Development of Multifunctional Bio-nanocomposite Films for Food Packaging Applications : 식품포장에의 다기능성 바이오나노컴포지트 필름의 개발 :

왕롱펑

자료유형: 학위논문

저자정보: 왕롱펑 (목포대학교, 목포대학교 대학원)

지도교수: 함경식

발행연도: 2017

저작권: 목포대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수19

초록· 키워드

비분해성의 플라스틱 포장재에 폐기물에 따른 환경문제와 고품질 식품에 대한 소비자들의 욕구가 매년 재생이 가능한 생분해성 소재를 사용한 친환경의 식품포장재 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 생고분자는 사용후 폐기했을 때 자연 상태에서 쉽게 미생물에 의해 분해되기 때문에 플라스틱을 대체하기 위해 사용되고 있다. 그런데 생고분자 필름은 플라스틱 필름에 비해 강도가 떨어지고 수분에 대한 저항성이 약해 나노입자를 사용하여 나노복합필름을 제조하는 연구가 이루어졌다. 이러한 나노복합필름은 나노입자들이 갖는 큰 표면적과 aspect ratio에 의해 포장필름의 특성이 크게 증진 될 뿐 아니라 이들 나노입자들이 갖는 항균성, 항산화성, 자외선 차단성 등이 기능특성을 부여하여 식품포장재로 사용할 경우 품질의 유지와 유통기한의 연장이 기대된다. 본 연구에서는 다양한 나노입자와 생고분자를 이용하여 기능성 복합포장필름을 제조하여 식품포장에 대한 응용성에 대해 조사하였다.

