论文部分内容阅读
摘 要：以变性淀粉和水溶性壳聚糖为主要成膜物质，通过添加脂肪类材料来增强可食膜的阻隔性能。采用流延的方法制备可食性包装膜，并对可食膜的力学性能、阻隔性能等进行了测试。实验结果表明：当壳聚糖溶液与变性淀粉糊溶液以体积比为60∶40共混时，可食膜的综合性能最好。
关键词：变性淀粉；壳聚糖；力学性能；阻隔性能
一、可食性膜的特性
1.可食性膜的特性
可食性膜主要通过防止气体、水汽和溶质等的迁移来避免食品在运输过程发生风味、质构等方面的变化，进而保证食品的质量。概括说，它具有如下属性特性：
（1）可食性膜具有一定的营养价值，有的能被人体消化，有的食用膜本身对人体具有保健作用。
（2）可食性膜为可降解膜，在环境中仍可被微生物降解，不会造成环境污染。
（3）它可用于食品小量包装，单位食品包装，与食品直接接触，防止食品被污染。
（4）可食性膜制作中可加入一些风味剂、着色剂、营养强化剂等，以改善食品品质及感官性能，增强食欲。
（5）可食性膜还可以作为防腐剂、抗氧化剂的载体，在食品表面控制它们进入食品内部的扩散速度，有利于降低这些添加剂的用量。
（6）可食性膜可以加入到异质食品的内部界面，以防止食品组分间的水分和溶质的迁移而导致食品变质，或影响食品质量。
从目前的情况来看，可食膜还普遍存在3点不足：其一，抗拉力不够强；其二，耐水性较差；第三，耐高温能力差，故可食性膜的适用面还很窄，很难适应食品包装多样性的要求，加之，成本较高等原因，商业上应用成功的并不多，远远不能取代合成高分子塑料膜，但塑料食品包装袋为可食性包装所取代则是发展的必然，所以需研究新型的成膜材料与成膜条件，研制开发性能更优良的、功能各异的可食性食品包装膜。
二、实验
1.材料和仪器
交联羟丙基淀粉、水溶性壳聚糖、丙三醇（分析纯）、硬脂酸（分析纯）、软脂酸（分析纯）、恒温水浴锅、电动搅拌器、循环水式真空泵、透气测定仪、微机控制电子万能试验机、恒温恒湿箱。
2.可食膜的制备工艺
取一定量的水溶性壳聚糖，用蒸馏水溶解，配制成2%的壳聚糖溶液，备用；取一定量交联羟丙基淀粉溶于蒸馏水中，在95℃下糊化0.5 h，备用将上述两种溶液按所需比例（体积比，后同）混合，添加适量的甘油作为增塑剂，并分别添加0.1%的硬脂酸、软脂酸、硬脂酸和软脂酸的混合物（质量比为1∶1），在85℃共混0.5 h，再将共混液进行过滤、减压脱泡、静置后流延成膜。
3.共混膜的性能测试
（1）力学性能测试参照GB /T 13022-91。
（2）可食膜的透氧性能测试参照：GB /T 1038-2000，选取表面平整、清洁，无压痕、无皱褶、无划伤的待测膜，试样尺寸为直径不小于120 mm的圆片，厚度（65±5）μm。
（3）可食膜的透湿性能测试参照GB 1037-88。
三、结果与讨论
1.壳聚糖与淀粉共混的不同比例对可食膜性能的影响
（1）力学性能。壳聚糖-淀粉的共混比例对膜的力学性能的影响见图1：
图1壳聚糖-淀粉的共混比例对膜的力学性能的影响
Fig.1 The effect of blend proportion onmechanical properties of the film
可以看出，随着共混膜中壳聚糖含量的减少，淀粉含量的增多，共混膜的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势，当壳聚糖溶液与淀粉溶液的共混体积比为60∶40时，共混膜的拉伸强度最大，达38.15 MPa，比壳聚糖单一膜提高了52.84%，当壳聚糖溶液与淀粉溶液的共混体积比例为80∶20时，共混膜的断裂伸长率达最大值，比壳聚糖单一膜提高了28.96%。共混膜强度提高的原因之一可能是壳聚糖分子在淀粉糊化的条件下与淀粉分子均匀混合，而壳聚糖本身具有一定的粘度，其分子中有较多的羟基和氨基，反应活性好，与淀粉分子链有充分的物理交联；其次，壳聚糖分子中的羟基与氨基与淀粉分子中的羟基可形成氢键，强烈的氢键作用也可使共混膜的强度达到最大[1-3]。
