基本信息
- 項目名稱：
- 魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對當前復合膜在組成、結構、性能及應用中存在的復合膜不易降解、膜性能差、成膜時間長、成本高、操作復雜等關鍵問題，本文以魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，簡稱KGM）為主要原材料，利用其在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)而自然成膜的特性，通過計算機分子模擬，從理論上預測了魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜的結構和性能的最佳穩(wěn)定條件。根據所預測結果選用最優(yōu)組成制備魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜。以鮮切生菜保鮮為例檢驗其性能。結果表明，該液膜保鮮果蔬可有效延長貯藏時間，且具有較好的可降解性和良好的抑菌能力。與其他同類膜相比，該膜具有液晶態(tài)結構、性能優(yōu)良、使用方便、安全。為解決當前復合膜存在的關鍵問題提供參考依據并拓寬其應用范圍。
- 詳細介紹：
- 近年來，隨著復合膜在食品、功能性保健品、生物醫(yī)學材料和高檔化妝品等領域的應用受到越來越大的關注，在復合膜的組成、結構、性能及應用中存在的關鍵問題已經成為一個研究熱點。在膜應用過程中發(fā)現(xiàn)復合膜制備及其應用處理過程中存在的關鍵問題（如復合膜不易降解、膜性能差、成膜時間長、操作復雜、成本高等）直接影響到膜的使用范圍，不利于提高膜的應用效果。這些問題的解決是提高膜的性能及其經濟效益的最直接途徑。但是，目前的各種復合膜在制作過程中仍存在許多不足。在組成方面，尚有不可降解成分，存在一定的環(huán)境問題；在結構上，大多存在結構穩(wěn)定性差等缺陷；在制膜過程中，成膜性差，通常需要對制膜材料進行改性、干燥等較為復雜的工藝操作；在性能上，多數(shù)復合膜性能較差，難以滿足應用中的多種需求。以上問題嚴重限制了復合膜在工業(yè)和農業(yè)方面的應用，尤其是在農副產品保鮮加工、輕紡食品以及醫(yī)藥、化妝品等領域的應用。而目前國內外關于生物高分子膜材料的研究主要集中在淀粉、纖維素、甲殼素和海藻酸鈉等天然多糖，但這些多糖或因膜的性能差、或因原料成本過高、或因操作困難，真正投入應用的產品很少。因此，研制一種適應上述多層次、多方面需求的膜，闡明其結構穩(wěn)定、性能優(yōu)良的機理，并初步提出一種操作方便、成本低廉、易于控制的制膜新策略已成為進一步提高鮮活農產品經濟效益和提升食品以及醫(yī)藥、化妝品行業(yè)綜合競爭力的重要途徑。本發(fā)明成果無論是對學科理論的發(fā)展，還是對應用技術的研發(fā)均具有十分重要的意義。 可再生資源植物魔芋中含有魔芋葡甘聚糖，它是一種性能優(yōu)良的生物高分子膜材料，具有良好的吸水、保濕、成膜、凝膠性，在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)可自然成膜，是繼淀粉和纖維素之后，又一種較為豐富的可再生天然高分子資源。有研究表明，魔芋葡甘聚糖在適宜的pH條件下，能形成較為穩(wěn)定的液晶態(tài)結構。KGM的以上特性很大程度上簡化了制膜工藝，提高膜的穩(wěn)定性和性能，使其成為一種具有液晶性、可自然成膜的高穩(wěn)定性、高性能膜材料。KGM的液晶態(tài)結構使其具有較液體更為穩(wěn)定的性質。此外，KGM一定條件下自然成膜的特性避免了成膜過程中由于高溫等因素造成的穩(wěn)定性下降等缺陷，提高其穩(wěn)定性，進而提高性能。目前，國外對魔芋葡甘聚糖做原料制成膜的研究并不多，僅有少量報道，如Min-Hee Yoo等人對魔芋葡甘聚糖膜的性能作了研究，美國Merritt發(fā)明了用魔芋葡甘聚糖代替膠原蛋白制作腸衣的方法。