香芹酚纳米乳-羧甲基壳聚糖复合食品包装膜的制备与性能研究

发布时间：2020-05-04 21:33

【摘要】：随着人们生活水平的提高,食品安全问题越来越受到社会的关注和重视。至今为止,添加化学防腐剂和使用塑料包装材料仍是避免食品污染和延长食品保质期的常用方法。然而,许多加工食品被多用、滥用化学防腐剂,对人的健康产生严重的负面影响,而塑料包装难以降解致使在环境中积累了大量的塑料废物。针对这些问题,本研究设计利用植物抑菌剂和壳聚糖衍生物制备可抑菌、能有效清除自由基和可生物降解的复合食品包装膜材料,主要研究内容如下:1.以植物活性成分香芹酚精油为抗菌剂,并制备其纳米乳剂。改进传统的自发乳化法,摒弃载体油,以香芹酚自身为油相,直接制备稳定的水包油型香芹酚纳米乳液(CA-NEs),这一策略能大幅提升乳液中活性物质的含量,也可有效避免载体油对活性成分理化性质的影响,并降低了制备过程的能耗和仪器成本。详细研究了表面活性剂的类型、油相/表面活性剂的比例、浓度、乳化方法等条件对CA-NEs的形成及稳定性的影响,优化了反应条件,获得了粒径小于200 nm的纳米乳液。表征了CA-NEs的尺寸、带电性质、微观形貌、表面张力、粘度等性质,以此为依据分析了自乳化过程中CA-NEs形成机制。在此基础上,详细分析了CA-NEs的功能:物理稳定性实验结果表明,该体系可以在较宽pH范围内和高离子强度下长期保持纳米乳液状态;微生物实验结果表明,CA-NEs具有比香芹酚纯品更优异的抑菌活性;光谱学实验结果表明,CA-NEs的DPPH清除率最高可达53.7%;拓展研究结果表明,CA-NEs的水分散性极佳,而且可以自由铺展在小麦、油菜、柿子等植物叶片表面,理论上可作为植物源农药应用于农作物病原菌的防治工作。2.以生物高分子羧甲基壳聚糖(CMC)为原料,制备食品包装膜。首先,利用溶剂交换法,通过乙醇的脱水作用将溶液中的少量CMC分子聚集,并诱导分子间形成链纠缠、氢键和疏水-疏水作用力,获得自交联CMC微凝胶;研究了微凝胶的尺寸、电性、微观形貌、粘度、表面张力等理化性质,解释了其形成机制。然后,利用微凝胶体系低表面张力的特点,通过静电喷涂法高效制备了CMC膜,进而利用高价态金属离子易与聚合物含氧基团、羧酸基团形成配位键和离子键的原理,向膜中引入Ca~(2+),将膜内部的聚合物链进一步交联,大幅提升膜的物理稳定性,水浸泡损失率由82.6%降为3.8%;最后,利用薄膜的溶胀作用负载CA-NEs,获得具有抑菌、清除自由基功能的香芹酚纳米乳-羧甲基壳聚糖复合食品包装膜—CA-NEs@CMC。文中采用多种实验手段对CA-NEs@CMC的性质及功能进行了详细分析:电子显微镜结果显示,因渗透压的作用,CA-NEs@CMC膜的厚度随CA-NEs含量的增加逐渐减小;光谱学实验结果表明,CA-NEs@CMC膜中香芹酚的含量最高可达26.96 mg·g~(-1),DPPH清除率最高可达53.7%;微生物实验结果表明,CA-NEs@CMC膜对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)和阴性菌(大肠杆菌)具有良好的抑菌活性,抑制率最高分别为99.9%和99.0%;实际应用结果表明,CA-NEs@CMC能够在非接触条件下保护小麦面包不被细菌污染,保质期随膜中香芹酚浓度的增加而增大,最长可达7天。综上所述,作者设计制备的香芹酚纳米乳-羧甲基壳聚糖复合食品包装膜具有良好的抑菌和清除自由基功能,且能够在非接触条件下保护食品安全,文中涉及的方法和原理,将对表界面及胶体化学、高分子学科的发展起到推动作用,也将为植物源纳米材料与制备技术在生产生活中的广泛应用奠定理论和实践基础。
【图文】：

液滴的内外压力差。也就是说，乳液不能自发形成，需要输入外界能量。乳液是非平衡系统，长期放置后的一个必然的结果是破乳。乳液的不稳定现象主要包括：沉降、分层、絮凝、奥氏熟化、聚结和相反转(Tadros 2006)（图1-2）。沉降（Sedimentation）和分层（Creaming）是由乳液体系的分散相和连续相的密度不同而引起的，沉降或分层的速率取决于密度差，其密度差越大，乳液越不稳定；聚结（Coalascence）和絮凝（Flocculation）是由液滴间的吸引力引起的，乳液是一种胶体分散体系，因此液滴会不断地做布朗运动和扩散作用，液滴之间会不停的发生碰撞。(童坤 2016)当液滴表面的界面膜较弱时，，相互碰撞使液滴的界面膜破裂，导致液滴发生融合，最终聚结成更

图 1-4 静电喷雾示意图Fig. 1-4 Schematic diagram of electrostatic spray目的及主要内容的与意义水平的提高，消费者对膳食品质的要求也越来越高人体健康十分有益，但是，在其生产、储存、运输侵、氧化作用等影响而发生酸化腐败，不仅损坏了的安全造成严重威胁。而目前使用的化学防腐剂虽时往往又给人类健康带来负面影响；塑料材料质量氧化性能，无法对内装物进行积极的防护，同时难，如何安全、有效地减少因腐败导致的资源浪费以究的热点。从食品安全和绿色环保的角度出发，开为广大研究人员的工作重点。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS206.4

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本文编号：2649027