海藻酸钠活性包装膜的开发及其在水产品保鲜中的应用

作     者：庞一帆 

作者单位：大连海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武龙;邱卫华

授予年度：2024年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 083204[工学-水产品加工及贮藏工程] 

主      题：海藻酸钠 纳米纤维素 壳聚糖 活性包装膜 食品保鲜 

摘      要：食品包装作为氧气、水分、油脂和微生物等物质的有效屏障,其核心功能是控制食品发生理化、生化变化和由微生物导致的食物腐败变质。传统的食品包装膜大多以塑料制品为主,其来源于不可再生的石化资源,难以降解,对生态环境会产生不利影响。因此,开发绿色可降解的活性包装膜成为当下食品包装领域的研究热点。本文以海藻酸钠为基质,制备了壳聚糖/纳米纤维素/海藻酸钠活性复合膜。探究纳米纤维素对海藻酸钠膜机械性能和阻隔性能的影响,将壳聚糖作为抗菌剂添加到海藻酸钠膜中,赋予海藻酸钠膜抗菌性能,并将其应用于南美白对虾的保鲜中,探究活性包装膜在南美白对虾保鲜中的应用特性,达到延长南美白对虾货架期的目的。以期为未来食品保鲜包装材料的研究与开发提供参考。本研究主要进行了以下三方面的工作:1、褐藻纳米纤维素的制备。从褐藻渣中提取了褐藻纤维素,测得提取率为13.60±0.40%,纯度为96.26±0.66%,水分含量为3.67±0.32%、灰分含量为1.05±0.32%,FT-IR结果表明提取的褐藻纤维素与市售微晶纤维素具有相似的化学结构,由此说明本研究提取的褐藻纤维素纯度较高且品质优良。在此基础上,以褐藻纤维素为原料进行TEMPO氧化-超声处理制备纳米纤维素,粒径、Zate电位结果表明通过TEMPO氧化-超声处理的褐藻纤维素的平均粒径大小为147.4 nm,Zate电位绝对值从-38.5mv增至-51.1 mv,说明通过TEMPO氧化-超声处理法成功制备了褐藻纳米纤维素,并且具有较高的稳定性。羧基含量结果表明,TEMPO氧化-超声制备的纳米纤维素羧基含量逐渐增加,由0.40 mmol/g增加至2.05 mmol/g。同时测得纳米纤维素的聚合度从479.7±2.4降至76.4±0.8,显著低于褐藻纤维素。FT-IR和XRD结果表明纳米纤维素的基本化学结构没有发生改变。2、壳聚糖/纳米纤维素/海藻酸钠活性包装膜的制备。采用溶液浇铸法制备海藻酸钠膜,以抗拉强度为响应值,通过响应面法对海藻酸钠的含量、甘油添加量和氯化钙浓度进行工艺优化,得出制备海藻酸钠膜的最佳工艺条件为海藻酸钠含量2%、甘油添加量28%、氯化钙浓度6%,在此条件下经过实验验证得出海藻酸钠膜的抗拉强度为250.3 MPa,其中海藻酸钠含量对薄膜的抗拉强度影响最大,其次是甘油添加量和氯化钙浓度。在此基础上,向海藻酸钠膜中添加褐藻纳米纤维素,以膜的机械性能为指标,通过单因素实验得出3%纳米纤维素的添加量最佳,测得膜的抗拉强度达到211.9 MPa,断裂伸长率达到38.6%。添加纳米纤维素后,薄膜的溶胀率从44.34±3.7%降至24.30±2.5%,水蒸气透过率从0.45±0.03g·mm（m·h·k Pa）降至0.30±0.01 g·mm（m·h·k Pa）,氧气透过率从4.63±0.12 mg/（m·d）降至3.09±0.2 mg/（m·d）,二氧化碳透过率从10.64±0.16 mg/（m·d）降至8.48±0.19 mg/（m·d）。由此表明,纳米纤维素的添加可以提高薄膜的气体阻隔性和水阻隔性。最后,将壳聚糖添加到TOCNs/SA复合膜中,采用抑菌圈法测定了薄膜的抑菌性,通过抑菌圈直径确定了添加到薄膜中最适的壳聚糖浓度为16 mg/m L,最终制备得到CS/TOCNs/SA活性包装膜。3、将CS/TOCNs/SA活性包装膜用于保鲜南美白对虾。研究了CS/TOCNs/SA复合膜对南美白对虾冷藏6 d保鲜效果的影响,同时从虾体内提取了多酚氧化酶并测定了酶的活性,结果表明,与对照组和未添加壳聚糖的薄膜相比,经过CS/TOCNs/SA复合膜包裹的对虾质地参数和感官品质明显改善,同时该复合膜降低了对虾中菌落总数的含量、总挥发性碱性氮含量、硫代巴比妥酸值和p H值的增加,并且使多酚氧化酶的酶促褐变反应得到了抑制。由此说明,CS/TOCNs/SA复合膜对南美白对虾具有良好的保鲜效果,有望作为延长南美白对虾保质期的活性包装膜。