（2）透氧性能。壳聚糖-淀粉共混比例对膜的透氧系数的影响见图2，可以看出，随着淀粉含量的增多共混膜的透氧系数先逐渐降低，当共混体积比为60∶40时，透氧系数最小，随后又逐渐上升。分析其原因，向壳聚糖溶液中加入少量淀粉糊溶液时，体系中的壳聚糖分子和淀粉分子有了一定的共混，两种高分子的链段互相扩散并缠结在一起。此外，两种分子之间能够形成较强的氢键作用，导致体系中的自由体积变小，阻碍了气体的溶解和扩散，因此使得共混膜的透氧系数有所下降，当共混体积比为60∶40时，共混膜的致密性达到最好，此时透氧系数达最低值。当继续增加淀粉含量时，体系中淀粉由分散相变成了连续相，且出现了轻微的相分离现象，使得共混膜的致密性有了一定程度的下降，因此透氧系数又呈现上升趋势。
图2壳聚糖-淀粉共混比例对膜的透氧系数的影响
Fig.2 The effect of blend proportion on oxygen permeability coefficient of the film
（3）透湿性能。
图3 壳聚糖—淀粉共混比例对膜透湿系数的影响
Fig.3 The effect of blend proportion on Moisture permeability of the film
壳聚糖-淀粉共混比例对膜透湿系数的影响见图3，可知，随着壳聚糖含量的相对减少，淀粉含量的相对增多，共混膜的透湿系数先出现下降趋势，在共混体积比为60∶40处达到最小，之后随着淀粉含量的继续增多，共混膜的透湿系数又开始逐渐上升。这可能是由于在体积比为60∶40处壳聚糖分子与淀粉分子之间的相互作用最强，此时形成的膜致密性最好，使得水蒸气更难以透过共混膜。
本实验以水溶性壳聚糖和改性淀粉作为成膜基材，可以使制备工艺更简单。试验中得出当水溶性壳聚糖溶液与交联羟丙基淀粉糊溶液以体积比为60∶40共混时，所成膜的综合性能最好。
参考文献：
[1]聂柳慧，韩永生.壳聚糖-淀粉共混薄膜的制备与研究[J].包装工程，2005，26（6）：73-75.
[2]田春美，钟秋平.木薯淀粉/壳聚糖可食复合膜的制备及性能研究[J].食品研究与开发，2006，27（7）：25-29.
[3]王群，杜予民，等.壳聚糖-淀粉-苯甲酸钠三元共混膜的结构和性能[J].武汉大学学报，2003，49（6）：725-730.
关键词：变性淀粉；壳聚糖；力学性能；阻隔性能
一、可食性膜的特性
1.可食性膜的特性
可食性膜主要通过防止气体、水汽和溶质等的迁移来避免食品在运输过程发生风味、质构等方面的变化，进而保证食品的质量。概括说，它具有如下属性特性：
（1）可食性膜具有一定的营养价值，有的能被人体消化，有的食用膜本身对人体具有保健作用。
（2）可食性膜为可降解膜，在环境中仍可被微生物降解，不会造成环境污染。
（3）它可用于食品小量包装，单位食品包装，与食品直接接触，防止食品被污染。
（4）可食性膜制作中可加入一些风味剂、着色剂、营养强化剂等，以改善食品品质及感官性能，增强食欲。
（5）可食性膜还可以作为防腐剂、抗氧化剂的载体，在食品表面控制它们进入食品内部的扩散速度，有利于降低这些添加剂的用量。
（6）可食性膜可以加入到异质食品的内部界面，以防止食品组分间的水分和溶质的迁移而导致食品变质，或影响食品质量。
从目前的情况来看，可食膜还普遍存在3点不足：其一，抗拉力不够强；其二，耐水性较差；第三，耐高温能力差，故可食性膜的适用面还很窄，很难适应食品包装多样性的要求，加之，成本较高等原因，商业上应用成功的并不多，远远不能取代合成高分子塑料膜，但塑料食品包装袋为可食性包装所取代则是发展的必然，所以需研究新型的成膜材料与成膜条件，研制开发性能更优良的、功能各异的可食性食品包装膜。
二、实验
1.材料和仪器
