壳聚糖/聚乙烯醇抗菌膜的制备及性能研究

摘要

抗菌涂层包装是抗菌包装的一种类型，因其方法简单易行、抗菌效果显著、经济安全等优势，已受到大家广泛地关注。本论文通过涂覆法制备得到壳聚糖/聚乙烯醇膜(CS/PVA)及负载尼生素的壳聚糖/聚乙烯醇膜(Nisin-CS/PVA)实验对膜结构、性能、扩散动力学及热力学进行表征和测试。通过涂覆法得到壳聚糖/聚乙烯醇/蒙脱土膜(CS/PVA/MMT)及负载乳酸钠的壳聚糖/聚乙烯醇/蒙脱土膜(SL-CS/PVA/MMT)，并对膜结构、性能、扩散动力学进行表征和测试。
　　涂覆法制备CS/PVA基质膜，复合膜中CS与PVA以分子间氢键的形式结合。PVA的加入降低了CS/PVA膜材料的机械强度，提高了其断裂伸长率。通过对膜样品机械性能分析得出最佳膜样品CS/PVA=1/1，以这个比例膜为基质可以制备Nisin-CS/PVA抗菌膜。PVA的加入显著影响膜气体透过性能。根据以上实验结果:我们选择膜(CS/PVA=1/1、CS/PVA=2/1、CS/PVA=3/1)作为Nisin扩散实验的基质材料。
　　以Nisin为抗菌剂制备Nisin-CS/PVA膜，抑菌实验结果:Nisin-CS/PVA膜可以有效抑制金黄色葡萄球菌的生长;Nisin-CS/PVA膜的抑菌效果会随着Nisin含量增加而增强，并且膜的抑菌效果在Nisin含量为10％时最佳。Fick扩散能够很好地描述Nisin-CS/PVA膜中Nisin扩散的机理;Nisin的扩散系数D随着CS/PVA比例增加而增大，而Ea随着CS/PVA比例减小而增大。扩散效率作为pH和离子强度的函数而被研究。实验得到的热力学参数可知:Nisin-CS/PVA膜中Nisin的扩散是一个吸热且自发的过程。
　　以SL为抗菌剂制备SL-CS/PVA/MMT膜，测试结果:纯MMT d001=1.270nm，CS/PVA/MMT膜d001=1.697nm， MMT在复合膜中形成插层;CS与PVA以分子间氢键形式结合。CS/PVA/MMT复合膜对紫外光和可见光的阻挡是很有效;MMT含量对整个膜表面色差有一定影响;MMT含量显著影响复合膜水蒸汽及气体透过率。SL-CS/PVA/MMT膜可以有效地抑制大肠杆菌的生长;其抑菌效率随着SL含量增加而增强;当SL含量为10％，膜抑菌效率最佳。Fick第二定律可以很好地描述SL-CS/PVA/MMT膜中SL向液体介质中扩散的动力学，SL的扩散系数D随着pH减小而增大;SL的扩散系数D随着液体介质中氯化钠浓度增加而变小。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 活性包装

1．2 抗菌包装

1．2．1 抗菌包装系统

1．2．2 抗菌包装的类型

1．3 抗菌涂层包装及其载体材料

1．4 课题来源与研究意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题研究意义

1．5 课题研究内容

第二章 壳聚糖／聚乙烯醇膜的制备及性能研究

2．1 实验材料

2．2 实验方法

2．2．1 壳聚糖／聚乙烯醇溶液的配制

2．2．2 复合膜的制备

2．3 分析测试

2．3．1 膜的结构测试

2．3．2 膜的力学测试

2．3．3 膜的气体渗透性性能检测

2．3．4 膜的降解性能测试

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 复合膜的FT-IR分析

2．4．2 不同比例壳聚糖／聚乙烯醇复合膜力学及断裂截面的分析

2．4．3 膜的气体渗透性性能分析

2．4．4 膜的降解分析

第三章 负载Nisin的CS／PVA膜的制备及扩散特性和抑菌特性的研究

3．1 Nisin

3．1．1 Nisin的结构

3．1．2 Nisin的性质

3．1．3 Nisin的抑菌性能

3．1．4 Nisin的应用

3．2 实验材料

3．2．1 实验试剂

3．3 实验方法

3．3．1 壳聚糖／聚乙烯醇溶液的配制

3．3．2 负载Nisin复合膜溶液的配制

3．3．3 复合膜的制备

3．4 分析测试

3．4．1 抑菌性能测试

3．4．2 扩散试验

3．4．3 扩散动力学实验

3．4．4 离子强度和pH对Nisin扩散影响的测试

3．4．5 对扩散热力学参数测定的测试

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 体外固体抑菌实验分析

3．5．2 体外液体抑菌实验分析

3．5．3 不同比例CS／PVA膜对乳酸链球菌素(Nisin)扩散的影响

3．5．4 乳酸链球菌素(Nisin)扩散系数D的测定

3．5．5 温度对扩散系数D的影响

3．5．6 pH和离子强度对Nisin扩散影响的分析

3．5．7 热力学参数对扩散影响的分析

3．6 本章小结

第四章 负载乳酸钠的CS／PVA／MMT膜的制备及扩散特性和抑菌特性的研究

4．1 实验材料

4．2 实验方法

4．2．1 壳聚糖／聚乙烯醇／蒙脱土溶液的配制

4．2．2 负载乳酸钠(SL)的膜溶液的配制

4．2．3 复合膜的制备

4．3 分析测试

4．3．1 X射线衍射能谱(XIm)测试

4．3．2 扫描电子显微镜(SEM)测试

4．3．3 膜吸水性测试

4．3．4 膜的水蒸气透过率测试

4．3．5 膜的气体透过率测试

4．3．6 膜的色差测试

4．3．7 膜对光透明性测试

4．3．8 抗菌实验测试

4．3．9 抗菌剂乳酸钠扩散实验测试

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 X射线衍射能谱(XRD)分析

4．4．2 CS／PVA／15MMT膜样品横截面SEM分析

4．4．3 膜吸水作用分析

4．4．4 水蒸气透过率(WVP)分析

4．4．5 气体透过率分析

4．4．6 色差分析

4．4．7 膜对光透明性分析

4．4．8 液体抑菌实验结果分析

4．4．9 抗菌剂乳酸钠扩散实验结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况