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具有抗菌功能的壳聚糖复合膜研究及应用

2020-11-28阅读(724)

具有抗菌功能的壳聚糖复合膜研究及应用

论文摘要

壳聚糖（CTS）是一种天然多糖类生物大分子,具有多种优良的功能性质和潜在的应用价值,其中最为引人关注的特性就是成膜性和抗菌防腐作用,这两种独特性质使其广泛应用于农药载体、涂膜保鲜、可食膜载体、生物可降解用膜等领域。但是,由于目的不同而对壳聚糖膜性质和功能具有不同的要求,壳聚糖由于分子结构的特点,其单膜对果蔬涂膜保鲜时,存在保水率较低的缺点,果实易失水焉萎,同时,抗菌防腐也达不到保鲜的要求,难以满足室温下果蔬保水保鲜的要求;当作为农药膜剂型的载体应用时,壳聚糖单膜的机械性能较弱,易龟裂、易破碎。上述壳聚糖的缺陷是其自身的结构和性质所致,拓宽壳聚糖的应用关键在于改善和提高其膜材的抑菌性能、保水率和机械强度。纳米氧化硅（SiOx）是一种无毒、无味、无污染的白色粉术非金属材料,是目前有机材料改性中应用最为广泛的无机纳米材料之一,其粒子粒径减小至纳米级会产生一系列特殊的效应。因此,利用纳米SiOx对壳聚糖进行改性,提高壳聚糖膜的强韧性和抑菌杀虫性、改善透水率和透气性,并将改性后的壳聚糖纳米SiOx复合膜应用于果蔬的采摘前后,使生长期的果蔬得到病虫害防治和采摘后的果蔬得到贮藏保鲜。本研究主要内容和结论如下。1.壳聚糖纳米SiOx复合膜性能的研究。利用纳米SiOx对壳聚糖进行改性,得到壳聚糖纳米SiOx复合膜（CTS-Fh）,并对涂膜结构进行红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）和电镜透射（TEM）等表征。结果表明:CTS-Fh中壳聚糖与SiOx粒子表面的大量羟基存在强烈的氢键相互作用,使其拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度较壳聚糖单膜分别提高了63.29%,45.38%和11.58%。同时,CTS-Fh的透光率和透气性等性能也得到改善,复合膜性能优于简单膜。2.壳聚糖纳米SiOx复合膜抑菌活性的研究。壳聚糖纳米SiOx复合膜（CTS-Fh）与壳聚糖单膜（CTS）抑菌实验表明:CTS-Fh对细菌如革兰氏阴性菌大肠杆菌（Escherichia coli.）和革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）,真菌如酵母（Saccharomyces）和青霉（Penicillium）的抑菌效果明显好于CTS,抑菌率分别提高了22.34%、6.50%、36.49%和53.76%。同时CTS-Fh对植物致病菌如马铃薯晚疫病（Phytophthora infestans）、番茄灰霉病（Botrytis cinerea Pers.）、和辣椒枯萎病（Fusarium wilt）也有明显的抑制效果。3.壳聚糖纳米SiOx复合膜涂膜保鲜的应用研究。以透水率最小化为目标函数,采用二次回归旋转正交组合试验设计方法,建立单指标二次回归模型,得到壳聚糖纳米SiOx保鲜复合涂膜最佳配方,并对金秋梨和黄瓜进行室温下涂膜保鲜,分别测试室温条件下失水率、维生素C、呼吸强度、多酚氧化酶（PPO）、过氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、好果率和保鲜时间。同时,分析了壳聚糖复合膜对金秋梨表皮形貌的影响,研究结果表明:当复合膜中壳聚糖用量1.547g、SiOx用量0.028g、单甘酯用量0.015g时,壳聚糖复合膜较壳聚糖单膜的透水率降低了73.13%;室温下果蔬保鲜时间得到明显延长,各项指标得到改善和提高,其中金秋梨由20d延长至60d,好果率为80.00%,黄瓜由6d延长至12d,好果率为95.12%。4.壳聚糖纳米SiOx复合膜对蚜虫杀虫活性的研究。室内毒力实验:CTS-Fh对蚜虫有良好的活性,抗蚜虫性能高于CTS（57.41%）,达到62.93%,提高了15%。田间试验:壳聚糖单膜、壳聚糖复合膜、壳聚糖复合-阿维混合液和0.18%阿维农药分别喷施金秋梨果树的药后1-7天,虫口减退率分别为53.04%、68.66%、90.52%和87.60%,该结果表明壳聚糖复合膜能够增强农药的药效和持续时间。5.壳聚糖纳米SiOx复合膜急性毒性试验研究。对昆明种二级小鼠进行急性毒性试验,结果表明:LD50＞10.0g/kg BW,未发现任何试验动物出现中毒表现,未出现动物死亡,壳聚糖/纳米SiOx属实际无毒范围。6.壳聚糖复合膜农药剂型研究。无论是室内毒力试验,还是田间药效试验,壳聚糖复合膜都具有一定的杀虫活性,该结论表明:壳聚糖复合膜可作为农药应用于果蔬植物的病虫害防治,而成为无农残、安全的绿色农药;而且壳聚糖复合膜与农药混合后,利用壳聚糖的成膜功能,壳聚糖复合膜作为一种农药剂型可以更广泛地应用于农业生产中。

