甲壳素晶须/聚乳酸纳米纤维膜的制备及其应用研究

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目前保鲜效果较好的果蔬保鲜手段主要是通过冷藏、气调、辐射等方法实现的,但是这些方法均操作复杂,且成本较高。利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大等优良特性,这些特性使其在具备高呼吸性的同时,还具有优异的细菌、尘埃阻隔性能,在果蔬保鲜包装材料应用领域具有广阔的发展前景。本文采用静电纺丝技术制备甲壳素纳米晶须(CNW)/聚乳酸(PLA)复合纳米纤维膜并对其进行表征分析与性能研究。借助透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外变换光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对自制的CNW进行观察分析;利用扫描电子显微镜(SEM)和Photshop软件,对在不同静电纺丝工艺参数下所制备的纳米纤维进行形貌观察和直径比较分析;采用FTIR和XRD分析法研究CNW的加入对复合纳米纤维结构的影响;对比研究静电纺PLA纳米纤维膜及静电纺CNW/PLA复合纳米纤维膜的力学基本性能、孔隙分布特征及润湿性能。同时利用改良后的振荡烧瓶法,研究CNW质量分数对CNW/PLA复合纳米纤维膜抗菌性能的影响;为了验证复合薄膜的保鲜效果,用静电纺PLA纳米纤维膜、静电纺CNW/PLA复合纳米纤维膜及普通PE保鲜膜对草莓进行包装处理,观察贮藏期间草莓的外观变化,测定草莓的失水率、腐烂指数、可滴定酸含量及维生素C含量等相关保鲜指标,探讨静电纺CNW/PLA复合纳米纤维膜对草莓保鲜效果的影响。结果显示:(1)自制的CNW成棒状或针状,且分散均匀、未出现严重的团聚现象,从而为静电纺制备CNW/PLA复合纳米纤维提供了前提条件。经过实验得知,纺丝液中PLA质量分数及CNW含量对纳米纤维的形貌与直径均有显著影响。在PLA质量分数为8%,CNW质量分数为1%~7%的实验范围内,均可制得表面光滑、粗细均匀,直径在500nm~1200nm之间的CNW/PLA复合纳米纤维;(2)在静电纺CNW/PLA复合纳米纤维膜中,CNW与PLA两者很好的混合在一起,且为纯粹的物理混合,未产生化学键的结合;(3) CNW的加入明显改善了静电纺纳米纤维膜的润湿性能,同时使纳米纤维膜的孔隙变大、分布更为分散。此外,CNW的加入对纤维膜的拉伸强度起到了增强作用,但是当CNW的质量分数超过3%时,其增强效果呈下降趋势;(4) CNW的添加明显提高了CNW/PLA复合纳米纤维膜的抗菌性,并随着CNW质量分数的增加,其抗菌性能不断增强。当CNW的质量分数增加到7%时,复合纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到94.5%和91.7%,抑菌效果显著。复合纳米纤维膜优异的抗菌性使其具有防霉、抗腐的作用,为果蔬保鲜贮藏提供了良好的条件;(5)以草莓为实验对象,探讨静电纺CNW/PLA复合纳米纤维膜在果蔬保鲜方面的应用,并得知:CNW/PLA复合纳米纤维膜可在一定程度上延缓草莓的失重、腐烂,抑制可滴定酸含量及维生素C含量的下降,同时还具有显著的抗菌保鲜效果。
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