我國在魔芋葡甘聚糖涂膜保鮮方面進行過探討，但以魔芋葡甘聚糖為主要原料制備具有液晶狀態(tài)的復合液膜的研究方面卻未見報道。 目前，將分子模擬技術用于物質分子結構研究的方法被越來越多的國內外的科研工作者采用。分子模擬是介于實驗方法和理論方法之間的一種方法，它既有自己的獨立性，又與另外兩種方法相輔相成。它采用了較接近于實驗的模型，在模擬中，只依賴于最基本的物理和化學規(guī)律，可以通過實驗結果來驗證模型的準確性、合理性。同時模擬的結果又能用以指導實驗。因此,運用分子動態(tài)模擬來研究蛋白質、多糖等復雜高分子的結構性能已成為了研究的熱點，而將其用于復合膜制備，對制膜條件進行預測，以得到更為精確的配制方法的研究還鮮見報道。 本文利用KGM在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)可自然成膜的獨特性質，通過計算機分子模擬，從理論上預測復合液膜的結構和性能的最佳穩(wěn)定條件。利用分子力學原理，用計算機模擬方法實現(xiàn)制膜性能預測與驗證的定量化,再將理論與實驗結合制備復合液膜；利用KGM的上述特性制備具有液晶態(tài)結構的液膜，在一定條件下自然成膜，簡化工藝，提高膜的穩(wěn)定性和性能。解決復合膜在組成、結構、性能和應用上的問題。為解決當前復合膜存在的關鍵問題提供參考依據并拓寬其應用范圍。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計、發(fā)明的目的： 復合膜制備及其應用處理過程中存在穩(wěn)定性和性能差、成膜時間長、操作復雜、成本高、不易降解等關鍵問題，直接影響到膜的使用范圍，不利于提高膜的應用效果。為此，尋求一種既具有優(yōu)良性能，又對人體無害且制備工藝簡單、成本低廉的復合膜勢在必行。 基本思路： 本文以魔芋葡甘聚糖為主要原材料，利用其一定條件下具有液晶態(tài)結構，且在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)而自然成膜的特性，通過計算機分子模擬，從理論上預測魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜的結構和性能的最佳穩(wěn)定條件。根據所預測結果選用最優(yōu)組成制備魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜。 創(chuàng)新點： 1、利用分子力學原理實現(xiàn)制膜性能預測與驗證的定量化,再將理論與實驗結合制備復合液膜。 2、利用KGM在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)而自然成膜的特性，研制出魔芋葡甘聚糖/生物高分子復合液膜。 3、該膜具有液晶態(tài)結構、性能優(yōu)良、使用方便、安全。具有良好的發(fā)展前景，對生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。 技術關鍵： 1、通過計算機模擬，從理論上預測最佳穩(wěn)定條件。2、魔芋葡甘聚糖/高分子復合液膜自然成膜條件的控制。 主要技術指標： 抑菌效果、降解率、保鮮性能
科學性、先進性
- 科學性： 魔芋葡甘聚糖具有良好的成膜性，利用其一定條件下具有液晶態(tài)結構和在常溫下自然成膜的特性簡化制膜工藝，降低成本。在已有研究基礎上，通過計算機分子模擬技術進行最優(yōu)參數(shù)預測，進而通過實驗進行驗證，經過比較分析，再進一步共混、復配等，制得復合液膜。提高其應用價值，拓寬其應用領域。 先進性： 針對復合膜在組成、結構、性能及應用中存在的關鍵問題，利用KGM在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)而自然成膜的特性，以其為主要原材料，利用分子模擬可以實現(xiàn)制膜精確性預測與定量化,從理論上預測復合液膜的結構和性能的最佳穩(wěn)定條件，再將預測結果與實驗相結合制備復合液膜，提高了制膜條件的精確性。制備具有液晶態(tài)結構、性能優(yōu)良、使用方便、安全的復合液膜。
