适用于生鲜果蔬包装的生物可降解薄膜的透气性与CO2/O2选择透过性

Advanced food preservation techniques, such as, modified atmosphere packaging (MPA) and cryogenic technique provide consumers with longer shelf life, more fresh and nutritional fruit and vegetable. However, the MAP materials with suitable barrier and selective permeability of CO2/O2 are needed in those packaging techniques. In this study, the PEG-based block/star copolymers are prepared and used to MAP packaging of fruit and vegetable due to high CO2-permselecivity of PEG and high gas permeability and selectivity of PCL. The relationships between the gas permeability/permselecivity and properties, such as, molecular chain movement, microstructures, porous structure, orientation of the complex system, as well as the effect of the temperature and humidity on its barrier properties will be evaluated.The controlled permeability film will provide a suitable permeability ratio CO2/O2 in the fruit and vegtable fresh-keeping packaging system,which not only can meet the need of respiration, but also can restrain the respiration and the growth of microbial to keep the fruit or vegetable quality.

先进的食品包装和保鲜技术，例如食品气调包装（MAP）和低温冷藏技术给消费者提供了保质期更长、食用更安全和营养价值更高的生鲜果蔬。生鲜果蔬对包装材料的气体透过性和CO2/O2选择透过性的要求很高。本项目将利用聚乙二醇（PEG）对CO2的高选择透过性和聚己内酯（PCL）对CO2/O2的高渗透性和选择性制备嵌段和星型共聚物，通过直接或共混方法制备适用于果蔬气调包装的完全可降解薄膜，研究分子链段的运动、体系的微观结构、微孔化、取向以及环境温度和湿度对薄膜的气体渗透性及选择透过性的影响，探讨薄膜的可控性渗透和选择性透过对生鲜果蔬的保质保鲜的影响。对于生鲜果蔬来说，在调整薄膜的气体透过性保证其呼吸的同时包装体系可以自动调节包装内部O2和CO2气氛比例，抑制和降低生鲜食品的有氧呼吸，抑制微生物的繁殖和酶反应，达到延长保质保鲜期的目的。

本项目中主要利用对CO2/O2具有高渗透性和选择性的PEG和PCL制备嵌段和星型共聚物，通过直接或共混方法制备适用于果蔬气调包装的完全可降解薄膜。探究了分子链段的运动、体系的微观结构、取向以及环境温度和湿度对薄膜的气体渗透性及选择透过性的影响，讨论了薄膜的可控性渗透和选择性透过对生鲜果蔬的保质保鲜的影响。. 在项目实施过程中首先结合密闭系和渗透系统法测定生鲜产品的呼吸速率，然后根据Michaelis-Menten呼吸速率和动态平衡方程从理论上推导出适宜于果蔬自发气调包装材料的的CO2和O2透过率、CO2/O2选择透过比和薄膜面积。从理论结果和实际测定来看，可以通过调整共聚物气体渗透性达到理想气调包装目的。在以上理论推导的基础上，将PEG和PCL引入PLLA共聚物，发现共聚物表现出不同的相分离结构，这些微相分离的形成有助于形成O2和CO2气体通道， 气体通过PEG或PCL聚集相进行交换，自发地调节包装内部气氛，最终达到平衡状态。通过调整嵌段共聚物的组分含量，嵌段长度，共混比和取向度可调节PLLA薄膜的气体透过率和CO2/O2透过比，从而实现匹配不用呼吸强度果蔬自发气调目的。共聚物的拓扑结构以及网络化可以调节聚合物的自由体积，从而达到调控薄膜的相分离结构，实现气体的高透过率，提高包装容积率。. 果蔬气调包装和低温冷藏技术被认为是目前最有效的保鲜方式，给消费者提供了保质期更长、食用更安全和营养价值更高的生鲜果蔬。但生鲜果蔬种类繁多，对包装材料的气体透过性和CO2/O2选择透过性的要求很高，不适宜的包装材料甚至会加速果蔬腐败。本项目在调整薄膜的气体透过性保证其呼吸的同时包装体系可以自动调节包装内部O2和CO2气氛比例，抑制和降低生鲜食品的有氧呼吸，抑制微生物的繁殖和酶反应取得了突破性进展。尤其是在绿色包装为发展主题的今天，项目成果为生物可降解高分子材料在生鲜果蔬包装中的应用提供了可靠的依据，其保鲜性能优于广泛利用的PE和PP保鲜膜，具有很好的推广价值。