薛志欣, 葉乃好, 姜雪琴, 夏延致, 王 霞, 付永強(qiáng), 許福超

(1. 青島大學(xué) 纖維新材料與現(xiàn)代紡織國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 山東 青島 266071; 2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所, 山東 青島266071)

滸苔多糖紡絲性能的探索性研究

薛志欣1, 葉乃好2, 姜雪琴1, 夏延致1, 王 霞1, 付永強(qiáng)1, 許福超1

(1. 青島大學(xué) 纖維新材料與現(xiàn)代紡織國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 山東 青島 266071; 2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所, 山東 青島266071)

在對(duì)滸苔多糖溶液的流變性質(zhì)以及對(duì)滸苔多糖膜的外觀形態(tài)、力學(xué)拉伸性能和親水疏水性等方面研究的基礎(chǔ)上, 采用注射器噴絲, 對(duì)滸苔多糖的成纖性做了探索, 結(jié)果表明, 熱水法提取的滸苔多糖可以用BaCl2做凝固浴經(jīng)濕法紡絲制得滸苔纖維。

滸苔多糖; 濕法紡絲; 纖維

滸苔(Enteromorphasp.)是綠藻門石莼科滸苔屬海藻, 藻體為草綠色, 管狀膜質(zhì), 廣泛生長在世界沿岸高、中、低潮帶砂礫、巖礁和石沼中, 我國各海區(qū)均有分布, 屬東海海域優(yōu)勢(shì)種, 有的種類在半咸水或江河中也可見到[1]。2008～2010年連續(xù)三年夏天,青島黃海、渤海海域均暴發(fā)滸苔綠潮, 對(duì)海域周邊環(huán)境和居民的生活造成了極大的影響。青島近海這幾次滸苔的大規(guī)模迅速繁殖, 引起了人們對(duì)滸苔研究和環(huán)境保護(hù)的高度重視。

滸苔是一種理想的天然營養(yǎng)食品, 可用作食品添加劑和水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料[2], 同時(shí)從滸苔中提取的多種活性成分還具有較高的藥用價(jià)值[3]。滸苔多糖是滸苔主要活性成分之一, 先前的研究主要集中在滸苔多糖的降血脂、抗衰老、增強(qiáng)免疫反應(yīng)、消炎、抗病毒等生物學(xué)活性[4-5]的研究方面。本實(shí)驗(yàn)室近年來致力于海藻纖維的研究和開發(fā)工作, 先后成功制備了海藻酸鹽纖維[6-7]、卡拉膠纖維[8]等。鑒于海藻多糖在結(jié)構(gòu)與形成環(huán)境的相似性, 本實(shí)驗(yàn)以滸苔多糖為紡絲原料展開滸苔纖維的研究, 在對(duì)滸苔多糖溶液的流變性質(zhì)以及滸苔多糖膜的外觀形態(tài)、力學(xué)性能、親水疏水性等方面考察的基礎(chǔ)上, 采用濕法紡絲, 對(duì)滸苔多糖成纖性做了探索, 以期能為滸苔多糖紡絲提供理論依據(jù)。

1 材料與試劑

滸苔多糖, 采用文獻(xiàn)[9]方法自提; 實(shí)驗(yàn)中用到的其他試劑均為分析純。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 黏度測(cè)定

配置不同濃度的滸苔多糖溶液, 用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(DV-Ⅱ+ pro, Brookfield, USA)測(cè)定滸苔多糖溶液在不同溫度下的黏度。

2.2 凝膠溫度測(cè)定

用傾斜法[10]測(cè)定不同濃度的滸苔多糖溶液在降溫過程中液面凝固時(shí)的溫度, 將此溫度作為該濃度滸苔多糖溶液的凝膠溫度。

2.3 多糖膜的制備與力學(xué)性能測(cè)定

取滸苔水溶性多糖, 溶解于一定量的水中, 配制成約4%的滸苔多糖溶液。將滸苔多糖溶液倒入表面皿中自然晾干成膜, 在室溫下用萬能材料試驗(yàn)機(jī)(M12-14384-CS 3342R, 英斯特朗)測(cè)量拉伸強(qiáng)度。

2.4 滸苔多糖膜的接觸角測(cè)定

對(duì)干燥的滸苔多糖膜用接觸角測(cè)定儀(自組裝)測(cè)量其與水的接觸角, 每 2 s進(jìn)行一次記錄, 記錄30 s, 取所測(cè)接觸角的平均值。

2.5 滸苔纖維的制備

配制8%的滸苔多糖溶液, 高溫下攪拌成均勻溶液, 趁熱用5.5號(hào)針頭噴絲, 選取8%的BaCl2溶液為凝固浴, 所得的滸苔多糖纖維分別采用自然晾干和乙醇脫水法干燥。

3 結(jié)果與討論

3.1 滸苔多糖溶液的流變性質(zhì)

表1顯示滸苔多糖溶液的黏度隨濃度的升高而升高, 隨溫度的升高而降低, 在凝膠化溫度附近黏度急劇增大。當(dāng)濃度低于2%時(shí), 沒有凝膠化現(xiàn)象存在。

