保圣流變儀：探索瓊脂糖基活性包裝材料性能的關鍵助力

 一、研究背景

在食品包裝領域，傳統(tǒng)石油基塑料包裝帶來的資源浪費和環(huán)境污染問題日益嚴峻，人們對食品安全和環(huán)保的關注度不斷提升，促使天然多糖基活性包裝材料成為研究熱點。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)學等領域應用廣泛，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和脂質(zhì)氧化方面存在不足，限制了其在食品保鮮中的應用。

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。在這個過程中，精確表征改性瓊脂糖的物理化學性質(zhì)、流變特性等至關重要。流變性能作為材料的關鍵特性之一，能反映其在不同條件下的流動和變形行為，對于評估材料在實際應用中的性能表現(xiàn)意義重大。保圣流變儀憑借其精確的測量能力，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)化材料應用提供了有力支持。

 二、實驗方法

 （一）材料準備

實驗選用分子量為335000Da、凝膠強度≥1200g/cm2等指標符合要求的瓊脂糖，以及對羥基苯甲酸（Ph）、3,4 - 二羥基苯甲酸（Da）等多種試劑。從當?shù)厥袌鲑徺I草魚，用于后續(xù)的保鮮實驗。

 （二）改性瓊脂糖的制備

采用EDC?HCl/DMAP方法合成對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%）。

（三）保圣流變儀測試

（四）

使用保圣RH20流變儀對瓊脂糖樣品進行流變性能測試。測試前，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，測試間隙2mm）進行振蕩頻率掃描測試。測試前先對溫度和剪切應力平衡5min，在0.1 - 100%應變范圍內(nèi)進行應變掃描以確定線性粘彈性區(qū)域，然后在1%應變（在線性粘彈性區(qū)域內(nèi)）、25°C下進行頻率掃描，獲取儲存模量（G）和損耗模量（G″）數(shù)據(jù)。

 三、實驗結(jié)果

 （一）流變性能變化趨勢

隨著頻率增加，所有樣品組的儲存模量（G）始終大于損耗模量（G″），表現(xiàn)出明顯的彈性行為，這是因為瓊脂糖在25°C時為固體，體現(xiàn)了凝膠的性質(zhì)。同時，在研究的頻率范圍內(nèi)，這些流變參數(shù)幾乎與頻率無關，證明了凝膠網(wǎng)絡的存在。

 （二）不同樣品的模量差異

未改性的瓊脂糖（Na - Ag）表現(xiàn)出最高的儲存模量（G），意味著其具有優(yōu)越的彈性和凝膠強度。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%，這一趨勢與凝膠強度和透明度的觀察結(jié)果一致。

 四、保圣流變儀的重要性

 （一）精準揭示材料流變特性

保圣流變儀能夠精確測量瓊脂糖及其改性產(chǎn)物的儲存模量和損耗模量，通過這些數(shù)據(jù)準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)化提供了關鍵依據(jù)。

 （二）輔助分析材料結(jié)構(gòu)與性能關系

根據(jù)流變儀測試結(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G的變化，推測化學改性干擾了瓊脂糖分子間雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成和堆積，進而影響材料的凝膠強度等性能，為解釋材料性能變化提供了微觀層面的支持。

 （三）為材料應用提供關鍵數(shù)據(jù)支持

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