獲獎情況及鑒定結果
- 作品初級階段獲得福建農林大學課外學術作品競賽三等獎 作品逐步完善階段曾分別獲得福建省大學生課外學術作品競賽一等獎、福建省大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽金獎
作品所處階段
- 已完善
技術轉讓方式
- 618項目成果對接
作品可展示的形式
- 實物及圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：將物品浸泡在制得的液膜中，取出置于室溫下即可自然成膜；亦可用將液膜噴淋于物品表面待其自然成膜。 技術特點：制得的液膜在10℃以下呈液態(tài)，而常溫在一定條件下呈固態(tài)而自然成膜。 優(yōu)勢： 1、原材料天然、無害且來源廣泛。 2、常溫下可自然成膜，簡化制膜工藝，降低成本，應用廣泛。 適應范圍與推廣前景：在農副產品保鮮加工、輕紡食品以及醫(yī)藥、化妝品等領域，將進一步提高鮮活農產品經濟效益和提升食品以及醫(yī)藥、化妝品行業(yè)綜合競爭力。 經濟效益和市場分析： 1、復合液膜應用于鮮活農副產品保鮮加工中，將進一步提高鮮活農產品經濟效益和提升食品以及醫(yī)藥、化妝品產業(yè)綜合競爭力。本發(fā)明成果無論是對學科理論的發(fā)展，還是對應用技術的研發(fā)均具有十分重要的意義。 2、制得的液膜環(huán)保、高效，可緩解其他同類復合膜對環(huán)境的污染，同時工藝簡單，方便安全、應用廣泛，具有良好的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 魔芋葡甘聚糖（KGM）是天然高分子物質，具有良好的成膜性。近年來，以KGM為主要原材料制膜的研究越來越多。但是由于KGM親水能力很強，影響了魔芋膠脫水成膜的均勻、致密、光滑和平整性；同時膜的潮解性增大，抗菌性能下降，最終溶脹甚至溶解。所以，直接用KGM做成的膜材料，存在強度較低、耐水性和阻濕性及抗菌、防腐性能差等缺陷。為此，不少研究者對其進行改性再應用，如湯榮生用馬來酸酐和多聚磷酸鈉對魔芋葡甘聚糖進行改性后制成膜，顯示出較好的強度和熱封性能，但操作復雜，且可能有試劑殘留；杜傳來將KGM與殼聚糖共混后制成膜，膜的阻濕性有所改善，并將其用于柑橘的涂膜保鮮，取得了較好的效果；鄒少強等將一定量的保鮮劑、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑等添加入已通過純化并經磷酸改性KGM膜中，用于龍眼的保鮮，保鮮效果良好。 隨著人們對KGM研究的不斷深入，對KGM與合成高分子材料的共混研究也不斷增多。Gao S和Zhang L將蓖麻油基PU和硝基KGM進行共混反應，共混產物具有半互穿網絡結構。Xiao C B等報道了PU和脫乙酰KGM共混產生的膜具有極強的拉伸強度、抗水性能和突出的光學透明性。Xiao C B等還將PPAm加入至KGM的溶膠中，得到的共混產物無論是在熱穩(wěn)定性、吸水率還是在機械性能上均得到顯著提高。但在此過程中需要用到一些試劑，可能存在試劑殘留。 研究表明，用NaOH對KGM進行改性在結構上脫去乙?；?，有助于提高其性能。如李波等采用以0.4%的NaOH對經純化的魔芋葡甘聚糖涂膜于玻璃板上，80℃烘箱干燥成膜，清水洗膜脫堿，加入適量增塑劑，80℃干燥成膜，所制成的膜（PN）與未改性的比較，其抗水性能和膜的強度均有顯著提高。林曉艷等用適量的Ca(OH)2在一定條件下對一定量的魔芋葡甘聚糖進行改性，并涂膜于玻璃板上，適當溫度下干燥成膜，脫堿，所得改性物與未改性的魔芋葡甘聚糖相比，膜的抗張性、耐折度均有提高，膜表面更為均勻，改性物溶脹吸水性有一定改善。 以上研究利用KGM所制膜都以固態(tài)形式存在，目前關于液態(tài)膜制備的研究尚未見報道。
