利用无机物和多糖制作复合膜的研究

周红锋,焦 霞

(广东商学院华商学院,广州 511300)

利用无机物和多糖制作复合膜的研究

周红锋,焦 霞

(广东商学院华商学院,广州 511300)

本文考察了添加碳酸钙、氧化钙、石英矿粉、磷酸氢钙于壳聚糖/淀粉复合膜。对比了微波处理前后几种添加物壳聚糖/淀粉复合膜的性能,发现:微波处理前后膜机械强度为碳酸钙 >石英矿粉 >磷酸氢钙 >氧化钙。微波中档处理时间 20s,4种复合膜微波处理后性能都有一定程度增加。通过溶胀系数考察了其交联程度,实验提供了混合膜的交联依据。通过 3种溶剂实验发现:石英矿粉可食性膜交联程度较理想。

可食性膜;淀粉;壳聚糖;微波

长期以来,人们利用石油产品合成有机包装材料,而石油是一种不可再生的自然资源,其来源越来越受到限制,成本也越来越高,因此,如何利用自然界可再生资源作为包装材料的新来源,引起了人们的高度兴趣。目前,可食性膜的研究已成为热点[1]。可食性膜以天然材料如蛋白质、多糖等通过一定工艺制成膜,其具有可生物降解,不易透气,能够提高食品的保质期和提高食品质量的优点[2-3]。用此方法生产出的新型包装材料是天然、环保、绿色的新型材料,方便实用,具有现实意义。

淀粉具有非常好的成膜性能,容易获得且价格低廉。壳聚糖是天然唯一大量存在的碱性多糖,具有很好的成膜性能,无毒,可降解。通过共混两种天然材料,使膜性能得到互补。本文将探讨利用壳聚糖、淀粉复合膜新工艺,通过添加内容物到复合膜中,制成新型环保包装材料的方法。

微波作为一种合成膜新技术,能够很好地改善可食性膜的性能。本文考察了碳酸钙、氧化钙、磷酸氢钙和石英矿粉 4种添加物,分析微波处理后的壳聚糖/淀粉复合膜的性能。结果显示:微波处理使 4种不同添加物复合膜的性能增加显著。

1 实验部分

1.1 主要原料

淀粉(泰国产);壳聚糖 (经测定脱乙酰度为73%);丙三醇 (AR级),乙酸 (AR级),甲苯 (AR级),四氢呋喃 (AR级),氯仿(AR级),石英矿粉(超微粉碎)、碳酸钙、磷酸氢钙、氧化钙 (未经处理)。

1.2 实验设备

W SD-3U型全自动白度计;质构分析仪(QTS)(CNS FARNELL);HR-200型精密电子天平(A&D公司);微波炉 (韩国三星公司);DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱 (上海恒科科技有限公司)。

1.3 复合膜的制备流程

将 5 g淀粉混于 250mL蒸馏水中,形成悬浮液。在 100℃水浴锅中搅拌糊化 30m in。加入 2 g甘油,搅拌均匀。另将 5 g壳聚糖溶于 60 mL 2%乙酸中,搅拌溶解后再加入蒸馏水稀释定容至2%(w/v),在 90℃水浴锅中加热使之完全溶解,分别加入 0.3 g添加物,高速搅拌均匀,形成透明溶液。将上述物质混合,过滤,抽真空脱气。量取80mL混合液倒入有机玻璃板 (18cm×18cm)上流延均匀,水平放置 5 h。膜表面干燥后,放入70℃烘箱中干燥 5 h。揭膜,放入干燥器中过夜。然后将膜进行不同条件的微波处理即:把膜样品放入微波炉中进行加热处理。

1.4 膜性能的测定

1.4.1 膜厚度测定

用螺旋测微仪在膜上随机取 5点,准确测量膜的厚度,取其平均值。

1.4.2 白度测定

在膜试样上随机取 5个点放入W SD-3U型全自动白度计测定其白度值。

1.4.3 抗拉强度 (Ts)测定

将膜制成长 7.5 cm宽 2.5 cm的试样。测量其厚度 (d),在质构分析仪上读取膜破裂时的拉力(F)数值和伸长率,按下式计算膜的抗拉强度:

式中 Ts——抗拉强度,M Pa

F——膜所受拉力,N

S——膜的横截面积,m2

1.4.4 断裂伸长率 (E)的测定

将膜制成长 7.5 cm宽 2.5 cm的试样。仪器上样品的长度测量为L=5cm,在抗拉强度测定仪上读取膜破裂时的数值为延伸长度 (L0),按下式计算膜的断裂伸长率:

1.4.5 水蒸气的透气性测定

复合膜水蒸气透气性能的测定按照我们前述方法进行[4-5]。用石蜡将待测的膜密封于装有3g无水氯化钙的称量瓶口处,置于相对湿度为83%的干燥器中 (内装溴化钾饱和溶液)。每 12 h称量一次称量瓶。通过称量瓶重量的增加,确定水蒸气的透过量。水蒸气透过系数的单位为g·mm/(kPa·m2·d)。

1.4.6 交联度测定

交联高聚物在有机溶剂中只能被溶胀不能溶解,同时溶胀程度又反映出化学交联的程度。根据这一性质测定膜的溶胀系数。测定在恒温25℃条件下进行,选定溶剂是甲苯,四氢呋喃,氯仿,通过测定膜的溶胀系数,以判断可食性膜的交联化程度,溶胀系数按下式计算:

