具有可视智能性的沙蒿胶基膜材料的制备与性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:jasn114
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为解决塑料基膜材料对生态环境污染严重的问题,本论文以沙蒿胶(ASKG)为成膜基质制备可食性膜材料,研究了三种不同的增塑剂对其成膜性能的影响,并对成膜机制进行了解析;此外,以洋葱皮花色苷(POPA)及紫甘蓝花色苷(RCA)为天然指示剂、羧甲基纤维素(CMC)及阴离子纳米纤维素纤丝(ACNF)分别为锁定剂、锁定/疏水剂制备出可以锁定花色苷的可食性ASKG基智能膜;通过对所制各智能膜的微观结构及物理性能进行测试及表征,分析各组分之间的相互作用及成膜机制,并构建了智能膜对pH的响应特性。同时,将智能膜应用于淡水虾及猪肉的实时新鲜度监测,从而构建出肉类新鲜度与智能膜色度变化之间的响应关系,为ASKG的进一步开发提供了一定理论依据,也为未来的食品安全性监控的普及化提供有力的技术支撑。
  添加不同含量的甘油、山梨醇及柠檬酸三乙酯(TEC)的成膜液的流变学结果表明,成膜液均为非牛顿流体,三种增塑剂与ASKG分子之间形成了新的氢键作用,破坏了部分ASKG分子链之间的相互作用,并且甘油和山梨醇的增塑效果优于TEC;FTIR结果与流变学结果互相吻合;TG结果表明,甘油和山梨醇的加入对膜的热稳定性能无明显影响,而TEC则降低了膜的热稳定性;SEM结果表明,添加甘油和山梨醇的ASKG膜的表面及断面平滑、致密,而添加TEC的ASKG膜的表面及断面则孔结构较多;ASKG膜的拉伸强度及透光率随甘油和山梨醇添加量的增加而下降,但断裂伸长率、透氧及透湿性能则有所提高,但添加TEC的ASKG膜的力学性能无明显规律。综合各项性能,添加40%甘油的ASKG膜的拉伸强度及断裂伸长率即可达到32.15MPa及52.80%。
  为赋予ASKG膜智能性,制备出一种可食性ASKG/POPA智能膜。流变学结果表明,POPA的加入破坏了部分ASKG分子链之间的纠缠结构且与ASKG和甘油形成了氢键作用,但成膜液仍为非牛顿流体;FTIR结果与流变学结果互相吻合;SEM结果表明,智能膜的表面及断面仍平滑、致密;TG结果表明,POPA的加入对智能膜的热稳定性影响较小;虽然POPA的添加降低了智能膜的力学性能及透光性能,但提高了阻隔性能,且智能膜具备一定的紫外线屏蔽功效;POPA溶液在不同pH下可呈现不同的颜色,智能膜在不同pH值的缓冲溶液以及氨气条件下均具有良好的响应效果,并且湿度的增加促进了智能膜对氨气的响应效果。
  为了制备出颜色变化明显且能够锁定花色苷的原位智能响应膜材料,以CMC及RCA分别为锁定剂及天然指示剂制备出一种可食性ASKG/CMC/RCA智能膜。成膜液的Zeta电位及智能膜的释放测试结果表明,RCA与CMC通过静电吸引作用被锁定在成膜体系中;流变学结果表明,RCA的加入在一定程度上破坏并重建了ASKG、CMC及甘油之间的氢键作用,但仍未改变成膜液非牛顿流体的特性;FTIR及XRD结果与流变学结果互相吻合;TG结果表明,RCA的加入未降低智能膜的热稳定性;SEM结果表明,智能膜的结构非常致密;智能膜的力学性能及透光性能随RCA添加量的增加而下降,但阻隔性能有所提高,且智能膜具备一定的紫外线屏蔽功效;RCA溶液在不同pH下可呈现不同的颜色并且最大可见光吸收峰随着pH的增加向长波长方向偏移,智能膜对不同pH值的缓冲溶液及氨气均具有良好的响应效果;但智能膜对水的敏感性较高,从而影响了其在实际应用中的可行性。
  为降低智能膜对水的敏感性,以ACNF替代CMC制各出具备对水的敏感度较低的ASKG/ACNF/RCA智能膜。成膜液的Zeta电位及智能膜的释放测试结果表明,RCA与ACNF通过静电吸引作用被锁定在成膜体系中;RCA的加入在一定程度上破坏并重建了ASKG、ACNF及甘油之间的氢键作用,但未改变成膜液非牛顿流体的特性;FTIR及XRD结果与流变学结果互相吻合;TG结果表明,RCA的加入对智能膜的热稳定性影响较小;TEM及SEM结果表明,ACNF为直径是纳米级、长度是微米级的纤丝状结构,智能膜断面中的层状结构随RCA添加量的增加而减少,并且更加致密;虽然智能膜的拉伸强度及透光性能随RCA添加量的增加而下降,但断裂伸长率及阻隔性能却有所提高,且智能膜具备一定的紫外线屏蔽功效;智能膜对不同pH值的缓冲溶液及氨气均具有良好的响应效果且颜色变化明显;对比发现,添加自提RCA的智能膜的pH响应效果优于添加花色苷标准品的智能膜;当RCA添加量为15%时,智能膜的水接触角仍可达到93.25°,表明智能膜对水的敏感性显著降低。
  为测试智能膜的实际应用性,将智能膜应用于淡水虾及猪肉的实时新鲜度监测,并进行响应特性的关系构建。研究发现,淡水虾及猪肉的pH值及挥发性盐基总氮(TVB-N)值随淡水虾及猪肉的储存时间的增长而上升。研究发现,0.01g的智能膜即可在25g虾肉及50g猪肉恰好腐败时发生变色。
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