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本项目属国家自然科学基金项目《高强度可食性魔芋葡甘聚糖薄膜成膜基础研究》(批准号:29876017)的部分研究内容之一。项目应用天然大分子改性技术和红外、电镜分析手段,研究了魔芋葡甘聚糖(KGM)的流变特性、KGM的改性与改性KGM膜疏水特性、力学性能,研究结果表明:
1.KGM溶胶粘度的对数(lgη)与浓度正相关,表现出非牛顿流体特征;溶胶粘度随温度上升而下降,且变化满足阿累尼乌斯方程(指数方程);溶胶粘度受ph值影响较大;在增塑剂的作用下,溶胶粘度均有增加。
2.改性KGM膜较未改性KGM膜(CK)的疏水性均有显著提高。KGM/丙烯酰胺改性膜吸水率为103.52%,KGM/丙烯酸甲酪改性膜吸水率为95.83%,KGM/乙酸乙烯酯改性膜吸水率为78.59%,KGM/丙烯酸改性膜吸水率为72.53%,分别为未改性KGM膜的15.78%、14.61%、11.98%、11.06%。KGM/丙烯酸改性膜的疏水效果较好,而KGM/丙烯酰胺改性膜的疏水效果相对较差。
3.改性KGM膜力学性能与对照KGM膜相比均有所提高。KGM/丙烯酰胺改性膜拉伸强度和断裂伸长率分别为29.87Mpa和143.32%,与对照相比分别提高了180.47%和17.3倍;KGM/丙烯酸甲酯改性膜拉伸强度和断裂伸长率分别为17.92Mpa和53.65%,与对照相比分别提高了68.26%和5.85倍;KGM/乙酸乙烯酯改性膜拉伸强度和断裂伸长率分别为20.38Mpa和62.95%,与对照相比分别提高了91.36%和7.04倍;KGM/丙烯酸改性膜拉伸强度和断裂伸长率分别为18.67Mpa和51.34%,与对照相比分别提高了75.31%和5.56倍。KGM/丙烯酰胺改性膜的力学性能较好,而KGM/丙烯酸甲酯和KGM/丙烯酸改性膜的力学性能相对较差。
4.红外光谱分析表明,KGM/丙烯酰胺改性膜在1662.0cm-1、1605.0cm-1及612.0cm-1处分别出现羰基和氨基特征吸收峰;KGM/丙烯酸甲酯改性膜在1707.0cm-1处出现C=O伸缩振动吸收峰,1254cm-1处出现酯基-CO-O-伸缩振动特征吸收峰,并在1377.0cm-1处出现甲酯特征吸收峰;KGM/乙酸乙烯酯改性膜在1707.0cm-1处出现酯基C=O伸缩振动吸收峰,1251.0cm-1和1015.0cm-1处分别出现乙酸酯-CO-O-和-O-CH-伸缩振动吸收峰;KGM/丙烯酸改性膜在1719.0cm-1处出现C=O伸缩振动吸收峰,1257.0cm-1处出现羧酸-CO-OH伸缩振动吸收峰。红外分析结果,KGM与上述单体均发生了接枝共聚反应。
5.扫描电镜分析表明,未经改性的KGM膜表面无裂纹,但致密性较差,而改性后KGM膜表面平整、致密,KGM和单体相面结合很好。
文中利用KGM含有活泼的羟基,通过改性制备新型的KGM衍生物,提高其疏水特性、力学性能,使其具有适合各种用途的新功能,在绿色食品开发、农业、医疗保健、石油化工、日用化工、环保及建筑材料等领域都具有良好的应用和开发前景。