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本文是国家科技支撑计划项目(2015BAD16B05)“防腐保鲜新型物流包装材料开发”和吉林省教育厅“十三五”科学技术研究规划项目(JJKH20170435KJ)“玉米秸秆微纳纤维素抗菌、可降解包装材料的制备及其在长白山山野菜保鲜中的应用”的部分研究内容。本文以玉米秸秆为原料,优化了玉米秸秆纤维素(CSC)和玉米秸秆纳米纤维素(NCSC)的制备工艺,并将CSC和NCSC应用到玉米磷酸酯淀粉(CDP)基可食膜中,研究了超声波-微波协同作用对可食膜性能的影响;在此基础上,优化了干式复合法制备玉米磷酸酯淀粉基和玉米醇溶蛋白基双层复合可食膜(C/Z膜)的工艺,并对可食膜的结构和性质进行了表征和分析;进一步研究了玉米磷酸酯淀粉基抑菌可食膜的抑菌性能,并将其应用到集安白桃的涂膜保鲜中。研究结果如下:(1)以玉米秸秆为原料,采用单因素试验和响应面试验确定了制备CSC和NCSC的最佳工艺条件。超声辅助碱法制备CSC的最佳工艺条件为:Na OH质量浓度8.7g/100m L、液料比16:1(m L/g)、超声功率180 W、超声时间96 min,CSC得率为35.19%。超声辅助硫酸水解制备NCSC的最佳工艺条件为:硫酸体积分数64%、超声功率160 W、酸解温度48℃、酸解时间78 min,NCSC得率为38.29%。与CSC相比,NCSC的粒径减小,达到纳米级别;NCSC的L值、a值明显增大(p<0.05),b值明显降低(p<0.05),NCSC更加洁白、细腻,对光的反射增强,吸水膨胀力显著增加(p<0.05),持水力显著降低(p<0.05)。傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,硫酸水解去除了半纤维素和木质素成分,NCSC仍保持着CSC的基本化学结构。X射线衍射(XRD)分析表明,CSC和NCSC的晶体类型基本一致,NCSC的衍射峰更加尖锐和细窄,强度增加,NCSC的结晶度显著提高(p<0.05)。热失重(TGA)分析表明,NCSC热分解温度比CSC略低,CSC和NCSC的热分解温度均超过200℃,二者均具有较好的热稳定性。(2)以CDP和CSC作为成膜基材,通过共混流延方法制备可食膜。采用主成分分析法和响应面试验优化得到可食膜的最佳制备工艺参数为:CDP-CSC质量比8.5:1.5,CMC质量浓度0.8 g/100 m L、Gly质量浓度1.0 g/100 m L,可食膜性能综合分为0.737,对应可食膜抗拉强度(TS)、断裂伸长率(EAB)、水蒸气透过系数(WVP)、氧气透过率(OP)和透光率(LT)分别为19.75 MPa、46.89%、1.167×10-12 g/(cm·s·Pa)、2.78×10-2g/(m2·d·Pa)和41.86%,添加CSC可以改善可食膜的机械性能,阻隔性能和透光性。利用超声波-微波协同改性处理,可以改善CDP/CSC膜的机械性能、阻隔性能和透光性。FTIR和XRD分析表明,经过超声波-微波协同处理后的CDP/CSC膜各组分分子间产生了较强的相互作用,改善了膜的性能。SEM分析表明,通过超声波-微波协同处理的CDP/CSC膜表面更光滑平整,截面致密有序,提高了共混体系的相容性。(3)采用超声波-微波协同改性制备玉米磷酸酯淀粉/秸秆纳米纤维素/聚乙二醇(PEG)可食膜(P-CDP/NCSC)。结果表明,通过添加NCSC和PEG,使可食膜的TS和EAB均有不同程度的提高,其中P-CDP/NCSC可食膜的TS和EAB分别达到最大值39.47 MPa和135.75%;CSC、NCSC和PEG的加入亦可有效提高CDP可食膜的阻隔性能,使WVP和OP显著降低(p<0.05)。FTIR和XRD分析表明,CSC、NCSC、PEG的添加使膜分子间的氢键作用加强,CDP/NCSC膜的具有更高的结晶性,而PEG的加入,则改善了膜的韧性和相容性。TGA分析表明,CSC和NCSC可提高可食膜的热稳定性。SEM分析表明,添加NCSC对于形成均匀、连续、致密的膜结构具有更好的作用。(4)采用主成分分析法和响应面试验优化得到干式复合法制备玉米磷酸酯淀粉基和玉米醇溶蛋白基双层复合可食膜(C/Z膜)的最佳制备工艺参数为:C膜:Z膜6:4,热压温度135℃、热压次数3次,C/Z膜性能综合分为0.729,对应TS、EAB、WVP、OP和LT分别为39.96 MPa、61.35%、0.4526×10-12 g/(cm·s·Pa)、0.8649×10-2 g/(m2·d·Pa)和43.63%。C/Z膜与CDP/NCSC膜和P-CDP/NCSC膜相比,TS提高,EAB和LT下降,阻湿、阻氧性能增强。FTIR分析表明,Z膜中的羟基、羰基、氨基与C膜中的羟基、羰基、双键等活性基团之间产生了较强的氢键缔合,C/Z膜仍保留着C膜的基本结构。XRD分析表明,C/Z膜的衍射峰强度明显高于C膜,结晶度提高。TGA分析表明,C/Z膜的最大热降解温度305.57℃,高于C膜的最大热降解温度294.18℃,C/Z膜比C膜的热稳定性能提高。宏观形貌和SEM分析表明,C膜、Z膜和C/Z膜的表面均较光滑,无明显的颗粒、褶皱及孔洞,并具有良好的透明性和韧性;C/Z膜表现为双层致密的截面结构,无明显的相分离现象。(5)玉米磷酸酯淀粉基抑菌可食膜的抑菌性能研究表明,乳酸链球菌素(Nisin)添加到可食膜中,可有效抑制革兰氏阳性细菌(金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌)的生长繁殖,随着Nisin添加量的增大,可食膜对大肠杆菌的抑制作用和黑曲霉菌丝的生长抑制率明显提高。Nisin和ε-聚赖氨酸(ε-PL)复合使用时,可产生协同抑菌效应,不仅对革兰氏阳性菌有良好的抑菌效果,而且可使其对革兰氏阴性菌的抑菌效果增强;同时使可食膜对黑曲霉菌丝的生长抑制率明显提高。(6)将玉米磷酸酯淀粉基可食膜应用在集安白桃涂膜保鲜中,结果表明,经涂膜保鲜处理的集安白桃样品感官品质、失重率、褐变指数、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、维生素C含量、丙二醛含量、过氧化物酶和多酚氧化酶活性等指标均优于未涂膜处理的样品。涂膜处理可在果实表面形成保护层,减少营养成分损失,延缓果实成熟;亦可抑制微生物对果实的侵染,防止果实腐烂,延长贮藏保鲜时间。