保圣流變儀：探索瓊脂糖基活性包裝材料性能的關(guān)鍵助力

 

 一、研究背景

在食品包裝領(lǐng)域，傳統(tǒng)石油基塑料包裝帶來(lái)的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，人們對(duì)食品安全和環(huán)保的關(guān)注度不斷提升，促使天然多糖基活性包裝材料成為研究熱點(diǎn)。瓊脂糖作為一種可食用的海藻多糖，具備良好的成膜性、生物相容性和生物降解性，在食品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是極具潛力的活性包裝材料基質(zhì)。然而，未經(jīng)改性的瓊脂糖在抑制微生物生長(zhǎng)和脂質(zhì)氧化方面存在不足，限制了其在食品保鮮中的應(yīng)用。

 

為提升瓊脂糖性能，研究人員嘗試將具有抗菌、抗氧化活性的物質(zhì)接枝到瓊脂糖上。在這個(gè)過(guò)程中，精確表征改性瓊脂糖的物理化學(xué)性質(zhì)、流變特性等至關(guān)重要。流變性能作為材料的關(guān)鍵特性之一，能反映其在不同條件下的流動(dòng)和變形行為，對(duì)于評(píng)估材料在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)意義重大。保圣流變儀憑借其精確的測(cè)量能力，在研究瓊脂糖及其改性產(chǎn)物的流變性能方面發(fā)揮著不可替代的作用，為深入探究材料性能、優(yōu)化材料應(yīng)用提供了有力支持。

 

 二、實(shí)驗(yàn)方法

 （一）材料準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)選用分子量為335000Da、凝膠強(qiáng)度≥1200g/cm²等指標(biāo)符合要求的瓊脂糖，以及對(duì)羥基苯甲酸（Ph）、3,4 - 二羥基苯甲酸（Da）等多種試劑。從當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買(mǎi)草魚(yú)，用于后續(xù)的保鮮實(shí)驗(yàn)。

 

 （二）改性瓊脂糖的制備

采用EDC•HCl/DMAP方法合成對(duì)羥基苯甲酸改性瓊脂糖（Ph - Ag）和3,4 - 二羥基苯甲酸改性瓊脂糖（Da - Ag）。根據(jù)反應(yīng)物用量不同，制備出接枝率分別為4%和12%的改性瓊脂糖樣品（Ph - Ag@4%、Ph - Ag@12%、Da - Ag@4%、Da - Ag@12%）。

 

• 保圣流變儀測(cè)試

使用保圣RH20流變儀對(duì)瓊脂糖樣品進(jìn)行流變性能測(cè)試。測(cè)試前，將1.5%（w/v）的瓊脂糖樣品溶液用微波加熱溶解后冷卻至75°C，取2mL用于分析。在25°C下，采用平行板幾何形狀（直徑40mm，1°角，測(cè)試間隙2mm）進(jìn)行振蕩頻率掃描測(cè)試。測(cè)試前先對(duì)溫度和剪切應(yīng)力平衡5min，在0.1 - 100%應(yīng)變范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)變掃描以確定線(xiàn)性粘彈性區(qū)域，然后在1%應(yīng)變（在線(xiàn)性粘彈性區(qū)域內(nèi)）、25°C下進(jìn)行頻率掃描，獲取儲(chǔ)存模量（G）和損耗模量（G″）數(shù)據(jù)。

 

 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 （一）流變性能變化趨勢(shì)

隨著頻率增加，所有樣品組的儲(chǔ)存模量（G）始終大于損耗模量（G″），表現(xiàn)出明顯的彈性行為，這是因?yàn)榄傊窃?/span>25°C時(shí)為固體，體現(xiàn)了凝膠的性質(zhì)。同時(shí)，在研究的頻率范圍內(nèi)，這些流變參數(shù)幾乎與頻率無(wú)關(guān)，證明了凝膠網(wǎng)絡(luò)的存在。

 

 （二）不同樣品的模量差異

未改性的瓊脂糖（Na - Ag）表現(xiàn)出最高的儲(chǔ)存模量（G），意味著其具有優(yōu)越的彈性和凝膠強(qiáng)度。而接枝后的瓊脂糖衍生物（Ph - Ag和Da - Ag）的G隨著接枝率的增加而降低。例如，Ph - Ag@12%和Da - Ag@12%的G明顯低于Ph - Ag@4%和Da - Ag@4%，這一趨勢(shì)與凝膠強(qiáng)度和透明度的觀察結(jié)果一致。

 

 四、保圣流變儀的重要性

 （一）精準(zhǔn)揭示材料流變特性

保圣流變儀能夠精確測(cè)量瓊脂糖及其改性產(chǎn)物的儲(chǔ)存模量和損耗模量，通過(guò)這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映材料的彈性和粘性變化，幫助研究人員深入了解材料在不同條件下的流變行為。例如，明確了瓊脂糖在不同頻率下的彈性和粘性特征，以及接枝改性對(duì)其流變性能的影響規(guī)律，為后續(xù)材料性能優(yōu)化提供了關(guān)鍵依據(jù)。

 

 （二）輔助分析材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系

根據(jù)流變儀測(cè)試結(jié)果，結(jié)合其他表征手段（如FTIR、NMR等），研究人員可以深入分析材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。如通過(guò)G的變化，推測(cè)化學(xué)改性干擾了瓊脂糖分子間雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成和堆積，進(jìn)而影響材料的凝膠強(qiáng)度等性能，為解釋材料性能變化提供了微觀層面的支持。

 （三）為材料應(yīng)用提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持

在評(píng)估改性瓊脂糖作為活性包裝材料的適用性時(shí)，流變性能是重要的參考指標(biāo)。保圣流變儀提供的數(shù)據(jù)有助于判斷材料在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)，如在形成包裝涂層時(shí)的流動(dòng)性、柔韌性等，為優(yōu)化材料在食品保鮮等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，推動(dòng)了瓊脂糖基活性包裝材料的研究與發(fā)展。