周紅鋒,焦 霞

(廣東商學院華商學院,廣州 511300)

利用無機物和多糖制作復合膜的研究

周紅鋒,焦 霞

(廣東商學院華商學院,廣州 511300)

本文考察了添加碳酸鈣、氧化鈣、石英礦粉、磷酸氫鈣于殼聚糖/淀粉復合膜。對比了微波處理前后幾種添加物殼聚糖/淀粉復合膜的性能,發(fā)現:微波處理前后膜機械強度為碳酸鈣 >石英礦粉 >磷酸氫鈣 >氧化鈣。微波中檔處理時間 20s,4種復合膜微波處理后性能都有一定程度增加。通過溶脹系數考察了其交聯程度,實驗提供了混合膜的交聯依據。通過 3種溶劑實驗發(fā)現:石英礦粉可食性膜交聯程度較理想。

可食性膜;淀粉;殼聚糖;微波

長期以來,人們利用石油產品合成有機包裝材料,而石油是一種不可再生的自然資源,其來源越來越受到限制,成本也越來越高,因此,如何利用自然界可再生資源作為包裝材料的新來源,引起了人們的高度興趣。目前,可食性膜的研究已成為熱點[1]?？墒承阅ひ蕴烊徊牧先绲鞍踪|、多糖等通過一定工藝制成膜,其具有可生物降解,不易透氣,能夠提高食品的保質期和提高食品質量的優(yōu)點[2-3]。用此方法生產出的新型包裝材料是天然、環(huán)保、綠色的新型材料,方便實用,具有現實意義。

淀粉具有非常好的成膜性能,容易獲得且價格低廉。殼聚糖是天然唯一大量存在的堿性多糖,具有很好的成膜性能,無毒,可降解。通過共混兩種天然材料,使膜性能得到互補。本文將探討利用殼聚糖、淀粉復合膜新工藝,通過添加內容物到復合膜中,制成新型環(huán)保包裝材料的方法。

微波作為一種合成膜新技術,能夠很好地改善可食性膜的性能。本文考察了碳酸鈣、氧化鈣、磷酸氫鈣和石英礦粉 4種添加物,分析微波處理后的殼聚糖/淀粉復合膜的性能。結果顯示:微波處理使 4種不同添加物復合膜的性能增加顯著。

1 實驗部分

1.1 主要原料

淀粉(泰國產);殼聚糖 (經測定脫乙酰度為73%);丙三醇 (AR級),乙酸 (AR級),甲苯 (AR級),四氫呋喃 (AR級),氯仿(AR級),石英礦粉(超微粉碎)、碳酸鈣、磷酸氫鈣、氧化鈣 (未經處理)。

1.2 實驗設備

W SD-3U型全自動白度計;質構分析儀(QTS)(CNS FARNELL);HR-200型精密電子天平(A&D公司);微波爐 (韓國三星公司);DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱 (上海恒科科技有限公司)。

1.3 復合膜的制備流程

將 5 g淀粉混于 250mL蒸餾水中,形成懸浮液。在 100℃水浴鍋中攪拌糊化 30m in。加入 2 g甘油,攪拌均勻。另將 5 g殼聚糖溶于 60 mL 2%乙酸中,攪拌溶解后再加入蒸餾水稀釋定容至2%(w/v),在 90℃水浴鍋中加熱使之完全溶解,分別加入 0.3 g添加物,高速攪拌均勻,形成透明溶液。將上述物質混合,過濾,抽真空脫氣。量取80mL混合液倒入有機玻璃板 (18cm×18cm)上流延均勻,水平放置 5 h。膜表面干燥后,放入70℃烘箱中干燥 5 h。揭膜,放入干燥器中過夜。然后將膜進行不同條件的微波處理即:把膜樣品放入微波爐中進行加熱處理。

1.4 膜性能的測定

1.4.1 膜厚度測定

用螺旋測微儀在膜上隨機取 5點,準確測量膜的厚度,取其平均值。

1.4.2 白度測定

在膜試樣上隨機取 5個點放入W SD-3U型全自動白度計測定其白度值。

1.4.3 抗拉強度 (Ts)測定

將膜制成長 7.5 cm寬 2.5 cm的試樣。測量其厚度 (d),在質構分析儀上讀取膜破裂時的拉力(F)數值和伸長率,按下式計算膜的抗拉強度:

式中 Ts——抗拉強度,M Pa

F——膜所受拉力,N

S——膜的橫截面積,m2

1.4.4 斷裂伸長率 (E)的測定

將膜制成長 7.5 cm寬 2.5 cm的試樣。儀器上樣品的長度測量為L=5cm,在抗拉強度測定儀上讀取膜破裂時的數值為延伸長度 (L0),按下式計算膜的斷裂伸長率:

1.4.5 水蒸氣的透氣性測定

復合膜水蒸氣透氣性能的測定按照我們前述方法進行[4-5]。用石蠟將待測的膜密封于裝有3g無水氯化鈣的稱量瓶口處,置于相對濕度為83%的干燥器中 (內裝溴化鉀飽和溶液)。每 12 h稱量一次稱量瓶。通過稱量瓶重量的增加,確定水蒸氣的透過量。水蒸氣透過系數的單位為g·mm/(kPa·m2·d)。

1.4.6 交聯度測定

交聯高聚物在有機溶劑中只能被溶脹不能溶解,同時溶脹程度又反映出化學交聯的程度。根據這一性質測定膜的溶脹系數。測定在恒溫25℃條件下進行,選定溶劑是甲苯,四氫呋喃,氯仿,通過測定膜的溶脹系數,以判斷可食性膜的交聯化程度,溶脹系數按下式計算:

式中 SI——溶脹系數

Wb——溶脹后試樣質量

Wa——溶脹前試樣質量

2 結果與討論

2.1 復合膜的制備

在混合溶液中,殼聚糖和淀粉溶液以各占50%質量百分數,加入不同添加物,分別配制成溶液,再將溶液共混、澆鑄流延、干燥,制得可食性殼聚糖/淀粉復合膜。復合膜呈淡黃色,有一定的透明度,柔韌性較好,容易疊粘。為了提高復合膜的力學性能,將復合膜進行微波處理。經微波處理后,復合膜的顏色稍變深,仍具一定透明感,其機械強度明顯提高,折疊 20次不破損。微波處理功率和處理時間對可食性復合膜性能的具體影響分別討論如下。

2.2 微波處理對 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復合膜性能的影響

為提高殼聚糖/淀粉復合膜的機械性能,對其分別添加 4種不同無機物,發(fā)現這 4種無機物均能提高復合膜的機械強度。對比空白對照組 (殼聚糖/淀粉質量比 50%),碳酸鈣效果明顯,石英礦粉次之,磷酸氫鈣與氧化鈣相當。微波處理后,以上 4種復合膜機械性能影響顯著,例如,未處理氧化鈣復合膜抗拉強度是 11.46±1.07M Pa,微波處理后 17.25±0.82M Pa,而未處理碳酸鈣復合膜抗拉強度 13.27±1.13M Pa,微波處理后 19.25 ±1.32M Pa。微波處理前后,對膜均折疊 20次,全部實驗組都沒有出現破裂,膜塑性未出現較大變化。

從表 1和圖 1數據分析能夠發(fā)現:4種添加物對膜的透水性有一定影響,其趨勢:水蒸氣透過系數減少,膜的顏色也變深,斷裂伸長率變大。水蒸氣透過系數:石英礦粉 >碳酸鈣 >磷酸氫鈣 >氧化鈣 >空白,膜的顏色:石英礦粉最深,氧化鈣次之,碳酸鈣再次之,磷酸氫鈣與空白對照組相當。

圖 1 微波處理對 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復合膜性能的影響圖

通過微波處理后,對比圖 1,即與空白對照組相比 4種復合膜的機械性能都顯著提高,碳酸鈣和石英礦粉機械強度增加近 5.93M Pa。表 1數據顯示,微波對膜性能產生了很大的影響,水蒸氣透過系數減小,斷裂伸長率增大,顏色加深了。從實驗發(fā)現,微波處理時,膜中水分含量對膜的機械性能的提高有影響。

表 1 微波處理對 4種添加物殼聚糖/淀粉對復合膜性能的影響(x±s)

2.3 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復合膜性能交聯實驗

考察 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復合膜性能和微波處理對膜的影響,進一步檢查其交聯程度。可食性膜高聚物在有機溶劑中只能被溶脹不能溶解,同時溶脹程度又反映出化學交聯的程度。溶脹系數作為一個量化指標被引入,同時系數越接近 1,交聯程度越高。從表 2數據比較分析,在甲苯溶液中,磷酸氫鈣、石英礦粉,與對照組比較溶脹系數減少,說明了處理后的膜交聯程度得到了改善。在氯仿溶液和四氫呋喃石英礦粉要好于其他組。經過微波處理后,對照與處理組數據比較,處理組系數較對照組溶脹系數接近 1,處理組交聯程度都有一定改善。

從實驗過程發(fā)現,膜放入溶劑溶脹后,膜表面變得干燥和硬,可能是膜中的小分子和水溢出膜的網絡結構,膜的整體結構沒有發(fā)生變化。石英礦粉的溶脹系數接近 1。

表 2 微波處理 4種添加物對殼聚糖/淀粉復合膜的溶脹系數

3 結論

采用殼聚糖和淀粉為主要原料可以制備復合膜。復合膜中加入以上 4種不同的添加物能夠加強膜的性能,通過微波處理后的膜與對照組的膜比較發(fā)現,膜的機械性能有顯著提高。探索可以與天然多糖發(fā)生化學交聯的無機物,制備出無毒新型包裝材料,將有利于社會發(fā)展和解決環(huán)境問題。

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Study on the Com positeM em braneM ade of theM inera land Am y lose

ZHOU Hong-feng,JIAO X ia
(Huashang Co llege Guangdong University of Business Studies,Guangzhou 511300,China)

Thispaper investigated the four differentkindsof the film samp lesadding such asCalcium carbonate,Quartzm ineral fine,Calcium Hyd rogenphosphate D ihyd rate and Calcium Oxide.The effectof the fou r differentkindsof the film samp leson p ropertiesof an edible film byM icrowave p rocessing and no p rocessing. The test resu lts show ed the effectof the four d ifferent k indsof the film samp leson im p rovem en tof the tensile strength of the composite film:Calcium carbonate>Quartzm ineral fine>Calcium hyd rogenphosphate dihyd rate>Calcium oxide.D isposed of the film at them edium m icrow ave pow er for20 seconds,the p ropertiesof an edible film hadm arked imp roved.A fterm icrowave p rocessing,allof the film perform ancewas increased. Through three kindsof so lvents sw elled the film,the test results showed the quartzm ineral finewaswell.

edib le film;starch;chitosan;m icrowave

2010-06-30;

2010-08-19

周紅鋒(1980-),男,碩士,教師,研究方向為可食性膜研究。通訊地址:511300廣州市增城荔城街華商路 1號 廣東商學院華商學院,E-mail:zhouhongfeng6031@126.com。

TS206.4

A

1005-1295(2010)06-0017-04

do i:10.3969/j.issn.1005-1295.2010.06.005