半乳甘露聚糖基食品包装膜的研究

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当今,废弃的塑料包装垃圾对地球生物生存构成严重的威胁,可降解塑料替代物的开发迫在眉睫。本文以半乳甘露聚糖(Galactomannan,GM)为原料,乙酸酐(Acetic anhydride,AA)为疏水改性剂,脱乙酰几丁质(Deacetylated chitin,DE-Ch N)为增强剂,纳米氧化锌(Nanometer zinc oxide,nano-Zn O)为功能改性剂,制备了半乳甘露聚糖基食品包装膜。并对其进行了表征分析,同时还对半乳甘露聚糖基食品包装膜在保鲜方面的应用进行了探索。研究了AA,DE-Ch N,nano-Zn O添加量对GM膜材料的力学性能,氧气、水蒸气透过率,紫外透过性,疏水性,细胞相容性以及抗菌性能的影响。通过多种检测表征手段对改性前后GM的微观形貌、分子结构、热稳定性能等进行了表征分析。通过上述性能测试确定了AA,DE-Ch N,nano-Zn O在GM中的最适添加量。此外,还研究了nano-Zn O与GM复合成膜在水果保鲜方面的应用情况。(1)由于GM链中含有大量羟基,因此其组成的薄膜表现为亲水性,可通过AA酯化得到具有疏水性的薄膜。通过测定反应后的GM酯化程度及疏水性能,确定了酯化反应中AA的最适添加量。当AA与GM反应量比为1.5:1(W/W)时,酯化度最高为0.055,接触角比原来提高了47%;此时的拉伸强度也达到最大(92MPa),比原始GM提高了42%;酯化后的薄膜维持了初始的热稳定性且对RAW 264.7(小鼠单核巨噬细胞)无毒性作用。此外,其氧气阻隔性能优于市场上高密度聚乙烯(HDPE)塑料膜。(2)单独的GM膜力学性能较差,通过加入DE-Ch N来提高GM膜的力学性能。研究了不同DE-Ch N添加量对GM膜力学性能,疏水性,抗菌性等影响。当DE-Ch N添加量为60%GM干重时,所得到的DE-Ch N与GM复合膜的最大拉伸强度比原来提高了245%,疏水性比原来提高了48%,并对巨噬细胞无毒性作用。复合膜又对Escherichia coli(大肠杆菌)和Bacillus subtilis(枯草芽孢杆菌)表现出了很好的抗菌性能。(3)为制备具有抗菌功能的GM薄膜,以nano-Zn O为功能改性剂,研究了不同nano-Zn O含量对基于GM的薄膜材料的力学性能,疏水性,水蒸气、氧气透过率,紫外线透过率和热稳定性的影响。所得到的nano-Zn O/GM复合膜显示出优异的疏水性,当nano-Zn O添加量为10%GM干重时,复合膜接触角高达108o,比原来提高了48%,并且吸收了99%及以上的UVA和UVB。复合膜的最低拉伸强度(25MPa)超过了HDPE塑料膜的拉伸强度(17MPa),其阻氧性能优于聚乙烯(PVC)塑料膜。复合膜又对Escherichia coli和Bacillus subtilis表现出了很好的抗菌性能。对水果的储藏与运输同样具有抗菌保鲜的作用。将纳米氧化锌与可再生,可持续的包装材料结合,制备具有抗菌性能的新型包装材料,将为食品无菌包装提供一条新途径。以及基于可再生生物质的GM功能性包装材料作为可持续性替代石油化工来源的塑料具有极大的发展潜力。
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