制备聚阴离子纤维素微粒子与抗氧化能力,通过引入亚硫酸团体到纤维素

文摘

在这项工作中,我们提出了一种简单途径制造聚阴离子纤维素微粒子通过与高碘酸钠选择性氧化首先,其次是嫁接亚硫酸氢钠的2、3-dialdehyde纤维素粒子。获得的聚阴离子纤维素微粒子的粒径2 - 4μm在水中稳定增加,pH响应能力。此外,聚阴离子纤维素微粒子有优良的成膜性能,抗拉强度的电影由原始纤维素粒子大约40 MPa,它增加到64 MPa电影由SRC-50粒子。此外,聚阴离子纤维素微粒子有一定的还原能力,它可以作为涂层覆盖表面的水果或蔬菜,并且还可以防止鲜切马铃薯的变色。基于纤维素粒子antibrowning能力,优良的涂料,不会引起排斥的,环保的特点将有吸引力的应用程序的包装材料对食品保存。

1。介绍

涂料是一种强大的工具,修改包装材料的表面性质1- - - - - -3]。众所周知,表面性质有一个关键的角色在控制气体分子的渗透,从而降低分子的扩散和迁移率在这部电影4,5]。在包装领域,涂料在表面或两个基板之间形成夹结构。通常情况下,膜层的厚度范围从零点几纳米至几微米(6- - - - - -8]。目前,越来越多的利益关注的可能性使用高性能biobased材料作为功能层的可持续性增加包装材料(9,10]。纤维素用于喷雾和泡沫涂层技术有优势;它可以用来外套很薄和均匀层纸张,和一些新功能像屏障属性氧气、水蒸气、油/油脂可以注册(11,12]。培养皿修改与纤维素纺锤机械性能有显著改善,和添加纤维素纺锤透气性有明显改善。提高机械强度和障碍的性质nanocellulose有关其高度结晶和内聚能密度(13,14]。总之,纤维素作为涂层材料生产新型包装材料有巨大的潜力。这种类型的涂料通常是无味的,柔韧的,无味,是低能量,透明、耐油和脂肪,亲水在自然界中,中度到氧气扩散,和水分15- - - - - -17]。此外,它是最有希望的候选人之一,使用可降解涂层材料由于其生物降解能力,丰富,和可持续性18]。

然而,天然纤维素粒子在水中稳定性差,没有活性官能团。为了扩大纤维素的应用领域,功能修改是必要的(19- - - - - -21]。广泛的研究已经进行使用涂料的缺点最小化,使他们更有用的和功能在所有方面。Ag纳米颗粒的原位合成纤维素矩阵被执行,和Ag-cellulose复合材料抗菌活性大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(22]。另一个通路的功能化纤维素薄膜的抗菌性能是通过dip-loading过程;在这种方法中,纤维素薄膜沉浸到苯扎氯铵溶液;干后,获得的纤维素薄膜有抗菌活性金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌(23]。纸与CNF和/或涂层β环糊精(βcd)和控释特性也被开发提供抗菌洗必泰digluconate [24]。抗氧化剂,味道和颜色代理也加入了纤维素涂料通过不同的方法,和一些添加功能组件拥有更大的成膜功能纤维素涂料(25,26]。

我们把一个密集研究纤维素的溶解和制备再生纤维素功能材料。在我们之前的作品中,一个灵巧的方法开发了制备再生纤维素粒子的粒径小于5μm, O / W皮克林乳液已经通过使用再生纤维素粒子作为稳定剂(27]。再生纤维素的内容的影响粒子的属性皮克林乳液被调查。此外,我们提出一个方法的疏水改性再生纤维素粒子通过与高碘酸钠选择性氧化首先,其次是移植材料2,3-dialdehyde纤维素粒子,和疏水改性纤维素粒子增加了乳化性在O / W皮克林乳液系统(28]。如果纤维素粒子用作涂层材料,在水中的稳定性为应用程序是非常重要的。因此,如何提高纤维素颗粒在水溶液状态下的稳定性是一个巨大的挑战。在这工作,聚阴离子纤维素微粒子已经准备通过与高碘酸钠选择性氧化首先,其次是嫁接亚硫酸氢钠的2、3-dialdehyde纤维素粒子。聚阴离子纤维素微粒子有一定的还原能力,它可以作为涂层防止变色的鲜切马铃薯导致氧化。基于纤维素粒子涂层具有优良的抗氧化能力、生物相容性的,环保的特点将是有吸引力的包装材料对食品保存应用程序的。

