纳米涂膜包装新材料成膜效能特性及蛋制品保鲜应用开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

立题意义：

我国是禽蛋的生产和消费大国，近二十年来，我国禽蛋产量一直位居世界第一，然而鲜蛋出口量较一些发达国家而言相对较少。目前，我国市售鲜蛋绝大部分为脏蛋，有抽样调查表明，10%的市售鸡蛋的表面携带有沙门氏菌，64%的鸡蛋表面大肠杆菌严重超标。这些被鸡粪和其他有害物质污染了的鸡蛋表面带有大量对人体有害的细菌，严重影响蛋品质量，危害人体健康，鲜蛋出口面临了很严重的绿色壁垒问题，我国鲜蛋市场供过于求^[1]。

近年来禽流感等疾病在全球范围的暴发更是引起了人们对鸡蛋的清洗杀菌问题的高度关注，我国养禽业的发展趋势是形成新型的生产营销模式，即从养殖到鲜蛋分级、清洗、消毒、涂膜、包装一条龙式的技术保障下的集约化生产。有专家预测，将来盒装清洁蛋是人们消费鲜蛋的主要方式之一，而清洗后的蛋在装盒之前由于其保护层遭到破坏，必须进行涂膜保护，根据鸡蛋的特点开发各具特色的涂膜保鲜方法成为必然要求^[2]。因此研究探索出绿色环保的纳米包装新材料对鲜蛋涂膜保鲜，实现蛋制品生产从传统向低碳减排、绿色健康的现代自动化生产模式转变具有重要意义。

2. 研究的基本内容和问题

1、研究目标：

①制备出pva基纳米复合包装材料。

②测定纳米复合材料阻湿抑菌性能，确定最佳添加配比。

3. 研究的方法与方案

研究方法及实验方案

1) TAIC添加量单因素试验

准确配制5份100 mL的PVA/纳米SiO₂、TiO₂溶液，分别按添加量为0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50g6个方案进行单因素试验制备纳米复合涂膜材料，并制成膜。通过测定成膜透湿率和抑菌性等确定响应曲面试验中TAIC合理的添加水平。

2) PVA基复合薄膜的制备

将纳米SiO₂加入PVA水溶液中搅拌后置于超声仪中，在超声功率320 W条件下，超声15 min，使纳米材料均匀分散于PVA水溶液中。然后将PVA/纳米SiO₂混合溶液在89℃恒温下磁力搅拌至PVA全部溶解。分别用适量酒精溶解纳米TiO₂和TAIC，加入PVA/纳米SiO₂混合溶液，89℃恒温下磁力搅拌交联反应45min，随后搅拌冷却至60℃，然后取适量膜液盛入塑料器皿中，在60℃恒温箱里干燥5~6h制成膜，膜样厚度为0.1mm，将干燥适宜的膜样置于自封袋里保存备用。

3) 对照组膜的制备

PVA单膜的制备：称取PVA 5 g浸泡在100 mL水中，在89 ℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至60 ℃，然后取适量膜液盛入塑料器皿中，在干燥箱里干燥成膜，成膜厚度为0.1mm，得到PVA单膜。将干燥适宜的膜样置于自封袋里保存备用。

4) 成膜透湿率（WVTR）测定

参照GB/ T 1037--88中的方法，在烘干的2540 mm称量瓶中放入15g无水CaCl₂，将膜紧密覆盖在瓶口，并用橡皮筋固定，放入372 ℃，相对湿度892%的恒温恒湿箱中，24 h后（即称量瓶衡重不变时）测定量瓶的增重量。按式(1)计算出成膜的透湿率：

WVTR = (m_fm_i )/( TS) (1)

式中：WVTR 为透湿率，g/（m²d）；m_f和m_i为称量瓶最终质量和起始质量，g；S为膜片的有效面积，m²；T为时间，h。

5) 复合膜抑菌实验

将膜片剪成5x5mm碎片在紫外光灯下照射0.5小时，加入45ml8.5g/L氯化钠溶液中，吸取5ml菌液加入膜片液中，进行磁力搅拌2h。将抑菌处理后的样液，用8.5g/ml的无菌NaCl水溶液稀释到一定浓度或不稀释，以预计生长的菌落数每平板30～300cfu为宜。吸取混合均匀的样液或稀释样液100ul滴加到无菌平板中，尽快用无菌三角棒将菌液在平板上涂布均匀且至干燥，然后倒置生化培养箱中培养，待菌落长出后计数，重复3次，计算平均值。

6) 响应曲面实验

采用软件Design-Expert 7.0.0中的Box-Behnken模式进行响应曲面试验设计，以100 mL 5%（W/V_H2O）的PVA溶液作为基材，纳米TiO₂、纳米SiO₂和TAIC的添加量作为主要的考察因子。根据单因素试验结果，确定TAIC的添加水平，根据实验室研究成果确定纳米SiO₂及TiO₂的添加水平。

