葛根淀粉基可食性包装膜物化与抗菌性能的研究

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可食性包装膜能够减少食品的水分散失和营养成分消耗,防止微生物污染,有效延长食品的贮藏保鲜和销售期限,提高其商品价值与市场竞争力,已受到全世界的关注。在众多成膜基材中,淀粉产量丰富、廉价易得、处理简单、易生物降解且具有良好的阻气性能,是最具应用前景的原材料之一。葛根作为一种天然药物和保健食品,在我国储量丰富、分布广泛。目前葛根主要被用于提取药用成分,而其中含量丰富的淀粉却随废渣排出,未被有效利用,这既污染环境又浪费资源。若将废弃的淀粉充分回收并加以利用,将会获得更大的综合价值。因此,本论文以葛根淀粉为基材,制备了系列可食性包装膜并研究了相关物化特性,以期拓展葛根淀粉的应用,促进葛根产业的健康发展。研究内容及方法分以下四部分:一、考察制膜工艺(糊化温度80°C–100°C、糊化时间5min–60min、淀粉糊浓度1%–6%)对葛根淀粉可食性包装膜机械性能、透湿能力的影响;分析甘油含量(0%–40%)和环境相对湿度(50%、75%、100%)变化对葛根淀粉膜的综合影响,指标包括红外光谱、X–射线衍射图谱、热重差热分析、等温吸湿曲线等。结果发现:①本实验在糊化温度100°C、糊化时间15min、淀粉糊液浓度3%、甘油添加量30%的条件下得到了综合性能最优的葛根淀粉膜。②红外光谱表明淀粉C–O–C基团中C–O键对应峰的偏移受甘油含量及相对湿度变化的双重影响。③甘油能够促进葛根淀粉B型结晶的发展且能够与葛根淀粉形成V型结晶;相对湿度升高使得塑化葛根淀粉膜V型结晶峰强度减弱。④葛根淀粉膜的热重曲线可分为水分蒸发、甘油富集相分解和淀粉分解三个阶段,且淀粉分解阶段的活化能随甘油含量的增加而降低。二、研究非离子表面活性剂(吐温20、司盘80)对葛根淀粉/抗坏血酸膜液表面张力及润湿性能、抗坏血酸自膜中释放能力、膜结晶情况、表面及内部形貌、机械性能、阻水能力及水溶性等的影响。结果表明:①吐温20及司盘80均可显著降低葛根淀粉/抗坏血酸膜液的表面张力(P<0.05)。②单独加入吐温20可增强膜液在玻璃及石蜡基材上的润湿性,使膜变得更加平整,增大膜的水溶性;单独加入司盘80降低了膜液在石蜡基材上的接触角大小,增强了膜表面的粗糙度;混合表面活性剂增大了葛根淀粉膜的水蒸气透过率。③抗坏血酸从葛根淀粉膜向水中的扩散系数约为2.22×10–11m2s–1,表面活性剂的加入减缓了抗坏血酸的释放速率。④吐温20及司盘80均能有效抑制葛根淀粉B型结晶的发展,吐温20亦与葛根淀粉络合形成V型结晶。三、探讨壳聚糖酸溶剂(1%的乙酸、乳酸、苹果酸)对葛根淀粉/壳聚糖复合膜性能的影响及不同储藏环境(25°C常温储藏、–20°C冷冻储藏)下膜性能的变化;考察膜液流动性能、复合膜抗菌效果、分子间作用力、结晶情况、吸湿能力、机械性能、阻水能力、水溶性、颜色等指标。发现:①葛根淀粉/壳聚糖复合膜液是剪切变稀的假塑性流体;以乙酸、乳酸、苹果酸配制的膜液按此顺序表现出假塑性变小、牛顿性增大、稠度降低的规律。②复合膜对大肠杆菌的抑制效果优于对金黄色葡萄球菌的作用。③红外光谱、X–射线衍射分析表明,各成膜组分间具有良好的相容性。④乙酸葛根淀粉/壳聚糖膜的机械强度最大、水溶性最小、颜色最浅;乳酸葛根淀粉/壳聚糖膜的延展性最优;苹果酸葛根淀粉/壳聚糖膜的抗菌性最佳、吸水性最小、阻水性最强。⑤储藏时间显著影响复合膜水分含量、机械性能、阻水能力、颜色及水溶性(P<0.05);冷冻储藏能够延缓复合膜颜色变化,但对复合膜结晶性能、水分含量及水溶性的影响与常温储藏无显著性差异(P>0.05)。四、评价加入0.1%吐温20的葛根淀粉/壳聚糖/抗坏血酸复合膜的综合性能,指标包括膜液表面张力、接触角及流动性能、复合膜抗菌效果、抗坏血酸释放性能、机械性能、阻水能力、水溶性及颜色等。①膜液表面张力显著低于同等条件下葛根淀粉/抗坏血酸膜液的表面张力(P<0.05);膜液在玻璃基板上的接触角小于30°,在石蜡基板上的接触角小于90°;壳聚糖酸溶剂未对膜液表面张力及润湿性产生显著影响(P>0.05)。②乙酸葛根淀粉/壳聚糖膜中抗坏血酸释放主要受膜溶胀过程控制,乳酸、苹果酸葛根淀粉/壳聚糖膜中的释放还同时受膜溶蚀过程的影响。③和葛根淀粉/壳聚糖膜相比较,葛根淀粉/壳聚糖/抗坏血酸膜对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑制效果更为明显、膜亮度更低、颜色更深。研究结果表明,葛根淀粉能够与多种添加剂有效复配,制备性能较为理想的可食性复合包装膜,为拓展葛根淀粉的应用领域提供一定理论支持。
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