CN114369258B - 一种水凝胶复合材料、制备方法及应用 - Google Patents

一种水凝胶复合材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水凝胶复合材料、制备方法及应用，涉及抗菌水凝胶复合材料和水果抗菌保鲜领域。本发明通过水凝胶配方设计，显著提高了复合材料的抗菌性和保湿性，还可通过调节组分的比例来控制水果的保鲜时间和口感；本发明水凝胶复合材料制备方法易于操作，包裹性能好；本发明所制备的水凝胶复合材料具有优异的抗菌保鲜效果，在室温条件下，杨梅储存7天，草莓保鲜14天，提高了水果的储存时间。

Description

一种水凝胶复合材料、制备方法及应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种水凝胶复合材料、制备方法及应用。
背景技术
随着人们生活质量的提高，对产品储存安全及产品保鲜的要求也越来越高。目前，产品包装材料及保鲜技术成为研究热点。现有技术中，保鲜膜通常使用乙烯-乙烯醇共聚物、低密度聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合材料制成。然而，在使用过程中，这些材料的保鲜膜易与被保鲜材料发生氧化反应，或本身容易滋生细菌、霉菌等，造成保鲜效果不理想。
对于不易储存、运输的水果，开发一种无毒、无残留、可食性的保鲜涂膜剂，以延长水果储存时间成为一种不可逆转的研究趋势。为减少采后腐烂损失，满足市场供应需要，延长保鲜期是杨梅、草莓等水果产业可持续发展的关键。水凝胶可以创造一个半封闭的小环境，能够延缓水果衰变、克制水果成熟、减低水分散失，可以达到保鲜目的和应用价值。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种水凝胶复合材料、制备方法及应用。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种水凝胶复合材料，包括基体组分、第一组分与水，其中基体组分、第一组分和水的质量比为1～15:0.1～1.5:85～99。
进一步地，还包括第二组分，其中基体组分、第一组分、第二组分和水的质量比为1～15:0.1～1.5:0～15:68～99。
进一步地，所述基体组分为明胶、黄原胶、海藻酸钠中的任意一种及两种以上物质组成的混合物。
进一步地，所述第一组分为季铵盐壳聚糖。
进一步地，所述第二组分为甘油、聚甘油-10、氯化钙中的任意一种及两种以上物质组成的混合物。
一种水凝胶复合材料的制备方法，所述水凝胶复合材料为以上所述的水凝胶复合材料，包括以下步骤：
(1)将基体组分、第一组分、水按照一定比例混合，加热搅拌溶解；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入第二组分，搅拌混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合物，低温冷却处理，得到水凝胶复合材料。
进一步地，步骤(1)的具体过程：将基体组分、第一组分加入去离子水中，50～100℃加热使其完全溶解。
进一步地，步骤(2)的具体过程：加入第二组分，搅拌使其混合均匀。
进一步地，步骤(3)的具体过程：将步骤(2)得到的混合物在2～16℃下冷却处理，得到目标水凝胶复合材料。
一种水凝胶复合材料在水果抗菌保鲜中的应用，所述水凝胶复合材料为以上所述的水凝胶复合材料。具体地应用方法为：
(1)将水果(如杨梅、草莓等)浸渍到水凝胶溶液中，在其表面包裹一层水凝胶复合材料；
(2)将包裹有水凝胶复合材料的水果低温处理，使其凝固成紧致的包裹层；
(3)将包裹水凝胶复合材料的水果放到室温环境下，观察水果的腐败过程。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过水凝胶复合材料配方设计，显著提高了复合材料的抗菌性和保湿性，且可通过组分调控，平衡抗菌保湿性能与口感。
(2)本发明中水凝胶复合材料的制备方法易于操作，包裹性能好。
(3)本发明所制备的水凝胶复合材料具有优异的抗菌保鲜效果，在室温条件下，杨梅储存7天，草莓保鲜14天，提高了水果的储存时间。
(4)本发明的制备方法简单，容易操作，制得的水凝胶复合材料对水果(如杨梅、草莓等)具有保湿与抗菌性能。与现有技术相比，本发明制得的水凝胶复合材料对水果的抗菌和保湿效果更加显著。
附图说明
图1是室温储存1天后，实施例1、2、3、4、5与空白对照组的杨梅照片。
图2是室温储存8天后，实施例1、2、3、4、5与空白对照组的杨梅照片。
图3是实施例1a、2a、3a和空白对照组中草莓的失水率曲线图。
图4是室温储存2天后，实施例1a、2a、3a和空白对照组的草莓照片。
图5是室温储存6天后，实施例1a、2a、3a和空白对照组的草莓照片。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
(一)挑选同一批次的形状、质量、状态接近的杨梅，均分成以下几组。其中一组为空白对照组，杨梅不包裹水凝胶复合材料。
实施例1
1、称取3.0g明胶和0.15g黄原胶于烧杯中，加入30mL水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入0.3g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将上述溶液放在8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入杨梅进行包裹；取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的杨梅；
3、将包裹有水凝胶复合材料的杨梅放在室温条件下观察记录。
实施例2
1、称取3.0g明胶和0.3g海藻酸钠于烧杯中，加入30mL水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入0.3g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将上述溶液放置于8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入杨梅进行包裹；取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合复合材料包裹的杨梅；
3、将包裹有水凝胶复合材料的杨梅放在室温条件下观察并记录现象。
实施例3
