果膠/纖維素基抗菌膜制備及抗菌劑釋放研究

【摘要】：生物基抗菌包裝作為近年來被廣泛關(guān)注的一類食品包裝材料,可以通過持續(xù)地向包裝食品表面釋放抗菌劑阻止食品腐敗,延長食品貨架期,實現(xiàn)包裝食品內(nèi)最少或無防腐劑添加,以及緩解傳統(tǒng)塑料包裝的消耗,降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。包裝食品壽命主要在于包裝材料內(nèi)抗菌劑的釋放效果。通過調(diào)節(jié)抗菌劑的釋放可達(dá)到合理地控制抗菌劑釋放的目的。本論文制備了低甲氧基果膠/羧甲基纖維素(LMP/CMC)共混膜；針對LMP/CMC膜內(nèi)山梨酸鉀(PS)的釋放進(jìn)行了系統(tǒng)研究,基于釋放試驗獲得了PS向食品模擬物釋放的規(guī)律,揭示了環(huán)境溫度、膜組分比、CaCl2和蒙脫土(MMT)濃度影響PS向不同模擬物釋放的機制；分析PS釋放的關(guān)鍵參數(shù)(擴散系數(shù)(DP)或分配系數(shù)(KF,P))與環(huán)境溫度、膜組分比、CaCl2和MMT濃度變化的關(guān)系,確立了PS釋放參數(shù)與環(huán)境溫度、膜組分比及CaCl2的關(guān)系；構(gòu)建了抗菌膜內(nèi)PS釋放的預(yù)測模型,應(yīng)用于抗菌膜內(nèi)山梨酸鉀向真實食品的釋放預(yù)測。(1)低甲氧基果膠/羧甲基纖維素共混膜制備及性能評價。流延法制備LMP/CMC-MMT共混膜,研究膜組分比和MMT濃度對共混膜包裝性能的影響。結(jié)果表明：CMC的添加改善了共混膜拉伸性能,提高了其透明度。MMT(1～4%)的添加進(jìn)一步改善共混膜拉伸性能,降低其水蒸氣透過率和含水量；但8%的MMT在膜內(nèi)聚集,破壞膜結(jié)構(gòu),降低其拉伸性能和阻水能力。(2)抗菌膜內(nèi)山梨酸鉀的釋放規(guī)律研究。試驗研究不同溫度對抗菌膜(LMP/CMC-PS, LCP)內(nèi)PS向脂肪模擬液(95%乙醇和異辛烷)釋放的影響；系統(tǒng)研究4℃下,LCP抗菌膜(不同膜組分比(LMP/CMC)、 CaCl2及MMT濃度)內(nèi)PS的釋放規(guī)律,同時探索膜組分、CaCl2和蒙脫土影響山梨酸鉀向95%乙醇和50%乙醇模擬物釋放的機制。結(jié)果表明,PS在95%乙醇中的釋放率高于異辛烷中?？咕ぴ?5%乙醇和50%乙醇中有著不同的溶脹現(xiàn)象,影響PS的釋放規(guī)律,CMC含量降低、CaCl2和MMT濃度升高均可延緩PS的釋放。95%乙醇中,抗菌膜無明顯的溶脹現(xiàn)象,隨著CMC含量的增加,抗菌膜內(nèi)水分含量增加,加速了PS的釋放；CaCl2濃度增加使膜分子鏈間變得更加致密,延緩了PS釋放；MMT濃度的增加可將更多的PS保留在抗菌膜內(nèi)。50%乙醇中,抗菌膜有著明顯的溶脹現(xiàn)象,隨著CMC含量的增加,抗菌膜的溶脹率升高,加速PS的釋放；CaCl2濃度的增加加強了膜分子間相互作用,降低抗菌膜溶脹率,延長了PS達(dá)到釋放平衡的時間；MMT添加量的增加降低了抗菌膜的溶脹率,延緩PS達(dá)到釋放平衡的時間。(3)抗菌膜內(nèi)山梨酸鉀釋放的關(guān)鍵參數(shù)研究。通過使用菲克擴散模型擬合PS釋放,研究PS釋放的關(guān)鍵參數(shù)(DP與KF,P)與環(huán)境溫度、膜組分比、CaCl2和MMT濃度變化的關(guān)系；確立了PS釋放參數(shù)與環(huán)境溫度、膜組分比及CaCl2濃度的關(guān)系；使用冪律模型分析抗菌膜內(nèi)PS在兩種模擬液的釋放機制。結(jié)果表明,PS的DP、KF,P與溫度符合阿倫紐斯方程；膜組分比、CaCl2濃度及(1、2%)MMT對PS向95%乙醇的釋放行為可以很好地使用菲克模型模擬；高濃度MMT對PS的釋放更適合使用菲克擴散模型和一級動力學(xué)方程共同模擬；通過降低膜組分CMC含量、提高CaCl2和MMT濃度可達(dá)到有效地降低PS的DP或KE,P；確定了PS的DP和KF,P分別與膜組分CMC含量和CaCl2的線性關(guān)系。使用菲克擴散模型擬合PS向50%乙醇的釋放,通過降低膜組分CMC含量、增加CaCl2和MMT濃度均能降低PS的擴散系數(shù),PS的DP與膜組分比和CaCl2濃度呈線性相關(guān)。使用冪律模型證實了PS向95%乙醇釋放是由擴散導(dǎo)致的,釋放過程遵循菲克擴散模型,PS向50%乙醇釋放是抗菌膜的溶脹松弛引起的,不再遵循菲克擴散模型,偏離了菲克模型。(4)抗菌膜內(nèi)山梨酸鉀釋放預(yù)測模型的構(gòu)建。通過分析PS釋放參數(shù)(DP與KF.P)與膜組分比、環(huán)境溫度的關(guān)系,確立了PS釋放參數(shù)關(guān)于膜組分比和環(huán)境溫度的方程；基于菲克擴散模型,建立了PS在模擬液中關(guān)于膜組分比和環(huán)境溫度的釋放預(yù)測模型。結(jié)果表明,所建模型通過模擬液的釋放試驗實現(xiàn)對PS釋放規(guī)律的預(yù)測,同時有效實現(xiàn)了PS向真實食品(橄欖油)的釋放預(yù)測。