基本信息
- 项目名称：
- 一种新型可降解抗菌复合膜的研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该作品采用超声波共混技术将壳聚糖、β-环糊精、苯甲酸钠三者共混，利用冷冻干燥技术使其干燥并成微孔，研制成了一种新型可降解抗菌复合膜。此复合膜兼具了好的抗菌性、力学性能、防潮保湿性、透气性及可降解性，是新一代绿色环保功能膜。并且已经申请国家发明专利，它在食品保鲜、环保等领域，将具有较广阔的市场前景。
- 详细介绍：
- 该研究作品通过组分设计和制作工艺的创新，研制成功了一种新型可降解抗菌复合膜。 经查新，曾有文献报道用壳聚糖与胶原蛋白、明胶、丝心蛋白、淀粉等天然高分子的共混膜，这些天然高分子虽然改善了壳聚糖膜的力学性能，但它们同时又是细菌的营养源，明显地降低了壳聚糖的抗菌性能。随后有人将具有刚性、尺寸稳定性和热稳定性的无机物引入抗菌材料中，虽然在抗菌性及力学性能方面表现较好，但制作程序繁琐，不适宜于进一步推广及投产生产。 为克服目前复合膜上述缺点，同时要求具备力学性能及抗菌性、可降解性等多种优点，我们研究采取了以下创新： （1）组分设计上的创新。复合膜在组分设计的原料选取上，选用廉价易得且具有一定抗菌性的天然可降解的壳聚糖，和天然可降解的β-环糊精，并充分利用β-环糊精具有一定保湿阻水的性能，同时，引入了苯甲酸钠以加强复合膜的抗菌性。 （2）在制备技术上，采用超声波的空化效应将三者共混，并采用冷冻干燥技术使其干燥并成微孔。 该作品通过FT-IR，X-RD分析技术以及透光率T表征了其结构，结果表明：此新型复合膜各组分之间由于存在着氢键、离子键等强的相互作用表现出了优异的相容性，而优异的相容性体现出良好的力学性能；通过测试其吸水率和抗菌性，表明β-环糊精的加入改善其防潮保湿性能并降低了成本，苯甲酸钠的加入能增强该复合膜的抗菌性。最后通过该复合膜对水果保鲜的验证实验，实验数据统计显示此复合膜具有优良特性。 研制的新型复合膜兼具了良好的抗菌性、力学性能、防潮保湿性以及透气性，并且对人体和环境无毒无害。经查新，研制的新型复合膜具有独创性，其制备技术已申请国家发明专利。在食品、环保、医学等领域都具有十分广阔的应用前景和经济价值，尤其是在食品保鲜方面将得到较广泛的应用。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 该作品的研究是从环境保护的目的出发，旨在研发一种可降解，绿色环保，力学性能和保鲜性能良好，且具有抗菌性能的保鲜膜。 为达目的，首先从组分上创新设计：第一组元采用天然可降解并具有抗菌性的壳聚糖，第二组元采用可降解且具有保湿阻水能力的β-环糊精；为加强其抗菌性，添加少量的苯甲酸钠。 为达到良好的力学性能和相容性，采用超声波共混技术；为了达到良好保鲜性能，采用冷冻干燥技术使膜产生微孔。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性及先进性在于作品同时具备了以下优点：(1)优异的相容性与力学性能(2)良好的保湿防潮性能(3)优异的抗菌性(4)良好的可降解性(5)良好的透气性 作品独特之处：与同类研究产品相比较，研制的复合膜兼具了可降解性、力学性能好、抗菌性优、多孔性及防潮保湿性等优点，为新一代绿色环保功能膜。经国内外文献查新，该复合膜具有独创性；并且制备技术已申请国家发明专利，具有较高的学术价值和较高的经济使用价值。
应用价值和现实意义
- 该作品研发的新型可降解抗菌复合膜的制作工艺较为简单，而且原料廉价易得，这就使得此膜的制作成本很低；其次，此复合膜的力学性能、抗菌性能、保湿防潮性能以及透气性都很好，故在食品、环保、医学等领域都具有十分广阔的应用前景和经济价值，尤其是在食品保鲜方面将得到广泛应用。 另外，经国内外文献查新，该复合膜具有独创性；并且制备技术已申请国家发明专利，具有较高的学术价值和较高的经济使用价值。
学术论文摘要
