[发明专利]一种木质素基氢键有机骨架纳米材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种木质素基氢键有机骨架纳米材料及其制备方法、应用，其是以木质素为基本单元通过芳醚键连接形成含有酰胺基团的木质素基聚芳醚类聚合物，酰胺基之间的氢键作用为主体构建木质素基氢键有机骨架，通过溶剂热法合成木质素基氢键有机骨架纳米材料，具备较高的比表面积和结晶度。将木质素基氢键有机骨架纳米材料加入到聚丙烯腈中制备得到聚丙烯腈薄膜，用于食品包装，抗氧化性、抑菌性、紫外线遮蔽功能良好，也具有较高的二氧化碳/氧气选择透过率和适当水蒸气透过率等，对果蔬的保鲜效果良好。

技术领域

本发明属于食品包装领域，具体涉及一种木质素基氢键有机骨架纳米材料及其制备方法、应用。

背景技术

由于货架期短，水果、蔬菜、生鲜肉制品等食品在生产加工、运输等过程中较易腐烂，世界上每年约有三分之一的食物被损失和浪费，同时二氧化碳、二氧化硫等气体和有毒物质伴随着食物腐败不断产生并排放到环境中，不仅影响着食品的理化性质和口感，对环境安全也是一种间接威胁。特别是经济落后的国家和地区缺乏适当的食物保鲜设施和条件，食物腐败直接危及着人们的生命。因此，一种可持续的、普遍的、简易的保存技术是亟需的。

新鲜食品的腐烂是一个非常复杂的过程，包括失水、呼吸代谢、微生物生长和衰老等。延长生鲜食品货架期的方法分为化学方法和物理方法，主要包括添加防腐剂、涂蜡、辐照、冷藏、热处理和气调包装等。然而，过度使用防腐剂可能导致有毒物质的生物积累；热处理和辐照虽然可以减少微生物的增殖，但处理后加速食品的成熟是不可避免的，如紫外线辐照可杀死食物中的部分微生物，也会使食物中蛋白质变性，加速了食物的腐败；冷藏虽在一定程度上可以延长生鲜食品的保鲜期，但是冷藏过程中易出现盐析效应和冻烧现象，且成本较高；涂蜡虽在一定程度上改变了食品的色泽，降低了蒸腾作用，延长了货架期，但是部分化学危害因子难免会在食品表面残留，如工业蜡中的铅、汞等。其中气调包装为当下最先进的技术，该技术在欧美发达国家已经日趋成熟。气调方式主要分为MA (ModifiedAtmosphere)和CA(Control Atmosphere)。CA主要采用气调库，人为干扰及创造低氧气和高二氧化碳的食品储存条件(控温+充二氧化碳等)，对设施要求高且消耗大，MA主要通过一定的手段促使生鲜食品自身动态地调节储存条件。与此对应，气调包装也主要分为主动气调和被动气调两大类，主动气调包装需要人为地建立生鲜食品储存所需的最佳的气调环境，将包装内部空气抽出，且冲入适合生鲜食品保鲜的二氧化碳、氮气、氩气等气体。被动气调包装主要采用包装膜作为生鲜食品呼吸作用与环境之间气体交换和平衡的介质，逐渐形成包装膜内的低氧气和高二氧化碳的环境。主动气调包装能够快速达到生鲜食品保鲜所需的理想环境，但是气调所需的大型气体调节设施，在多数落后地区是不现实的。被动气调包装虽需要一定时间才能达到生鲜食品储存所需的理想环境，但是其可以建立生鲜食品、包装膜及大气之间的动态平衡，从而更好地抑制微生物增长，保鲜时间更长久。此外，根据果蔬在成熟阶段的呼吸速率及乙烯产生模式，可将水果和蔬菜分为呼吸跃变型与非呼吸跃变型两大类，不同果蔬所需的气体储存环境也不尽相同。但是，大多数生鲜食品的腐败机制均和包装材料内部的气体分子组成密切相关，如水蒸气、氧气和二氧化碳，合适的气体环境可有效地减缓食品中微生物的生理代谢作用，抑制细菌增殖，达到食品保鲜的目的。所以，一种具有高二氧化碳/氧气选择透过率和适当水蒸气透过率的生鲜食品保鲜膜是当下食品保鲜领域所亟需的。

木质素是自然界中第二丰富的生物质资源，也是唯一可再生的芳香化合物，主要从木质纤维素生物质中提取得到，作为无序和高度交联的大分子，广泛存在于维管植物的细胞壁中。每年约有超过5000万吨木质素作为副产物存在于制浆工业的废水中，直接燃烧是其主要的能源回收途径。木质素中含有丰富的复杂多酚(即邻苯二酚和邻苯三酚基)，相比作为低成本燃料外，其还具有许多有价值和可利用的特性，例如通过共价键、金属配位或氢键与有机或无机化合物发生共价或物理作用。基于这些优异的性能，木质素可以作为制备氢键有机骨架纳米材料的理想基本单元，由于具有高极性和四极矩，二氧化碳相对于其它气体(如氧气、氮气、氢气等)与氢键有机骨架纳米材料之间有着更加强烈的相互作用，从而使其成为分离二氧化碳与其它气体的优良材料。