本研究以杨木片为原材料,制备具有缓释ClO2效果的保鲜纸。可通过调控亚氯酸钠涂布液的pH值,抑制A纸基中亚氯酸钠与纸基成分反应,提高A纸基中亚氯酸钠的留存率,并获得pH值的变化对ClO2释放效果的影响规律。来自东北林业大学工程技术学院的李石磊、肖生苓和罗瑜莹等人在前期研究基础上,采用碘量法检测纸基中亚氯酸钠的留存率和保鲜体系中ClO2的释放量,通过对不同pH值的A、B纸基表面进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析,探索pH值对保鲜纸中亚氯酸钠留存率和ClO2释放规律的影响机理,为ClO2缓释保鲜纸的合理开发利用提供理论依据。
1. 不同pH值涂布液A纸中亚氯酸钠留存率的变化规律
pH值为6、7、8时,A纸中亚氯酸钠留存率随时间的变化曲线几乎完全重合,整体上A纸中亚氯酸钠起始留存率随着pH值的增大而增大,即涂布液pH值的增大明显提高了亚氯酸钠在A纸上的起始留存率;而不同pH值涂布液A纸中亚氯酸钠的留存率随着时间的延长均呈现逐渐降低的趋势,且下降速率不同。当涂布液pH值为6、7、8、9、10、12和13时,亚氯酸钠留存率的下降速率为先快后慢;而pH值为14时,亚氯酸钠留存率的下降速率一直较慢。这是由于大量的氢氧化钠抑制了亚氯酸钠的分解,明显延长了亚氯酸钠在A纸上的留存时间。
随着pH值的增大,T0.5增大,亚氯酸钠在纸基上的留存时间延长。综上所述,pH 14时,亚氯酸钠在纸基上的留存率最大,留存时间最长。
2. 不同pH值涂布液对保鲜A纸ATR-FTIR图的影响
涂布不同pH值涂液的A纸涂布面的红外吸收峰与未处理纸基的红外吸收峰不完全相同,说明纸基的成分发生了变化,这是由于亚氯酸钠与纸基中的羟基、苯环和甲氧基等官能团发生了化学反应,即纸基的成分影响了亚氯酸钠的留存率。当pH值小于14时,在4 000~3 500、1 900~1 620 cm-1和1 575~1 300 cm-1 3 个区间,随着pH值的增大,红外吸收峰的位置没有发生变化,但强度逐渐增强;说明pH值的变化并没有改变纸基成分与亚氯酸钠的反应机理,只是改变了与纸基反应的亚氯酸钠的消耗量。
当涂布液pH 14时,A纸在4 000~3 500、1 900~1 620 cm-1和1 575~1 300 cm-13 个区间的红外吸收峰的位置和强度均与其他组不同;987、964 cm-1分别为纤维素中醚键、脂肪酰氯的吸收峰,936 cm-1为羧酸中羟基和末端亚甲基的吸收峰。
涂布液pH 10时,A纸在987、964、936 cm-13 处出现明显的红外吸收峰,而在pH 14时,只在995 cm-1处出现明显的吸收峰;可能是pH 14时发生脂肪酰氯的碱式水解和羧酸与碱的反应,使得在964 cm-1和936 cm-1处的两个吸收峰减弱。同时涂布液pH 14时,A纸在1 592 cm-1和1 428 cm-1两处出现了明显的吸收峰,1 592 cm-1和1 424 cm-1可能为芳环的吸收峰。
3. 不同pH值涂布液对保鲜体系中ClO2释放规律的影响
当涂布液pH值为6、7和8时,保鲜体系中ClO2释放的总量较大,但释放时间较短;当涂布液pH值为10和12时,ClO2释放时间延长,而释放总量减少;当涂布液pH 13时,释放时间和总量均减少;而当涂布液pH 14时,几乎检测不出容器中ClO2。整体上,随着涂布液pH值的增大,ClO2的释放总量呈现减小的趋势,而ClO2的释放时间先延长后缩短。
在0~5 d内,当涂布液pH值为6、7、8、9和10时,保鲜体系的ClO2释放速率随着时间的延长逐渐减慢,5 d以后,涂布液pH值为6的保鲜体系中没有ClO2的释放,而涂布液pH值为7、8、9和10的保鲜体系中ClO2的释放速率略有增加。与涂布液pH值为6、7、8和9的保鲜体系相比,涂布液pH值为10的保鲜体系中ClO2初始释放速率最小,但在5 d之后,其释放速率增加更为明显,且释放时间最长,持续到第9天。涂布液pH 12和pH 13时,保鲜体系的ClO2的释放速率在第5天最大,且在贮藏期间先略增加后减小,整体上ClO2的释放速率都不是很大。
4. 不同pH值涂布液对保鲜B纸ATR-FTIR结果的影响
与未被处理的纸基的红外光谱相比,涂布酒石酸的B纸明显多出了1 728 cm-1的吸收峰,这是羧酸根所导致,而其他红外吸收峰均相同;因此,酒石酸没有造成B纸基成分明显的变化。而ClO2需要通过A、B纸基释放到保鲜体系中,B纸未贴合面的红外吸收光谱峰发生了变化,说明ClO2与纸基成分发生了化学反应。当pH值小于14时,在4 000~3 500、1 900~1 620 cm-1和1 575~1 300 cm-1 3 个区间同样产生大量的吸收峰,吸收峰的位置相同,但是吸收峰的强度同样随着pH值的增大而增大;这是由于随着pH值增大,ClO2的释放速率降低,延长了ClO2与纸基的接触时间,增加了ClO2与纸基反应的用量。
结 论
随着涂布液pH值的增加,A纸中亚氯酸钠的留存率显着增加,当pH 14时,亚氯酸钠的留存率最大,留存时间最长。随着pH值的增大,ClO2与纸基成分的反应量增大,保鲜体系中ClO2的释放总量减少,释放时间先延长后缩短,释放速率先快后慢。当涂布液pH 10时,体系中ClO2的释放时间最长;同时,在涂布液pH 10时,ClO2释放速率和释放量的特点保证了保鲜体系中ClO2的浓度,有利于果蔬的保鲜。