2。材料和方法

2.1。材料

棉短绒购买来自湖北化纤有限公司、氢氧化锂、尿素、乙二醇、盐酸羟胺、亚硫酸氢钠,高碘酸钠,磷酸氢二钠,磷酸二氢钠、三氯乙酸、铁氰化钾,和氯化铁是购自国药控股化学试剂有限公司,有限公司溴化钾从阿拉丁购买化学试剂有限公司,有限公司DPPH是购自上海原液生物技术有限公司有限公司

2.2。制备纤维素凝胶粒子

LiOH /尿素/水混合溶液是由溶解8.70克LiOH·H₂尿素在79.30克和12.00克阿水。然后,2.00 g棉短绒(原生纤维素)被添加到混合解决方案。获得的纤维素被停职的消息放入冰箱(-20°C) 12小时。然后,它是获得纤维素溶液在室温下解冻。解决方案添加到纤维素乙醇/水混合溶液均化通过使用一个均质器(IKA T18,德国)在5000转;像牛奶微粒。取消乙醇和无机盐后,纤维素凝胶粒子。

2.3。磺化制备再生纤维素(SRC)

制备的聚阴离子纤维素水粒子,主要有两个步骤叫化学改性的氧化和移植过程。简而言之,不同数量的高碘酸钠被添加进瓶和三个脖子包含纤维素粒子(100毫升,1.0 wt %)。高碘酸钠的重量控制在0.0132 g理论氧化程度的纤维素(10%),0.0264 g理论氧化程度的纤维素(20%),0.0396 g理论氧化程度的纤维素(30%),0.0528 g理论氧化程度的纤维素(40%)和0.066 g理论氧化程度的纤维素(50%)根据理论氧化程度的纤维素,分别。反应是在38°C 6 h。基于理论获得的氧化纤维素粒子氧化程度被编码为ORC-10 ORC-20, ORC-30, ORC-40和ORC-50分别。后来,pH值调整到4.5下面的接枝反应。NaHSO₃与搅拌加入氧化纤维素粒子。反应是在38°C 5 h下搅拌。然后样品与去离子水透析冻干。所得接枝纤维素粒子被编码为SRC-10 SRC-20, SRC-30, SRC-40和SRC-50分别。原始的再生纤维素凝胶分散被编码为宏霸。

2.4。测定纤维素氧化程度

纤维素的氧化程度(OD)电影决心根据报道方法基于醛之间的席夫碱反应组和盐酸羟胺。氧化程度是通过以下方程计算(29日]: 在哪里盐酸的体积消耗(mL);盐酸的体积消耗在空白实验(mL);盐酸的浓度;米每个样品的重量;和161年的平均分子量在葡萄糖单位翻译成二醛。

2.5。SRC的还原能力测定

羟基自由基的清除活动根据报告测量方法(30.]。2.0毫升测试样本与2.0毫升的混合磷酸盐缓冲剂(0.2毫米,pH值6.6)和2.0毫升1%的铁氰化钾(w / v)。混合物被孵化20分钟50°C。孵化后,2.0毫升的10%三氯乙酸是添加到混合物中,然后通过在3000转离心10分钟。上层(2毫升)和2毫升蒸馏水和0.4毫升的0.1%氯化铁。反应混合物和动摇了10分钟,孵化和合成溶液的吸光度测定波长700纳米。

2.6。特征

进行傅里叶变换红外(ir)试验用傅立叶变换红外光谱分析仪(美国的那些时光,470 - nexus Nicolet)波数从400到4000厘米⁻¹。样本与溴化钾磨成粉,然后形成一个透明的小球的测试。纤维素粒子的形态特点是利用显微镜配备数码相机(尼康80我,日本)。原始的电动电势和改性纤维素粒子具有一个莫尔文Zetasizer Nano禅宗3600。纤维素微粒子悬浮液的流变行为和形成乳剂研究通过使用发现HR-2混合流变仪(美国TA仪器、纽卡斯尔、德)。稳定的剪切流测试进行剪切速率范围从1到1000年代⁻¹。测试温度保持在25±0.1°C;一层硅油是用于覆盖的暴露表面悬挂在测试过程中避免脱水。电影的力学性能特点与拉力试验机(CMT 6503年深圳无测试机器有限公司,中国)按照ASTM / d638 - 91 2毫米的速度•分钟⁻¹。

