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用于食品包装的电纺ECL/PCL/GEL/ZEO/ZnO纳米纤维的机械、抗氧化和抗真菌特性

2021-12-14   易丝帮

本研究旨在制备出含有Zataria multiflora(ZEO)和氧化锌纳米粒子(ZnO)的乙基纤维素(ECL)/聚己内酯(PCL)/明胶(GEL)电纺纳米纤维,为食品包装提供合适的基材。将ECL/PCL/GEL分别与浓度为10、20、30和50wt%的ZEO以及浓度为3wt%的ZnO混合。ECL/PCL/GEL/ZEO/ZnO纳米纤维具有均匀的形态,其平均直径范围为361.85±18.7至467.33±14.50nm,热稳定性得以增强。与其他纳米纤维相比,ECL/PCL/GEL/ZEO/ZnO纳米纤维的力学参数最高,如杨氏模量(437.49±18)、拉伸强度(7.88±0.7)、断裂伸长率(5.02±0.6)和水接触角(61.13±0.5)。所有纳米纤维在48和72h内的细胞活性均在80%以上。此外,含有50%ZEO和3%ZnO的ECL/PCL/GEL显示出最高的抗氧化活性(34.61±1.98%)以及对点青霉和黑曲霉的抗真菌特性。总体而言,重量比为20:70:10,掺入30%ZEO和3%ZnO的ECL/PCL/GEL纳米纤维具有最佳的机械、抗氧化和抗菌性能以及热稳定性。

 

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图1.ECL70/PCL10/GEL20(a)和ECL70/PCL20/GEL10(b)的SEM图像以及纤维直径分布和平均纤维直径:ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图2.ECL70/PCL20/GEL10/ZEO10/ZnO3(c)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO20/ZnO3(d)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO30/ZnO3(e)和ECL70/PCL20/GEL10/ZEO50/ZnO3(f)的SEM图像以及纤维直径分布和平均纤维直径:ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图3.a)纳米纤维样品的傅立叶变换红外光谱;b)ECL、PCL和GEL的分子结构以及ECL-PCL和ECL-GEL-PCL之间可能的氢键:ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图4.ECL、ECL70/PCL20/GEL10和ECL70/PCL20/GEL10/ZEO/ZnO的TGA曲线:ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图5.ECL70/PCL10/GEL20(A)、ECL70/PCL20/GEL10(B)和ECL70/PCL20/GEL10/ZEO/ZnO(C)的水接触角:ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图6.ECL70/PCL20/GEL10(A)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO10/ZnO(B)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO20/ZnO(C)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO30/ZnO(D)和ECL70/PCL20/GEL10/ZEO50/ZnO(E)电纺纳米纤维样品的抗氧化活性。不同的字母表示显著性差异(p<0.05):ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图7.电纺纳米纤维样品的生物相容性。不同的小写字母和大写字母分别表示同一时间点和对应时间段内的显著性差异(p<0.05)。ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。


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图8.ECL70/PCL20/GEL10(对照)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO10/ZnO3(S1)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO20/ZnO3(S2)、ECL70/PCL20/GEL10/ZEO30/ZnO3(S3)和ECL70/PCL20/GEL10/ZEO50/ZnO3(S4)纳米纤维对点青霉和黑曲霉的抗菌活性。ZEO:Zataria multiflora精油,ZnO:氧化锌纳米粒子,PCL:聚己内酯,GEL:明胶,ECL:乙基纤维素。

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