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具有抗菌功能的壳聚糖复合膜研究及应用

王明力

   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:LD_(50)>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。……   
[关键词]:壳聚糖;纳米SiOx;改性;抑菌;保鲜;农药剂型
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:贵州大学2008年