壳聚糖/紫山药花青素/纳米氧化锌pH响应智能复合膜制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.004

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (10): 16-22.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.004

壳聚糖/紫山药花青素/纳米氧化锌pH响应智能复合膜制备及性能研究

韦阿飞, 李秋怡, 冯雪梦, 黄钰莹, 潘远凤()

广西大学化学化工学院，广西资源化工应用新技术高校重点实验室，南宁 530004

收稿日期:2024-01-29 出版日期:2024-10-26 发布日期:2024-10-21
通讯作者: 潘远凤（1977-），女，教授，研究方向为生物基复合材料，panyf@gxu.edu.cn
E-mail:panyf@gxu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(22068006);广西大学“大学生创新创业训练计划”资助项目(S202310593265)

Preparation and performance of chitosan/purple yam anthocyanin/ZnO nanoparticles composites as pH⁃responsive smart films

WEI Afei, LI Qiuyi, FENG Xuemeng, HUANG Yuying, PAN Yuanfeng()

Key Laboratory of New Chemical Application Technology in Resource，School of Chemistry and Chemical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China

Received:2024-01-29 Online:2024-10-26 Published:2024-10-21
Contact: PAN Yuanfeng E-mail:panyf@gxu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

制备了一种智能复合包装膜壳聚糖（CS）/紫山药花青素（PYE）/纳米氧化锌（ZnO NPs），并探究了不同含量纳米氧化锌对复合膜在力学性能、热性能、水蒸气阻隔性能和抗氧化性能等方面的影响。结果表明，纳米氧化锌和花青素的协同作用显著提高了复合膜的拉伸强度、热稳定性、抗氧化性能和水蒸气阻隔性能。当纳米氧化锌的含量达2 %时，复合膜的拉伸强度由26.58 MPa提高到41.79 MPa，断裂伸长率略有下降；初始分解温度由256.12 ℃提高到271.41 ℃，水蒸气透过率降低了约17 %。此外，纳米氧化锌的加入还进一步增强了复合膜的抗氧化和抗菌性能。在实际应用中，该复合膜展现出pH敏感性，能够通过颜色变化直观反映虾在贮藏过程中的品质变化，为食品安全监管提供了便捷手段。

关键词: 壳聚糖, 花青素, 纳米氧化锌, 紫山药, 智能包装

Abstract:

A type of smart composite packaging film consisting of chitosan （CS）， purple yam anthocyanin extract （PYE）， ZnO nanoparticles （NPs） was prepared， and the effects of addition amounts of ZnO NPs on the mechanical properties， thermal stability， water vapor barrier performance， and antioxidant properties of the composite films were investigated. The results indicated that the synergistic effect of ZnO NPs and PYE resulted in a significant improvement in the tensile strength， thermal stability， antioxidant properties， and vapor barrier performance of the composite films. When 2 wt% ZnO NPs were added， the resultant composite film exhibited an increase in the tensile strength from 26.58 to 41.79 MPa along with a slight decrease in the elongation at break. Its initial decomposition temperature also increased from 256.12 to 271.41 ℃， but its water vapor transmission rate decreased by about 17%. In addition， the addition of ZnO NPs enhanced the antioxidant and antimicrobial properties of the composite film. In practical application， this composite film exhibited pH sensitivity， and it could visually detect a change in the quality of shrimp during storage through a change in color， providing a facile method for food safety monitoring.

Key words: chitosan, anthocyanin, ZnO nanoparticle, purple yam, smart packaging

中图分类号:

TQ317.3

韦阿飞, 李秋怡, 冯雪梦, 黄钰莹, 潘远凤. 壳聚糖/紫山药花青素/纳米氧化锌pH响应智能复合膜制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 16-22.

WEI Afei, LI Qiuyi, FENG Xuemeng, HUANG Yuying, PAN Yuanfeng. Preparation and performance of chitosan/purple yam anthocyanin/ZnO nanoparticles composites as pH⁃responsive smart films[J]. China Plastics, 2024, 38(10): 16-22.

图/表 9

图1 CS、CPZ⁃0和CPZ⁃2复合膜的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of CS， CPZ⁃0 and CPZ⁃2 composite films

图2 CS、CPZ⁃0、CPZ⁃2复合膜的TG曲线

Fig.2 TG curves of CS， CPZ⁃0 and CPZ⁃2 composite films

图3 CPZ复合膜的水蒸气透过率

Fig.3 Water vapor permeability of CPZ composite films

图4 CPZ复合膜的力学性能

Fig.4 Mechanical properties of CPZ composite films

图5 CPZ复合膜的DPPH自由基清除率

Fig.5 DPPH radical scavenging activity of CPZ composite films

图6 CPZ⁃0、CPZ⁃2和CPZ⁃8复合膜在pH=3~11溶液中的颜色变化

Fig.6 Color changes of CPZ⁃0， CPZ⁃2 and CPZ⁃8 composite films in pH=3~11 solutions

