静电纺活性智能膜材料的制备及其性能研究

作     者：吴佳卉 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宗敏华;吴虹;邹宇晓

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 083201[工学-食品科学] 0702[理学-物理学] 

主      题：活性智能包装 静电纺丝 新鲜度指示 抗菌 猪肉 

摘      要：近年来,冷鲜肉因其新鲜度高、口感好、营养成分丰富等特点深受消费者的喜爱。但其在冷链流通过程中易受到微生物侵染,如何在延长冷鲜肉货架期的基础上实现新鲜度的智能指示,是目前冷鲜肉贮藏需要解决的问题。活性智能包装膜是解决上述问题的一种有效策略。一方面,它通过释放抗菌剂抑制冷鲜肉表面微生物的生长;另一方面,可通过指示剂颜色变化达到反馈食品新鲜度的目的。静电纺丝技术是一种高效、温和的纳米纤维膜制备技术,所形成纳米纤维的高比表面积、高孔隙率有利于抗菌剂缓释和指示剂的高灵敏响应。因此,本文基于静电纺丝技术制备负载天然指示剂(紫薯花青素、姜黄素)和天然抗菌剂(ε-聚赖氨酸)的活性智能膜材料,并用于猪肉保鲜及新鲜度指示。通过阐释冷鲜肉腐败与膜材料抗菌性及新鲜度指示的内在联系,为开发兼具抗菌和新鲜度指示性能的活性智能包装材料提供科学依据。本论文的主要结果如下:(1)负载单一指示剂和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的制备与性能研究制备的紫薯花青素(PSPA)呈现pH敏感性,且对DPPH自由基清除率的抗坏血酸当量为48.12 mg/g,表明PSPA可作为指示剂和抗氧化剂。利用静电纺丝法制备了负载PSPA的乙基纤维素(EC)/明胶(G)基纳米纤维膜,扫描电镜和红外光谱分析结果表明物质之间具有良好的相容性。结合水接触角与p H响应性能结果分析可知,活性智能包装膜材料的水接触角在70°至85°之间有利于实现高效的p H响应。综合分析,适宜的纤维膜组成为ECG4-P30(EC与G总质量分数为25%、质量比为1:4,PSPA含量为基材总质量分数的30%),其比同组成的流延膜具有更优的NH3响应性能及可逆性。在此组成上,进一步制备了负载ε-聚赖氨酸(ε-PL)的纳米纤维膜(ECG4-P30-4PL),抗菌实验表明其对大肠杆菌(***)和金黄色葡萄球菌(***)具有良好的抑菌活性。(2)负载复合指示剂和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的制备与性能研究与单一指示剂相比,复合指示剂有助于提高新鲜度指示的灵敏性。本节以PSPA和姜黄素(CR)为复合指示剂,利用静电纺丝方法成功制备了负载复合指示剂和ε-PL的纳米纤维膜。CR含量对纤维膜各项性能均有影响,且添加CR后纤维膜的抗氧化活性显著提升30%(P0.05)。适宜的纤维膜组成为EGP-PC II(EC与G总质量分数为25%、质量比例为1:4,PSPA含量为基材总质量分数的30%,ε-PL质量分数为4%,CR含量为PSPA质量分数的0.5%),其对PSPA和CR的包埋率分别为82.45%、96.69%。纤维膜呈现优异的NH3响应性能及良好的抑菌活性。(3)复合纳米纤维膜用于猪肉的保鲜及新鲜度指示研究将上述制备的活性智能膜应用于猪肉的保鲜和新鲜度指示。结果表明,ECG4-P30-4PL和EGP-PC II纤维膜均可有效抑制菌落数和挥发性盐基氮产生,与空白组相比,二者可将冷鲜猪肉的货架期延长4天左右。特别地,脂质过氧化值(TBARS)结果显示,EGP-PC II组猪肉的TBARS值最低。在第10天时,ECG4-P30-4PL和EGP-PC II纤维膜分别出现粉色到棕褐色、亮黄色到橄榄绿色的颜色变化,表明所制备的活性智能包装膜均具有预警猪肉腐败的效果,且负载复合指示剂的EGP-PC II纤维膜变色效果更明显。