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本文是国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号:2008AA10Z308)“蛋白质基可食性生物聚合膜智能结构的研究”和国家科技支撑计划课题(2015BAD16B05)“防腐保鲜新型物流包装材料开发”的部分内容。葵花籽壳是菊科向日葵属一年生草本植物向日葵(Helianthus annuus)短卵形瘦果种子的壳(皮),在我国其作为农产品加工的副产物,每年的产量大约有70万吨,而其中的大部分被作为废弃物处理掉,造成资源浪费的同时污染环境。因此,如何合理开发和利用这部分资源,已经成为人们关注的热点问题。另一方面,由于人们对食品安全和环境保护意识的增强,以天然高分子材料为基材的食品包装材料已成为人们的研究热点。本文以葵花籽壳为原料,采用碱浸提的方法提取葵花籽壳纤维素,利用Box-Behnken响应面试验法进行工艺条件优化建立试验数学模型,并对结果进行分析验证,得出纤维素提取最佳工艺参数,提取液用量为15.83m L.g-1,提取液质量分数为9.96%、提取时间为70.73min,提取温度为48.58℃时,纤维素得率为46.30%。通过微波-超声波协同技术对葵花籽壳纤维素进行改性处理,研究了微波功率对纤维素吸油力、持水力、吸水膨胀性、粒度、比表面积和微观结构的影响。微波功率为300W时,吸油力达到最大值3.91g g-1;纤维素的持水力和吸水膨胀性随着微波功率的升高而逐渐增大,最后趋于稳定,当功率达到400w时,持水力达到最大值12.12g g-1;纤维素的体积平均径随微波功率的增加逐渐减小,比表面积则随微波功率的增加逐渐增大;傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析结果表明,改性后的纤维素分子仍然具有纤维素的基本化学结构;X射线衍射(XRD)分析结果表明,改性后的纤维素晶体类型没有发生改变,属于典型的纤维素Ⅰ型结晶结构,结晶度减小;场发射扫描电镜(SEM)分析结果表明,改性后的纤维素表面形态变得不光滑且伴有裂纹和沟槽,结构更加松散。以葵花籽壳纤维素为原料,采用硫酸水解方法制备葵花籽壳纳米纤维素(NCC),通过单因素试验和Box-Behnken响应面试验法确定了制备NCC的最佳工艺条件,酸解温度为42.00℃、酸解时间为83.71min、硫酸浓度为59.97%、液料比12.33:1时,NCC得率为31.31%。应用场发射透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)对NCC超微结构进行了表征,分析结果表明,硫酸水解制备的NCC为直径在10~30nm,长度在150~300nm范围内的棒状结构,其分子结构中分子内和分子间氢键作用得到增强,属于典型的纤维素Ⅰ型结晶结构,结晶度为65.85%;借助差示扫描量热仪(DSC)对NCC热学性能进行表征,结果表明,NCC的热分解过程是直接固-气相变过程,其具有较高的热传导性能。将NCC作为填充物与壳聚糖(CS)、大豆分离蛋白(SPI)共混制备可食膜,在单因素试验基础上,采用主成分分析法和隶属度综合评分法相结合的方法来确定可食膜性能指标的综合分S,以S为响应值利用Box-Behnken响应面试验法对工艺条件进行优化,当成膜材料质量比为1.25:0.75:2、p H值为3.59、丙三醇质量浓度为0.02g/m L,可食膜性能指标综合分S为0.62,此时可食膜的抗拉强度为19.38MPa,断裂伸长率为14.17%,水蒸气透过系数为1.03×10-13g.(cm-1·s-1·Pa-1),氧气透过率为0.52×10-5cm3.(m-2.d-1.Pa-1),由可食膜SEM和FTIR分析结果表明成膜材料之间具有较好的相容性。利用微波-超声波协同作用对CS-SPI和NCC-CS-SPI两种不同材料的可食膜膜液进行改性处理,研究了微波功率对可食膜机械性能(抗拉强度TS、断裂伸长率E)和阻隔性能(水蒸气透过系数WVP、氧气透过率OP)的影响。结果表明,通过改性处理后的可食膜机械性能和阻隔性能均得到改善,同时由SEM和FTIR分析结果可知,改性处理促进了分子间和分子内氢键的形成,成膜材料的相容性得到进一步提高。通过微波辐射方法将硬脂酸分子中的疏水基团接枝到NCC-CS-SPI可食膜表面,以期提高可食膜的阻水性能。研究微波功率及微波时间对可食膜机械性能(TS、E)和阻水性能(WVP)的影响,当微波时间相同,微波功率为300W时,可食膜的水蒸气透过系数达到最小值0.38×10-13g·(cm-1·s-1·Pa-1);当微波功率相同,微波时间为10min时,可食膜的水蒸气透过系数达到最小值0.42×10-13g·(cm-1·s-1·Pa-1);但是微波功率和微波时间的改变对可食膜的机械性能影响并不明显,利用FTIR和界面张力接触角测量仪对可食膜进行分子结构和接触角的表征分析,结果表明,疏水改性后在波数为1728cm-1处出现了-C=O伸缩振动吸收峰,将-OOCR基团引入到可食膜分子中,同时在波数为3380cm-1和895cm-1处的-OH伸缩振动吸收峰强度减弱,疏水改性前后可食膜分子结构中的其他官能团没有发生变化,适当的改性处理可以使可食膜具有疏水性。应用本文研究的可食膜膜液对草莓进行常温涂膜保鲜,通过检测保鲜过程中草莓失重率、腐烂率、呼吸强度、硬度、颜色、Vc含量、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、多酚氧化酶活性和过氧化物酶活性等指标的变化情况,说明涂膜处理可以减少草莓营养成分的损失,延缓其成熟或后熟,进而延长了储藏期,其保鲜效果良好。