改性高直链玉米淀粉复合膜的制备、性能及应用研究

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塑料包装材料因其美观、质轻、加工方便、价格便宜及性质稳定等特点而在食品包装及保鲜领域广泛应用。但塑料包装材料不易分解,会造成环境污染。目前,各国都在努力开发各种绿色包装材料以减少对环境的污染和危害。其中用天然生物高分子材料开发的食品包装材料已成为一个研究热点,这也是未来食品包装工业发展的主要方向。本课题的目的是以用高直链玉米淀粉、壳聚糖、阔叶木浆纤维等为原料制备各种配方的复合膜,并应用于果蔬保鲜包装,为果蔬、食品的保鲜寻求一种简易可行、低成本的方法。本论文的研究工作主要分为两大部分:(1)利用高直链玉米淀粉(HACS)与壳聚糖(CS)为主要原料,制备了HACS-CS复合膜,研究了HACS与CS的配比、甘油添加量和甲基纤维素(MC)添加量对复合膜性能的影响。根据对复合膜的透O2、CO2性能测定结果选择了3个配方用于荷兰豆的保鲜实验研究。(2)利用环氧氯丙烷作为交联剂制备了交联高直链玉米淀粉,研究了交联剂用量对交联高直链玉米淀粉及交联高直链玉米淀粉膜的性质的影响;以阔叶木浆纤维为增强成分,制备交联高直链玉米淀粉-阔叶木浆纤维复合膜,并利用正交试验设计优化了成膜工艺。主要的研究结果如下:1. CS能改善HACS-CS复合膜的柔韧性,但减低了膜的抗拉强度(TS)和阻湿性,并加深膜的颜色。在HACS:CS为1:1时,复合膜的断裂伸长率(E)取得最大值29.45%;当HACS:CS由1:0变化到0:1时,复合膜的抗拉强度下降了50.15%,水蒸气透过系数(WVP)由24.0 g·mm/m2·d·Kpa增大到57.89g·mm/m2·d·Kpa。2.甘油对HACS-CS复合膜的柔韧性有显著的改善作用,但也增大了膜的透湿性,降低膜的抗拉强度。当甘油添加量由5%增大到25%时,TS下降了42.03%,E增大了192.51%,WVP由30.67 g·mm/m2·d·Kpa增大到50.18 g·mm/m2·d·Kpa。另外,甘油的添加略微增大了膜的黄色值。3. MC对HACS-CS复合膜的机械性能和阻湿性有较好的改善作用。与未添加MC的膜相比,MC添加量为5%的复合膜的TS与E分别增大了57.15%和62.19%,WVP降低了40.66%。而且MC对复合膜的颜色值没有显著影响。4. HACS-CS复合膜对荷兰豆有良好的保鲜效果。用HACS-CS复合膜进行包装处理可以减少荷兰豆的腐烂率、重量损失以及VC和叶绿素的损失。其中配方为HACS:CS=2:1、甘油添加量为20%的复合膜的保鲜效果最好。5.交联淀粉在偏光显微镜下依然能观察到偏光十字。交联对淀粉颗粒的膨胀有很强的抑制的作用,使淀粉在高温高压(121℃,0.11Mpa)溶胀中依然保持颗粒形态。并且在高交联程度下,淀粉颗粒中依然存在少部分分子链排列有序的结晶结构。6.交联高直链玉米淀粉膜的抗拉强度随交联程度增加先增大后减小,在0.4g交联剂/100g淀粉时取得最大值,与原淀粉制备的膜相比较,TS值提高了40.17%。而断裂伸长率随交联度的增加逐渐降低。另外,低交联程度的淀粉膜表面较光滑,质地较均匀。随着交联度的增加,膜的表面出现凹坑。过高程度的交联(CLHAS-5以上)最终使淀粉不能糊化,无法成膜。7.阔叶木浆纤维能够改善复合膜的抗拉强度和透湿性。但过多纤维添加量会引起纤维聚集,不利于膜的制备。纤维的添加降低了膜的断裂伸长率和透明度。甘油的添加改善了复合膜的脆性,赋予了复合膜良好的延展性。而且适量甘油的也能增大膜的透明度。通过正交实验设计确定了最优成膜配方:甘油添加量与纤维添加量皆占淀粉干基重量的20%。此时复合膜的TS为46.91Mpa,E为2.84%,WVP为21.41 g·mm/m2·d·Kpa,透明度为23.30。SEM结果显示淀粉-纤维复合膜质地较连续均匀,没有孔隙和裂缝。淀粉与纤维之间有较好的粘附性,纤维很好的嵌合在淀粉基质中,纤维原纤化作用增大淀粉与纤维的接触面,有利于二者形成更强的相互作用力,从而提高复合膜的机械性能和阻隔性。
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