论文目录

  • 缩略语
  • 摘要
  • Abstract
  • 前言
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 壳聚糖的结构和性质
  • 1.1.1 壳聚糖的结构
  • 1.1.2 壳聚糖的性质
  • 1.2 壳聚糖的化学改性
  • 1.2.1 壳聚糖的酰化
  • 1.2.2 壳聚糖的烷基化
  • 1.2.3 壳聚糖羧基化
  • 1.2.4 壳聚糖席夫碱
  • 1.2.5 壳聚糖的接枝反应
  • 1.2.6 壳聚糖的交联
  • 1.3 内米SiOx的结构和性质
  • 1.3.1 纳米SiOx的性质和结构
  • 1.3.2 纳米SiOx的改性
  • 1.3.3 内米SiOx的应用
  • 1.3.4 纳米SiOx的安全性
  • 1.4 单甘酯的结构和性质
  • 1.5 国内外果蔬贮藏保鲜研究现状
  • 1.5.1 简易贮藏保鲜
  • 1.5.2 机械制冷贮藏保鲜
  • 1.5.3 气调贮藏保鲜
  • 1.5.4 辐射保藏
  • 1.5.5 调压贮藏保鲜
  • 1.5.6 化学贮藏保鲜
  • 1.5.7 较先进的贮藏保鲜
  • 1.6 壳聚糖涂膜保鲜的研究现状
  • 1.6.1 抑制食品内外气体交换
  • 1.6.2 保水防蔫提高果蔬贮藏品质
  • 1.6.3 防止果蔬采后腐烂延长保鲜期
  • 1.6.4 延缓果蔬后熟与衰老
  • 1.6.5 抑制酶的活性
  • 1.6.6 改善产品外观提高商品价值
  • 1.6.7 壳聚糖存在的问题
  • 1.7 农药剂型的发展现状
  • 1.7.1 乳剂
  • 1.7.2 湿性粉剂
  • 1.7.3 悬浮剂、浓乳液剂、微乳剂
  • 1.7.4 水分散性粒剂
  • 1.7.5 泡腾片剂
  • 1.7.6 微胶囊剂
  • 1.7.7 纳米复合涂膜农药剂型
  • 第二章 壳聚糖改性的研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验试剂及仪器
  • 2.2.1 主要试剂
  • 2.2.2 主要仪器
  • 2.3 实验方法
  • 2.3.1 纳米SiOx的改性
  • 2.3.2 壳聚糖膜改性优化设计
  • 2.3.3 膜的制备
  • 2.3.4 膜力学性能测定
  • 2.3.5 膜透性测定
  • 2.3.6 结构表征
  • 2.3.7 数据处理
  • 2.4 结果与讨论
  • 2.4.1 纳米SiOx改性结果
  • 2.4.2 壳聚糖改性优化模型的组建和检验
  • 2.4.3 膜结构表征结果
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 壳聚糖复合膜抑菌性能的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 主要试剂和仪器
  • 3.2.1 主要试剂和材料
  • 3.2.2 主要仪器
  • 3.3 试验方法
  • 3.3.1 壳聚糖复合膜抗细菌性能检测
  • 3.3.2 壳聚糖复合膜抗酵母性能检测
  • 3.3.3 壳聚糖单膜及复合膜抗霉菌性能检测
  • 3.3.4 单甘酯抗细菌性能检测
