晗
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Shanghai Fresh Biotechnology Co Ltd
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Shanghai Fresh Biotechnology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于果蔬花卉保鲜的1‑甲基环丙烯制剂及制备和使用方法，所述的用于果蔬花卉保鲜的1‑甲基环丙烯制剂，包括作为载体的金属有机框架和被吸附于金属有机框架中的1‑甲基环丙烯。本发明使用简便，释放过程迅速。使用湿法释放时，金属有机框架中的有机位点可以直接和水分子反应，使自身结构崩解，从而快速释放1‑甲基环丙烯气体。有1‑MCP有效含量高，制备工艺简单，载体利用率高，释放快速，安全可靠等优点。

Description

用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂及制备和使用方法
技术领域
本发明涉及一种果蔬花卉保鲜剂。
背景技术
乙烯是一种重要的植物生长激素，是影响果蔬花卉等生鲜产品采后生理变化的关键因素之一。乙烯在常规状态下以气体的形式存在，需要和果蔬上特定的乙烯生物受体结合才能启动其催熟作用。无论是果蔬本身产生的乙烯(内源乙烯)还是外部存在的乙烯(外源乙烯)，都会促进果蔬特别是呼吸跃变型果蔬的熟化和衰老，进而影响该类产品的保鲜期。
1-甲基环丙烯(1-MCP)是一种高效的乙烯抑制剂，有着10倍于乙烯的受体结合能力，可以优先和乙烯受体结合，减缓甚至阻断乙烯的催熟作用，从而延长果蔬产品的保鲜期。
但是，1-甲基环丙烯在常规状态下是一种性质非常活泼的气体，易燃、易爆、易分解，分子之间还会发生自发聚合反应，从而失去阻断乙烯的效果，因此必须使用合适的具有保护作用的载体才可制成稳定且便于使用的制剂。目前公认的最有效的方法就是利用α-环糊精作为载体包埋1-MCP，形成稳定的络合物进而制成各类制剂(CN1663370A)。
但是以α-环糊精作为载体制备1-MCP络合物的方法，存在以下问题：
1.1-MCP有效含量低。在理论上1-MCP和α-环糊精最多可以形成1∶1的分子络合，即使这样1-MCP在络合物中的有效含量也仅有5.25％(质量分数)。而且在生产过程中，一般难以达到100％的包埋率，在后期的干燥工艺中还不可避免的会损失部分1-MCP。因此市场上含量最高的络合物产品含量也仅仅4.5％。
2.制备工艺复杂。生产1-MCP/α-环糊精络合物的过程中，需要先将α-环糊精在适当温度下配置成饱和溶液，在1-MCP包埋完成后，再过滤出络合物进行洗涤和干燥从而得到产品。整个过程繁琐、耗时，并且不利于最终产品的质量控制。
3.α-环糊精利用率低。1-MCP和α-环糊精之间的络合是一个平衡的过程，当络合达到平衡点时，即使仍有α-环糊精未被络合，它们也不再具有络合能力，除非可以及时移除体系中已络合的α-环糊精，重新推动平衡过程。因此，单次生产过程中仅有约30％～40％的α-环糊精转化为了1-MCP/α-环糊精络合物，大量的α-环糊精仍在溶液中未被利用。
4.络合物1-MCP释放缓慢。使用1-MCP/α-环糊精络合物释放1-MCP进行保鲜时，需要特定的助剂和持续的搅拌，整个释放过程需要数小时。这给在某些需要快速释放的应用环境中的使用，造成了很大的困扰。
为了克服这些弊端，诸多尝试性地解决方案被提出，但效果都差强人意。
专利CN102440237B和CN1721420A分别提出了设法直接利用1-MCP合成过程中的中间体1-甲基环丙烯锂和1-甲基环丙烯钠，在保鲜应用时生成1-MCP气体。此法步骤简单，成本低廉，但是存在1-MCP气体未经纯化，杂质含量过高的问题。而且多数杂质均有潜在的基因毒性，并不能直接接触食品。
专利CN1907046B提出了利用适当的有机溶液代替α-环糊精吸收1-MCP，制备1-MCP液体制剂。此法工艺也相对简单，含量纯度也均可以接受。但是没有载体保护的1-MCP在有机溶剂中很容易发生聚合或者异构化，稳定性很差。而且大量的有机溶剂会在果蔬表面形成残留，给消费者带来安全风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂及制备和使用方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，包括作为载体的金属有机框架(Metal Organic Framework，MOF)和被吸附于金属有机框架中的1-甲基环丙烯；以所述的金属有机框架的质量为基准，1-甲基环丙烯的吸附量为3～20％，优选为5～15％；