#Bionanocomposite #multifunction #food packaging films

Abstract 1
Ⅰ. Introduction 2
1.1. Background 2
1.2. Improved mechanical and barrier properties of bio-nanocomposites 5
1.3. Antimicrobial bio-nanocomposites 12
1.4. Oxygen scavenging and antioxidant activity of bio-nanocomposites 15
1.4.1. Oxygen scavenging nanocomposite food packaging 15
1.4.2. Nanocomposite food packaging with antioxidant activity 16
1.5. UV-screening nanocomposites food packaging films 19
1.6. Perspectives 21
References 22
Ⅱ. Properties of alginate-based films reinforced with cellulose fibers and cellulose nanowhiskers isolated from mulberry pulp 36
2.1. Introduction 37
2.2. Materials and Methods 40
2.2.1. Materials 40
2.2.2. Preparation and characterization of mulberry pulp cellulose fibers and nanowhiskers 40
2.2.3. Preparation of alginate based composite films 43
2.2.4. Characterization of alginate-based composite films 44
2.4.5. Surface color and transparency 44
2.2.6. Tensile properties 45
2.2.7. Water vapor permeability and water contact angle 46
2.2.8. Statistical analysis 47
2.3. Results and Discussion 47
2.3.1. Characterization of cellulose fibers and cellulose nanowhiskers 47
2.3.1-1. Morphology 47
2.3.1-2. X-ray diffraction analysis 49
2.3.1-3. FTIR analysis 51
2.3.1-4. Thermal stability 53
2.3.2. Characterization of composite films 55
2.3.2-1. Microstructure 55
2.3.2-2. Surface color and transparency 57
2.3.2-3. FTIR Analysis 61
2.3.2-4. Thermal stability 63
2.3.2-5. Mechanical properties 65
2.3.2-6. Water vapor permeability and water contact angle 68
2.4. Conclusion 70
References 71
Ⅲ. Production of functionalized halloysite nanotubes for the preparation of carboxymethyl cellulose-based nanocomposite films 78
3.1. Introduction 79
3.2. Materials and methods 81
3.2.1. Materials 81
3.2.2. Functionalization of halloysite 82
3.2.3. Preparation of CMC/HNTs nanocomposite films 83
3.2.4. Characterization of HNTs and CMC/HNTs nanocomposites films 84
3.2.5. Light transmittance of film 86
3.2.6. Mechanical properties 86
3.2.7. Water vapor permeability (WVP) 87
3.2.8. Thermal stability 88
3.2.9. Antimicrobial activity 88
3.2.10. Statistical analysis 89
3.3. Results and discussion 90
3.3.1. Characterization of HNTs 90
3.3.1-1. Morphology 90
3.3.1-2. Zeta potential (ZP) and concentration of metal ions 91
3.3.1-3. FTIR of HNTs 93
3.3.1-4. XRD analysis of HNTs 94
3.3.2. Characterization of CMC/HNTs films 96
3.3.2-1. The microstructures 96
3.3.2-2. FT-IR analysis 98
3.3.2-3. Light transmittance 99
3.3.3. Mechanical properties 101
3.3.4. Water vapor permeability 103
3.3.5. Thermal stability 105
3.3.6. Antimicrobial activity 106
3.4. Conclusion 110
References 110
Ⅳ. Preparation and application of agar/alginate/collagen ternary blend functional food packaging films 117
4.1. Introduction 118
4.2. Materials and methods 122
4.2.1. Materials 122
4.2.2. Preparation of films 123
4.2.3. Surface color and transparency of films 124
4.2.4. Surface morphology and FT-IR Analysis 125
4.2.5. Mechanical properties 125
4.2.6. Water vapor permeability (WVP) and water contact angle (CA) 126
4.2.7. Swelling ratio and water solubility 127
4.2.8. Thermal stability 128
4.2.9. Antibacterial activity 128
4.2.10. Packaging test 129
4.2.11. Statistical analysis 130
4.3. Results and discussion 130
4.3.1. Apparent color and optical properties of film 130
4.3.2. Microstructure and FT-IR analysis 134
4.3.3. Mechanical properties 137
4.3.4. Water vapor permeability (WVP) and water contact angle (CA) 139
4.3.5. Swelling ratio (SR) and water solubility (WS) 140
4.3.6. Thermal stability 142
4.3.7. Antimicrobial activity 145
4.3.8. Packaging test 147
4.4. Conclusion 152
References 153
Ⅴ. Large-scale production of ZnO nanoparticles and their use for the preparation of PLA-based nanocomposite films 159
5.1. Introduction 160
5.2. Material and methods 162
5.2.1. Materials 162
5.2.2. Preparation of ZnO nanoparticles 163
5.2.3. Preparation of PLA/ZnO nanocomposite films 164
5.2.4. Characterization of PLA/ZnO NPs nanocomposite films 165
5.2.4-1. Morphology and optical properties 165
5.2.4-2. FTIR and XRD 165
5.2.4-3. Differential scanning calorimetry 166
5.2.4-4. Thermal stability 167
5.2.5. Tensile properties of the films 168
5.2.6. Water vapor permeability 168
5.2.7. Antimicrobial activity 169
5.2.8. Packaging test 170
5.2.9. Statistical analysis 171
5.3. Results and discussion 172
5.3.1. Morphology 172
5.3.2. Light transmittance 174
5.3.3. FTIR and XRD analysis 176
5.3.4. DSC analysis 179
5.3.5. Thermal stability 181
5.3.6. Mechanical properties 183
5.3.7. Water vapor permeability 186
5.3.8. Antimicrobial activity 187
5.3.9. Packaging test 190
5.4. Conclusion 192
References 192
Ⅵ. Characterization of melanin nanoparticles from squid ink and its effect on properties of gelatin-based nanocomposite films 200
6.1. Introduction 201
6.2. Materials and methods 204
6.2.1. Materials 204
6.2.2. Isolation of melanin nanoparticles 204
6.2.3. Preparation of gelatin/melanin nanocomposite films 205
6.2.4. Characterizations 205
6.2.5. Surface color and transparency of gelatin based nanocomposite films 207
6.2.6. Mechanical properties of gelatin based nanocomposite films 208
6.2.7. Water vapor permeability (WVP) of gelatin based nanocomposite films 208
6.2.8. DPPH radical scavenging abilities of gelatin/ MNPs nanocomposite films 209
6.2.9. Statistical analysis 210
6.3. Results and discussion 210
6.3.1. Morphology of melanin nanoparticles and nanocomposite film 210
6.3.2. The IR spectrum of melanin nanoparticles and nanocomposite film 214
6.3.3. Thermostability of MNPs and nanocomposite films 217
6.3.4. Surface color and transmittance nanocomposite films 219
6.3.5. Mechanical properties 223
6.3.6. Water vapor permeability of nanocomposite films 224
6.3.7. Antioxidant activity of gelatin/MNPs nanocomposite films using DPPH assay 227
6.4. Conclusion 228
References 228
Ⅶ. Conclusion 235

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