图7 CPZ复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率

Fig.7 CPZ composite films on the bacteria inhibition rate against S. aureus and E. coli

图8 CPZ⁃2复合膜在虾储存过程中颜色的变化和虾储存期间的pH值和TVB⁃N含量

Fig.8 Color change，pH and TVB⁃N content of CPZ⁃2 composite film during shrimp storage

图9 红提在不同包装方式保藏7天后的保藏效果和在7天保藏过程中的失重率

Fig.9 Preservation effect of red grapes after 7 days with different packing methods and weight loss rate of red grapes during 7 day storage

参考文献 20

1	王正武，潘远凤，蔡平雄. 热处理蔗渣纤维素/PVA复合膜的制备及性能研究［J］. 塑料工业， 2022， 50（4）： 168⁃175.
	WANG Z W， PAN Y F， CAI P X. Preparation and prooperties of heat⁃treated bagass celluiose/PVA composite film［J］. China Plastics Industry， 2022， 50（4）： 168⁃175.
2	Hossein Haghighi， Fabio Licciardello， Patrizia Fava， et al. Recent advances on chitosan⁃based films for sustainable food packaging applications［J］. Food Packaging and Shelf Life， 2020， 26100551.
3	Luo Xiaoyu， Zaitoon Amr， Lim Loong⁃Tak. A review on colorimetric indicators for monitoring product freshness in intelligent food packaging： indicator dyes， preparation methods， and applications［J］. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety， 2022， 21（3）： 2 489⁃2 519.
4	Alessandro Sinopoli， Giuseppe Calogero， Antonio Bartolotta. Computational aspects of anthocyanidins and anthocyanins： A review［J］. Food chemistry， 2019， 297： 124898.
5	Siti Tamaroh， Sri Raharjo， Agnes Murdiati， et al. Total phenolic content and antioxidant activity of anthocyanin extract from purple yam （Dioscorea Alata L.） flour using different solvents［J］. Pakistan Journal of Nutrition， 2018， 17（6）： 260⁃267.
6	Li Qiuyi， Cai Pingxiong， Xiao Huining， et al. pH⁃responsive color indicator films based on chitosan and purple yam extract for in⁃situ monitoring food freshness［J］. Food Bioscience， 2023， 56： 103373.
7	孙琦，李建美，乐涛，等. 纳米氧化锌的抗真菌活性研究进展［J］. 重庆师范大学学报（自然科学版）， 2019， 36（2）： 122⁃129.
	SUN Q， LI J M， LE T， et al. Research progress on antifungal activity of zinc oxide nanoparticles［J］. Journal of Chongqing Normal University （Natural Science）， 2019， 36（2）： 122⁃129.
8	Yang Liu， Ren Lixuan， Zhao Yanzhen， et al. Preparation and characterization of PVA/arginine chitosan/ZnO NPs composite films［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2023， 226： 184⁃193.
9	李丰羽，孙雨晴，高丹，等. 负载桑葚花青素的葛根淀粉/壳聚糖复合膜的制备与表征［J］. 包装工程， 2023， 44 （23）： 52⁃61.
	LI F Y， SUN Y Q， GAO D， et al. Preparation and characterization of pueraria starch⁃chitosan composite edible films loaded with mulberry anthocyanins［J］. Packaging Engineering，2023， 44 （23）： 52⁃61.
10	Pornpatu Adair， Pongsert Sriprom， Woatthichai Narkrugsa， et al. Preparation， characterization， and antimicrobial activity of xyloglucan⁃chitosan film from tamarind （tamarind indica L.） seed kernel［J］. Progress in Organic Coatings， 2023， 179： 107486.
11	Yan Jiatong， Cui Rui， Qin Yuyue， et al. A pH indicator film based on chitosan and butterfly pudding extract for monitoring fish freshness［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2021， 177： 328⁃336.
12	陈赛艳，刘红林，汤俊炀，等. 基于蓝莓花青素的新鲜度指示膜制备及性能研究［J/OL］.食品与发酵工业［J］.食品与发酵工业， 2024， 50（15）：97⁃103.
	CHEN S Y， LIU H L， TANG J Y. Preparation and study of freshness indicator film based on blueberry anthocyanins［J］. Food and Fermentation Industries， 2024， 50（15）：97⁃103.
13	Alamdari Sanaz A， Omid Mirzaee， Nasiri Jahroodi Fatemeh，et al. Green synthesis of multifunctional ZnO/chitosan nanocomposite film using wild Mentha pulegium extract for packaging applications［J］. Surfaces and Interfaces， 2022， 34： 102349.
14	Li Yana， Li Zenghui， Yuwen Wang， et al. Anthocyanins/chitosan films doped by nano zinc oxide for active and intelligent packaging： comparison of anthocyanins source from purple tomato or black wolfberry［J］. Frontiers of Chemical Science and Engineering， 2023， 17（6）： 704⁃715.
15	Alam Zeb. Concept， mechanism， and applications of phenolic antioxidants in foods［J］. Journal of Food Biochemistry， 2020， 44（9）： e13394.
16	Kim Hyun⁃Ji， Roy Swarup， Jong⁃Whan Rhim. Gelatin/agar⁃based color⁃indicator film integrated with clitoria ternatea flower anthocyanin and zinc oxide nanoparticles for monitoring freshness of shrimp［J］. Food Hydrocolloids， 2022， 124： 107294.
17	崔海鹏，郭健龙，王大全，等. 花青素加工稳定性及其研究进展［J］. 食品与发酵工业， 2024， 50（13）： 388⁃397.
	CUI H P， GUO J L， WANG D Q， et al. Stability of anthocyanins during processing and research progress［J］. Food and Fermentation Industries， 2024，50（13）： 388⁃397.
18	Yan Jin， He Sichen， Chen Lingli， et al. Characterization， antioxidant and antibacterial activities of gelatin⁃chitosan edible coated films added with Cyclocarya paliurus flavonoids［J］. International journal of biological macromolecules， 2023， 253（8）： 127 664⁃127 664.
19	常香玲，柴菲. 氧化锌纳米复合抗菌材料的制备及性能研究［J］. 日用化学工业， 2023， 53（9）： 1 051⁃1 056.
	CHANG X L， CHAI F. Preparation and performance study of zinc oxide nanocomposite antibacterial materials［J］. China Surfactant Detergent & Cosmetics， 2023， 53（9）： 1 051⁃1 056.
20	陈胜军，陶飞燕，潘创，等. 虾产品低温贮藏保鲜技术研究进展［J］. 中国渔业质量与标准， 2020， 10（1）： 68⁃75.
	CHEN S J， TAO F Y， PAN C， et al. Ｒesearch progress on low temperature storage and preservation technology of shrimp products［J］. Chinese Fishery Quality and Standards， 2020， 10（1）： 68⁃75.