所述的有机金属框架为铝--延胡索酸框架、锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、钴--甲基咪唑框架(ZIF-67)、铜--1，3，5-苯三甲酸框架(HKUST-1)、镁--甲酸框架、铝--对苯二甲酸框架(MIL-53)、铁--1，3，5-苯三甲酸框架中的一种或几种，优选锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、钴--甲基咪唑框架(ZIF-67)、镁--甲酸框架、铁--1，3，5-苯三甲酸框架、铝--延胡索酸框架，更优选锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、镁--甲酸框架或铁--1，3，5-苯三甲酸框架，最优选镁--甲酸框架；
所述的有机金属框架为公知的物质，可采用如下文献报道的方法制备：
(1)Synthesis of Metal-Organic Frameworks(MOFs)：Routes to Various MOFTopologies，Morphologies，and Composites
Norbert Stock*and Shyam Biswas
Institut für Anorganische Chemie，zu Kiel，Max-Eyth-Str.2，24118 Kiel，Germany
Chem.Rev.，2012，112(2)，pp 933-969
(2)Rational Design，Synthesis，Purification，and Activation of Metal-OrganicFramework Materials
Omar K.Farha and Joseph T.Hupp*
Department of Chemistry and International Institute for Nanotechnology，Northwestern University，2145Sheridan Road，Evanston，Illinois 60208
Acc.Chem.Res.，2010，43(8)，pp 1166-1175
(3)Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework
Hailian Li1，Mohamed Eddaoudi2，M.O′Keeffe1&O.M.Yaghi2
1.Materials Design and Discovery Group，Department of Chemistry andBiochemistry，Arizona State University，Tempe，Arizona 85287-1604，USA
2.Department of Chemistry，University of Michigan，930North University，Ann Arbor，Michigan 48109-1055，USA
或者采用商业化的产品；
优选的，所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂还包括助剂，优选的，所述的助剂选自淀粉、改性淀粉、环糊精、乳糖、葡萄糖酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种，优选淀粉、环糊精、乳糖或碳酸氢钠中的一种以上，更优选的为淀粉或乳糖，特别优选的为选乳糖；
优选的，助剂的重量百分比含量为金属有机框架质量的70～95％；
本发明所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将金属有机框架在置于150～200℃真空环境下8～16小时活化，真空度为90～100kPa；
(2)然后置于1L密闭吸附容器中，室温下抽真空至90～100kPa的真空度；
(3)将1-甲基环丙烯用氮气载送入上述装有金属有机框架的密闭吸附容器中，直至密闭容器的真空度为0；
此时，1-甲基环丙烯在吸附容器中的浓度为50,000～80,000ppm；
(4)室温下吸附至达到平衡，吸附时间优选为2～8h，取出金属有机框架；
(5)取步骤(4)的产物，与所述的助剂混合，即可获得所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，干燥条件下密封保存；
本发明获得的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，可用于果蔬花卉的保鲜，使用方法主要有两种，可分为干法释放和湿法释放；
干法释放包括如下步骤：
(1)将所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂置于密闭容器中，于50～70℃下，加热20～40min；
(2)将容器移至果蔬或花卉产品的保鲜处理地点，打开容器，密封贮藏空间12～24小时后，通风换气，并回收所留载体；
湿法释放包括如下步骤：