统计数据。统计分析进行了通过使用SPSS 13.0统计分析程序,试验检测到图基和试验之间的差异(P < 0.05)。结果报道在手稿至少3次重复的测试。

3所示。结果与讨论

基团,纤维素凝胶粒子可以捏造结合氧化反应和接枝反应,提高纤维素材料的性能,扩大应用。的化学过程引入亚硫酸组到纤维素通过选择性地氧化和加成反应是如图1。高碘酸盐(NaIO₄)是用于氧化2,3 -羟基在葡萄糖单元;获得2,3-dialdehyde纤维素(DAC)进一步介绍了亚硫酸团体通过与亚硫酸氢钠加成反应(NaHSO₃)。随着NaIO的浓度的增加₄,兽人的醛含量从12.13%上升到57.8%,显示在图2。它表明更多的亚硫酸团体可以接枝到纤维素与醛的增加内容组织,这将增加纤维素粒子在水中的稳定性,为更多的指控组引入纤维素支架。

的分散状态粒子和磺化纤维素再生纤维素粒子(src)水是图所示3。SRC微粒的说法,分散的光学透过率高于纤维素颗粒分散。src的明净与增加氧化程度增加。再生纤维素粒子的电动电势是大约-14 mV在中性条件下,这是减少到-23 mV SRC-30,并可能进一步下降为SRC-50约-54 mV。它表明,src的分散稳定性和改善。src电动电势高分散体是归因于亚硫酸组的贡献。

宏霸和src粒子的形态如图4。宏霸的颗粒大小是5μ米,如图4(一)。而亚硫酸改性纤维素微粒子,粒子大小的src下降到2 - 4μm化学改性处理后,改性纤维素微粒子的稳定性已经改善。它认为合适的亲水改性纤维素颗粒的表面能增加其分散稳定性。图5显示RC的傅立叶变换红外光谱,兽人和SRC。所有样品的吸收峰值1100厘米⁻¹和1380厘米⁻¹,这与C-O-C不对称拉伸和ch₂分别弯曲振动的纤维素。的吸收峰- c = O拉伸出现在1726厘米⁻¹在兽人的羟基吸收峰(1159厘米⁻¹和1059厘米⁻¹在SRC)观察;它表明,氧化的反应和接枝成功进行宏霸粒子。与此同时,醛基的内容是增加NaIO的随着浓度的增加₄根据增强醛基的伸缩振动峰。虽然在SRC - c = O的吸收峰几乎消失了,这表明亚硫酸盐特征组(s = O)被有效地固定到兽人。SRC的电动电势和聚合粒子是倾向于受博士因此,pH值的影响获得SRC为特征的稳定性。pH值的增加从2.0到10.0,电动电势增加,然后降低,和SRC粒子的最大潜在绝对值pH值5.0。pH值低于4.0时,SRC粒子的ζ电位绝对值低于20 mV。这种凝胶粒子不稳定,倾向于絮凝。pH值超过8.0时,粒子变得不稳定和减少潜在的价值。SRC的稳定粒子在不同pH值可能呈现的信息的应用条件。

图6显示,应力-应变曲线的电影准备从宏霸和SRC具有不同氧化度在环境条件。压力逐渐增加,和SRC电影的压力高于纯RC电影。钢筋混凝土破坏时应力应变点,SRC-20, SRC-30, SRC-40,和SRC-50电影被测量为39.9 Mpa, 3.5%;57.3 Mpa, 1.7%;43.4 Mpa, 1.1%;62.6 Mpa, 2.5%;分别和64.1 Mpa, 0.8%。很明显,SRC的抗拉强度高于RC电影。它表明,SRC电影没有破坏的力学性能通过氧化纤维素的接枝反应的过程。SRC电影机械强度的增加是重要的对他们的潜在的应用程序作为涂层材料。

亚硫酸盐的嫁接离子( )可以忍受材料具有较强的还原性,能有效地抑制氧化和棕色的水果和蔬菜。因此,还原能力试验被用来评估潜在的RC和SRC的抗氧化活性不同的氧化和接枝度。如图7显然,SRC的吸光度随着浓度增加,而钢筋混凝土小吸光度的变化;它建议修改的RC凝胶粒子没有抗氧化活性。5毫克/毫升的浓度,SRC-20的吸光度,SRC-30, SRC-40, SRC-50约0.554,0.616,0.746,和0.925,分别。结果表明,亚硫酸盐的减少增加了,力量也随之增加内容离子表面接枝纤维素,表明SRC凝胶粒子增强的抗氧化活性,抗氧化活性是SRC粒子的固体含量的增加而增加。

