聚己二酸对苯二甲酸丁二酯纳米复合食品包装薄膜的研究及其在冷鲜肉保鲜中的应用.doc

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯纳米复合食品包装薄膜的研究及其在冷鲜肉保鲜中的应用
传统塑料由于用量巨大且难以降解,带来了严重的环境问题。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种环境友好型可生物降解材料,在PBAT中加入抗菌剂制备抗菌活性食品包装薄膜,能够提高PBAT的综合性能,增大PBAT在食品安全包装方面的应用范围。
本文利用三种硅烷偶联剂对纳米二氧化钛(TiO2)和纳米载银二氧化钛(Ag-TiO2)进行表面改性,得到改性效果最佳的纳米抗菌剂——mTiO2和mAg-TiO2,将纳米抗菌剂引入PBAT基体中,制备了 一系列PBAT纳米复合抗菌薄膜,并且考察了不同纳米复合抗菌薄膜对冷鲜肉的贮藏保鲜效果。主要研究结果如下:1.利用三种硅烷偶联剂对纳米TiO2和Ag-TiO2进行表面改性,红外光谱结果表明改性之后硅烷偶联剂KH-560、KH-570和KH-171已成功接枝在纳米TiO2和Ag-TiO2上。
透射电子显微镜(TEM)结果表明,与未改性纳米粒子相比,改性后mTiO2和mAg-TiO2表面的粒径尺寸几乎没有变化。沉降实验和接枝率实验结果表明:对纳米TiO2的表面改性,当KH-570作为偶联剂,含量为100%,反应时间为24 h时,静置7 d后沉降高度最小,接枝率最高为20.01%,改性效果最好;对纳米Ag-TiO2的表面改性,当KH-171作为偶联剂,含量为40%,反应时间为24h时,静置7d后沉降高度最小,接枝率相对较高,为2.87%,在三种偶联剂中改性效果最好。
2.通过溶液浇铸法得到PBAT薄膜和一系列PBAT纳米复合抗菌薄膜,场发射扫描电镜(FE-SEM)结果表明,向PBAT中加入少量mTiO2和mAg-TiO2后,纳米粒子能够在薄膜中分散均匀;与未改性纳米粒子相比,mTiO2和mAg-TiO2在PBAT中的分散性明显变好。随抗菌剂含量的增加,PBAT纳米复合薄膜的结晶度先增加后下降,当mTiO2含量为1 wt%(P/mT1)、mAg-TiO2含量为2wt%(P/mAT2)时,薄膜的结晶度最大。
与纯PBAT薄膜相比,PBAT纳米复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率明显增加,氧气透过率和水蒸气透过率略有下降;加入mTiO2时,P/mT1薄膜的拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为(29.9±2.6)MPa和(797.1±40.2)%。同时其透氧量和透湿量最小,与纯PBAT相比分别下降了 27.9%和30.7%;加入mAg-TiO2时,P/mAT2的拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为(27.9±1.1)MPa和(816.9±26.7)%,且其氧气透过率和水蒸气透过率最小,分别下降了 3.2%和16.9%。
抑菌圈实验表明,随着mTiO2、mAg-TiO2的增加,复合薄膜抗菌效果逐渐增加,抗菌剂含量相同时,加入mAg-TiO2的薄膜抗菌性更强。总体而言,与PBAT薄膜相比,P/mT1和P/mAT2复合薄膜的综合性能明显提高。
3.分别用市购PE保鲜袋、自制纯PBAT膜、P/mT1和P/mAT2复合薄膜包装新鲜猪肉,于(4±1)℃条件下贮藏,定期测试冷鲜肉各项生理生化指标。当贮藏时间相同时,用P/mT1和P/mAT2薄膜包装的冷鲜肉菌落总数明显少于PE膜和PBAT膜,感官品质、汁液流失率和水分活度下降速率更慢;P/mAT2和P/mT1薄膜包装减缓了冷藏期间猪肉pH值的增加,在贮藏9天后,其pH值显著低于对照组;P/mAT2和P/mT1薄膜包装的冷鲜肉,TVB-N值明显低于PE对照和PBAT组;根据冷鲜肉的各项生理生化指标,不同组别的冷鲜肉货架期约为为:PE 对照组(9d)<PBAT(12d)<P/mT1(21d)<P/mAT2(24d)。
其中,P/mAT2对猪肉的保鲜效果最好,P/mT1次之,两者都可以有效地抑制猪肉表面细菌生长,将猪肉的保质期延长了 12～15天。