(1)将所述的制剂置于密闭容器中，加入制剂质量30-100倍的水，震荡15～30min；
(2)将容器移至果蔬或花卉产品的保鲜处理地点，打开容器，密封贮藏空间12～24小时后，通风换气；
本发明所述1-甲基环丙烯制剂与同类产品相比，有以下优势：
本发明所述1-甲基环丙烯制剂利用金属有机框架对1-甲基环丙烯进行吸附，充分利用金属有机框架本身比表面积大，配合位点多，吸附性能强的特点，所吸附的1-甲基环丙烯可达金属有机框架本身质量的20％以上，显著高于市场上现有的同类产品。
本发明所述1-甲基环丙烯制剂的制备工艺简单，吸附过程直接发生在气-固界面上，不需要相关液态介质，从而省去了传统工艺中溶解-吸附-过滤-干燥等一系列复杂步骤，极大地简化了工艺流程和生产成本。利用干法释放的金属有机框架经过一定的除湿，提纯处理后，还可以循环利用，大幅降低了物料成本和能源浪费。
本发明所述1-甲基环丙烯制剂使用简便，释放过程迅速。使用湿法释放时，金属有机框架中的有机位点可以直接和水分子反应，使自身结构崩解，从而快速释放1-甲基环丙烯气体。
本发明具有1-MCP有效含量高，制备工艺简单，载体利用率高，释放快速，安全可靠等优点。
实施例1
制备方法：
将锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)在150℃真空烘箱中活化12h，真空度为95kPa，取出后置于1L密闭吸附容器中，室温下抽真空至90kPa真空度；
将1-甲基环丙烯用氮气载送入上述装有锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)的密闭吸附容器中，直至密闭容器的真空度为0；
此时1-甲基环丙烯在吸附容器中的浓度为50000ppm(0.12g/L)。
3h后吸附过程完成，打开吸附容器，取出锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)，通过气相色谱检测，1-甲基环丙烯在锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)中含量10％(质量分数)。
取1g上述含有10％的1-甲基环丙烯的锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)，与9g淀粉混合均匀，得1-甲基环丙烯含量为1％(质量分数)的制剂，密封避湿保存。
保鲜处理：
在容积为1m3的密闭帐篷中放入100kg采摘不超过12h的黄玉梨。取0.25g实施例1中制剂，加10ml水在密闭容器中震荡20min后，将容器移至帐篷中，打开容器，封闭帐篷。在常温下处理12h后，打开帐篷将黄玉梨取出入库贮藏。经两个月的贮藏后，经保鲜处理的黄玉梨在硬度、色泽、可溶性固形物含量等指标上显著优于未经处理的对照组，经处理的黄玉梨发生虎皮的数目明显少于对照组。
实施例2
制备方法：
将镁--甲酸框架在200℃真空烘箱中活化16h，真空度为100kPa，取出后置于1L密闭吸附容器中，室温下抽真空至100kPa真空度；
将1-甲基环丙烯用氮气载送入上述装有镁--甲酸框架的密闭吸附容器中，直至密闭容器的真空度为0；
此时1-甲基环丙烯在吸附容器中的浓度为80,000ppm；
8h后吸附过程完成，打开吸附容器，取出镁--甲酸框架，通过气相色谱检测，1-甲基环丙烯在镁--甲酸框架中含量为20％(质量分数)；
取1g上述含有1-甲基环丙烯的镁--甲酸框架，与39g环糊精混合均匀，得1-甲基环丙烯含量为0.5％(质量分数)的制剂，密封避湿保存。
保鲜处理：
在容积为1m3的密闭帐篷中放入100kg采摘不超过12h的富士苹果。取0.50g实施例2中制剂置于密闭容器中，通过60℃热水水浴加热20min后，将容器移至帐篷中，打开容器，封闭帐篷。在4℃下处理20h后，打开帐篷将苹果取出入库贮藏。在两个月的贮藏后，经保鲜处理的苹果在硬度、脆度、色泽、可溶性固形物含量等指标上显著优于未经处理的对照组，经处理的苹果发生虎皮的数目明显少于对照组。
实施例3
制备方法与实施例1相同，其中：金属有机框架为铝--延胡索酸框架；
采用实施例2的方法进行试验，结果如下：
1-甲基环丙烯在铝-延胡索酸框架中含量为6％，与助剂混合制得制剂中1-甲基环丙烯含量为0.1％(质量分数)。保鲜实验对象为大红番茄，保鲜处理后贮藏结果如下：
对照组 保鲜组
常温保质期(20℃) 5d 15d
低温保质期(10℃) 27d 42d
实施例4
制备方法与实施例2相同，其中：金属有机框架为铝--对苯二甲酸框架(MIL-53)；
采用实施例2的方法进行试验，结果如下：
1-甲基环丙烯在铝-对苯二甲酸框架中质量含量为15％，与助剂混合制得制剂中1-甲基环丙烯含量为1％(质量分数)。保鲜实验对象为陕西秦美猕猴桃，保鲜处理后贮藏结果如下：
对照组 保鲜组
常温保质期(20℃) 14d 32d
低温保质期(0℃) 83d 125d
实施例5
