功能化生物质纤维素-SPI复合膜的形成机制研究

The crossing and intergrating of multiply subjects of chemistry of plant fiber, organic chemistry, natural product chemistry, polymer physics and chemistry, surface chemistry and instrumental analysis are applied in the study. Biomass cellulose-SPI (Soy Protein Isolate) composite film is obtained by mixing pretreated or derivated cellulose and SPI. And the composite film is analyzed by using modern analytical technologies as FTIR, Raman, CP/MAS 13C NMR, HPLC, XPS, TG, DSC, XRD and SEM. The interaction between the segregation state and the chemical structure of derivatives of cellulose and SPI molecules will be investigated. And the effect of the interaction on film formation will be also studied. The function of addition of natural polyphenol and phenolic acid on formation characteristic of the composite fim will be explained. And the interaction and coupling relation among the addition, cellulose and SPI in the composite film will be revealed. The relationship between cellulose and new addition and the color, light transmission, mechanical property, and durability will be explored. Among them, the action mechanism in characteristic construction of cellulose-SPI composite film from biomass cellulose, derivative and the addition is the key problem to be resolved. The basic research about functional cellulose-SPI composite film is carried out to offer important support for promoting traditional packing material updating and green development, and technological innovation and new product development in biomass field.

综合运用植物纤维化学、有机化学、天然产物化学、高分子物理与化学、表面化学及仪器分析等多学科交叉融合理论，采用FTIR、Raman、CP/MAS 13C NMR、HPLC、 XPS、TG、DSC、XRD、SEM等分析手段，以生物质纤维素- SPI (大豆分离蛋白)共混复合膜为对象，研究纤维素的离析状态及化学衍生物结构等与SPI分子间的作用及对成膜特性的影响；揭示添加天然多酚或酚酸类成分对复合膜特性形成的作用及功能性添加剂在复合膜中与纤维素和SPI的相互作用及耦合增效关系；探究纤维素及新型添加剂与膜的颜色、透光性、力学性能、耐久性等的关系。其中，生物质纤维素或其衍生物及新型添加剂在纤维素-SPI复合膜特性构建中的作用机制是拟解决的关键问题。开展功能性纤维素-SPI复合膜的基础研究，必将为促进传统包装材料的更新换代和"绿色化"发展和推动生物质领域的科技创新和新产品开发提供重要的科学理论支撑。

以生物质纤维素- SPI (大豆分离蛋白)共混复合膜为对象，研究纤维素的离析状态及化学衍生物结构等与SPI分子间的作用及对成膜特性的影响；揭示添加天然多酚或酚酸类成分对复合膜特性形成的作用及功能性添加剂在复合膜中与纤维素和SPI的相互作用及耦合增效关系；探究纤维素及新型添加剂与膜的颜色、透光性、力学性能、耐久性等的关系。其中，生物质纤维素或其衍生物及新型添加剂在纤维素-SPI复合膜特性构建中的作用机制是拟解决的关键问题。.将纳米纤维素NCC和甘草渣纳米纤维素（LNC）作为增强剂添加到SPI膜中，用以提高薄膜的机械强度和阻隔性能。板栗壳提取物（CBE）、甘草渣提取物（LRE）及黄柏提取物（CPE）则作为抗氧化剂来提高SPI薄膜的抗氧化性能。. (1) LNC呈短棒状结构（长100–400 nm，直径10–35 nm），具有较高的结晶度。LNC的添加显著提高了薄膜的性能，特别是在添加量为6%时。此时，薄膜的TS和CA为11.17 MPa和72.4°，分别提高了68.5%和20.3%。WVP、OP和E%为1.20×10-5 g m m-2 day-1 Pa-1、2.81×10-5 cm3 mm mm-2 day-1 atm-1和63.8%，分别下降了27.3%、66.9%和61.8%。.(2) LRE的添加显著提高了薄膜的机械性能和阻隔性能。当添加LRE添加量为5%时薄膜性能最佳。此时，TS和E%为10.83 MPa和101.7%。CA、WVP和OP为71.4°、1.42×10-5 g m m-2 day-1 Pa-1和6.14×10-5 cm3 mm mm-2 day-1。此外，SPI/LRE薄膜具有良好的自由基清除能力。室温储存20天后，使用SPI/LRE薄膜包装的油脂的过氧化值和酸价要明显低于空白膜和聚乙烯包装膜包装后的油脂，表明SPI/LRE薄膜对油脂有很好的保鲜效果。.(3)随CPE增加，阻氧性能增强；膜的颜色呈棕黄色，透光性随CPE含量增加而降低，对紫外线具有良好的阻隔性能；可有效的延缓油脂的酸败和氧化，有效延长了油脂的货架期。.开展功能性纤维素-SPI复合膜的基础研究，必将为促进传统包装材料的更新换代和“绿色化”发展和推动生物质领域的科技创新和新产品开发提供重要的科学理论支撑。