[1]	魏佳, 刘凯, 彭丽娟, 田阳阳, 赵琳, 李艳红, 杨佩佩, 李松伟, 陆波. 壳聚糖/聚苯胺⁃氧化石墨烯尼古丁分子印迹复合材料的制备与吸附性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 32-36.
[2]	凡淑婷, 张芷瑜, 郭睿, 毕文雅, 张利君. 壳聚糖/玉米淀粉交联膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 37-42.
[3]	孔德金, 廖旭, 李南希, 雷静怡, 刘阔, 李洪飞, 唐武飞. 壳聚糖/聚乙烯醇/明胶复合薄膜的阻隔和阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 28-32.
[4]	曾媛, 李亮, 刘威, 马晶晶, 刘让同. 海藻酸钠/聚丙烯酰胺复合水凝胶的壳聚糖增韧[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 42-48.
[5]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.
[6]	杜乐, 胡娅洁, 胡健, 孙滔, 云雪艳, 董同力嘎. UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 38-44.
[7]	陈淑花, 任子萌, 孙婷婷. 壳聚糖/壳聚糖接枝氧化石墨烯复合气凝胶的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 32-37.
[8]	孟鑫, 王小龙, 公维光, 金谊. “三源一体”壳核型阻燃剂的制备及其在聚乳酸中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 96-104.
[9]	杨笑春, 于静, 张青. 壳聚糖对PVC热稳定性能影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 68-73.
[10]	周舒毅, 朱敏, 刘忆颖, 曹舒惠, 蔡启轩, 聂慧, 张玉霞, 周洪福. 高分子止血材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 74-84.
[11]	李福杰, 齐斌, 徐华亭, 王立梅. 交联壳聚糖/聚乙烯醇/蜗牛黏液复合膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 53-61.
[12]	隋振全, 毛金超, 范金石. 壳聚糖/聚乙烯醇液态地膜的制备与应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 21-25.
[13]	谢玉, 王立梅, 齐斌. 交联壳聚糖/蒙脱土复合膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 58-63.
[14]	丁丁, 徐文总, 闫弘毅. 壳聚糖/ZIF⁃67杂化物的制备及其对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 31-37.
[15]	杨旭, 方健, 覃敏, 于雷. 壳聚糖/结冷胶双层膜制备工艺优化及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 14-23.

壳聚糖/紫山药花青素/纳米氧化锌pH响应智能复合膜制备及性能研究

Preparation and performance of chitosan/purple yam anthocyanin/ZnO nanoparticles composites as pH⁃responsive smart films

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 20

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价