文摘
本研究进行估计的影响整合不同cotton-nanocrystalline纤维素(C-NCC)内容与大豆分离蛋白(SPI)的电影。结果表明,C-NCC内容没有影响复合薄膜的厚度( ),和复合薄膜的光学性质随着C-NCC内容的增加而减少。水蒸气、二氧化碳和氧气渗透性降低的介绍C-NCC C-NCC开始增加时的峰值7%。水溶性的SPI / SPI电影的C-NCC电影从44.46%下降到35.36%的SPI / C-NCC电影C-NCC为5%。抗拉强度(TS)的电影从4.25 MPa提高到6.02 MPa通过增加C-NCC内容从0到7%。然后,TS随着C-NCC内容进一步的增加而减少。断裂伸长率的趋势是相反的TS。红外光谱、DSC结果表明添加C-NCC并未改变官能团SPI的电影,和玻璃化转变温度转向更高的温度随着C-NCC含量增加。因此,添加C-NCC增强型SPI的屏障和机械性能/ C-NCC复合薄膜。
1。介绍
可食用包装材料领域中经常使用的食品保鲜和包装,可以防止生物、化学和物理危害食品流通和交通。因此,这些材料在保持粮食稳定发挥重要作用[1]。包装是此前旨在促进交通和人们不注意食物保藏。随着科学技术的发展,非生物降解的废弃物对环境的影响日益全球所面临的国家(2]。制定可再生能源和环保biopolymeric材料是急需的3,4]。生物聚合物的制备已经由于环境问题取得了很大的进步,石油限制,油价上涨(1,5]。然而,生物聚合物不能完全取代石油聚合物;前者可以部分取代后者(6]。因此,生物聚合物与提高的优点,被认为是很有前途的材料降解性、可食性,和生物相容性,例如,莱赛尔纤维纤维(7)和壳聚糖/鞣花酸的电影(1]。此外,生物聚合物可以作为运营商的防腐剂,抗氧化剂和其他物质,保护和提高食品质量8]。可食用膜(包装材料)准备用生物聚合物正在迅速发展由于其生物降解性和势垒特性造成水分和气体和减少环境污染的应用传统塑料包装(9]。
可食用膜可以准备从多糖,蛋白质,脂类,或者这些组件的组合。大豆分离蛋白(SPI)是一种高营养价值的食品添加剂(10,11),通常用于生产生物可降解包装材料(12]。SPI膜是透明的、灵活的和可降解和屏障属性高氧和石油在低相对湿度(RH) [13- - - - - -15]。然而,防水层和SPI电影的机械性能很差,这限制了应用程序的SPI电影(16]。有效方法提升的属性SPI电影与其他物质结合SPI准备SPI复合膜。多糖(17,18),增塑剂(19),和纳米材料20.)是常用的为原料制备的SPI复合电影和没有对环境的影响。
纳米晶体纤维素(NCC)是由天然纤维素。长度和宽度从100纳米到500纳米和100纳米,纳米,分别为(21]。NCC具有许多优点,如提高、可生物降解,环保,低成本、低密度和生物相容性22]。此外,丰富的表面羟基,表面体积比大、和高表面活性的NCC这种材料高度理想的天然nanobuilding块改善材料属性(23]。结果表明,NCC可以提高复合材料的机械强度和热稳定性(24]。汗等。25)发现,NCC可以提高的障碍和壳聚糖复合膜的力学性能。亚太区et al。26)获得类似的结果在壳聚糖的性质/微晶纤维素的电影。Ewulonu et al。27)回顾了承诺lignin-containing nanocellulose。因此,NCC可以广泛应用于提高食品包装的特性,这使得它得到越来越多的关注。一些研究应用NCC增强复合薄膜的性质(28,29日]。
最好的作者的知识,SPI的属性/ cotton-NCC (SPI / C-NCC)电影尚未报道。因此,在这项研究中,SPI / C-NCC电影准备使用各种技术和其属性特征。
2。实验
2.1。材料
SPI(> 90%)购买的是受到食品材料有限公司有限公司(广州)。C-NCC(平均直径,6.8海里;平均长度3000 - 4000海里;和NCC内容,1%)是由桂林琦鸿科技有限公司有限公司(桂林,中国)。甘油是由广东光华科技有限公司有限公司(广东,中国)。
