果胶基膜的制备及其结构性能研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shengaogao3
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可生物降解聚合物的新包装材料开发是解决石油基塑料包装所带来的环境污染问题及提升食品安全水平的最为重要的有效途径之一。果胶因其出色的凝胶形成能力、生物降解性和生物相容性而被认为是生产可食用包装膜的有效生物聚合物。山楂是目前已知水果中果胶含量最高的水果。随着山楂加工业快速发展,大量含有果胶的加工副产物随之产生,这为果胶制备提供了良好的资源。本文以山楂碎片为原料,研究了不同提取方法、季铵盐改性、百里香精油添加对果胶成膜性能及其功能的影响,将现代分析技术、现代分离提取技术、生物大分子改性技术及成膜技术进行集成创新开发山楂果胶功能性薄膜。主要研究结果如下:1.研究了盐酸法(HA-HP)、柠檬酸法(CA-HP)、超声辅助法(UA-HP)和微波辅助法(MA-HP)这四种提取方法对果胶性质和结构的影响。结果表明:HA-HP、CA-HP、UA-HP属于高甲氧基果胶,酯化度(DE)分别为66.82%、50.88%和51.96%,而MA-HP属于低甲氧基果胶,DE为42.96%。HA-HP、CA-HP、UA-HP和MA-HP的半乳糖醛酸(Gal A)含量分别为89.14%、90.83%、80.00%和58.32%,重均分子量(Mw)分别为276.7 k Da、348.91 k Da、379.35 k Da和446.03 k Da。傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分别证实四种果胶之间的酯化度、结晶度均存在一定差异。热重分析结果表明HA-HP的热稳定性最好,在最大热分解速率下的温度为249.4℃。2.采用流延法将提取得到的果胶制备成薄膜,并研究不同提取方法对果胶成膜性能的影响。在由盐酸法(HA-HPF)、柠檬酸法(CA-HPF)、超声辅助法(UA-HPF)和微波辅助法(MA-HPF)提取得到的果胶所制备的薄膜中,CA-HPF和UA-HPF的性能较好。CA-HPF的表征结果为:厚度为28.5μm,?E*为1.37,波长600 nm下的透过率为73.28%,不透明度为4.74,拉伸强度为47.02 Mpa,断裂伸长率为4.67%,水接触角为79.87°,水蒸气渗透系数为9.21×10-13g·m-1·s-1·Pa-1,氧气渗透系数为5.12×10-17cm~2·s-1·Pa-1,最大热分解速率下的温度为237.1℃。UA-HPF的表征结果为:厚度为40.3μm,?E*为1.64,波长600 nm下的透过率为77.63%,不透明度为2.73,拉伸强度为42.24 Mpa,断裂伸长率为5.20%,水接触角为85.32°,水蒸气渗透系数为2.21×10-13g·m-1·s-1·Pa-1,氧气渗透系数为83.61×10-17cm~2·s-1·Pa-1,最大热分解速率下的温度为231.5℃。3.采用CHPTAC对山楂果胶进行改性,成功制备了季铵盐改性果胶(QHP)。QHP-1、QHP-2、QHP-3和QHP-4的取代度分别为0.11、0.13、0.18、0.19。FTIR、核磁共振(~1H NMR)、XRD在结构层面上证明了季铵盐改性的成功。QHP具有比未改性果胶更多的片层结构,且其表面出现聚集体,随着取代度的增大,聚集体逐渐增大。热分析结果显示QHP的保水性增加,热稳定性下降,未改性果胶、QHP-1、QHP-2、QHP-3和QHP-4的熔融温度分别90.3℃、98.7℃、103.6℃、111.3℃和122.1℃,最大热分解速率下的温度分别为240.1℃、215.7℃、212.6℃、210.5℃和226.5℃。QHP对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抑制作用,并可以有效抑制其生物膜生长。QHP-1、QHP-2、QHP-3和QHP-4对大肠杆菌的最小抑菌浓度为1560、780、100、50μg/m L,对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为200、100、50、390μg/m L。4.将四种季铵盐改性果胶采用流延法制备成薄膜。相关表征结果表明:QHP-3制备的薄膜(QHPF-3)的性能较好。QHPF-3的表征结果为:厚度为20.0μm,?E*为1.78,波长600 nm下的透过率为87.80%,不透明度为2.83,拉伸强度为21.69 Mpa,断裂伸长率为2.05%,水接触角为87.16°,最大热分解速率下的温度为212.4℃。5.以季铵盐改性果胶为基质,研究不同精油添加量对果胶复合膜性能及功能的影响。结果表明:当百里香精油添加量为1.0%时(QPF/TEO 1.0%),复合膜的性能最好。QPF/TEO 1.0%的表征结果为:拉伸强度为24.24 Mpa,断裂伸长率为8.33%,水接触角为61.84°,水蒸气渗透系数为2.64×10-12g·m-1·s-1·Pa-1,对大肠杆菌的抑菌直径为10.57mm,对金黄色葡萄球菌的抑菌直径为15.70 mm。
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