海藻酸钠基LDH-ZnO抗菌复合材料的制备及性能研究

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当前,面对塑料包装材料带来的环境问题,绿色活性包装材料极具发展前景,国内外对该类材料的研发工作已成热点,本课题针对生物基复合材料存在的问题,以成膜性能良好的海藻酸钠和明胶作为成膜基材,通过添加具有特殊层状结构的新型无机功能材料水滑石和抗菌性能良好的纳米氧化锌,实现该复合材料预想的抗菌特性,在确定各成分的最优配比后通过流延工艺制备抗菌复合膜。将制备的抗菌复合膜应用于冷却肉保鲜试验,通过测定不同指标评估该抗菌复合膜对冷却肉货架期的影响。主要研究内容和成果如下:(1)以海藻酸钠、明胶为成膜基材,添加增塑剂甘油、交联剂无水氯化钙,在亚克力玻璃板上流延制备海藻酸钠-明胶基复合膜。利用单因素试验探究海藻酸钠含量、明胶含量、甘油含量、无水氯化钙含量、干燥温度等因素对复合膜抗拉强度、断裂伸长率、水蒸气透过率(WVP)、水溶性以及透光率的影响。通过四因素三水平的正交试验,结合极差和方差分析,获得复合膜的最优制备工艺,即海藻酸钠与明胶的比例为3:1,甘油含量为25%(相对于海藻酸钠-明胶的质量分数),无水氯化钙含量为2%(相对于海藻酸钠-明胶的质量分数),干燥温度为60℃,此时复合膜的各项性能良好。(2)将无机抗菌剂纳米氧化锌与海藻酸钠-明胶共混制备海藻酸钠基纳米氧化锌抗菌复合膜,测定复合膜的各项性能,通过抑菌率试验探究复合膜的抗菌效果,使用FT-IR、SEM对复合膜进行表征,借助DSC分析复合膜的热稳定性。分析之后可知,当纳米氧化锌的含量为4%时,复合膜具有良好的机械性能和抗菌性能,复合膜内部各成分之间结合紧密,热稳定性好。(3)将水滑石和纳米氧化锌结合生成增强抗菌结构与海藻酸钠-明胶共混制备海藻酸钠基LDH-Zn O抗菌复合膜,通过FT-IR、SEM、DSC对复合膜进行表征,采用抑菌率试验研究复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌作用,利用接触角试验探究复合膜的表面性能。分析之后可知,当纳米氧化锌的含量为4%、水滑石的含量为10%时,复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过了99%,表现出强抗菌性;复合膜内部各分子之间形成交联网络结构,热稳定性高;复合膜的表面性能提高,亲水性下降。(4)将没有添加抗菌剂的SA复合膜、添加10%水滑石-4%纳米氧化锌的抗菌复合膜和PE保鲜膜分别用于冷却肉的保鲜试验,通过对冷却肉的感官评价、色差、失重率、PH值、菌落总数、TVB-N含量等指标的分析,在试验周期内(约14天)对每种复合膜的保鲜效果进行评定。试验结果表明,抗菌复合膜对冷却肉的保鲜期限可以达到12~14天,SA膜对冷却肉的保鲜期限为6~8天,而PE膜对冷却肉的保鲜期限只有4~6天,即抗菌膜的保鲜效果最好,SA膜次之,PE膜最差,相较于PE膜,抗菌膜可将冷却肉的货架期延长6天左右。
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