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【JAFC封面文章】面向食品包装的淀粉纳米纤维膜的仿生疏水界面设计

时间:2021-05-11 作者:张碟 来源: 阅读量:

2021年5月,硒科学与工程现代产业学院蔡杰副教授、程水源教授等在国际期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》(中科院1区,农林科学领域top期刊,IF: 4.192)在线发表了题为“Hydrophobic Interface Starch Nanofibrous Film for Food Packaging:From Bioinspired Design to Self-Cleaning Action”的前封面论文(Front Cover)。蔡杰副教授为第一作者及通讯作者,程水源教授、丁文平教授为通讯作者。

食品包装能够抵御外部环境因素(如,光、水分、氧气、微生物等)的影响,在维持食品品质和延长产品货架期等方面发挥着重要作用。目前,石油基塑料在包装材料上的广泛使用,为人们日常生活提供了极大便利性,但由于其难以生物降解等特性,也给生态环境带来了负面效应。因此,环境友好型食品包装材料的研究与开发显得尤为重要。

自然界中天然生物可降解的食品大分子物质(如,多糖、蛋白质等)逐渐被研究用来替代塑料包装材料。其中,来源广泛、价格低廉、产量丰富的淀粉被认为是最具有发展前景的“绿色包装材料”之一,其在食品包装领域的研究及应用如火如荼。然而,由于天然淀粉材料自身属性的限制,导致所制备的纯淀粉食品包装膜往往存在直接成膜困难、力学性能不高、疏水性能较差等不足,在一定程度上限制了其在食品包装领域的实际应用。

在本研究中,研究人员以淀粉为原料,通过“温度辅助-静电纺丝”技术研制了微观结构由淀粉纳米纤维组成的纯淀粉膜(即,淀粉纳米纤维膜)。无需添加任何加工阻剂(如,增塑剂),淀粉纳米纤维膜具备良好的直接成膜性。且由于纳米纤维的组成结构,淀粉纳米纤维膜表现出较好的柔韧性和机械强度。进一步,基于仿生设计的理念,通过简单、灵活的溶液浸渍方法,在淀粉膜中纳米纤维界面构建了硬脂酸自组装仿生涂层。并深入研究了硬脂酸自组装行为与淀粉膜纳米纤维膜亲疏水性的调控关系,阐明了硬脂自组装修饰与界面疏水的机制。研究结果表明,利用硬脂酸界面组装作用能设计出类似于花瓣状的多尺度片层结构,在提高淀粉膜中纳米纤维界面的粗糙程度的同时,能降低表其比面能,使淀粉纳米纤维膜从极强亲水性转变为较高疏水性(~0 ° →134.7 °),且具有自清洁性能,有效的改善淀粉纳米纤维膜作为食品包装材料的水敏感性。相关成果可为新型多糖基食品包装膜的研究与开发提供一种新思路。

基金项目

中国科协“青年人才托举工程”项目(No.2018QNRC001);

湖北省“楚天学者计划”。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c00230

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