具有乙烯吸附及结构显色功能的食品包装材料研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeremeah
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保鲜贮藏是农产品采后的重要环节,对于延长农产品的货架期具有重要的经济意义,随着人们更多地选择电子商务或超市作为采购农产品的主要渠道,市场亟需对农产品进行保鲜贮藏、包装的新材料、新技术。生鲜果蔬因具有生命活性,对其进行保鲜贮藏主要是通过对贮藏环境中温度的控制和气体成分的调节来实现的,乙烯作为一种气态的果蔬催熟剂,需要尽可能地降低其在贮藏环境中的含量,因此,研究并开发具有乙烯吸附功能的包装材料具有重要的研究意义和应用前景。基于此,本研究拟开发具有高孔隙率和乙烯吸附率的新型纳米纤维膜包装材料,在一定条件下,实现对乙烯气体的有效吸附;同时,研究并制备非晶结构色包装材料,具备作为乙烯响应性结构色材料的性能基础,符合市场对食品包装材料活性化、智能化的发展需要。本论文主要研究内容包括:(1)通过静电纺丝技术制备具有超高孔隙率的纳米纤维膜,当纺丝液的溶剂体系二氯甲烷(DCM)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为8:2,聚乳酸(PLA)质量分数为8%,供液速度为1.2m L/h,电压为20 k V,接收距离为15 cm时,可制备孔隙率达93.82%、纤维形貌良好的PLA多孔纤维膜。利用低温等离子体技术协同Ag(I)对PLA纤维膜进行修饰,实现了对乙烯气体的有效吸附。其中低温等离子体处理功率为250 W、处理时间为500 s时,可以有效改善纤维膜的亲水性。为验证纤维膜材料的乙烯吸附效果,将PLA纤维膜和普通PE膜作为包装盒的覆盖保鲜膜材并进行对比试验,结果表明,修饰改性后的PLA多孔纤维膜与未经修饰改性的纤维膜相比,包装盒内乙烯含量降低了18%,而相比于普通PE膜,包装盒内乙烯含量降低了78.5%。(2)通过溶胶凝胶法制备了SiO2纳米颗粒,并研究了实验条件对制备的SiO2纳米颗粒的粒径大小和呈色的影响。实验结果表明,SiO2纳米颗粒的粒径随着正硅酸四乙酯的添加量的增多、氨水的添加量增多、反应时间的延长而增大,反射光谱红移;随着反应温度的升高而减小,反射光谱蓝移。(3)将制备的SiO2纳米颗粒分散液通过空气喷枪喷涂在底板上,针对结构色膜颜色饱和度低的问题,通过在SiO2分散液中添加石墨烯,减弱了非相干光的干涉,提高了结构色膜的色彩饱和度。并且通过将不同粒径的SiO2纳米粒子进行叠加喷涂,成功实现了结构色的叠加呈色,其呈色机理为:两层不同粒径的结构色膜反射不同波长的光,叠加可以产生新的颜色。(4)将喷涂得到的SiO2非晶结构色材料作为模板,以聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺分别作为填充骨架,采用“三明治”法,制备三维多孔状的非晶光子晶体结构色材料。制备得到的结构色材料根据模板的不同会呈现不同的色彩。通过扫描电镜(SEM)观察,所制备的材料具有多孔贯穿的三维网络结构,表现出了配位数为4,原子闭合环为6的类似鹦鹉羽毛结构的局域拓扑特征,可以对光线进行选择性的散射产生没有彩虹效应的结构色,并且具有一定的色彩稳定性。本研究所制备的结构色材料预期可以作为乙烯气体的结构显色响应用智能包装材料。
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