根据响应曲面试验设计，制备PVA/纳米TiO₂/纳米SiO₂复合材料，并测定它们的抑菌性和透湿性，然后根据响应值确定最佳添加量。

7) 鸡蛋涂膜包装处理方法

选取440枚完好无损新鲜鸡蛋洗净，蛋重65-70g。将洁蛋随机分为四组每组110枚，分别为对照组（无包装）、PVA单膜组、PVA纳米复合膜一次涂膜包装组、PVA纳米复合膜二次涂膜包装组。对照组：鸡蛋直接贮藏，不做任何包装处理；PVA单膜包装组：将已制得的PVA涂膜材料加热至60℃左右，把洁蛋浸入涂膜材料中1min左右后捞出，沥干多余的涂膜液，在热风下使蛋壳表面的涂膜材料风干成膜，涂膜包装后的洁蛋自然冷却后贮藏；PVA纳米复合膜一次涂膜包装组和PVA单膜涂膜材料包装组相同；PVA纳米复合膜二次涂膜包装组：第一次涂膜同PVA单膜涂膜材料包装组，等洁蛋一次涂膜液吹干后，第二次浸入涂膜材料中大约30~40 s后捞出，沥干多余的涂膜液，在热风下使蛋壳表面的涂膜材料风干成膜，涂膜包装后的洁蛋自然冷却后贮藏。

8) 鸡蛋涂膜贮藏过程中理化指标的测定：

8.1)感官指标与测定方法

测定鸡蛋外观、气味、蛋白、蛋黄、系带状况及散黄程度。蛋黄、蛋白及系带情况与表示符号见表2。

表1 感官指标与表示符号

表示符号	蛋白	蛋黄	系带
	浓蛋白很多很稠、不散流	正常、近圆球形	系带完整、粗白
	浓蛋白较多、较稠，不散流	弹性降低、扁球形	系带变细或一端脱落
	浓蛋白较少、散流	没有弹性、扁平	系带极细或脱落
-	浓蛋白极少至几乎没有	蛋黄膜破裂或散黄	系带完全脱落

8.2)失重率：鸡蛋在贮藏前后的质量损失百分比。用精度为0.01g电子天平称质量，按公式1进行计算。

失重率=[(贮前质量一贮后质量)／贮前质量]100％ （2）

8.3)蛋黄指数：把被检测蛋横向磕破蛋壳，将蛋内容物全部流入玻璃平板上，用精度为0.02 mm的游标卡尺测量蛋黄高度与横向直径，蛋黄高与直径之比为蛋黄指数。

8.4)蛋白高度及哈夫单位：用精度为0.02 mm的游标卡尺测量浓厚蛋白的高度，用公式(2)进行计算即得哈夫单位。

HU=100 lg(H-1.7G^0.37 7.57) （3）

式中：H浓蛋白高度；G蛋的质量。

8.5)浓稀蛋白比例：采用精确的分割，将浓厚蛋白与稀薄蛋白分开，分别测得其质量，而后按公式(3)算其比例。

浓稀蛋白比例=浓厚蛋白的质量／稀薄蛋白的质量 (4)

8.6)蛋白pH值：用pH-25酸度计测量，精确度为0.01。

技术路线(见附件开题报告)

可行性分析：

南京农业大学畜产品质量控制与包装工程实验室提供实验所需的加工实验、理化检验和微生物检验所需的仪器设备。另外，章建浩老师多年从事畜产品加工与质量控制和包装工程相关的研究，可提供全程技术支持。

本人通过查阅相关图书、杂志、期刊对纳米包装材料性能及制备方法方面有一定了解，不仅积累了一定的理论知识，而且还具备扎实的实验功底。更重要的是，我非常认真负责，对该课题都有浓厚的兴趣，所以对按计划高质量完成该实验充满信心。

从事PVA基纳米复合材料涂膜蛋品研究的刘瑶、顾凤兰师姐亲自进行全程指导，保证本项目的顺利进行。

4. 研究创新点

纳米SiO₂的优势在于具有很好的抗老化及耐水、耐化学性能和抗紫外线的光学性能，能够提高材料的机械、阻隔性能等；纳米TiO₂具有光电催化特性和优越的抗菌性以及紫外线吸收性能强等优点。将纳米SiO₂和纳米TiO₂引入PVA基体，并利用TAIC进行乳化交联，制成纳米复合薄膜，能够明显提高PVA薄膜的力学性能、耐水性、抗菌性、耐化学性、光学性能等。

采用响应曲面试验方法研制环保抗菌的纳米复合包装新材料，探索出最佳工艺参数。本研究用科学的PVA基纳米包装复合材料制作方法，用比较系统的研究方法，取得完全自主知识产权的配方和工艺参数，为工业化生产打下基础。

5. 研究计划与进展

1、研究计划

第一阶段 查阅文献和预实验

查阅相关图书、杂志、期刊了解纳米包装材料性能及制备方法。进行预实验熟悉实验方法并测定简单的指标，为正式实验打下基础。