- 该作品的研究是从环保的目的出发，旨在研发一种可降解，力学性能和保鲜性能良好，且具有抗菌性能的保鲜膜。为达到上述目的，在膜的组分原料设计上，选用廉价易得且具有抗菌性的天然可降解的壳聚糖和β-环糊精，并且β-环糊精还具有一定保湿阻水能力；同时，引入了具有良好的抗菌性的苯甲酸钠。在膜的制备技术上，采用超声波的空化效应将三者共混，并采用冷冻干燥技术使成微孔，研制成了一种新型可降解抗菌复合膜。通过FT-IR，XRD分析技术以及透光率T的结构表征、测试吸水率和抗菌性实验、水果保鲜等实验，结果表明：此新型复合膜各组分之间表现出了优异的相容性，体现出良好的力学性能；作品具有抗菌性，而且还具有可降解、保湿防潮以及透气等优良特性。 综上，研发的新型可降解抗菌复合膜不仅制作工艺较简单，而且原料廉价易得，制作成本低；并且，此复合膜具有良好的力学性能、抗菌性、保湿防潮性、透气性以及可降解性，对人体和环境无毒无害，故此膜在食品、环保、医学等领域都具有十分广阔的应用前景和经济价值，尤其是在食品保鲜方面将得到较广泛的应用。
获奖情况
- 以该作品为研究内容撰写的科技论文： （1）《壳聚糖制备多糖共混膜的吸湿性和抗菌性研究》已被中文核心期刊《中国组织工程研究与临床康复》录用； （2）《壳聚糖/β-环糊精/苯甲酸钠三元共混膜的制备》已被中文核心期刊《材料导报》录用； （3）2009年5月，本作品在第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区决赛中，进入化工类总决赛的5支参赛队伍中，荣获特等奖。
鉴定结果
- 作品的组分设计巧妙，应用技术先进，制备出的三元共混膜集良好的可降性、透气性、抗菌性、防潮保湿性于一体，是一种新型环保多功能复合膜，经查新，具有独创性，已申请国家发明专利，可在食品、环保等领域得到应用。
参考文献
- [1]王碧等.葡甘聚糖-壳聚糖-聚乙烯醇共混膜的结构表征及性能研究[J].化学世界,2008,49(8):470-473,464 [2] 申景博等.壳聚糖-淀粉-聚乙烯醇共混膜的制备及透光性研究[J].广东包装,2007(6):42-43 [3]杜予民，夏祖勇等.壳聚糖/淀粉共混膜[J].武汉大学学报(自然科学版),1997 ,43(2) :220 [4]中国科学院大连化学物理研究所.一种聚乙烯醇/壳聚糖共混膜的制备方法[P].中国专利:200610002664.7 [5]四川大学.壳聚糖/木质素共混可降解膜及其制备方法[P].中国专利:200710050291.5 [6]武汉大学.一种壳聚糖与聚（4-乙烯基吡啶）季胺盐共混膜及其制备方法和用途[P].中国专利:03128329.2
同类课题研究水平概述
- 壳聚糖是仅次于纤维素的第二大天然多糖，具有无毒、无味及良好的生物降解性、抗菌性、可再生性和成膜性等优点。近年来，在生物医用膜、食品包装材料等方面应用报道很多。但其力学性能较差，故人们采用共混改性的方式来增强壳聚糖膜的性能。 经查阅大量文献发现,曾有文献报道用壳聚糖与胶原蛋白、明胶、丝心蛋白、淀粉等天然高分子制成的共混膜，这些天然高分子虽然改善了壳聚糖膜的力学性能，但它们同时又是细菌的营养源，明显地降低了壳聚糖的抗菌性能。邓红等人以魔芋精粉、壳聚糖为主要原料，利用其混合溶胶在适当条件下的成膜特性制备可食性包装膜，此膜虽然在最佳工艺下制备的膜具有透明性、柔韧性等优点，但其耐水性较差且制备过程加入了增塑剂等添加剂，增加了生产成本。姚子昂等人以溶液共混法制成不同比例的壳聚糖/透明质酸共混膜，通过观察各种共混膜的表面形态结构、结晶度、透光率等，发现透明质酸的加入改变了壳聚糖膜的力学性能，但当浓度稍高时就会出现相分离，说明其相容性较差。余家会等人用壳聚糖和尼龙1010共混制备的膜力学性能较差。 为了克服天然高分子膜在这些方面的不足，近年来，具有刚性、尺寸稳定性和热稳定性的无机物被引入到抗菌材料的应用中来。吴峰等人研究了将壳聚糖与二氧化钛溶胶超声混合，通过旋涂的方法制备壳聚糖/二氧化钛复合膜。此膜虽然有良好的力学性能和抗菌性能，但TiO2浓度过高时导致TiO2颗粒团聚，使膜的抗菌性下降。 综上可以看出普通天然高分子二元共混膜有力学性能不高、抑菌性能不好和耐水性差等缺点，于是人们开始研究三元共混膜，使其更能综合各组分的优良特性。在查阅大量文献的过程中，我们发现：环糊精分子中有独特的空腔，可以包容客体，并与客体间有强的分子间力的作用。这也可以说明环糊精与客体有较好的相容性。而苯甲酸钠是一种传统的食品添加剂，具有杀菌、防腐的功效，应用广泛。 如果能将壳聚糖、β-环糊精、苯甲酸钠三者共混制备保鲜膜，将解决现有此类膜存在的力学性能、抗菌性以及保湿防潮性能较差的现状。 经查新，壳聚糖/β-环糊精/苯甲酸钠的三元共混膜国内外还未见报道。于是，我们研究利用超声波的空化效应将壳聚糖、β-环糊精、苯甲酸钠三者共混，采用冷冻干燥技术使其干燥并成微孔，研制了一种新型可降解抗菌复合膜。