此外,SRC凝胶颗粒具有良好的成膜特性和抗氧化活性可能是一个有前途的antibrowning代理现摘的水果或蔬菜。土豆片的颜色变化SRC分散处理色度计测量。Δ的是一个综合指标的初始时间的颜色颜色差异比较,计算(31日] 在哪里是明度,是reddish-greenish,yellowish-bluish。的与马铃薯片褐变有高度的相关性,减少布朗宁变色的增加程度。在图8的价值,逐渐下降,但ΔΕ逐渐增加存储时间的价值。重要的是,这张照片切片SRC-50分散处理最高Δ价值和最低的值在所有时间点,确认SRC-50凝胶粒子有一个优秀的antibrowning能力。

4所示。结论

在这个工作中,聚阴离子纤维素微粒子与抗氧化能力,通过引入亚硫酸团体到纤维素被成功准备通过氧化和接枝反应。获得的SRC分散体的说法,表示表的常规形状或体积的颗粒大小2 - 4所示μm×微观形态学观察。的形成醛基氧化傅立叶变换红外光谱验证了后,和兽人的醛含量从12.13%上升到57.8% NaIO的增加₄的浓度,在引入更多有益的亚硫酸组。此外,SRC分散体可以形成独立的纤维素薄膜自然干燥后,其表现出较高的抗拉应力在同一应变(< 0.8%)氧化的增加和嫁接。与此同时,SRC分散与日益增强的抗氧化活性固体含量或高氧化、接枝度。最终,现摘的照片的颜色变化测量片治疗SRC diapersions证实,土豆片的SRC有效抑制褐变,这可能是一个很好的候选人使用作为食物保藏可降解涂层材料。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者声明没有竞争的经济利益。