2.2。SPI / C-NCC电影做准备
SPI / C-NCC电影准备根据铸造技术被苏et al。30.),有轻微变化。SPI / C-NCC电影不同的NCC内容(0%,1%,3%,5%,7%,和9%)准备。
5 g的SPI在45毫升蒸馏水溶解在80°C。然后,2.5 g的甘油作为增塑剂,混合和混合解决方案是不断搅拌为30分钟450转85°C。混合溶液冷却到环境温度和离心10分钟的6000 rpm。最后,上层的收集。
然后,各种质量的C-NCC(0.0, 1.0, 3.0, 5.0, 7.0,和9.0 g)被添加到50岁,49岁,47岁,45岁,43岁,分别为41毫升蒸馏水。混合物超声分散(IID,中国)欣宜60分钟570 W。C-NCC混合解决方案到SPI混合溶液混合。然后,SPI / C-NCC解决方案是分散和高速分散均质机3分钟(FJ200-SH、泸西、中国)20000 rpm,放置15分钟。SPI / C-NCC解决方案中的残余气体被移除后15分钟在270 W超声波机的上层被混合。然后,6克的SPI / C-NCC解决方案是注入有机塑料培养皿( ),干在32°C 10 h,并冷却到环境温度。分析之前,干SPI / C-NCC电影保存在环境温度为24小时,53% RH。
2.3。属性
2.3.1。厚度
电影的厚度估计被测微计5随机位置,和收集的样本的平均值是31日]。
2.3.2。光学性质
透光率是电影的光学特性之一。SPI / C-NCC电影是固定的测试细胞分光光度计(uv - 2600,日本岛津制作所)。对照组为参考,光学隔离性的电影为600 nm (32]。测量进行了三次,计算平均值。
2.3.3。屏障属性
屏障属性包括水蒸气渗透速率(WVPR),二氧化碳渗透速率和氧渗透率。
的WVPR SPI / C-NCC电影被杯法测量重量分析地和适应。测试杯含有3.0克的脱水氯化钙加盖SPI / C-NCC电影,和杯子放在环境温度和53% RH。水蒸气转移通过电影和吸附的干燥剂是由重量决定的测试杯。测试杯测量每24 h 168 h。WVPR是计算如下(33]: 在哪里这部电影是区域(m2),是水蒸气渗透的质量在相应的时间内(g)在24 h,然后呢测量时间(h)。
二氧化碳渗透速率由强碱吸收测量方法。SPI / C-NCC电影是固定在杯子顶部的无水氢氧化钾,用石蜡密封,在室温下以天的间隔。整个过程持续了7天。这个参数计算如下: 在哪里这部电影是区域(m2),在相应的时间内是二氧化碳的质量(毫克),然后呢测量时间(1天)。
花生油的过氧化值(POV)被用来估计的氧渗透复合薄膜。观点是越高,氧渗透率越高。复合氧渗透性的电影反映了通过观点(34]。花生油的过氧化值是决定根据GB -2016 - 5009.227。测试杯充满了3.0克花生油,密封膜,在60°C和53% RH和保存7天。花生油估计的观点。
2.3.4。水溶解度(WS)
报告的修改方法(35)是决定估计WS的复合膜。电影被切成一块一块( )在105°C,随后干24 h。干膜称重和沉浸在300毫升蒸馏水12 h。电影拍摄在105°C和干24小时估计最后干电影的质量。WS计算如下: 在哪里是最初的干燥质量的电影(g),然后呢是最后的质量干电影(g)。
2.3.5。机械性能
抗拉强度(TS)和断裂伸长率( )表示测量的力学性能与汽车拉力试验机(UTM5105三思,中国)依照ASTM d882 - 88。这部电影是切成 。测量了十字头50毫米/分钟的速度。的值最大载荷除以初始横截面积的复合电影代表了TS (18),而计算如下(3]: 在哪里和目前的破裂长度和初始长度(毫米),分别。
2.3.6。傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析
