改性魔芋葡甘聚糖—甲基纤维素可食膜的研究

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可食性生物聚合包装成为国内外包装材料的研究热点。魔芋葡甘聚糖是在魔芋块茎中提取的一种多糖,来源广泛,具有良好的保水性、成膜性和凝胶性,此外还具有降血脂、降血糖等生理功能,是一种优良的可食膜基材,但其团聚性和凝胶热可逆性限制了应用范围,本文通过添加甲基纤维素,克服魔芋葡甘聚糖自身缺点,对魔芋葡甘聚糖-甲基纤维素可食膜进行了研究。本文主要从三个方面对魔芋葡甘聚糖(KGM)-甲基纤维素(MC)可食膜进行了研究。分别为:KGM-MC可食膜的制备工艺、KGM-MC可食膜的基本性能和微观结构、微波-超声波改性对KGM-MC可食膜性能及结构的影响。具体的研究内容和结论如下:(1)制备KGM-MC可食膜,通过单因素试验得出各因素最优范围为:甲基纤维素添加量为0.2~0.4%(w/v),甘油添加量为0.5~1.0%(v/v),均质时间为3~9min,干燥温度为40~60℃,溶液pH值为中性。在单因素的基础上,对KGM-MC可食膜的制备工艺进行优化,确立了最佳工艺条件。分别得出了各因素对水蒸气透过系数(WVP)、断裂伸长率(E)、抗拉强度(TS)的影响大小及最优组合,经方程综合寻优得到甲基纤维素添加量为0.235%(w/v)、甘油添加量为0.61%(v/v)、干燥温度为51℃、均质时间为6min时,WVP、E、TS三个指标相对较优,分别为10.4210-10g/m·s·Pa、105.87%、10.25MPa。(2)添加不同含量的MC对KGM-MC可食膜性能的影响:随着MC的增加,E先增大后变小,TS逐渐增大,MC的添加量为0.3%(w/v)时阻水性能最好,其热稳定性随之增强;通过红外光谱(FT-IR)和扫面电子显微镜(SEM)技术分析了MC添加量对KGM-MC膜结构的影响,KGM和MC共混制膜后,两物质之间发生增效协同作用,形成均匀有序的矩阵结构,并产生新的化学键;同时研究了KGM-MC膜的等温吸湿性,GAB模型与其拟合最好。(3)应用微波、超声波、微波-超声波协同作用对KGM-MC可食膜进行改性,研究了其对KGM-MC可食膜机械性能、阻水性能和透光度的影响,并通过二次通用旋转组合试验优化微波-超声波协同改性条件。得出,以WVP为指标,当微波功率为200W,微波处理时间为17min,超声波处理时间为17min时,KGM-MC可食膜的水蒸气透过系数达到最小值,为3.4510-10g/m·s·Pa;以E为指标,当微波功率为400W,微波处理时间为15min,超声波处理时间为25min时,KGM-MC膜的断裂伸长率达到最大值,为131.81%;以TS为指标,当微波功率为400W,微波处理时间为15min,超声波处理时间为15min时,KGM-MC膜的抗拉强度达到最大值,为21.86MPa。(4)应用微波-超声波组合系统对KGM-MC可食膜改性并研究其微观结构变化。通过FT-IR谱图可以看出微波-超声波协同作用只是通外机械外力使KGM-MC混合溶液分子发生重排,提高其机械性能和阻水性能;通过对比SEM和原子力显微镜(AFM)图,看出KGM-MC膜液在微波电磁场和超声波空化双重作用下,分子产生剧烈转动和重排,膜表面形成大量且高度均匀的圆形突起,表面粗糙度增加,表面能降低;通过测定KGM-MC膜的接触角,改性后接触角增大,验证了改性后表面阻水性能提高。
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