1、称取3.0g明胶和0.12g的季铵盐壳聚糖于烧杯中，加入30mL水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入1.8g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将上述溶液放在8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入杨梅进行包裹；取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的杨梅；
3、将包裹有水凝胶复合材料的杨梅放在室温条件下观察并记录现象。
实施例4
1、称取3.0g明胶和0.36g的季铵盐壳聚糖于烧杯中，加入30mL水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入0.18g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将上述溶液放置于8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状放入杨梅进行包裹；取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的杨梅；
3、将包裹有水凝胶复合材料的杨梅放在室温条件下观察并记录现象。
实施例5
1、称取3.0g明胶和0.6g的季铵盐壳聚糖于烧杯中，加入30mL水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入0.18g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将上述溶液放置于8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状放入杨梅进行包裹；取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的杨梅；
3、将包裹有水凝胶复合材料的杨梅放在室温条件下观察并记录现象。
实验结果：
图1是室温储存1天后，实施例1、2、3、4、5与空白对照组的杨梅照片；由图1可知，包裹有水凝胶复合材料的杨梅比较新鲜。图2是室温储存8天后的实施例和空白对照组的杨梅照片；包裹有水凝胶复合材料的杨梅仍然比较新鲜，没有腐败和明显收缩，而对照组的杨梅干瘪，变形。以上实验结果说明，本发明所制备的水凝胶复合材料对杨梅具有优异的抗菌保鲜效果。
(二)挑选同一批次的形状、质量、状态接近的草莓，均分成以下几组。其中一组为空白对照组，草莓不包裹水凝胶复合材料。
实施例1a
1、称取1.0g明胶和0.1g季铵盐壳聚糖，加入18.9mL水，60℃水浴加热至完全溶解形成均匀溶液；
2、将溶液放置于8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入草莓进行包裹，取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的草莓；
3、将包裹有水凝胶复合材料的草莓放在室温条件下观察并记录现象。
实施例2a
1、称取1.0g明胶和0.1g季铵盐壳聚糖，加入15.9mL去离子水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入3.0g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将溶液放置于8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入草莓进行包裹，取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的草莓；
3、将包裹有水凝胶复合材料的草莓放在室温条件下观察并记录现象。
实施例3a
1、称取1.0g明胶和0.1g季铵盐壳聚糖，加入12.9mL去离子水，60℃水浴加热至完全溶解后，趁热加入6g聚甘油-10，搅拌混合均匀；
2、将搅拌均匀的溶液放置8℃冰箱中，冷却至黏稠胶状，放入草莓进行包裹，取出后放置在玻璃皿中，5℃低温处理凝固成致密包裹层，得到水凝胶复合材料包裹的草莓；
3、将包裹有水凝胶复合材料的草莓放在室温条件下观察并记录现象。
实验结果：
图3是实施例1a、2a、3a和空白对照组中草莓的失水率曲线图。从图中可以看出，6天后包裹有水凝胶复合材料的草莓失重率明显小于空白对照组(空白对照组中，杨梅失水率为5％)。
图4是室温储存2天后，实施例1a、2a、3a和空白对照组的草莓照片。由图4可知，包裹有水凝胶复合材料的草莓比较新鲜，而空白对照组的草莓已经发生腐败。图5是室温储存6天后，实施例和空白对照组的草莓照片。由图5可知，包裹有水凝胶复合材料的草莓比较新鲜，没有腐败和明显收缩，而对照组的杨梅已经腐败和干瘪。实验结果说明本发明所制备的水凝胶复合材料对草莓具有优异的抗菌保鲜效果。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种水凝胶复合材料，其特征是，包括基体组分、第一组分与水，其中基体组分、第一组分和水的质量比为1~15:0.1~1.5: 85~99；
所述基体组分为明胶、黄原胶、海藻酸钠中的任意一种或两种以上物质组成的混合物；
所述第一组分为季铵盐壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种水凝胶复合材料，其特征是，还包括第二组分，其中基体组分、第一组分、第二组分和水的质量比为1~15:0.1~1.5: 0~15: 68~99；
所述第二组分为甘油、聚甘油-10、氯化钙中的任意一种或两种以上物质组成的混合物。
3.一种水凝胶复合材料的制备方法，其特征是，所述水凝胶复合材料为权利要求1-2任一项所述的一种水凝胶复合材料，包括以下步骤：
（1）将基体组分、第一组分、水按照一定比例混合，加热搅拌溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合物中加入第二组分，搅拌混合均匀；
（3）将步骤（2）得到的混合物，低温冷却处理，得到目标水凝胶复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种水凝胶复合材料的制备方法，其特征是，步骤（1）的具体过程：将基体组分、第一组分加入去离子水中，50~100 ℃加热使其完全溶解。
5.根据权利要求3所述的一种水凝胶复合材料制备方法，其特征是，步骤（2）的具体过程：加入第二组分，趁热搅拌使其混合均匀。
6.根据权利要求3所述的一种水凝胶复合材料制备方法，其特征是，步骤（3）的具体过程：将步骤（2）得到的混合物在2~16 ℃下冷却处理，得到目标水凝胶复合材料。
7.一种水凝胶复合材料在水果抗菌保鲜中的应用，其特征是，所述水凝胶复合材料为权利要求1-2任一项所述的水凝胶复合材料。
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