在食品包装、化妆品、医疗卫生等领域,具有良好生物相容性和可降解性的天然生物大分子材料越来越受到研究者的青睐。明胶是由动物的皮肤、骨头等结缔组织中的胶原蛋白水解得到的,主要成分是氨基酸,有一定的营养成分,且具有较好的成膜性,有低温下形成凝胶的能力,无毒生物相容性好等优点。但由于其机械性能差,易吸水易被病菌侵蚀等缺点限制了其应用。为了弥补明胶在应用过程中的不足之处,本论文以明胶作基材,以环氧季铵盐(QAS)作为抗菌剂,以单宁酸(TA)和转谷胺酰胺酶(TG)对作交联剂对明胶进行了改性,并对比了浇铸成膜和静电纺丝成膜两种成膜方式的优劣势。研究的具体内容包括以下四个方面:1.伯胺基是明胶中的主要反应活性基团,故明胶中伯胺基含量的定量对明胶的改性反应有着重要的意义。本研究首先设计了一种检测明胶中伯胺含量的方法。荧光胺本身没有荧光性,而且其水解产物也没有荧光性,但其与伯胺反应产生的衍生物具有荧光性,可以在波长380 nm的激发波长下,在503 nm附近接收到最大发射波长,以此为原理,以三种不同的氨基酸作为标准物,测定了明胶中伯胺基的含量,讨论了不同的反应条件对测量结果的影响。结果表明,本实验最佳反应的p H为10.0,最佳反应时间为10 min,荧光胺与氨基酸中伯胺的最佳反应摩尔比为3:1,该方法方便快捷易于操作,而且准确性较好,适合在实验室条件下进行测量,且所测的明胶中伯胺含量具有很好的参考价值,具有广阔的推广前景与应用前景。2.为了合成阳离子抗菌明胶,先成功合成了较纯的阳离子抗菌剂环氧季铵盐(QAS)。下一步通过控制QAS中环氧基与明胶伯氨基的摩尔比得到了阳离子化程度不同的阳离子明胶,通过红外和XRD表征可知阳离子基团成功枝接到了明胶中,DSC测试表明QAS的改性对明胶的热性能影响不大,抗菌实验说明,不同的阳离子化程度造成了明胶抗菌性能的差异,其中,当QAS中的环氧基与明胶中的伯胺基摩尔比为2:1时,合成的明胶膜抗菌性能最优。3.单宁酸(TA)是一种天然有机酚酸,无毒且来源广泛,容易与蛋白质的主链或者侧链基团发生交联反应而被用作交联剂。为了改善明胶的机械性能、热性能、疏水性能等理化性能,探讨了不同TA浓度对阳离子抗菌明胶膜交联效果的影响。红外光谱(FTIR)结果表明,GE的氨基与QAS的环氧基发生反应,阳离子基团成功接枝到GE上,且GE的氨基与TA的羟基发生交联。通过荧光胺与伯胺基的衍生化反应,测试了反应前后伯胺基的含量,进一步探究本测定了阳离子化程度与交联度,实验数据表明,明胶的阳离子化程度为40.89%,其交联程度随着单宁酸添加量的增大而增大,当单宁酸的含量和阳离子化明胶的比为8%时,交联度达到最大为19.26%,之后随着单宁酸含量的增加交联度不再增加,说明交联达到饱和。通过扫描电镜(SEM)、机械性能测试、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、x射线衍射(XRD)等手段研究了交联度对GE膜理化性能的影响。结果表明,改性后的GE膜形成了致密的交联结构,其热稳定性和力学性能随交联度的增加而提高。体外抗菌性能和细胞毒性的测试表明,交联阳离子膜对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌率分别达到了95.83%和100%,在提取的交联阳离子GE膜浸出液中培养的He La细胞相对生长速率(RGR)均超过85%,说明改性后的GE膜具有良好的抗菌活性和生物相容性。4.转谷胺酰胺酶(TG)是一种生物蛋白酶,可以催化蛋白质多肽链之间产生共价交联,无毒,且交联效果良好。静电纺丝技术是一种已经发展相对成熟的制膜工艺,静电纺丝纤维膜具有较大的比表面积,较好的透气、阻水性能和机械性能,在医疗卫生食品包装领域有较为广泛的应用。将阳离子明胶与不同浓度的转谷胺酰胺酶(TG)交联,通过静电纺丝成膜和浇铸成膜法两种不同的成膜方式制膜。对比两种膜的理化性能发现,纺丝膜有较为致密的纤维结构和更大的比表面积,水蒸气透过率(WVP)、阻水性能、热性能、抗菌性能等均优于浇铸膜,表明静电纺丝膜在食品包装、医药领域等有更大的应用潜力。