电影的红外光谱谱进行通过光谱仪(布鲁克论争诗27日,德国)。一个 影片的部分夹在两个KBr磁盘。光谱分析在4000 - 500厘米−14厘米的一项决议−1。
2.3.7。差示扫描量热法(DSC)分析
电影的DSC分析确定了使用热分析系统(200 F3玛雅,Netzsch,德国)。样品(5 - 10毫克)扫描在30°C到300°C的范围在10°C /分钟。氮气作为保护气体,20毫升/分钟的流量。
2.3.8。统计分析
统计分析的方差分析估计的数据通过SPSS程序。差异对方法进行使用邓肯的多个范围测试。
3所示。结果与讨论
3.1。厚度
复合薄膜的厚度与不同C-NCC内容为0.06毫米,除了C-NCC复合膜的9%,也就是0.07毫米厚。因此,C-NCC含量没有显著的影响( )SPI的厚度/ C-NCC电影。
3.2。光学性质
光学性质影响的应用在食品表面复合薄膜。这个属性不仅影响食品的光泽,还包装食品的保质期(36]。透光率是用来评估的兼容性混合复合膜(37]。复合薄膜的光透射率与不同C-NCC内容如图1。纯SPI的透光率在600 nm电影~ 81.02%。随着C-NCC内容的增加从1%提高到9%,复合膜的透光率从80.53%降低到76.89%。C-NCC的平均直径为6.8 nm,及其光散射很弱。然而,当C-NCC内容增加,SPI / C-NCC复合薄膜的兼容性降低。分散和连续阶段的分离提高散射和反射,导致透光率的降低。此外,C-NCC不得分散在SPI / C-NCC解决方案(32],它阻碍了通道的光。这种现象降低了透光率。高透光率提高了包装的外观的产品,但是这些产品很容易受到光线的影响,降低其质量。
3.3。屏障属性
的WVPR SPI / C-NCC电影影响包装食品的保质期,而低WVPR确保包装食品的质量(22,38]。图2显示了WVPRs SPI / C-NCC电影,这表明SPI / C-NCC表现出更好的水蒸气屏障性能比SPI的电影。6个样品中,SPI电影显示WVPR最高(8.36 g / m2·h)。SPI的原因是电影吸附水蒸气从环境中,因为他们的许多亲水性氨基酸。结果表明,WVPR先降低,然后增加随着NCC内容的增加。获得最低的WVPR (5.49 g / m2NCC·h)为7%。复合薄膜的WVPR属性密切相关。当C-NCC结合SPI, C-NCC羟基和氨基的SPI形成强氢键,这阻碍了水蒸气通过复合的复合膜,减少了WVPR电影(39]。氢键可以提高交联效果的SPI / C-NCC电影,这就增加了复杂性的水蒸气的路径通过复合薄膜。这一特点降低了水蒸气复合薄膜的速度(25,40,41]。C-NCC 9%,复合薄膜的WVPR增加到7.44 g / m2·h。这种现象是由于氢键在复合电影超过饱和状态,因为过度C-NCC的添加。这一特点导致的增加亲水性基团和WVPR。
食品包装的目的之一是为了避免或减少之间的气体交换食物和周边环境或不同的食物的气味。的气体屏障性能复合膜不仅有关食物的保鲜也恶化(如石油酸败,酶反应,美拉德反应)和组织结构的变化在食品储藏和运输。良好的屏障性能的关键是保持粮食稳定(42]。低二氧化碳和氧气渗透保持食品质量非常重要。图3表明,和花生油的过氧化值降低,然后增加随着C-NCC内容的增加,和最低的价值得到C-NCC 7%。SPI电影最高在所有电影和观点。结果表明,添加C-NCC增加了气体屏障复合薄膜的性能由于nanocellulose[形成的致密的网络结构43]。NCC含量超过7%时,屏障性能下降。原因是,大比表面积SPI C-NCC难以驱散的电影,导致聚集(43]。因此,增加毛孔SPI / NCC的电影,透气性更容易,和天然气屏障性能降低。
3.4。WS分析
