具有果蔬保鮮功能的殼聚糖納米纖維制備與性能表征.pdf

1、以殼聚糖為主要代表的海洋多糖是蘊(yùn)藏量豐富的天然生物活性物質(zhì)。大量研究表明，殼聚糖具有良好的抑菌特性、生物相容性、生物降解能力、滲透性與加工性能，所以圍繞殼聚糖等海洋多糖的開發(fā)利用已經(jīng)成為了當(dāng)今熱門的課題之一。在前期的研究中，我所在的課題組已經(jīng)完成了可食用殼聚糖薄膜以及殼聚糖復(fù)合薄膜的制備，提供了殼聚糖/海藻酸的復(fù)合技術(shù)和殼聚糖/卡拉膠的復(fù)合技術(shù)，并且發(fā)現(xiàn)了殼聚糖優(yōu)異的加工性能與絕對(duì)的食用安全性。
　　納米纖維以極大的比表面積、優(yōu)異

2、的透氣保濕性能、較好的柔韌與吸附性能等特點(diǎn)，成為了材料學(xué)的熱門新寵兒。針對(duì)納米纖維制備方法的研究目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，傳統(tǒng)方法依舊在沿用，新奇方法也層出不窮。但真正適用于殼聚糖、并以食品包裝用納米纖維為應(yīng)用前景的制備方法的報(bào)道非常鮮見，多數(shù)情況是制備出的殼聚糖納米纖維不適合做食品包裝材料，或者適合做食品包裝材料的納米纖維無(wú)法運(yùn)用殼聚糖為原料，抑或制備出的納米纖維存在諸多限制因素，如步驟繁瑣復(fù)雜耗時(shí)耗能，制備出的纖維直徑過(guò)大、取向難控、無(wú)法擺

3、脫化學(xué)溶劑的束縛等，這在很大程度上限制了殼聚糖納米纖維在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本研究在課題組先前利用冰晶模型法成功制備殼聚糖氣凝膠的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種全新的超聲霧化結(jié)合冷凍鑄造的殼聚糖纖維制備工藝。全文從全新制備工藝的探索、參數(shù)優(yōu)化、殼聚糖納米纖維的物理性能與機(jī)械性能的分析與強(qiáng)化、纖維素濾紙的殼聚糖納米纖維功能涂布、殼聚糖納米纖維的抑菌性檢測(cè)、殼聚糖納米纖維的蔬果保鮮性能分析等方面進(jìn)行研究，探索殼聚糖納米纖維在食品包裝方面的

4、潛能。
　　1.超聲霧化結(jié)合冷凍鑄造的納米纖維制備工藝的提出與參數(shù)優(yōu)化
　　超聲霧化結(jié)合冷凍鑄造工藝在僅使用水作為主要溶劑的前提下，可以制備出直徑小于100納米、且取向統(tǒng)一的殼聚糖納米纖維。制備出的殼聚糖納米纖維具有較高的安全性、相容性以及環(huán)境友好性。掃描電子顯微鏡的觀察分析表明，纖維形態(tài)主要與霧化方式、冷凍溫度和殼聚糖原溶液的黏度有關(guān)。獲得直徑最小且取向統(tǒng)一的殼聚糖納米纖維的工藝參數(shù)為:超聲波霧化（PSAF作為霧化工具），

5、液氮作為冷卻劑，殼聚糖原溶液的濃度為0.4 wt％，殼聚糖分子量為22 kDa，水與微量乳酸作為溶劑，殼聚糖霧化原液的溫度為0℃。
　　2.殼聚糖納米纖維的物理、機(jī)械性能分析與強(qiáng)化
　　由超聲霧化結(jié)合冷凍鑄造工藝制備出的殼聚糖納米纖維遇水極易發(fā)生形變，在水中浸泡24 h后，纖維結(jié)構(gòu)趨向于凝膠，但是不發(fā)生溶解。殼聚糖納米纖維的吸水率為33.56％，持水率為20.90％，比表面積為19.318 m2/g。由PSAF和雙動(dòng)噴筆霧化

6、制備出的殼聚糖納米纖維機(jī)械性能較差，當(dāng)前形式無(wú)法直接用做功能性材料。機(jī)械壓縮成膜是一種有效提升殼聚糖納米纖維物理和機(jī)械性能的途徑。在壓縮成膜后，纖維的耐水性（在水中浸泡24 h后，纖維膜只發(fā)生吸水膨脹，除膜面積變大外無(wú)其它形變）明顯提升，吸水率(19.57％)有不同程度的下降，而且機(jī)械壓縮力越大，耐水性越高，吸水率越低。另外，經(jīng)由壓縮成膜后的納米纖維擁有較好的機(jī)械性能，但是掃描電子顯微鏡表面分析表明，纖維直徑略有增加（從390 nm變?yōu)?/p>

7、475 nm）。纖維的比表面積有明顯下降（手動(dòng)壓膜的比表面積為10.423 m2/g，油壓機(jī)壓膜的比表面積為3.7140 m2/g）。
　　3.纖維素濾紙的殼聚糖納米纖維功能涂布
　　用殼聚糖納米纖維對(duì)纖維素濾紙進(jìn)行功能涂布，是一個(gè)有效利用殼聚糖納米纖維的途徑。借助于纖維素濾紙，殼聚糖納米纖維的機(jī)械性能明顯提升;由于殼聚糖納米纖維的涂布，纖維素濾紙的比表面積和抗菌性能也有明顯提高。PSAF單次霧化后，涂層效果最佳，殼聚糖納米

8、纖維涂層的纖維直徑為234.96±68.36 nm。在有水存在的情況下，無(wú)法通過(guò)交聯(lián)的方式維持殼聚糖納米纖維的涂層形態(tài)，但是以TPP為交聯(lián)劑與殼聚糖溶液同時(shí)超聲霧化或者一前一后超聲霧化形成的涂層可有效維持殼聚糖納米纖維的形態(tài)，但是這種操作的重復(fù)性和可控性較差。
　　4.殼聚糖納米纖維的抑菌性能分析
　　不同的殼聚糖納米纖維狀態(tài)，抑菌性不同，由高到低依次為:殼聚糖納米纖維涂布后的纖維素濾紙，殼聚糖納米纖維與TPP交聯(lián)后涂布的纖

9、維素濾紙，油壓機(jī)壓縮的殼聚糖納米纖維膜，未經(jīng)處理的殼聚糖納米纖維。本研究范圍內(nèi)的殼聚糖納米纖維樣品，總體上看對(duì)枯草桿菌的抑制作用最明顯，其次為大腸桿菌，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用較弱。從抑菌性的角度分析，超聲霧化結(jié)合冷凍鑄造的殼聚糖納米纖維適合用作抗菌性食品包裝材料。
　　5.殼聚糖納米纖維的蔬果保鮮性能分析
　　從草莓的感官評(píng)測(cè)、失重率評(píng)測(cè)、腐敗等級(jí)評(píng)測(cè)、抗壞血酸(Vc)含量評(píng)測(cè)等4個(gè)指標(biāo)分析，殼聚糖納米纖維涂布后的纖維素