食品控释抗菌包装因其释放开始点和释放速率的可控性、针对不同食物和菌种的靶向性以及安全性受到了研究者的广泛关注,其中生物质食品控释抗菌包装以其更安全健康、环境友好、来源丰富的优势成为了研究热点。本课题制备了一种新型海藻酸钠/钙生物质食品控释抗菌包装膜,通过对膜的一系列微观结构、膜组分间相互作用和膜中精油释放规律的表征研究其控释机理并建立适用于生物质膜的扩散系数模型,通过对膜的物理、机械和抗菌性能的表征以及模型的验证表明该膜和模型在食品保鲜包装领域具有较好的应用前景。主要研究内容及结论包括:(1)海藻酸钠/钙食品控释抗菌包装膜的制备工艺研究以生物质高分子材料海藻酸钠为基膜,天然抗菌成分肉桂精油为抗菌剂,天然高分子乳化剂明胶、阿拉伯胶、羧甲基纤维素钠和吐温80之间的组合为混合乳化剂组合,甘油为增塑剂,氯化钙为交联剂,通过高速剪切乳化/共混工艺将肉桂精油包裹在混合乳化剂中成微球后、经共混流延将微球嵌入海藻酸钠膜中,制备新型结构的海藻酸钠/钙食品控释抗菌包装膜。通过流变性能、微观结构、物理性能、机械性能、精油存留率等指标对海藻酸钠/钙食品控释抗菌包装膜制备过程中涉及的制膜液的溶解搅拌温度、搅拌速率、搅拌时间、静置环境、静置时间、乳化/共混工艺、干燥温度等一系列工艺参数,以及配方中各组分含量的确定进行讨论、评价,获得新型抗菌膜的制备流程、配方和工艺参数。结果表明,海藻酸钠基膜液溶解温度的升高、溶解时间的增加显著降低了海藻酸钠基膜液的黏度;高速剪切乳化/共混工艺获得的制膜液粒径显著小于机械搅拌乳化/共混获得的制膜液粒径,且高速剪切乳化/共混工艺可获得双层包裹效果的新型结构海藻酸钠食品控释抗菌包装膜;干燥温度的升高显著增加了膜中肉桂精油的存留率。(2)海藻酸钠食品控释抗菌包装膜的控释机理研究及其物理、机械性能表征通过对海藻酸钠食品控释抗菌包装膜的制膜液和膜的微观形貌、分子结构的表征,研究不同乳化/共混工艺、乳化剂组合对膜中肉桂精油的控释机理。研究结果表明,不同乳化/共混工艺制备的膜微观结构显著不同,使膜中肉桂精油的释放速率显著不同。肉桂精油由不同组合的乳化剂包裹成微球后分布在海藻酸钠基膜中,肉桂精油从膜中向模拟液无水乙醇释放的速率受不同乳化剂组合间不同的静电相互作用和分子间作用力控制,静电相互作用、分子间作用力越大,肉桂精油的释放速率越低。另外,肉桂精油的释放速率还受释放路径控制,释放路径长度的增加显著降低肉桂精油的释放速率,释放路径长度差异相同时肉桂精油释放速率间的关系相同。海藻酸钠食品控释抗菌包装膜的物理、机械性能研究结果表明,高速剪切乳化/共混工艺制备的膜的机械性能显著优于机械搅拌乳化/共混工艺制备的膜;乳化剂组合膜比单一乳化剂对照膜具有更好的物理、机械性能。(3)海藻酸钙食品控释抗菌包装膜的控释机理研究及其物理、机械、抗菌性能表征为改善海藻酸钠包装膜溶于水的特性,使其不溶于水并提高其机械性能、拓宽应用范围,对其进行钙离子交联为海藻酸钙食品控释抗菌包装膜。通过对海藻酸钙食品控释抗菌包装膜的微观形貌、分子结构和膜中精油释放规律的表征,研究不同乳化剂组合、增塑剂含量、交联方式、模拟液和温度对膜中肉桂精油的控释机理。结果表明,不同乳化剂组合、增塑剂含量、交联方式、模拟液和温度通过改变膜内结构和膜内分子间相互作用力、膜与模拟液间的相互作用、精油与模拟液的相互作用以及膜内精油的扩散活化能,使膜中聚合物链段运动的难度、聚合物内自由体积的再分布的难度、肉桂精油跃迁通道的产生频率发生改变,从而改变、调节膜内肉桂精油释放的速率。通过对海藻酸钙食品控释抗菌包装膜的物理、机械、抗菌性能的表征,发现交联后的海藻酸钙包装膜机械性能显著优于未交联的海藻酸钠包装膜。乳化剂组合膜比单一乳化剂对照膜具有更好的物理、机械性能。膜的抗张强度随着增塑剂甘油含量的增加而显著降低,断裂伸长率随着增塑剂甘油含量的增加而显著升高。海藻酸钙抗菌包装膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有明显的抑菌效果,四种乳化剂组合的膜对猪肉中菌落的生长都有较好的抑制作用,具有较好的抗菌保鲜效果。(4)生物质食品包装膜扩散系数模型的建立在Brandsch模型的基础上,建立适用于生物质食品包装膜的Brandsch-Bio扩散系数模型。定义生物质包装膜的聚集态影响因子B_P,由包装膜的聚集态因素A_P和接触液体对生物质包装膜聚集态因素的影响权重w共同决定。将控释因子融入模型,通过改变聚集态因子改变扩散系数,量化表征了生物质控释包装膜的微观控释机理。将建立的Brandsch-Bio扩散系数模型应用于本课题的扩散机理量化表征,计算本研究中增塑剂含量、乳化剂组合、交联、模拟液和温度控释因子的Brandsch-Bio扩散系数模型参数,建立了具有较好预测效果的Brandsch-Bio扩散系数预测模型。