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，測定納米銀復合涂膜對櫻桃的保鮮性能，以核桃青皮的水提物作為還原劑和穩定劑，通過單因素試驗來優化納米銀的制備條件，采用紫外可見分光光度（UV-Vis）法對所制備的納米銀進行表征。同時，將櫻桃作為待保鮮材料，測定櫻桃失重率、pH、可滴定酸的變化，表征納米銀復合涂膜的保鮮性能。結果表明，納米銀復合涂膜可以延長櫻桃的貯藏期。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，核桃青皮提取液質量濃度為0.006 g·mL-1，反應時長為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。

關鍵詞：核桃青皮;銀納米粒子;綠色制備工藝;保鮮性能

中圖分類號：TS255.3" """"""文獻標識碼： A"""""" DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.09.011

收稿日期：2024-08-16

基金項目：云南省中青年學術和技術帶頭人后備人才項目（2019HB055）;云南省“高層次人才培養支持計劃”青年拔尖人才項目（YNWR-QNBJ-2020-104）;云南省大學生創新訓練項目（202211391117）

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

通訊作者簡介：楊申明（1976—），男，云南雙柏人，正高級實驗師，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，可以應用于殺蟲劑、生物質碳、降血壓藥等方面[1]。在食品保鮮包裝中，納米銀可以促進乙烯的氧化，因此將納米銀加入包裝材料中可以延長果蔬的保鮮時間。通過將納米銀制備成復合涂層并涂抹在果實上，可以起到保護作用，提高保鮮與抗氧化性能，延長果實的貯藏期。張朝濤等[2]研究表明，納米銀的抑菌率與濃度有量效關系，納米銀濃度為10 mg·L-1時，其抑菌率達到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3個月以上，失重率低于 5%，好果率達90%以上。佟彤[4]研究表明，在低濃度條件下，納米銀也能發揮抗菌與殺菌作用。

納米材料具有獨特的物理、化學和生物特性，在電子、光學、環境和生物等[5]領域應用廣泛。納米銀（Silver nanoparticles， AgNPs）因其獨特的催化活性、化學穩定性、熱穩定性和抗菌活性，應用范圍較廣。納米粒子的制備方法分為物理法、化學法和生物法。物理制備方法包括機械球磨法[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，但對儀器設備要求高、運行成本昂貴、能源需求負擔重[9]。化學制備方法包括化學還原法[10]、電化學法[11]和光化學法[12]等。化學法具有操作簡單、成本低等優點，但試劑和副產物毒性大，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物制備納米粒子，無需添加化學還原劑和穩定劑。與物理法和化學法相比，生物法具有成本低、反應條件溫和、不產生副產物等優點[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，這些物質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，有關核桃青皮提取物制備AgNPs的研究鮮見報道。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定劑，研究硝酸銀濃度、核桃青皮提取液質量濃度和反應時長對制備AgNPs的影響，并對所制備的AgNPs進行表征分析;同時，選取櫻桃作為待保鮮材料，將AgNPs復合涂膜涂抹在櫻桃上，通過對失重率、pH、可滴定酸含量的測定以及對櫻桃外觀的觀察，探究其對櫻桃的保鮮效果，旨在為核桃青皮提取物AgNPs的綠色制備及其應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

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

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

1.2 試驗方法

1.2.1 核桃青皮提取液的制備 用分析天平準確稱取0.6 g核桃青皮粉末，用100 mL體積分數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充分，以等濃度的AgNO3溶液作為對照[14]。

1.2.3 納米銀制備條件的優化 本研究以硝酸銀濃度為0.008 mol·L-1、反應時間為2.0 h、核桃青皮提取液質量濃度為0.008 g·mL-1作為基礎條件進行單因素試驗，依次考察核桃青皮提取液質量濃度、硝酸銀濃度、反應時間對制備AgNPs的影響。納米粒子的紫外吸收峰峰寬、位置均會隨著粒徑的變化而變化，因此本研究利用紫外-可見光譜對生成的AgNPs進行檢測[15]。

1.2.4 納米銀復合涂膜對櫻桃保鮮性能的測定 （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個組，分別為空白組（CK）、對照組（櫻桃置于CMC涂膜液中浸泡）、試驗組（櫻桃置于CMC-AgNPs復合涂膜液中浸泡），將3組樣品放于培養皿中，在室溫條件下，貯藏5 d，取樣進行試驗，重復3次。

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

失重率=×100%（1）

（3）pH值的測定。從3組樣品中隨機選取櫻桃果實，剝皮去核后，稱取果實，果實質量3 g左右，將櫻桃果肉置于研缽中研磨成漿，轉移至燒杯中，測定pH值，記錄各組數據[19]。

（4）可滴定酸含量的測定。從3組樣品中隨機選取櫻桃果實，剝皮去核后，稱取果實，果實質量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，用標定好的0.101 2 mol·L-1 NaOH溶液進行滴定。當溶液變為粉色且30 s內不褪色時，記錄 NaOH溶液消耗的體積。選取空白對照組將樣品溶液換成超純水，用同樣的方法進行滴定[20]，重復3次，取平均值。

1.2.5 數據處理 本研究使用Microsoft Excel軟件繪圖和處理數據。試驗數據重復3次，用平均值表示。2" 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