  • 3.3.5 壳聚糖复合膜抗植物病原菌性能检测
  • 3.3.6 壳聚糖复合膜急毒性试验方法
  • 3.3.7 数据处理
  • 3.4 结果与讨论
  • 3.4.1 壳聚糖复合膜抑制细菌结果
  • 3.4.2 壳聚糖复合膜抑制酵母菌结果
  • 3.4.3 壳聚糖复合膜抑制霉菌结果
  • 3.4.4 单甘酯抑制细菌的结果
  • 3.4.5 壳聚糖复合膜抑制植物病原菌结果
  • 3.4.6 壳聚糖复合膜急毒性试验结果
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 壳聚糖复合膜应用于金秋梨保鲜
  • 4.1 引言
  • 4.2 主要试剂和仪器
  • 4.2.1 主要试剂和材料
  • 4.2.2 主要仪器
  • 4.3 试验方法
  • 4.3.1 壳聚糖透水率优化设计
  • 4.3.2 金秋梨保鲜贮藏过程中品质分析
  • 4.3.3 金秋梨保鲜贮藏过程中酶活性分析
  • 4.3.4 金秋梨保鲜贮藏过程中表面形貌分析
  • 4.3.5 数据处理
  • 4.4 结果与讨论
  • 4.4.1 壳聚糖透水率优化模型的组建和检验
  • 4.4.2 金秋梨保鲜贮藏过程中品质评价
  • 4.4.3 金秋梨保鲜贮藏过程中酶活性评价
  • 4.4.4 金秋梨保鲜贮藏过程中表面形貌评价
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 壳聚糖复合涂膜应用于黄瓜保鲜
  • 5.1 引言
  • 5.2 主要试剂和仪器
  • 5.2.1 主要试剂和材料
  • 5.2.2 主要仪器
  • 5.3 试验方法
  • 5.3.1 失水率测定
  • 5.3.2 叶绿素测定
  • 5.3.3 黄瓜Vc测定
  • 5.3.4 黄瓜硬度测定
  • 5.3.5 黄瓜好果率测定
  • 5.3.6 数据处理
  • 5.4 结果与讨论
  • 5.4.1 黄瓜失水率测定结果
  • 5.4.2 叶绿素测定结果
  • 5.4.3 黄瓜维生素C测定结果
  • 5.4.4 黄瓜硬度测定结果
  • 5.4.5 黄瓜好果率测定结果
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 壳聚糖复合涂膜应用于农药剂型
  • 6.1 引言
  • 6.2 主要试剂和仪器
  • 6.2.1 主要试剂和材料
  • 6.2.2 主要仪器
  • 6.3 试验方法
  • 6.3.1 室内毒力试验
  • 6.3.2 田间药效试验
  • 6.3.3 数据处理
  • 6.4 结果与讨论
  • 6.4.1 室内毒力试验结果
  • 6.4.2 田间试验结果
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 结论
  • 7.1 本文结论
  • 7.2 创新点
  • 7.3 不足之处及展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 攻读博士期间发表的学术论文及科研项目

    • 相关论文文献

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