周紅鋒,焦 霞

(廣東商學(xué)院華商學(xué)院,廣州 511300)

利用無機(jī)物和多糖制作復(fù)合膜的研究

周紅鋒,焦 霞

(廣東商學(xué)院華商學(xué)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(fù)合膜。對比了微波處理前后幾種添加物殼聚糖/淀粉復(fù)合膜的性能,發(fā)現(xiàn):微波處理前后膜機(jī)械強(qiáng)度為碳酸鈣 >石英礦粉 >磷酸氫鈣 >氧化鈣。微波中檔處理時(shí)間 20s,4種復(fù)合膜微波處理后性能都有一定程度增加。通過溶脹系數(shù)考察了其交聯(lián)程度,實(shí)驗(yàn)提供了混合膜的交聯(lián)依據(jù)。通過 3種溶劑實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):石英礦粉可食性膜交聯(lián)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(chǎn)品合成有機(jī)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(diǎn)[1]?？墒承阅ひ蕴烊徊牧先绲鞍踪|(zhì)、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(zhì)期和提高食品質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)[2-3]。用此方法生產(chǎn)出的新型包裝材料是天然、環(huán)保、綠色的新型材料,方便實(shí)用,具有現(xiàn)實(shí)意義。

淀粉具有非常好的成膜性能,容易獲得且價(jià)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(bǔ)。本文將探討利用殼聚糖、淀粉復(fù)合膜新工藝,通過添加內(nèi)容物到復(fù)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(shù),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(fù)合膜的性能。結(jié)果顯示:微波處理使 4種不同添加物復(fù)合膜的性能增加顯著。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

淀粉(泰國產(chǎn));殼聚糖 (經(jīng)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(jīng)處理)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

W SD-3U型全自動白度計(jì);質(zhì)構(gòu)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(fēng)干燥箱 (上海恒科科技有限公司)。

1.3 復(fù)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(zhì)混合,過濾,抽真空脫氣。量取80mL混合液倒入有機(jī)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(jìn)行不同條件的微波處理即:把膜樣品放入微波爐中進(jìn)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(jī)取 5點(diǎn),準(zhǔn)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(jī)取 5個點(diǎn)放入W SD-3U型全自動白度計(jì)測定其白度值。

1.4.3 抗拉強(qiáng)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(zhì)構(gòu)分析儀上讀取膜破裂時(shí)的拉力(F)數(shù)值和伸長率,按下式計(jì)算膜的抗拉強(qiáng)度:

式中 Ts——抗拉強(qiáng)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(qiáng)度測定儀上讀取膜破裂時(shí)的數(shù)值為延伸長度 (L0),按下式計(jì)算膜的斷裂伸長率:

1.4.5 水蒸氣的透氣性測定

復(fù)合膜水蒸氣透氣性能的測定按照我們前述方法進(jìn)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(nèi)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(shù)的單位為g·mm/(kPa·m2·d)。

1.4.6 交聯(lián)度測定

交聯(lián)高聚物在有機(jī)溶劑中只能被溶脹不能溶解,同時(shí)溶脹程度又反映出化學(xué)交聯(lián)的程度。根據(jù)這一性質(zhì)測定膜的溶脹系數(shù)。測定在恒溫25℃條件下進(jìn)行,選定溶劑是甲苯,四氫呋喃,氯仿,通過測定膜的溶脹系數(shù),以判斷可食性膜的交聯(lián)化程度,溶脹系數(shù)按下式計(jì)算:

式中 SI——溶脹系數(shù)

Wb——溶脹后試樣質(zhì)量

Wa——溶脹前試樣質(zhì)量

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合膜的制備

在混合溶液中,殼聚糖和淀粉溶液以各占50%質(zhì)量百分?jǐn)?shù),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(fù)合膜。復(fù)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(fù)合膜的力學(xué)性能,將復(fù)合膜進(jìn)行微波處理。經(jīng)微波處理后,復(fù)合膜的顏色稍變深,仍具一定透明感,其機(jī)械強(qiáng)度明顯提高,折疊 20次不破損。微波處理功率和處理時(shí)間對可食性復(fù)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(fù)合膜性能的影響

為提高殼聚糖/淀粉復(fù)合膜的機(jī)械性能,對其分別添加 4種不同無機(jī)物,發(fā)現(xiàn)這 4種無機(jī)物均能提高復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度。對比空白對照組 (殼聚糖/淀粉質(zhì)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(dāng)。微波處理后,以上 4種復(fù)合膜機(jī)械性能影響顯著,例如,未處理氧化鈣復(fù)合膜抗拉強(qiáng)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(fù)合膜抗拉強(qiáng)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(shí)驗(yàn)組都沒有出現(xiàn)破裂,膜塑性未出現(xiàn)較大變化。

從表 1和圖 1數(shù)據(jù)分析能夠發(fā)現(xiàn):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(shù)減少,膜的顏色也變深,斷裂伸長率變大。水蒸氣透過系數(shù):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(dāng)。

圖 1 微波處理對 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復(fù)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(fù)合膜的機(jī)械性能都顯著提高,碳酸鈣和石英礦粉機(jī)械強(qiáng)度增加近 5.93M Pa。表 1數(shù)據(jù)顯示,微波對膜性能產(chǎn)生了很大的影響,水蒸氣透過系數(shù)減小,斷裂伸長率增大,顏色加深了。從實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微波處理時(shí),膜中水分含量對膜的機(jī)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(fù)合膜性能的影響(x±s)

2.3 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復(fù)合膜性能交聯(lián)實(shí)驗(yàn)

考察 4種不同添加物殼聚糖/淀粉復(fù)合膜性能和微波處理對膜的影響,進(jìn)一步檢查其交聯(lián)程度?？墒承阅じ呔畚镌谟袡C(jī)溶劑中只能被溶脹不能溶解,同時(shí)溶脹程度又反映出化學(xué)交聯(lián)的程度。溶脹系數(shù)作為一個量化指標(biāo)被引入,同時(shí)系數(shù)越接近 1,交聯(lián)程度越高。從表 2數(shù)據(jù)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(shù)減少,說明了處理后的膜交聯(lián)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(jīng)過微波處理后,對照與處理組數(shù)據(jù)比較,處理組系數(shù)較對照組溶脹系數(shù)接近 1,處理組交聯(lián)程度都有一定改善。

從實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn),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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),膜的整體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。石英礦粉的溶脹系數(shù)接近 1。

表 2 微波處理 4種添加物對殼聚糖/淀粉復(fù)合膜的溶脹系數(shù)

3 結(jié)論

采用殼聚糖和淀粉為主要原料可以制備復(fù)合膜。復(fù)合膜中加入以上 4種不同的添加物能夠加強(qiáng)膜的性能,通過微波處理后的膜與對照組的膜比較發(fā)現(xiàn),膜的機(jī)械性能有顯著提高。探索可以與天然多糖發(fā)生化學(xué)交聯(lián)的無機(jī)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?yàn)榭墒承阅ぱ芯?。通訊地?511300廣州市增城荔城街華商路 1號 廣東商學(xué)院華商學(xué)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