近年来,由于塑料包装造成的资源压力及其废弃物产生的环境污染日益严重,绿色包装材料的开发越来越受到重视。天然高分子材料以其原料来源广泛、安全无毒且零废弃等特点,成为食品、药品包装领域的研究热点。但其也因具有机械强度低、耐候性差等缺点,限制了其在包装领域的广泛应用。因而需以应用为导向,对天然高分子材料的功能化改性及其机理展开研究。本文一方面从番茄皮渣中分离提取可溶性膳食纤维(TSDF)和不溶性膳食纤维(TIDF),并提出对TIDF酸解改性制备微晶膳食纤维(TMCC)的方法,旨在研制一种新型来源的,可用于天然高分子薄膜性能优化的微晶纤维素材料。另一方面,本文创新性地以壳聚糖(CS)和TSDF为基材,TMCC为添加剂制备绿色包装薄膜,系统探讨TMCC和薄膜基体间的作用机理,并利用正交、响应面等统计学方法优化薄膜的配方与性能,旨在开发番茄皮渣膳食纤维在绿色包装领域的新型应用技术路线,同时为同类膳食纤维的改性和应用研究提供参考。本文进行的主要研究工作和结论如下:(1)以番茄皮渣为原料,采用超声波-碱法制备TIDF和TSDF。红外分析表明TIDF的主要成分为β-构型纤维素,其粒径分布集中且中位径较大(249.75μm)。而TSDF中含有α-糖醛酸、呋喃糖等多种糖类,其中位径较小(186.87μm)且粒径分布较为分散。TIDF和TSDF形貌呈块状至片层状,TIDF表面粗糙且出现分丝帚化现象,而TSDF结晶较有序,表面较平整。正交分析得到提取最优工艺条件为:料液比1:25 g:mL、NaOH浓度5%wt、反应时间50min和反应温度60 ~oC,此条件下TSDF得率为25.93%,TIDF得率为59.46%。(2)以CS、TSDF、TIDF为原料,甘油为增塑剂制备壳聚糖-膳食纤维复合膜(CS-TDF),响应面优化设计得到复合膜的最优配比为:TSDF浓度1.6%wt,CS浓度4.1%wt,TIDF添加量21%wt,甘油添加量10%wt。表征分析结果说明复合膜的结晶结构符合半结晶聚合物的特征,各组分共混成膜的过程中因氢键作用,使得CS分子的排列规整度提高,复合膜的结晶度增加。(3)利用超声波协同TIDF脱色和酸解制备TMCC。结果表明,超声波通过空化机制提升了TIDF的脱色效果和TMCC的得率。TMCC制备最优工艺参数为:盐酸浓度8%wt,超声功率306 w,反应温度82 ~oC,反应时间62 min,在此条件下TMCC得率为55.07%。表征分析可知酸解作用仅针对TIDF无定形区的溶解和分子链的水解,TMCC形貌呈50~70μm的短粗棒状,其表面粗糙并伴随分丝纵裂现象。(4)将TMCC加入CS与TSDF混合膜液中制备壳聚糖-微晶纤维复合膜(CS-TMCC膜)。表征结果说明,TMCC在膜基体中起到异相成核的作用,二者相容性良好,且材料的结晶度增加。包装性能分析结果说明:TMCC的加入显著提高了复合膜的力学性能、对膜的阻隔性能和热封性能具有一定的提升作用,TMCC添加量为7%时,材料的综合性能最佳。吸湿机理分析表明,B.E.T模型和G.A.B模型分别良好拟合了水分活度(a_w=0~0.35)和水分活度(a_w=0~0.9)范围内复合膜的吸湿行为。阻隔机理分析表明,复合膜透氧率与环境温度之间呈指数关系,TMCC添加量为7%时,材料透氧活化能最高(20.527kJ/mol);透湿率则受到环境温、湿度的交互作用影响,经二次通用旋转组合设计得到了三者之间的二次函数关系。热封性能研究结果得到复合膜最佳热封工艺为:热封温度150 ~o C,热封压力0.4MPa,热封时间5 s。(5)考察CS-TMCC膜对樱桃、双孢菇的保鲜效果;同时通过对SD大鼠进行经口毒性测试,初步研究CS-TMCC膜的生物安全性。保鲜效果研究表明,相较于普通PE膜,CS-TMCC膜有效控制了樱桃、双孢菇贮藏过程中水分的散失、微生物的滋生、营养成分的分解和品质的下降,对樱桃、双孢菇具有良好的保鲜效果。安全性研究结果表明,CS-TMCC膜具有良好的生物安全性。SD大鼠经CS-TMCC膜及其主要组分灌胃14天内,均未出现毒性反应。同时,CS-TMCC膜中的膳食纤维因具有较强的持水力和膨胀力,能降低大鼠的进食量,控制大鼠的体重增长,同时也使得大鼠粪便中的含水量增加。本文的研究成果为食品废渣来源膳食纤维的功能化改性和利用提供了具有参考价值的理论方法和可靠数据,对于提高天然高分子材料的综合性能,拓展其在包装领域的广泛应用具有一定的促进作用。