保圣流变仪：探索琼脂糖基活性包装材料性能的关键助力

一、研究背景

在食品包装领域，传统石油基塑料包装带来的资源浪费和环境污染问题日益严峻，人们对食品安全和环保的关注度不断提升，促使天然多糖基活性包装材料成为研究热点。琼脂糖作为一种可食用的海藻多糖，具备良好的成膜性、生物相容性和生物降解性，在食品、生物医学等领域应用广泛，是极具潜力的活性包装材料基质。然而，未经改性的琼脂糖在抑制微生物生长和脂质氧化方面存在不足，限制了其在食品保鲜中的应用。

为提升琼脂糖性能，研究人员尝试将具有抗菌、抗氧化活性的物质接枝到琼脂糖上。在这个过程中，精确表征改性琼脂糖的物理化学性质、流变特性等至关重要。流变性能作为材料的关键特性之一，能反映其在不同条件下的流动和变形行为，对于评估材料在实际应用中的性能表现意义重大。保圣流变仪凭借其精确的测量能力，在研究琼脂糖及其改性产物的流变性能方面发挥着不可替代的作用，为深入探究材料性能、优化材料应用提供了有力支持。

二、实验方法

（一）材料准备

实验选用分子量为335000Da、凝胶强度≥1200g/cm²等指标符合要求的琼脂糖，以及对羟基苯甲酸（Ph）、3,4 - 二羟基苯甲酸（Da）等多种试剂。从当地市场购买草鱼，用于后续的保鲜实验。

（二）改性琼脂糖的制备

采用EDC•HCl/DMAP方法合成对羟基苯甲酸改性琼脂糖（Ph - Ag）和3,4 - 二羟基苯甲酸改性琼脂糖（Da - Ag）。根据反应物用量不同，制备出接枝率分别为4%和12%的改性琼脂糖样品（Ph - Ag@4%、Ph - Ag@12%、Da - Ag@4%、Da - Ag@12%）。

（3） 保圣流变仪测试

使用保圣RH20流变仪对琼脂糖样品进行流变性能测试。测试前，将1.5%（w/v）的琼脂糖样品溶液用微波加热溶解后冷却至75°C，取2mL用于分析。在25°C下，采用平行板几何形状（直径40mm，1°角，测试间隙2mm）进行振荡频率扫描测试。测试前先对温度和剪切应力平衡5min，在0.1 - 100%应变范围内进行应变扫描以确定线性粘弹性区域，然后在1%应变（在线性粘弹性区域内）、25°C下进行频率扫描，获取储存模量（G）和损耗模量（G″）数据。

三、实验结果

（一）流变性能变化趋势

随着频率增加，所有样品组的储存模量（G）始终大于损耗模量（G″），表现出明显的弹性行为，这是因为琼脂糖在25°C时为固体，体现了凝胶的性质。同时，在研究的频率范围内，这些流变参数几乎与频率无关，证明了凝胶网络的存在。

（二）不同样品的模量差异

未改性的琼脂糖（Na - Ag）表现出最高的储存模量（G），意味着其具有优越的弹性和凝胶强度。而接枝后的琼脂糖衍生物（Ph - Ag和Da - Ag）的G随着接枝率的增加而降低。例如，Ph - Ag@12%和Da - Ag@12%的G明显低于Ph - Ag@4%和Da - Ag@4%，这一趋势与凝胶强度和透明度的观察结果一致。

四、保圣流变仪的重要性

（一）精准揭示材料流变特性

保圣流变仪能够精确测量琼脂糖及其改性产物的储存模量和损耗模量，通过这些数据准确反映材料的弹性和粘性变化，帮助研究人员深入了解材料在不同条件下的流变行为。例如，明确了琼脂糖在不同频率下的弹性和粘性特征，以及接枝改性对其流变性能的影响规律，为后续材料性能优化提供了关键依据。

（二）辅助分析材料结构与性能关系

根据流变仪测试结果，结合其他表征手段（如FTIR、NMR等），研究人员可以深入分析材料结构与性能之间的内在联系。如通过G的变化，推测化学改性干扰了琼脂糖分子间双螺旋结构的形成和堆积，进而影响材料的凝胶强度等性能，为解释材料性能变化提供了微观层面的支持。

（三）为材料应用提供关键数据支持

在评估改性琼脂糖作为活性包装材料的适用性时，流变性能是重要的参考指标。保圣流变仪提供的数据有助于判断材料在实际应用中的性能表现，如在形成包装涂层时的流动性、柔韧性等，为优化材料在食品保鲜等领域的应用提供了有力的数据支撑，推动了琼脂糖基活性包装材料的研究与发展。