式中 SI——溶胀系数

Wb——溶胀后试样质量

Wa——溶胀前试样质量

2 结果与讨论

2.1 复合膜的制备

在混合溶液中,壳聚糖和淀粉溶液以各占50%质量百分数,加入不同添加物,分别配制成溶液,再将溶液共混、浇铸流延、干燥,制得可食性壳聚糖/淀粉复合膜。复合膜呈淡黄色,有一定的透明度,柔韧性较好,容易叠粘。为了提高复合膜的力学性能,将复合膜进行微波处理。经微波处理后,复合膜的颜色稍变深,仍具一定透明感,其机械强度明显提高,折叠 20次不破损。微波处理功率和处理时间对可食性复合膜性能的具体影响分别讨论如下。

2.2 微波处理对 4种不同添加物壳聚糖/淀粉复合膜性能的影响

为提高壳聚糖/淀粉复合膜的机械性能,对其分别添加 4种不同无机物,发现这 4种无机物均能提高复合膜的机械强度。对比空白对照组 (壳聚糖/淀粉质量比 50%),碳酸钙效果明显,石英矿粉次之,磷酸氢钙与氧化钙相当。微波处理后,以上 4种复合膜机械性能影响显著,例如,未处理氧化钙复合膜抗拉强度是 11.46±1.07M Pa,微波处理后 17.25±0.82M Pa,而未处理碳酸钙复合膜抗拉强度 13.27±1.13M Pa,微波处理后 19.25 ±1.32M Pa。微波处理前后,对膜均折叠 20次,全部实验组都没有出现破裂,膜塑性未出现较大变化。

从表 1和图 1数据分析能够发现:4种添加物对膜的透水性有一定影响,其趋势:水蒸气透过系数减少,膜的颜色也变深,断裂伸长率变大。水蒸气透过系数:石英矿粉 >碳酸钙 >磷酸氢钙 >氧化钙 >空白,膜的颜色:石英矿粉最深,氧化钙次之,碳酸钙再次之,磷酸氢钙与空白对照组相当。

图 1 微波处理对 4种不同添加物壳聚糖/淀粉复合膜性能的影响图

通过微波处理后,对比图 1,即与空白对照组相比 4种复合膜的机械性能都显著提高,碳酸钙和石英矿粉机械强度增加近 5.93M Pa。表 1数据显示,微波对膜性能产生了很大的影响,水蒸气透过系数减小,断裂伸长率增大,颜色加深了。从实验发现,微波处理时,膜中水分含量对膜的机械性能的提高有影响。

表 1 微波处理对 4种添加物壳聚糖/淀粉对复合膜性能的影响(x±s)

2.3 4种不同添加物壳聚糖/淀粉复合膜性能交联实验

考察 4种不同添加物壳聚糖/淀粉复合膜性能和微波处理对膜的影响,进一步检查其交联程度。可食性膜高聚物在有机溶剂中只能被溶胀不能溶解,同时溶胀程度又反映出化学交联的程度。溶胀系数作为一个量化指标被引入,同时系数越接近 1,交联程度越高。从表 2数据比较分析,在甲苯溶液中,磷酸氢钙、石英矿粉,与对照组比较溶胀系数减少,说明了处理后的膜交联程度得到了改善。在氯仿溶液和四氢呋喃石英矿粉要好于其他组。经过微波处理后,对照与处理组数据比较,处理组系数较对照组溶胀系数接近 1,处理组交联程度都有一定改善。

从实验过程发现,膜放入溶剂溶胀后,膜表面变得干燥和硬,可能是膜中的小分子和水溢出膜的网络结构,膜的整体结构没有发生变化。石英矿粉的溶胀系数接近 1。

表 2 微波处理 4种添加物对壳聚糖/淀粉复合膜的溶胀系数

3 结论

采用壳聚糖和淀粉为主要原料可以制备复合膜。复合膜中加入以上 4种不同的添加物能够加强膜的性能,通过微波处理后的膜与对照组的膜比较发现,膜的机械性能有显著提高。探索可以与天然多糖发生化学交联的无机物,制备出无毒新型包装材料,将有利于社会发展和解决环境问题。

[1]Xu Y X,Kim KM.Chitosan-starch composite film: p reparation and characterization[J]. Industrial Crops and Products,2005(3):185-192.

[2]Del-Valle V.Developm en t of a cactus-m ucilage ed ib le coating(Opuntia ficus indica)and its app lication to extend strawberry(Fragaria ananassa)shelf-life[J]. Food Chem istry,2005(8):751-756.

[3]Xu Shiying,CHEN X iu-fang.Preservation of kiw ifruit coatedw ith an edible film at am bient temperature[J]. Journalof Food Engineering,2001(12):211-216.

[4]ZHA IM ao lin,ZHAO Long.Study on antibacterial starch/chitosan b lend film fo rm ed under the action of irradiation[J].Carbohyd rate Po lym ers,2004(8):83-88.

[5]郭新华.提高大豆分离蛋白膜机械强度和阻湿性能的研究[J].食品工业科技,2005(3):148-150.

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

周红锋(1980-),男,硕士,教师,研究方向为可食性膜研究。通讯地址:511300广州市增城荔城街华商路 1号 广东商学院华商学院,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