金属—多酚网络/纤维素微纤丝/胶原纤维复合膜的制备与表征

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近年来,绿色食品包装材料的应用受到人们越来越多的关注,其中,以生物大分子为基材的可食膜的应用十分广泛。胶原蛋白膜以其良好的生物相容性和可降解性等优点,在食品包装和生物材料等方面的应用不断增加。本文以纤维素微纤丝(CMF)为载体,络合金属-多酚网络(MPN)制备复合物(CMF-MPN),并以胶原纤维(CF)为成膜基材,与CMF-MPN复合制备可食膜,探究CMF-MPN复合物的组装条件、纤维素的种类、MPN的制备条件以及不同程度羧基化改性的CMF对CF复合膜性能的影响,旨在为强化CF膜的机械强度、抗氧化性和阻隔性能提供新思路,以期更好的应用于食品包装领域,尤其是用作香肠肠衣。首先,利用单宁酸(TA)和铁离子(Fe3+)制备MPN,通过改变TA和Fe3+与CMF的组装方式及添加量,探究组装条件对CMF-MPN复合物性能的影响。结果表明:组装方式对CMF-MPN复合物的抗氧化性影响不大,但以TA和Fe3+先共混,再与CMF复合的方式制备的复合物结构最稳定;添加2%的MPN时,复合物的抗氧化性最强,热稳定性也最强。且能发挥协同抗氧化作用。扫描电镜观察表明,MPN能吸附在CMF表面;红外光谱测定结果进一步验证了CMF与MPN是物理吸附过程。其次,探究了TA和Fe3+的比例以及MPN的p H值对CMF-MPN复合物性能的影响。结果表明:MPN能够赋予CMF抗氧化性,当TA与Fe3+的质量比为4:1、p H=3时常温制备MPN,所得CMF-MPN复合物的DPPH清除率达97.05%,此时复合物的结构最稳定。对上述制备条件下的复合物进行热重分析发现,其残余质量提高了8.13%,但最大热解温度略有下降;以CMF为载体可以提高MPN结构的稳定性,60天后仍能保持初始抗氧化性的80%左右。最后,通过上述得出的最优实验条件制备CMF-MPN复合物,将其与CF共混制备复合膜,探究不同羧基化程度改性的CMF对复合膜性能的影响,弥补单一CF膜机械强度和阻隔性能不足的缺陷。结果表明:CMF-MPN复合物能使复合膜的抗氧化性能提高51.49%,断裂延伸率和阻光性也有显著提高,且成本较低,但在提高复合膜的气体阻隔性方面,效果不如CF-HXCMF-MPN复合膜效果好。红外光谱分析表明,复合物的添加不会破坏CF膜的三螺旋结构;扫描电镜观察表明,添加CMF-MPN复合物使复合膜的结构更加致密。综上,最佳的CMF-MPN复合物的制备条件为:以TA与Fe3+的比例为4:1、p H=3、共混的方式制备MPN,MPN的添加量为CMF的2%。CMF-MPN复合物与CF制备复合膜,可以弥补单一CF膜存在的缺陷,并能起到食品保鲜的作用。
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