确认

这项工作是支持的项目基础研究基金为中央大学(2662018 py060)。

引用

1. j . Khourya Seleznevab, s . Pestovc et al .,“表面bioactivation PEEK的中性原子束技术,”生物活性材料4卷,第141 - 132页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. z h . Chen y . j .金w z杨et al .,“聚吡咯涂层的制备和表征嵌入锑修改SnO2纳米颗粒”工业和工程化学杂志》上,卷75,不。25日,第186 - 178页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. d·h . Wang Di, y赵,r .元,和y朱,“多功能聚合物复合涂层与造孔剂辅助:准备,superhydrophobicity和耐蚀性,”有机涂料的进展,卷75,不。25日,第186 - 178页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. h .白黄c . h .秀et al .,“显著改善氧势垒聚交酯的性质通过构建parallel-aligned shish-kebab-like晶体与well-interlocked边界,”《生物高分子,15卷,不。4、1507 - 1514年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. m·a·奥斯曼诉米塔尔,m . Morbidelli和美国w·苏特,“Epoxy-layered硅酸盐纳米复合材料和气体渗透性能大分子,37卷,不。19日,7250 - 7257年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 刘张x, z, y李et al .,“健壮的疏水性环氧树脂复合涂层由双界面增强”化学工程杂志,卷371,不。1,第285 - 276页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. s . f . y . g . Zhang张,s . l。吴“室温制备TiO2-PHEA纳米复合材料涂层的高透光率和耐用superhydrophilicity,”化学工程杂志,卷371,不。1,第617 - 609页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. h . Seok,阿里,j . h . Seo et al .,“氧化锌:Ga-graded ITO电极控制接口之间PCBM和ITO平面钙钛矿太阳能电池,“科技先进的材料,20卷,不。1,第400 - 389页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 赵,z . Wang w·张,c .气张,和j·李,“仿生nanofiber-reinforced大豆蛋白纤维素树脂胶粘剂由多巴胺带来的对同时沉积的“防水”相间,”应用表面科学卷,478年,第450 - 441页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. p . j . Espitia c . a . Fuenmayor和c . g . Otoni”这种:合成、表征和应用生物活性食品包装,”综合评价在食品科学和食品安全,18卷,不。1,第285 - 264页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. z . j . Lia x h . Yanga w·李和h·b·刘“Stimuli-responsive纤维素纸材料,”碳水化合物聚合物,卷210,不。15日,第285 - 264页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. g .太阳,w . Chi, c·张,徐,j . Li和l . Wang“发展绿色电影基于к-carrageenan pH-sensitivity和抗氧化活性和羟丙甲纤维素将李属maackii果汁,“食品凝胶卷,94年,第353 - 345页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. n . f . Bakry m . i . n . Isa和n·m·Sarbon”效应的山梨糖醇在不同浓度的功能属性明胶/羧甲基纤维素(CMC) /壳聚糖复合膜,“国际食品研究杂志,24卷,不。4、1753 - 1762年,2017页。视图:谷歌学术搜索
14. m . Gallstedt和m . s . Hedenqvist制造商机械屏障pulp-fiber-chitosan表的属性,“碳水化合物聚合物,卷63,不。1,46-53,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. k Lokamatha哲人,b . Satyanath s Shantakumar d . Manjula h·迪尔和a . Farhana”含有吲哚美辛矩阵嵌入微球作为药物输送控制系统”当前药物输送,5卷,不。4、248 - 255年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. f·卡拉苏,l·穆勒h . Ridaoui et al .,“有机-无机杂化整平纺锤纤维素基体上涂层和水蒸气屏障,”化学前沿》第六卷,货号。571年,2018年。视图:谷歌学术搜索
17. c . m . Wu, j .π,c . Liu j .杨和z,“纤维素纳米晶体作为分离原油anti-oil纳米材料从水乳剂和混合物,”材料化学杂志》上,7卷,不。12日,第7041 - 7033页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. o . Nechyporchuk m . n . Belgacem和j .胸罩”生产纤维素纺锤:回顾一下最近的进步,”工业作物和产品卷。93年,2-25,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. j .莱特纳b . Hinterstoisser m . Wastyn j .凯克和w·Gindl“甜菜纤维素nanofibril-reinforced复合材料,纤维素,14卷,不。5,419 - 425年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. Eyley和w·那首“纤维素纳米晶体的表面改性纳米级》第六卷,没有。14日,第7779 - 7764页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. B·托马斯·m . c . Raj a k B et al .,“Nanocellulose,多才多艺的绿色平台:从biosource材料及其应用”化学评论,卷118,不。24日,第11625 - 11575页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. a . Borkowski t . Cłapa m . Szala a . Gąsiński和m . Selwet“SiC / Ag /纤维素纳米复合材料的合成及其抗菌活性的活性氧生成,“纳米材料》第六卷,没有。9日,2016年。视图:谷歌学术搜索
23. 林k . Liu x x, l . h . Chen等人“microfibrillated制备纤维素/氯化chitosan-benzalkonium biocomposite增强抗菌和海藻酸钠的电影,”农业与食品化学杂志》上,卷61,不。26日,ID 693278条,2013年。视图:谷歌学术搜索
24. l . n . Nthunya m . l . Masheane s p Malinga et al .,“绿色的方法实际上电纺抗菌做准备β环糊精/醋酸纤维素纳米纤维从水中去除细菌,”ACS可持续的化学和工程,5卷,不。1,第160 - 153页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. h . Arnon-Rips r·波拉特和大肠Poverenov”,提高农产品质量和使用citral-based食用涂料可存储性;的价值效应nano-emulsification在现摘的瓜类固态交付模型,”食品化学卷,277年,第212 - 205页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 沙,m .贾汗季m . Qaisar接受et al .,“存储稳定性kinnow水果(试)受到CMC和瓜尔豆gum-based银纳米涂料,“分子,20卷,不。12日,第22661 - 22645页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 罗朱y、x, x吴et al .,“纤维素凝胶分散体:迷人的绿色颗粒油/水皮克林乳液的稳定,”纤维素,24卷,不。1,第217 - 207页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. 刘,y, y, a·卢和c,“再生纤维素微粒子的疏水改性增强乳化能力O / W皮克林乳液,”纤维素,26卷,不。10日,6215 - 6228年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. 问:张、林d和s .姚明,“回顾硫酸纤维素在生物医学和生物工程的应用,”碳水化合物聚合物卷,132年,第322 - 311页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. j .刘问:徐,j . Zhang et al。”准备,魔芋oligo-glucomannan成分分析及抗氧化活动,“碳水化合物聚合物卷,130年,第404 - 398页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. x刘、杨问:y陆et al .,”效应的马齿苋它(的l .)提取抗氧化特性的鲜切马铃薯片存储期间,“食品化学卷,283年,第453 - 445页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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