纤维素/多糖胶复合膜中天然酚类化合物分布规律与智能响应机制

The crossing and intergrating of multiply subjects of chemistry of natural product, food chemistry,chemistry of plant fiber, polymer physics and chemistry, microbiology, instrumental analysis and statistical analysis are applied in the study. Edible and intelligent cellulose/plant polysaccharide gum composite film is obtained by mixing method and analyzed by using modern analytical technologies as FTIR, Raman, CP/MAS 13C NMR, HPLC, TG, DSC, XRD and SEM. The interaction between the segregation state and the physical form and chemical structure of derivatives of cellulose and plant polysaccharide gum molecules will be investigated. And the effect of the interaction on film formation will be also studied. The function of addition of natural phenolic compounds such as anthraquinones, diketone and flavonoids on formation characteristic of the composite film and the regulating and controlling mechnism of intelligent responsiveness will be explained. The relationship between cellulose and new addition with intelligent responsiveness and the color, light transmission, mechanical property, and durability will be explored. Among them, the action mechanism in characteristic construction of cellulose/plant polysaccharide gum composite film from cellulose or derivative, and the effect of the coupling interaction between intelligent responsive compounds with cellulose plant polysaccharide gum molecules and the distribution regularity on regulation and control of the intelligent responsiveness are the key problems to be resolved. The basic research is carried out to offer scientific and theoritical support for promoting the creation and green edible development of intelligent material monitoring food quality, and collaborative innovation and new product development deeply intermingled in biomass field.

综合运用天然产物化学、食品化学、植物纤维化学、高分子物理与化学、微生物学、仪器分析、统计分析等多学科交叉融合理论，采用FTIR、Raman、CP/MAS 13C NMR、HPLC、TG、DSC、XRD、SEM等手段，以纤维素/植物多糖胶可食性智能膜为对象，研究纤维素的分子聚集态及衍生物的物理形态和化学结构等与植物多糖胶分子间的作用关系及对成膜特性的影响；揭示引入蒽醌、二酮、黄酮等天然酚类智能响应成分对膜的性能影响和智能响应性调控机制；探究纤维素或衍生物及智能响应成分与膜的颜色、透光、力学和耐久性等的关系。其中，纤维素或纤维素衍生物在纤维素/植物多糖胶复合膜特性构建中的作用机理及智能响应成分与纤维素、植物多糖胶的耦合作用关系、分布规律及智能响应机制是拟解决的关键问题。开展本研究为促进食品品质智能监控材料的创生和“绿色可食化”发展并推动生物质领域协同创新与新产品开发高度融合提供科学理论支撑。

项目研究了纤维素与多糖胶分子间的作用关系及对成膜性的影响，揭示了引入天然酚类响应成分对膜的性能影响及调控机制。.（1）决明子胶、沙蒿胶、塔拉胶和卡拉胶等植物多糖胶自身无法形成完整的膜，增塑剂可以与多糖胶分子之间形成了新的氢键作用。增塑剂含量的增加，膜的拉伸强度和透光性下降，而断裂伸长率和阻隔性上。.（2）花色素类多酚成分破坏了多糖分子链之间的纠缠结构且与多糖和甘油之间形成了氢键作用。随着花色素类量的增加，降低了膜的力学性能、透光性能和阻隔性能。膜对不同pH值的缓冲溶液及氨气均具有良好的响应性，且湿度有利于响应性。.（3）直径为3~10 nm、长度为100~500 nm的羧基化纳米纤维素纤丝（ACNF）加入改变了植物多糖胶分子链与甘油（G）分子间的相互作用并与两者均形成了新的复杂多级的氢键作用。随ACNF用量的增加，其透光性能减弱，添加量4%时，膜的各项性能最优，在包装油脂方面具有良好的应用前景。.（4）花色素、大黄酸等多酚加入后，成膜溶液依然为非牛顿流体，但改变了植物多糖胶分子链与ACNF及增塑剂之间的相互作用，并与各成膜组分间形成新的氢键结构，对膜材料微观形貌无显著影响，但对透光率、拉伸强度、阻氧、阻湿有负面影响，两者的加入均赋予了膜材料pH响应性，对pH及三乙胺均具有良好的响应性。.（5）羧甲基纤维素（CMC）和ACNF加入到植物多糖胶膜中，具有增强作用。带有阴离子的CMC和ACNF通过静电吸引作用锁定带正电荷的花色素，未改变成膜液非牛顿流体的特性。膜结构非常均匀、致密。花色素的加入使膜的力学性能、透光性和阻隔性提高。膜对不同pH值的缓冲溶液及氨气均具有良好的响应效果。 ACNF的加入降低了智能膜对水的敏感性，花色素的混合物比单一的花色苷标准品制备的智能膜的pH响应效果更优。.（6）黄柏提取物赋予膜抗菌性，增强了膜的抗氧化活性。改善了抗菌性差的缺陷，pH响应性大大提高。智能膜对猪肉、鱼肉的新鲜度变化，发生明显的颜色变化。同时，可有效抑制猪油的氧化，延长储存期。.开展本研究，为促进食品品质智能监控材料的创生和“绿色可食化”发展并推动生物质领域协同创新与新产品开发高度融合奠定一定的科学理论基础。