滸苔多糖溶液具有與瓊膠、卡拉膠類似的凝膠特性, 且凝膠溫度隨濃度的增大而升高, 其凝膠化機(jī)理尚不明確, 結(jié)合瓊膠[11]和卡拉膠[12]的凝膠化機(jī)理推測(cè)滸苔的凝膠化作用可能與滸苔多糖分子在溶液中的纏繞有關(guān), 濃度越高, 這種纏繞作用越明顯,使其成為自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所需提供的能量越大, 致使凝膠化溫度升高(見表2)。

表1 不同濃度滸苔多糖溶液在不同溫度下的黏度(Pa?s)Tab. 1 Viscosities of Enteromorpha polysaccharide solution at different concentration and temperature

表2 不同濃度下滸苔多糖溶液的凝膠溫度Tab. 2 The gel temperature of Enteromorpha polysaccharide at different concentration

3.2 多糖膜的形貌特征

滸苔多糖膜透明, 無雜質(zhì), 膜的厚度均勻, 平整性好(圖1), 掃描電鏡(JSM-6390LV型,日本 JEOL公司)下膜表面十分光滑(圖2), 用手拉有良好的韌性和彈性, 剪取長5 cm寬1 cm的長條(厚約0.004 cm),用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其最大拉伸力為7.8 N, 表明材料具有一定的強(qiáng)度, 能夠滿足纖維的強(qiáng)度要求。

圖1 滸苔多糖膜數(shù)碼照片F(xiàn)ig. 1 Digital photo of Enteromorpha polysaccharide membrane

圖2 滸苔多糖膜表面電鏡照片F(xiàn)ig. 2 SEM of surface of Enteromorpha polysaccharide membrane

3.3 滸苔多糖膜的親水性

滴一滴水珠在晾干的滸苔多糖膜表面, 圖3分別給出了0s、10s、20s、30s時(shí)膜上水滴的狀態(tài)。

用接觸角測(cè)定儀測(cè)得滸苔多糖膜與水的接觸角平均值為55°, 表明滸苔多糖膜具有很強(qiáng)的親水性和吸水性, 用該材料制得的滸苔纖維將同樣具備很好的親水性與吸水性。

3.4 滸苔多糖纖維

通過噴絲方法得到的滸苔多糖纖維如圖4, 圖4A為經(jīng)過凝固浴后的滸苔纖維濕態(tài)時(shí)的數(shù)碼照片,圖4B是放在空氣中自然晾干的照片, 圖4C為濕態(tài)纖維用乙醇脫水后空氣中晾干的纖維。其中濕態(tài)時(shí)滸苔纖維為無色透明狀, 有一定的彈性; 自然干燥的纖維呈扁平狀, 纖維形態(tài)遭到極大破壞; 乙醇脫水處理的纖維, 纖維形態(tài)得以很好保持。

用該法制得的滸苔纖維強(qiáng)度較低, 硬度大, 易斷裂, 在水中易溶解, 還需要對(duì)滸苔多糖的提取工藝和滸苔多糖纖維的紡絲工藝作相應(yīng)的改進(jìn), 以期獲得實(shí)用化的滸苔纖維, 相關(guān)工作目前正在進(jìn)行中。

圖3 滸苔多糖膜的親水性測(cè)定Fig. 3 Water affinity determination of Enteromorpha polysaccharide membrane

圖4 滸苔多糖纖維的形態(tài)照片F(xiàn)ig. 4 Morphology of Enteromorpha polysaccharide fiber

[1]齊曉輝, 李紅燕, 郭守東, 等. 4 種不同來源滸苔中多糖的提取分離及理化性質(zhì)[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2010, 40(5): 15-18.

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Feasibility of wet-spinning of fibers fromEnteromorphapolysaccharides

XUE Zhi-xin1, YE Nai-hao2, JIANG Xue-qin1, XIA Yan-zhi1, WANG Xia1, FU Yong-qiang1, XU Fu-chao1
(1.Cultivating Base of National Key Lab of Novel Fiber and Modern Textile, Qingdao University, Qingdao 266071,China; 2. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; Qingdao 266071, China)

Dec., 25, 2010

Enteromorpha polysaccharide; wet-spinning; fiber

The rheological property of the Enteromorpha polysaccharide solution and the morphological structure,tensile mechanic performance and hydrophilic-hydrophobic properties of Enteromorpha polysaccharide membrane were studied in this paper. The Feasibility of wet-spinning of fibers from Enteromorpha polysaccharides was explored. The results show that the Enteromorpha fiber can be made by wet-spinning with the coagulating bath of barium chloride solution.

TQ341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1000-3096(2012)01-0065-04

2010-12-25;

2011-02-24

國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(50803030); 中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(20100471495, 201104618); 長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(IRT0970); 國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃)(2010AA093701); 山東省優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(TD200902)

薛志欣(1973-), 女, 博士, 副教授, 主要從事海藻多糖生物材料的研究, E-mail: xuezhixin92@163.com; 夏延致, 通信作者,E-mail: qdxyzh@163.com

康亦兼)