淀粉基疏水抗菌复合包装膜的制备与性能研究

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以淀粉为原料制备的包装材料需要满足水蒸气阻隔性、可生物降解、机械性能等要求。特别是应用于食品包装时,需要保证食品的安全。目前,对于淀粉基包装的研究都是单层膜,其功能性不能完全满足食品包装的要求。因此本文将探讨一种具有疏水功能的淀粉基抗菌包装的制备方法及其性能研究。为了满足食品包装不同的功能需求,本研究制备出淀粉基多层复合膜材料。由于聚乙烯醇有良好隔绝水蒸气和氧气的功能,同时具有很好的延展性和粘合作用,可作为中间层。对与空气接触的外层进行疏水改性,制备出具有疏水性能的改性淀粉层。对与食品接触的内层进行抗菌处理,制备出抗菌淀粉膜,采用微胶囊技术使抗菌膜具有缓释抗菌效果。采用延流法进行层合,干燥之后,分次喷覆三层疏水改性剂,待其完全晾干就可以得到具有疏水性能的抗菌淀粉多层复合膜材料。本研究首先制备出PVA/改性淀粉双层膜。将原淀粉用硬脂酸进行改性,添加3%的硬脂酸改性淀粉取代度最高,X射线衍射和傅里叶红外光谱分析得出,淀粉的-OH与脂肪酸的-COOH发生键合反应,氢键结合增加,证明了淀粉酯的形成,接下来探究了纤维素纳米纤丝(CNF)对淀粉膜的拉伸强度的影响,当用量为0.4%、添加时温度为95℃时具有最高的拉伸强度。探讨 PVA/改性淀粉不同的层合比例(100/0、85/15、75/25、65/35、50/50、0/100),扫描电子显微镜分析得出最佳紧密层合比例为50/50。将自制的疏水改性剂喷覆三层到双层膜上,得到最低的水蒸气透过率为0.3×10-10 g.cm/c m2.s.Pa、接触角达到122.3°、力学强度达到31.23 MPa。因此选择PVA/改性淀粉为50/50作为后续的研究。对抗菌膜制备工艺方法进行了研究,首先通过自由基清除率的测定方法,对肉桂醛(CIN)、百里酚(THY)、CIN-THY复合液三者的抗氧化性能进行研究,发现CIN-THY复合液的抗氧化性较好,对不同CIN-THY的比例(5:1、3:1、2:1、1:1)的抗氧化性进行分析,得出1:1时抗氧化性能最好。以复凝聚反应为制备方法,将CIN-THY复合液作为芯材,明胶(GE)和阿拉伯胶(GA)作为壁材制备微胶囊,以壁材质量比、pH值、总壁材含量、芯壁比为变量,通过测定分析,探讨出微胶囊制备的最佳制备工艺条件是pH值为3.4、壁材质量比为3:2、壁材含量为2%、芯壁比为3:2。接下来对微胶囊添加量和抗菌膜干燥温度进行了探究,通过对抗菌膜的机械性能进行分析,微胶囊添加量为1.5%、干燥温度为50℃时,淀粉抗菌膜拉伸强度达到20.3 MPa,具有最优的机械性能。通过扫描电子可以看出,微胶囊的表面光滑,无褶皱,无空洞。抗菌膜可以明显地看到微胶囊均匀地分布在膜的表面和内部,结合傅里叶红外光谱、热重分析表明微胶囊被成功包覆。微胶囊和抗菌膜在4种(蒸馏水、3%乙酸、10%乙醇、95%乙醇)食品模拟体系中的缓释试验结果表明,CIN-THY微胶囊在蒸馏水和3%乙酸体系的释放速率较慢,缓释性能更加稳定,更适合用于中性和酸性中使用。与微胶囊相比,制成微胶囊淀粉复合膜之后其抗氧化性能、抑菌性能和缓释性能都有了显著的提高。最后制备了抗菌淀粉/PVA/改性淀粉复合膜并对其应用进行了研究。将抗菌膜和PVA/改性淀粉双层膜进行不同比例(80/20/0、68/17/15、60/15/25、52/13/35、40/10/50、0/25/75)的层合,得出最优的层和比例40/10/50,水蒸气阻隔性得到很大提升。接触角最大值120.1°、WVP最小值为1.3×10-10 g.cm/cm2.s.Pa,拉伸强度也提高到最大值27.1 MPa。热重测定分析得出40/10/50的复合膜热稳定性相比于单层抗菌膜更加稳定。分别在4种食品模拟环境中进行缓释性能的测定,表明该多层复合膜更加适合中性和酸性的环境中使用。最后测定面包的发霉率,结果表明,与空白组相比,由于多层复合膜不断释放抑菌物质,可以更长时间的持续释放抑菌物质阻止微生物的生长,多层复合膜可以有效延缓面包的发霉变质,并延长其货架期至6天。
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