PLA基抑菌材料的制备及性能研究

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xys0709
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近年来,随着环境污染的日益凸显,人们对食品品质要求的提高,研发生物可降解的功能性包装材料逐渐成为食品包装行业的趋势。本文采用完全生物可降解材料聚乳酸为基材,制备出具有抗氧化或抑菌性的薄膜,主要研究内容分为三部分:首先,将茶多酚(TP)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)与聚乳酸(PLA)共混,制备出七种PLA基复合膜,傅里叶变换红外光谱(FTIR)与扫描电镜(SEM)测试结果表明,由于氢键的存在,PLA、ATBC和TP能够很好的相容;差式扫描量热(DSC)结果显示,加入ATBC和TP后可以降低PLA的结晶温度,并提高PLA的结晶度;机械性能测试发现TP和ATBC能对PLA起到增韧作用,TP的加入改变降低了PLA/ATBC的疏水性并削弱了复合膜的水蒸气阻隔性能。此外,PLA薄膜相对透明,加入ATBC后则偏向淡黄色,而加入TP后变为红色。随着TP加入,薄膜的DPPH自由基清除率和对金黄色葡萄球菌的抑制效果得到提升,总迁移测试结果发现加入TP后总迁移量会增加,但七种薄膜的总迁移结果都在总迁移限值(10mg/dm~2)以内,符合食品包装材料的安全标准。其次,为提高薄膜的力学性能和抑菌性,以聚乳酸(PLA)与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为基材,分别采用壳聚糖(CS)、银纳米颗粒(Ag NPs)、氧化锌纳米颗粒(Zn ONPs)作为抑菌剂与PLA、PBAT共混制备薄膜,分别为PLA/PBAT、PLA/PBAT/C1、PLA/PBAT/C3、PLA/PBAT/C5、PLA/PBAT/Z1、PLA/PBAT/Z2、PLA/PBAT/A1、PLA/PBAT/A2共八种薄膜,考察抑菌剂对复合膜的FTIR、阻隔性能、力学性能、色度、透明度、抑菌性以及安全性的影响。结果发现,外观上,CS的添加导致薄膜变黄,Ag NPs会使薄膜偏向黑色,而Zn ONPs具备增白薄膜的效果。FTIR结果表明,三种抑菌剂与PLA/PBAT基材之间没有发生相互作用。与空白薄膜相比,加入三种抑菌剂均能提升薄膜的氧气阻隔能力,但加入Zn ONPs与Ag NPs后能够使薄膜亲水性提升,并降低薄膜的断裂伸长率,而CS却能够阻碍共混膜裂纹扩展导致薄膜断裂伸长率提升。抑菌结果发现,三种抑菌剂能够对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌起到良好的抑制效果,其中Ag NPs的抑制效果最好,而壳聚糖的抑制效果相对较弱。总迁移测试结果表明,含有壳聚糖的薄膜在3%乙酸食品模拟物中的总迁移量较高,所有薄膜在95%乙醇食品模拟物中的总迁移量普遍高于10%乙醇食品模拟物,当银纳米颗粒含量较高时(PLA/PBAT/A2)会存在安全隐患。最后,为提高薄膜的阻隔性,制备了双层生物可降解性复合膜。其中,PLA/PBAT为外层基材,内层为三种抑菌剂壳聚糖(CS)、氧化锌纳米颗粒(Zn ONPs)或银纳米颗粒(Ag NPs)与海藻酸钠(SA)的复合物,通过淀粉胶黏剂复合,制备得到双层复合膜PLA/PBAT/CS、PLA/PBAT/Zn ONPs、PLA/PBAT/Ag NPs,考察该双层复合膜的FTIR、阻隔性能、力学性能、紫外吸光度和抑菌性能。结果发现,复合材料中的抑菌剂没有和SA生成新产物。通过紫外吸收光谱分析发现,PLA/PBAT/CS复合膜在275nm处出现紫外吸收峰,PLA/PBAT/Zn ONPs复合膜的吸收峰在340-395之间,而PLA/PBAT/Ag NPs复合膜的吸收峰在412nm处。与PLA/PBAT膜相比,双层复合膜的氧气阻隔性和水蒸气阻隔性得到提升,而力学性能没有显著变化。此外,含有不同抑菌剂的双层复合膜均对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌产生抑制作用。
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