WS的耐久性是一个重要的指标来评估复合膜在水里,这是相关材料的性能添加到电影(44]。结果表明,C-NCC的存在降低了WS(图4)。WS的SPI值/ SPI电影的C-NCC电影从44.46%减少到35.36%的SPI / C-NCC电影C-NCC为5%。然而,WS C-NCC含量增加而进一步增加。SPI / C-NCC电影达到最大耐水5% C-NCC因为SPI丰富的亲水性基团,导致好WS SPI的电影(44.46%)。WS减少因为C-NCC和SPI形成一个网络结构紧凑,从而增加复合膜在水中的稳定性(45]。C-NCC 5%,两者之间的交联高分子达到极限,和WS不再减少。
3.5。机械性能
图5显示了SPI / C-NCC复合薄膜的机械性能。这些属性被C-NCC添加的内容的影响。SPI的TS / C-NCC电影从4.25 MPa(0%)增加到6.02 MPa (7%) C-NCC内容的增加,然后降低C-NCC含量更高。然而,复合薄膜的TS C-NCC仍高于9%的SPI的电影。这种现象可能是由于C-NCC表面积高,导致强烈的氢或C-NCC之间的离子键和SPI (18]。报告的结果是一样Reddy和Rhim [46]。然而,加固效果C-NCC C-NCC减少9%,可能由于聚合C-NCC和破坏的原始影片的致密结构矩阵。此外,考虑到非均匀应力分布在影片中,高C-NCC内容减少C-NCC之间的交互和SPI,复合薄膜的强度减弱。TS的结果,相反SPI / C-NCC电影随C-NCC之外;这个参数,减少从82.84%的SPI电影45.24% 7% C-NCC然后提高C-NCC含量更高。原因是C-NCC可以限制SPI的分子运动链和降低电影的灵活性,减少了的电影。
3.6。红外光谱分析
官能团的红外光谱谱估计的电影3]。电影的官能团在图所示6。3274厘米的吸收峰−1是由于拉伸的s和h组,地可C-NCC之间形成氢键和SPI (13]。乐队在2936厘米−1是由于碳氢键的伸缩振动组(46]。此外,SPI的主要吸收峰的电影,比如C = O(1628厘米−1)、h(1540厘米−1)和氮(1236厘米−1)拉伸,仍然存在在SPI / C-NCC复合膜(13]。随着C-NCC内容增加,切断伸缩振动峰在1038厘米−1SPI / C-NCC电影展示了一个轻微的逐渐扩大的趋势。SPI和SPI / C-NCC电影呈现出相似的红外峰值在4000 - 500厘米−1,这表明C-NCC的加入不会改变SPI的官能团的电影。
3.7。DSC分析
图7显示了SPI的DSC曲线,C-NCC和SPI / C-NCC电影。根据DSC曲线,玻璃化转变温度( )SPI和C-NCC 144.9°C和168.9°C,分别。SPI / C-NCC电影,随着C-NCC内容增加,转移向更高的温度。为1%,3%,5%,7%,和9%的C-NCC,值是147.7°C, 156.9°C, 159.3°C, 168.8°C,分别和180.0°C。现象表明,复合薄膜的影响C-NCC内容因为C-NCC之间的交互和SPI (47]。强烈的物理相互作用SPI和C-NCC是可能的因为亲水性的SPI和C-NCC。此外,SPI和C-NCC可以形成较强的氢键,这限制了SPI链节段流动,增加了(48]。257.4°C是NCC的结晶温度。包装材料,热稳定性的提高可以保护存储的生活内容和延长保质期。
4所示。结论
添加C-NCC可以显著影响的属性产生的SPI / C-NCC复合薄膜。复合薄膜的光学性质会随着C-NCC内容的增加而延长。复合薄膜的性质,如气体防护性能,WS, C-NCC和机械性能,提高7%。复合薄膜的稳定性也增强,因为增加的 。红外光谱分析表明SPI的官能团电影在C-NCC的加入没有改变。总的来说,添加C-NCC改善SPI / C-NCC复合薄膜的性质,而这些电影有很高的在食品包装的应用前景。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
国语赵和Chongyin周贡献了同样的工作。
确认
作者感谢中国国家自然科学基金(31760470)和一万人计划的云南省,年轻的一流的人员(ynwr - qnbj - 2018 - 046)。