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AgNO3濃度為0.006、0.008、0.010 mol·L-1時，吸收峰的位置變化較小，寬度逐漸呈變小趨勢。當AgNO3濃度為0.012、0.014 mol·L-1時，吸收峰出現了變高情況，并且位置發生了紅移。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，當核桃青皮提取物質量濃度為0.002 g·mL-1時，溶液中還原劑的含量相對較低，不能將Ag全部還原為AgNPs，顆粒粒徑較大。當核桃青皮提取物質量濃度為0.004、0.006 g·mL-1時，吸收峰出現了藍移，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。當核桃青皮提取物質量濃度為0.008 g·mL-1時，吸收峰位置變寬。這說明粒徑均勻性變差。當核桃青皮提取物質量濃度增大至0.010 g·mL-1時，吸收峰出現了紅移，粒徑明顯增大。因此，本研究確定較佳的核桃青皮提取物質量濃度為0.006 g·mL-1。

2.1.3 反應時間的確定 由圖3可知，反應時間為2.0 h時，吸收峰寬度較寬。原因是反應時間不足，反應不充分，發生聚集現象。

反應時間為3.0、3.5 h，生成的AgNPs表面能增加，導致粒子間聚集降低。當反應時間為4 h時，吸收峰出現了相對紅移現象。因此，本研究確定較佳的反應時間為3.0 h。

2.2 納米銀復合涂膜對櫻桃保鮮性能的測定

2.2.1 外觀 櫻桃的顏色、果實飽滿度是購買櫻桃的主要判斷標準。好的櫻桃顆粒飽滿、色澤鮮艷、晶瑩剔透。隨著貯藏天數的增加，櫻桃的外觀、色澤、水分含量均會發生變化[22]。隨著時間的推移，各組櫻桃都不同程度地出現顏色加深、果皮皺縮的現象。貯藏第5天時，CK空白組、CMC涂膜組的部分櫻桃發生褐變，其中CK空白組的褐變程度最強，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，可以延長櫻桃的貯藏時間，并保持櫻桃的商品性（圖4）。

2.2.2 失重率 失水是櫻桃品質質量下降的主要原因。由圖5可知，櫻桃的失重率隨著貯藏時間的延長而增大。貯藏第5天時， 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入，降低果實的呼吸速率。由此可知，涂膜處理降低了果實的蒸騰速率和代謝速率，減少了水分損失和干物質損耗，并且CMC-AgNPs復合涂膜組的效果最好。

2.2.3 pH pH值影響著果實的口感，是評價水果的一項重要的指標之一。水果的酸度主要來自于有機酸。通過呼吸作用，有機酸會氧化成二氧化碳和水，也會被鉀、鈣等物質中和。隨著水果的成熟，水果的酸味會逐漸減少，pH值會增大。由圖6可知，3組櫻桃的pH值均隨著貯藏時間的延長而逐漸上升。貯藏第5天時，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復合涂膜處理在一定程度上維持了果實的pH值，既保留了果實原有的口感，又抑制了微生物的生長代謝。2.2.4 可滴定酸含量 有機酸是可滴定酸的主要成分，其含量對櫻桃的品質、貯藏性都具有極大的影響。櫻桃的品質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味和色澤。若可滴定酸含量過低，會使櫻桃淡而無味[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，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外氣體的交換，降低了櫻桃的呼吸速率與強度，減緩了有機酸的轉化，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酸含量的下降速度，保持櫻桃原有的口感，并且CMC-AgNPs復合涂膜組的效果更好。

3 討論與結論

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納米顆粒的影響，紫外-可見光譜被認為是檢測納米顆粒電子轉移的有效方法[24]。本研究利用紫外-可見分光光度計對合成的AgNPs進行初步表征，所得結果與使用柚子皮提取液制備合成的AgNPs結果相似[25]。

利用植物及其提取物合成AgNPs的方法簡單高效，并且不產生副產物。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，具有簡單、成本低、綠色無污染的優點。目前，利用植物提取物成功合成AgNPs并對其進行表征與應用的研究較多。Ashraf等[26]研究發現，小粒徑的銀納米顆粒具有較強的殺菌能力。Anandalakshmi等[27]研究表明，綠色合成法是一種生態友好的方法，能夠產生具有抗菌活性的AgNPs。

櫻桃屬于漿果類果實，水分保存得當，能有效延長果實的貯藏期。減少果實水分的流失和降低果實呼吸作用，是提高漿果延長貯藏期的關鍵。利用核桃青皮水提物納米銀浸漬櫻桃后，櫻桃表面會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入，降低果實的呼吸速率，減少果實水分的流失，提高果實的貯藏期。因此，櫻桃經過處理后，果實水分流失較對照緩慢。

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上生長繁殖和果實腐爛變質。AgNPs具有強大的抗菌活性，可以對抗多種細菌病原體[28]。本研究首次用核桃青皮水提物合成AgNPs，并用其浸漬櫻桃，結果發現，CMC-AgNPs抑制了櫻桃果實腐爛，與對照CMC涂膜組形成明顯差異。

3.2 結論

本研究以硝酸銀為銀源，核桃青皮水提物為還原劑和穩定劑，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、核桃青皮提取液質量濃度為0.006 g·mL-1、反應時長為3 h。通過對失重率、pH、可滴定酸含量的測定以及對櫻桃外觀的觀察，結果表明，涂膜可以延長櫻桃的貯藏期。復合涂膜組的保鮮效果比CMC涂膜組的效果更好，貨架期延長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。

本研究使用核桃青皮提取物制備AgNPs，但并未對核桃青皮提取物的具體成分進行分析。今后，筆者將進一步研究核桃青皮提取物中還原性物質的含量與AgNPs合成間的關系，完善反應機理，比較不同的櫻桃保鮮方式，考察Ag+的遷移程度，對AgNPs的安全性能進行評估。

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