制备方法与实施例2相同，其中：金属有机框架为铁--1，3，5-苯三甲酸框架；
应用方法与实施例1相同，实验结果如下：
1-甲基环丙烯在铁--1，3，5-苯三甲酸框架中质量含量为5％，与助剂混合制得制剂中1-甲基环丙烯含量为0.5％。保鲜实验对象为秋海棠切花，经过浓度为0.5ppm的1-甲基环丙烯在20℃下6h的处理后，保鲜组的秋海棠切花瓶插寿命从2天提高到了6天，同时跟对照组相比花瓣脱落情况得到明显抑制。

Claims (11)

1.用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，包括作为载体的金属有机框架(Metal Organic Framework，MOF)和被吸附于金属有机框架中的1-甲基环丙烯。
2.根据权利要求1所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，以所述的金属有机框架的质量为基准，1-甲基环丙烯的吸附量为3～20％。
3.根据权利要求1所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，所述的有机金属框架为铝--延胡索酸框架、锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、钴--甲基咪唑框架(ZIF-67)、铜--1，3，5-苯三甲酸框架(HKUST-1)、镁--甲酸框架、铝--对苯二甲酸框架(MIL-53)、铁--1，3，5-苯三甲酸框架中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，所述的有机金属框架为铝--延胡索酸框架、锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、钴--甲基咪唑框架(ZIF-67)、铜--1，3，5-苯三甲酸框架(HKUST-1)、镁--甲酸框架、铝--对苯二甲酸框架(MIL-53)、铁--1，3，5-苯三甲酸框架中的一种或几种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，还包括助剂。
6.根据权利要求5所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，所述的助剂选自淀粉、改性淀粉、环糊精、乳糖、葡萄糖酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂，其特征在于，助剂的重量百分比含量为金属有机框架质量的70～95％。
8.根据权利要求5～7任一项所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将金属有机框架在置于150～200℃真空环境下8～16小时活化，真空度为90～99％；
(2)然后置于1L密闭吸附容器中，室温下抽真空至90～99％真空度；
(3)将1-甲基环丙烯用氮气载送入上述装有金属有机框架的密闭吸附容器中，直至密闭容器的真空度为0；
此时，1-甲基环丙烯在吸附容器中的浓度为50,000～80,000ppm；
(4)室温下吸附至达到平衡，取出金属有机框架；
(5)取步骤(4)的产物，与所述的助剂混合，即可获得所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂。
9.根据权利要求1～7任一项所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂的应用，其特征在于，用于果蔬花卉保鲜。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，应用方法包括干法释放和湿法释放；
干法释放包括如下步骤：
(1)将所述的用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂置于密闭容器中，于50～70℃下，加热20～40min；
(2)将容器移至果蔬或花卉产品的保鲜处理地点，打开容器，密封贮藏空间12～24小时后，通风换气，并回收所留载体；
湿法释放包括如下步骤：
(1)将所述的制剂置于密闭容器中，加入制剂质量30-100倍的水，震荡15～30min；
(2)将容器移至果蔬或花卉产品的保鲜处理地点，打开容器，密封贮藏空间12～24小时后，通风换气，并回收所留载体。
11.有机金属框架在制备用于果蔬花卉保鲜的1-甲基环丙烯制剂中的应用，所述的有机金属框架为铝--延胡索酸框架、锌--甲基咪唑框架(ZIF-8)、钴--甲基咪唑框架(ZIF-67)、铜--1，3，5-苯三甲酸框架(HKUST-1)、镁--甲酸框架、铝--对苯二甲酸框架(MIL-53)、铁--1，3，5-苯三甲酸框架中的一种或几种。
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