| 食品用仿生超润湿材料的制备及应用 | |
| Alternative Title | 无 |
| 王大珩 | |
| Thesis Advisor | 刘维民：郭志光 |
| 2019-05-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 仿生，超润湿，生物大分子，食品，纳米结构 |
| Abstract | 食品包装容器内壁中的食物残留液体可以导致食品浪费以及食物腐败、细菌滋生带来的卫生安全问题，尤其对于通常用塑料容器包装的如酸奶和蜂蜜等液态食品而言，食用后液体会粘附在容器内表面可能导致多达15 %的食物浪费。而通过仿生制备超疏水涂层，可以使食品液体能顺利的从容器中流出以达到防黏附效果，这是一种新颖可行的节约食品、保护环境的方法。传统上，氟化合物及其衍生物因为其低表面能常被用于制造超疏水表面。但考虑到人体对氟的生理需要量很小，高氟对机体免疫功能有很大毒性和危害。因此加强氟检测，严格控制食品中的氟含量，降低氟化物的浓度以提高安全性就显得尤为重要。经过多年研究，食品用仿生超润湿材料制备的原料选择被严格管控。常用的被选为超润湿表面的食品级原料有大豆蛋白、乳清蛋白和酪蛋白等蛋白基材料以及巴西棕榈蜡、蜂蜡、虫胶和脂肪酸等安全的脂基材料。这类材料的添加量都是经过严格、多次的动物实验甚至临床实验后规定的，但这些材料应用在食品领域中的超润湿表面设计和制备依旧存在很多空白和不足，因此研究疏水可食用材料来代替氟化物材料具有非常重要的意义。综上所述，本论文采用安全的生物大分子如食用级疏水蜡质为原料，以超疏水、注油超滑液等超润湿原理为指导，研究食品用仿生超润湿材料的制备、性能及其应用，研究的主要内容和结论如下：(1) 以可食用生物大分子蜡质为原材料，制备低表面能、高粗糙度颗粒。并采用简单易行、可运用于大规模制备的喷涂法在食品包装基材上制备具有微米-纳米级粗糙结构的仿荷叶超疏水食品包装内壁涂层。随后利用可食用润滑油，如油酸乙酯、大豆油等灌注蜡质颗粒涂层以制备仿猪笼草注油超滑液表面。初步探究了以相同超疏水蜡质颗粒 (蜂蜡、巴西胶) 制备的超疏水涂层和超疏水表面注油后形成的注油超滑液表面之间的差异性。并探讨了相同粗糙结构不同固液气接触模型的两种涂层在性能上的差异。结果表明注油超滑液涂层相较超疏水涂层有着更好的基底结合力、抗水冲击性能、抗弯折性能和抗水沁性能。并且由于注油超滑液的超润湿特性主要由润滑剂决定，超疏水表面在食品领域有更广泛的疏液性。(2) 使用包含油酸乙酯 (润滑剂/反溶剂) 、乙醇 (溶剂) 和虫胶 (溶质/基础层) 的混合溶液一步原位制备了虫胶颗粒涂层。该可食用注油超滑液涂层具有透明性、液体食品的滑液性和抗剪切力的润滑剂保持能力。该工艺简单经济，拓宽了注油超滑液表面的制备方法，丰富了食品用仿生超润湿材料的制备途径。(3) 用多糖 (果胶) 生物大分子作为新颖的食品包装基底材料。喷涂蜂蜡超疏水颗粒，替代现有的食品包装 (玻璃、塑料) 制备独立了的可完全食用的仿荷叶超疏水食品包装材料。由于果胶具有亲水性，所制备的可食用超疏水人工荷叶具有水下缓释能力 (果胶基底吸收水蒸气)。同时，通过对蜂蜡超疏水颗粒进行温度调控，可调控人工荷叶的形状、水下保存时间、缓释性能、氧气和水/水蒸气的阻隔性能。(4) 利用巴西胶和蜂蜡两种蜡质的超疏水颗粒的不同融化温度特性，将两种颗粒混合，并使融化温度较低的蜂蜡融化以在弹性基底上制备可食用混蜡涂层。结果表明：两种蜡质混合后导致拉伸应力不同，使得混蜡涂层拉伸后可获得超疏水性能。同时，由于融化的蜂蜡赋予了混蜡涂层一定的稳定性，混蜡涂层材料可在一定程度上耐磨擦、耐划伤并在拉伸后具有自洁性能、划伤自修复能力和密封能力。(5) 将巴西胶与蜂蜡两种超疏水颗粒从其酒精乳液中分离，制备超疏水粉末。利用超疏水粉末在气液界面充当表面活性剂，制备了仿蚜虫液体弹珠的可食用液体弹珠及其衍生物。实验结果表明：所制备的可食用液体弹珠作为新型的可食用独立食品包装材料，具备水下缓释、储存和抗氧化能力，同时，具有相转变能力可用于制造片剂与胶囊等其他包装材料。 |
| Other Abstract | 无 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/29105 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王大珩. 食品用仿生超润湿材料的制备及应用[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 202129王大珩.pdf（10034KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment