丁俊升，王穩(wěn)航,,*，陳文東，劉安軍（.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；.天津科技大學(xué)，食品生物技術(shù)教育部工程研究中心，天津 300457）

納米植物炭黑對(duì)明膠膜理化性質(zhì)及抗紫外特性的影響

丁俊升1，王穩(wěn)航1,2,*，陳文東2，劉安軍1
（1.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；2.天津科技大學(xué)，食品生物技術(shù)教育部工程研究中心，天津 300457）

以質(zhì)量濃度為40 mg/mL的明膠溶液為成膜基質(zhì)，研究添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米植物炭黑（0%、1%、5%、10%，基于明膠質(zhì)量）對(duì)明膠膜的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度和紫外線阻隔性能的影響。結(jié)果表明：納米植物炭黑使明膠膜的結(jié)構(gòu)更加緊密，能有效提高明膠膜的拉伸強(qiáng)度，在其添加量范圍內(nèi)，其最大值為49.555 MPa，但其斷裂延伸率有所降低，納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜的阻水阻氧性能得到進(jìn)一步提高。此外，納米植物炭黑的添加也明顯提高了明膠膜的阻光和抗紫外線吸收能力。因此，納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜在可食包裝領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

納米植物炭黑；明膠膜；拉伸強(qiáng)度；阻隔性能；抗紫外線

由于傳統(tǒng)的塑料包裝材料帶來(lái)的“白色污染”問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，一些以天然高分子材料為基體制備的綠色、可降解/可食性包裝材料越來(lái)越引人注目[1]。在這些可降解的天然高分子材料中，明膠膜因其良好的成膜性、良好的生物相容性和較低的成本，被認(rèn)為是一種很有潛力的可食性包裝材料[2-3]。明膠是一種可消化的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)大分子，主要是由動(dòng)物的骨頭或皮膠原經(jīng)熱變性或者經(jīng)物理和化學(xué)降解得到的，它包含了18 種人體必不可少的氨基酸，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高[4]。然而，明膠具有高度的親水性，這使得明膠膜具有較差的機(jī)械性能和較弱的阻水性，這些缺點(diǎn)限制了其作為包裝材料的應(yīng)用，故在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)明膠膜進(jìn)行各種改性[5]。除了通過(guò)化學(xué)修飾，如醛法改性、物理交聯(lián)以及酶法處理等[6]來(lái)改善其性能外，明膠膜還可與其他材料復(fù)合改性，如可以與殼聚糖、淀粉、纖維素、脂類等共混、共聚[7]，也可與納米顆粒混合形成復(fù)合膜[8]。這種復(fù)合的方法在提高性能的同時(shí)還能擴(kuò)展其他性能以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

炭黑是一種極細(xì)的黑色粉末，是含碳物質(zhì)在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解得到的產(chǎn)物，其本質(zhì)是一種無(wú)定形炭，具有微晶結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和有機(jī)溶劑[9]。工業(yè)炭黑主要來(lái)源于煤、天然氣、重油不完全燃燒或受熱分解，常在橡膠和塑料工業(yè)中作為補(bǔ)強(qiáng)劑和著色劑[10]。研究表明，由于炭黑表面特殊的“納米結(jié)構(gòu)”，工業(yè)炭黑可以有效提高橡膠的機(jī)械性能[11]。在塑料工業(yè)中，工業(yè)炭黑常用于黑色塑料的染色，炭黑顆粒的填充有效地增加了塑料包裝的阻隔性能，并且，由于炭黑顆粒對(duì)紫外線有很強(qiáng)的吸收和散射能力，還增強(qiáng)了塑料抗紫外線老化的能力[12]。植物炭黑是一種可食性炭黑，其來(lái)源于植物的不完全燃燒，無(wú)毒無(wú)害，這使它不同于工業(yè)炭黑。植物炭黑在國(guó)內(nèi)食品行業(yè)主要作為一種天然黑色素，用于糖果和焙烤等食品的染色。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，植物炭黑有納米級(jí)和非納米級(jí)（約為3 000 目）兩種粒徑，納米植物炭黑因?yàn)榱礁?，分散性更好，著色能力更?qiáng)，在食品行業(yè)中更加常用。由于納米植物炭黑具有以上工業(yè)炭黑的特點(diǎn)，對(duì)可食膜性能如機(jī)械強(qiáng)度、阻隔性能和抗紫外特性有潛在的影響，但這些影響究竟如何，目前仍鮮見報(bào)道。

為此，本研究選用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米植物炭黑與明膠膜混合，旨在充分利用納米植物炭黑的顆粒性，改善明膠膜的機(jī)械性能和阻水性能，同時(shí)利用其阻光特性來(lái)提高明膠膜的抗紫外線和抗光促氧化能力，從而拓展明膠膜在可食包裝領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

明膠（動(dòng)物膠，生物級(jí)） 上海阿拉丁公司；甘油（分析純） 天津市江天化工技術(shù)有限公司；納米級(jí)植物炭黑（200 nm，食品級(jí)） 上海海諾炭業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

0-10×30型數(shù)顯千分厚度規(guī) 日本三豐公司；質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司；SU1510掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本Hitachi公司；色彩色差計(jì) 日本Konica Minolta公司；紫外-可見分光光度計(jì) 美國(guó)Thermo Scientific公司；OX-TRAN Model 2/21 MD氧氣透過(guò)率測(cè)試儀 深圳市科爾諾電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜的制備

將1.2 g明膠溶于30 mL蒸餾水中，加入40%明膠質(zhì)量的甘油，室溫條件下溶脹2 h后，45 ℃條件下磁力攪拌加熱2 h至明膠完全溶解，然后加入納米植物炭黑，繼續(xù)在45 ℃條件下磁力攪拌加熱30 min，然后放入超聲波清洗儀中超聲1 min，至氣泡消失，分散均勻，然后用移液管移取溶液至12 cm×12 cm的正方形玻璃板上均勻平鋪，室溫條件下干燥48 h后小心揭膜，在干燥器（相對(duì)濕度為51%，Mg(NO3)2?6H2O溶液中）中保存[13]。4 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米植物炭黑分別直接添加到成膜溶液中，添加量為明膠質(zhì)量的0%、1%、5%和10%。

1.3.2 納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜的性能表征

1.3.2.1 膜的厚度測(cè)定

用0-10×30型數(shù)顯千分厚度規(guī)選取方形膜上的4 個(gè)邊角和中心處測(cè)定其厚度，然后將其平均值作為可食膜的厚度，數(shù)顯千分厚度規(guī)的最小精度為0.001 mm。

1.3.2.2 膜的機(jī)械性能測(cè)定

復(fù)合膜的機(jī)械性能包括其拉伸強(qiáng)度（tensile strength，TS）和斷裂延伸率（elongation at break，EAB）。實(shí)驗(yàn)步驟參照了ASTMD-882（1997）的方法[14]，將膜裁剪成7.0 cm×2.0 cm的矩形長(zhǎng)條，用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定得到應(yīng)力應(yīng)變曲線，然后根據(jù)曲線可知膜斷裂時(shí)的最大拉力和斷裂拉伸強(qiáng)度。測(cè)試參數(shù)為：探頭：A/TG；測(cè)試速率：2 mm/s；初始夾距：30 mm。TS、EAB計(jì)算公式如式（1）、（2）所示[15-16]。

式中：F為膜斷裂時(shí)承受的最大拉力/N；S為膜的橫截面積/mm2。

式中：L1為復(fù)合膜斷裂時(shí)受力部分的長(zhǎng)度/mm；L0為初始夾距/mm。

1.3.2.3 膜的阻隔性能測(cè)定

水蒸氣透過(guò)性（water vapor transmission，WVP）參考Garcia等[17]的方法，并做了輕微的修改，取一個(gè)小燒杯，倒入10 mL蒸餾水，用橡皮筋和石蠟將復(fù)合膜密封住杯口，放置在相對(duì)濕度（relative humidity，RH）為51%的干燥器中，待穩(wěn)定后，每2 h測(cè)定一次杯子的質(zhì)量，連續(xù)稱量12 h，最終杯子質(zhì)量和時(shí)間會(huì)形成線性關(guān)系，斜率即為水蒸氣透過(guò)率（water vapor transmission rate，WVTR），然后利用式（3）計(jì)算WVP。

式中：S為20 ℃時(shí)水的飽和蒸氣壓/Pa；RH1是杯中的相對(duì)濕度/%；RH2是干燥器中的相對(duì)濕度/%；d為膜的平均厚度/m。

復(fù)合膜的氧氣透過(guò)性根據(jù)GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片氣體透過(guò)性試驗(yàn)方法》，采用氧氣透過(guò)性測(cè)試儀，將待測(cè)試樣粘貼在測(cè)試腔內(nèi)，確保其間無(wú)氣泡，設(shè)置試樣厚度、溫度及濕度參數(shù)，5 個(gè)部位分別測(cè)定后取氧氣透過(guò)率（oxygen transmission rate，OTR）的平均值[18]。

1.3.2.4 膜的掃描SEM觀察

將膜樣品剪成1～2 mm2的小塊，粘貼在導(dǎo)電膠帶上，噴金后在SEM下觀察復(fù)合膜的表面微觀結(jié)構(gòu)。將膜樣品放入液氮5 min，將其揉碎，挑選邊緣齊整的1～2 mm2的小塊，粘貼在導(dǎo)電膠帶上，噴金后在SEM下觀察復(fù)合膜橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.2.5 膜的顏色測(cè)定

復(fù)合膜的顏色使用色彩色差計(jì)測(cè)量。色差計(jì)將會(huì)產(chǎn)生3 個(gè)數(shù)值，L*值表示黑白對(duì)比，0表示黑，100表示白；a*表示紅綠對(duì)比，負(fù)值表示綠色，正值表示紅色；b*表示黃藍(lán)對(duì)比，負(fù)值表示藍(lán)色，正值表示黃色[19]。先用色差計(jì)測(cè)出背景白板數(shù)值L*＝93.70、a*＝－0.08、b*＝－6.16，然后將每張膜鋪在白板上，選取膜上隨機(jī)兩個(gè)點(diǎn)測(cè)量，算出平均值，膜的色差（ΔE*）用公式（4）[20]計(jì)算。

式中：為ΔL*為膜黑白參數(shù)與背景板參數(shù)的差值；Δa*為膜紅綠參數(shù)與背景板參數(shù)的差值；Δb*為膜黃藍(lán)參數(shù)與背景板參數(shù)的差值。

1.3.2.6 膜的透明度、阻光和抗紫外性能測(cè)定

用紫外-可見分光光度計(jì)分別對(duì)復(fù)合膜從250～800 nm波長(zhǎng)范圍進(jìn)行掃描，測(cè)定膜在每個(gè)波長(zhǎng)的透射比，然后生成曲線。250～400 nm為紫外線區(qū)域，透射比越低，抗紫外能力越強(qiáng)。400～800 nm為可見光區(qū)域，透射比越低，則阻光性越好，抗光誘導(dǎo)氧化能力也越強(qiáng)。透明度值能反映膜在600 nm波長(zhǎng)處的透光性能，透明度值越大，說(shuō)明膜透明性越差。其計(jì)算見公式（5）[21]。

式中：T600nm為膜在600 nm波長(zhǎng)處透射比；l為膜厚度/mm。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行分析，方差分析利用ANOVA分析法，顯著性檢測(cè)方法為Duncan多重檢驗(yàn)（P＜0.05）。數(shù)據(jù)采用±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合膜的厚度和機(jī)械性能

圖1 納米植物炭黑-明膠膜的厚度（A）、TS（B）和EAB（C）Fig. 1 Thickness (A), tensile strength (B) and elongation at break (C) of composite films

如圖1A所示，與明膠膜相比，添加了納米植物炭黑的復(fù)合膜整體厚度增加。隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大，膜的厚度逐漸增加，在1%時(shí)，差異不顯著（P＞0.05），當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，增加趨勢(shì)非常顯著（P＜0.05），這可能是因?yàn)樘亢陬w粒逐漸增多，填充在明膠鏈之間，增加了其厚度[22]。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%，膜厚度變化較小，增加趨勢(shì)趨于平緩。這可能是因?yàn)樘亢陬w粒趨于飽和，多余的炭黑顆粒分散不開產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致膜厚度增加不明顯[23]。

如圖1B所示，添加了納米植物炭黑的復(fù)合膜的TS比明膠膜明顯增強(qiáng)，并且隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，復(fù)合膜TS逐漸增加。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，復(fù)合膜TS增加顯著（P＜0.05），到5%時(shí)達(dá)到最大，為49.555 MPa，這可能是因?yàn)榧{米植物炭黑特殊的表面結(jié)構(gòu)所致，鄧毅[24]認(rèn)為納米炭黑顆粒表面有“納米結(jié)構(gòu)”，即炭黑顆粒表面有很多棱角，而明膠具有不完整的三股螺旋結(jié)構(gòu)[25]，明膠分子鏈纏繞在炭黑突出的納米棱角上，當(dāng)受到拉伸時(shí)候，力通過(guò)炭黑顆粒分散給其他分子鏈，共同分擔(dān)外力，所以增強(qiáng)了明膠膜的TS，隨著炭黑顆粒越來(lái)越多，這種增強(qiáng)效果越來(lái)越明顯。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，TS與5%相比略微降低，這可能是因?yàn)樘亢陬w粒之間產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粒徑變大，表面的“納米結(jié)構(gòu)”減弱，其TS下降。

如圖1C所示，與明膠膜相比，復(fù)合膜的EAB隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大逐漸降低。這可能是因?yàn)樘亢陬w粒逐漸增多，導(dǎo)致纏繞在炭黑顆粒表面的明膠鏈越來(lái)越多，其可自由拉伸的空間越來(lái)越小，在受到外力拉伸的時(shí)候，很容易繃緊，這導(dǎo)致EAB下降[26]。在納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%時(shí)EAB顯著降低（P＜0.05），達(dá)到最低值6.613%，這可能是因?yàn)檫^(guò)多的炭黑顆粒產(chǎn)生團(tuán)聚結(jié)塊，粒徑變大，破壞了膜的連續(xù)性，導(dǎo)致EAB驟降。

2.2 復(fù)合膜的阻隔性能

圖2 納米植物炭黑-明膠膜的WVP（A）和氧氣透過(guò)率（B）Fig. 2 Water vapor permeability (A) and oxygen transmission rate (B) of composite films

如圖2A所示，與明膠膜相比，加入納米植物炭黑后復(fù)合膜的WVP降低。當(dāng)加入的納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%時(shí)，隨著添加的納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，復(fù)合膜的WVP逐漸降低，在5%時(shí)降到最低為1.73×10－11g/（m?s?Pa）。這可能是因?yàn)榧{米植物炭黑顆粒填充了明膠分子之間的間隙，使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)更加緊密，使水分子更難通過(guò)復(fù)合膜基質(zhì)[27]。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時(shí)，隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，WVP與最低點(diǎn)相比開始逐漸回升，這可能是因?yàn)榧{米植物炭黑顆粒表面有很多微孔，比表面積很大，能吸附環(huán)境中的水分，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)很大時(shí)，納米植物炭黑顆粒吸水反而使復(fù)合膜WVP變大[28]。

如圖2B所示，與明膠膜對(duì)比，隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合膜的氧氣透過(guò)率逐漸減小，在10%達(dá)到最低1.48×10－5cm3/（m2?d），這可能是因?yàn)榧{米植物炭黑顆粒填充了明膠分子之間的間隙，使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)更加緊密，阻隔了氧氣分子通過(guò)。

2.3 復(fù)合膜的SEM觀察

圖3 納米植物炭黑顆粒SEM與表面結(jié)構(gòu)示意圖（×10 000）Fig. 3 SEM image and diagram for the surface structure of nano vegetable carbon black (×10 000)

圖4 納米植物炭黑-明膠膜的表面SEM和結(jié)構(gòu)示意圖（×5 000）Fig. 4 SEM images and diagrams for the surface of composite films (×5 000)

圖5 納米植物炭黑-明膠膜的橫截面SEM和結(jié)構(gòu)示意圖（×1 000）Fig. 5 SEM images and diagrams for the transverse cross-section of composite films (×1 000)

可食膜的機(jī)械性能和阻水阻氧性能與微觀結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。由圖3可以看出，單個(gè)納米植物炭黑顆粒粒徑大約在200 nm左右，表面有一些微孔和棱角凸起。

圖4為4 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合膜的表面SEM圖和結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a為明膠膜，其表面光滑平整。圖4b顯示有少量炭黑顆粒鑲嵌在明膠膜內(nèi)。由圖4c可以看到很多炭黑顆粒，小部分炭黑顆粒產(chǎn)生輕微團(tuán)聚，粒徑在200～700 nm左右，并且膜表面變得粗糙。圖4d中的炭黑顆粒發(fā)生團(tuán)聚、結(jié)塊，破壞了膜的連續(xù)性。

圖5為4 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合膜的橫截面SEM圖和結(jié)構(gòu)示意圖。圖5a橫截面光滑、連續(xù)。隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大，復(fù)合膜橫截面變得越來(lái)越粗糙。圖5b可以看出復(fù)合膜整體結(jié)構(gòu)變化較小，少量納米植物炭黑顆粒鑲嵌在明膠膜內(nèi)，橫截面出現(xiàn)了少許孔洞和凸起。圖5c復(fù)合膜的橫截面出現(xiàn)拉絲狀結(jié)構(gòu)，可能是明膠分子纏繞在納米植物炭黑上所致，這種結(jié)構(gòu)增加了復(fù)合膜的TS和阻隔性能，降低了EAB。圖5d復(fù)合膜的橫截面粗糙程度顯著增大，可以看到炭黑顆粒產(chǎn)生了團(tuán)聚，粒徑變大，出現(xiàn)塊狀。

2.4 復(fù)合膜的顏色

表1 納米植物炭黑-明膠膜的色度Table 1 Color parameters of composite films

復(fù)合膜的顏色測(cè)定結(jié)果如表1所示，添加了納米植物炭黑的復(fù)合膜L*、a*、b*、ΔE*值與明膠膜差異顯著。因?yàn)榧{米植物炭黑是天然黑色素，可以將膜染黑，所以著重分析L*的差異，明膠膜的L*最大，說(shuō)明顏色最白，復(fù)合膜L*值明顯減小，說(shuō)明其顏色變黑。隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，膜顏色逐漸加深，到5%時(shí)最黑。這是因?yàn)樘亢陬w粒是通過(guò)吸收光來(lái)著色，隨著納米植物炭黑含量升高，復(fù)合膜中炭黑顆粒數(shù)量增加，其對(duì)光的吸收能力增強(qiáng)，所以越來(lái)越黑。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)5%以后，L*值開始增大，這可能是因?yàn)樘亢陬w粒過(guò)多，導(dǎo)致在膜中分散不開，產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致顆粒粒徑變大，光吸收程度減弱，并且隨著粒徑增大，顆粒表面光散射能力增大，降低了炭黑黑度，導(dǎo)致復(fù)合膜L*值開始增大[29]。a*、b*值與明膠膜對(duì)比顯著增大，表明復(fù)合膜顏色由綠變紅，由藍(lán)變黃，而?E*與明膠膜對(duì)比顯著增大，說(shuō)明復(fù)合膜色差較大。

2.5 復(fù)合膜的透明度、阻光和抗紫外性能

圖6 納米植物炭黑-明膠膜的透射比（A）和透明度（B）Fig. 6 Transmittance (A) and transparency (B) of composite films

如圖6A所示，無(wú)論是在紫外線區(qū)間還是可見光區(qū)間，與明膠膜對(duì)比，添加了納米植物炭黑的復(fù)合膜的透射比都有一個(gè)明顯的下降，這說(shuō)明納米植物炭黑增加了明膠膜抗紫外線和阻光的能力，并且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，這種能力逐漸增強(qiáng)。這可能是因?yàn)榧{米植物炭黑顆粒有吸收紫外線和可見光的能力，并且炭黑顆粒表面還有光散射的能力，均可以減少紫外線和可見光透過(guò)復(fù)合膜[30]。

如圖6B所示，明膠膜透明度值最小（0.695 2 mm－1），其透明性最好，隨著納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，透明度值越來(lái)越大，說(shuō)明復(fù)合膜的透明性越來(lái)越差，在納米植物炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，透明度值最大為25.620 6 mm－1，復(fù)合膜幾乎沒(méi)有透明性，波長(zhǎng)區(qū)間所有光的透射比都非常小，接近0。

3 結(jié) 論

本研究將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米植物炭黑顆粒添加到明膠膜里，并通過(guò)測(cè)定膜的相關(guān)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這些納米植物炭黑顆粒一定程度上能夠有效地改善明膠膜性能。具體表現(xiàn)為，納米植物炭黑-明膠膜的微結(jié)構(gòu)更加致密；其TS顯著提高，同時(shí)伴隨著EAB的降低；此外，阻水蒸氣和阻氧性能得到提高；值得提出的是，納米植物炭黑的滲入顯著提高其阻光和抗紫外特性。明膠膜各項(xiàng)性能的具體改善程度與納米植物炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)的添加量范圍內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的復(fù)合膜有最好的TS和阻水性，并且阻氧性、抗紫外和阻光性能也比較好，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%相比，其有一定透明度，較少的用量也節(jié)約了成本，綜合評(píng)價(jià)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜各項(xiàng)性質(zhì)均較為突出。納米植物炭黑對(duì)可食膜的性能改善，尤其是抗紫外吸收特性的具體機(jī)理以及可能對(duì)食品的抗氧化性的提升作用仍需進(jìn)一步深入研究。鑒于納米植物炭黑對(duì)明膠膜各項(xiàng)性能的提高，納米植物炭黑-明膠復(fù)合膜在可食性包裝領(lǐng)域具有較好的的應(yīng)用前景。

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Impact of Nano Vegetable Carbon Black on Physicochemical Properties and UV Resistance of Gelatin Film

DING Junsheng1, WANG Wenhang1,2,*, CHEN Wendong2, LIU Anjun1
(1. College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; 2. Food Biotechnology Engineering Research Center, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

In this paper, we investigated the impact of different concentrations (0%, 1%, 5% and 10% based on gelatin mass) of nano vegetable carbon black added into 40 mg/mL gelatin solution on physicochemical properties and UV resistance of the formed film. The results showed that nano vegetable carbon black could result in a more compact microstructure of gelatin film. More importantly, the addition of these nanoparticles led to a significant increase in the tensile strength of the film, reaching a maximum value of 49.555 MPa, but a reduction in elongation at break. Moreover, these nanoparticles improved the water vapor and oxygen barrier properties of gelatin film. Also, the composite film showed an increased light and UV resistance property. In conclusion, the nano vegetable carbon black-gelatin composite film will have potential applications in edible packaging field.

nano vegetable carbon black; gelatin film; tensile strength; barrier properties; UV resistance

10.7506/spkx1002-6630-201713043

TS206.4

A

1002-6630（2017）13-0263-06

丁俊升, 王穩(wěn)航, 陳文東, 等. 納米植物炭黑對(duì)明膠膜理化性質(zhì)及抗紫外特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(13): 263-268. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713043. http://www.spkx.net.cn

DING Junsheng, WANG Wenhang, CHEN Wendong, et al. Impact of nano vegetable carbon black on physicochemical properties and UV resistance of gelatin film[J]. Food Science, 2017, 38(13): 263-268. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713043. http://www.spkx.net.cn

2016-06-16

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2013AA102204）；食品生物技術(shù)教育部工程研究中心（天津科技大學(xué)）應(yīng)用化項(xiàng)目（2016004）

丁俊升（1992—），男，碩士，研究方向?yàn)槭秤媚さ闹苽渑c應(yīng)用。E-mail：578090486@qq.com

*通信作者：王穩(wěn)航（1977—），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)槭称纺z體和食用膜的制備與應(yīng)用。E-mail：wangwenhang@tust.edu.cn