普鲁兰酶改性马铃薯淀粉复合膜的制备及应用研究

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淀粉基可降解塑料是以天然淀粉或淀粉衍生物为主要基质的一类塑料,淀粉可持续生产且可完全降解,被看作是石油基塑料产品的有效替代品。中国是马铃薯生产大国,每年都会因为储存或加工条件不当产生大量浪费,但马铃薯淀粉具有糊化温度低,糊液稳定、透明度高、粘结性强、成膜性强等优势,因此将其用作可降解塑料的原料将是解决该浪费的有效途径之一。但是淀粉的多羟基结构导致其成膜后存在韧性差、对环境湿度敏感等缺陷,为了改善这些缺陷扩大其应用范围,本文以马铃薯淀粉为基质,通过复合改性方法改善淀粉膜力学性能、光学性能及疏水性能,同时,优化配方并改善生产工艺,并且研究马铃薯淀粉复合膜对吐司面包的保鲜效果,主要研究成果如下:(1)探讨了普鲁兰酶对马铃薯淀粉复合膜性能的影响。首先以单因素试验探讨了增塑剂的种类(碳酰胺、甲酰胺)及配比、增强剂的种类(淀粉纳米晶、纳米氧化锌)及配比对复合膜力学性能及光学性能的影响,在此基础上以正交试验探讨了普鲁兰酶添加量、反应温度、反应时间、溶液pH值对复合膜拉伸强度的影响,并对其力学性能、光学性能、阻隔性能、热稳定性、微观结构及红外光谱进行了表征。实验结果表明马铃薯淀粉经普鲁兰酶脱支处理后直链淀粉含量增加了171.8%,最佳工艺制备的复合膜与未经酶解的复合膜相比,力学性能、光学性能和阻隔性能均得到明显改善,其中拉伸强度提高了19.0%,断裂伸长率提高了42.8%,透明度提高了5.6%,雾度降低了206.8%,水蒸气透过系数降低了98.4%,透油系数降低了52.5%。(2)探讨了有机试剂疏水改性体系浸泡法及月桂酸酯化改性法两种方法对马铃薯淀粉复合膜接触角大小的影响。在有机试剂改性法中探讨了马铃薯淀粉复合膜在十八烷基三氯硅烷-正己烷体系中的浸泡时间对复合膜接触角、力学性能及光学性能的影响,实验结果表明,当改性时间为9h时,接触角达到最大值154.1°。在月桂酸酯化改性法中以单因素试验探讨了月桂酸添加量、吐温80添加量、反应时间及反应温度对马铃薯淀粉复合膜接触角的影响,以单因素试验结果设计正交试验,以接触角为指标,实验结果表明当以最佳工艺制备复合膜时,复合膜接触角达到100.3°,且其力学性能及阻隔性能均得到明显改善。(3)以最优工艺制备马铃薯淀粉复合膜,探讨了聚乙烯单膜、马铃薯淀粉复合膜/聚乙烯(外层/内层)及聚乙烯/马铃薯淀粉复合膜三种包装形式对吐司面包的保鲜效果。以吐司面包的感官品质、菌落总数、酸价及质构特性作为指标来表征吐司面包的新鲜度。实验结果表明,在相同储存条件下,各种指标均显示聚乙烯/马铃薯淀粉复合膜具有最好的保鲜效果,在储存第11d时,感官评分、菌落总数、酸价达到标准值。(4)对比了马铃薯淀粉膜、酶解马铃薯淀粉膜、增塑增强马铃薯淀粉酶解膜及月桂酸改性马铃薯淀粉酶解膜的降解率。实验结果表明,在第90d时,三种薄膜的降解率均在80%以上,其中加入增塑剂及增强剂的马铃薯淀粉酶解膜的降解率为90.70%,可见增塑剂及增强剂会提高热塑性马铃薯淀粉膜的降解率。
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