交联羟丙基淀粉、水溶性壳聚糖、丙三醇（分析纯）、硬脂酸（分析纯）、软脂酸（分析纯）、恒温水浴锅、电动搅拌器、循环水式真空泵、透气测定仪、微机控制电子万能试验机、恒温恒湿箱。
2.可食膜的制备工艺
取一定量的水溶性壳聚糖，用蒸馏水溶解，配制成2%的壳聚糖溶液，备用；取一定量交联羟丙基淀粉溶于蒸馏水中，在95℃下糊化0.5 h，备用将上述两种溶液按所需比例（体积比，后同）混合，添加适量的甘油作为增塑剂，并分别添加0.1%的硬脂酸、软脂酸、硬脂酸和软脂酸的混合物（质量比为1∶1），在85℃共混0.5 h，再将共混液进行过滤、减压脱泡、静置后流延成膜。
3.共混膜的性能测试
（1）力学性能测试参照GB /T 13022-91。
（2）可食膜的透氧性能测试参照：GB /T 1038-2000，选取表面平整、清洁，无压痕、无皱褶、无划伤的待测膜，试样尺寸为直径不小于120 mm的圆片，厚度（65±5）μm。
（3）可食膜的透湿性能测试参照GB 1037-88。
三、结果与讨论
1.壳聚糖与淀粉共混的不同比例对可食膜性能的影响
（1）力学性能。壳聚糖-淀粉的共混比例对膜的力学性能的影响见图1：
图1壳聚糖-淀粉的共混比例对膜的力学性能的影响
Fig.1 The effect of blend proportion onmechanical properties of the film
可以看出，随着共混膜中壳聚糖含量的减少，淀粉含量的增多，共混膜的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势，当壳聚糖溶液与淀粉溶液的共混体积比为60∶40时，共混膜的拉伸强度最大，达38.15 MPa，比壳聚糖单一膜提高了52.84%，当壳聚糖溶液与淀粉溶液的共混体积比例为80∶20时，共混膜的断裂伸长率达最大值，比壳聚糖单一膜提高了28.96%。共混膜强度提高的原因之一可能是壳聚糖分子在淀粉糊化的条件下与淀粉分子均匀混合，而壳聚糖本身具有一定的粘度，其分子中有较多的羟基和氨基，反应活性好，与淀粉分子链有充分的物理交联；其次，壳聚糖分子中的羟基与氨基与淀粉分子中的羟基可形成氢键，强烈的氢键作用也可使共混膜的强度达到最大[1-3]。
（2）透氧性能。壳聚糖-淀粉共混比例对膜的透氧系数的影响见图2，可以看出，随着淀粉含量的增多共混膜的透氧系数先逐渐降低，当共混体积比为60∶40时，透氧系数最小，随后又逐渐上升。分析其原因，向壳聚糖溶液中加入少量淀粉糊溶液时，体系中的壳聚糖分子和淀粉分子有了一定的共混，两种高分子的链段互相扩散并缠结在一起。此外，两种分子之间能够形成较强的氢键作用，导致体系中的自由体积变小，阻碍了气体的溶解和扩散，因此使得共混膜的透氧系数有所下降，当共混体积比为60∶40时，共混膜的致密性达到最好，此时透氧系数达最低值。当继续增加淀粉含量时，体系中淀粉由分散相变成了连续相，且出现了轻微的相分离现象，使得共混膜的致密性有了一定程度的下降，因此透氧系数又呈现上升趋势。
图2壳聚糖-淀粉共混比例对膜的透氧系数的影响
Fig.2 The effect of blend proportion on oxygen permeability coefficient of the film
（3）透湿性能。
图3 壳聚糖—淀粉共混比例对膜透湿系数的影响
Fig.3 The effect of blend proportion on Moisture permeability of the film
壳聚糖-淀粉共混比例对膜透湿系数的影响见图3，可知，随着壳聚糖含量的相对减少，淀粉含量的相对增多，共混膜的透湿系数先出现下降趋势，在共混体积比为60∶40处达到最小，之后随着淀粉含量的继续增多，共混膜的透湿系数又开始逐渐上升。这可能是由于在体积比为60∶40处壳聚糖分子与淀粉分子之间的相互作用最强，此时形成的膜致密性最好，使得水蒸气更难以透过共混膜。
本实验以水溶性壳聚糖和改性淀粉作为成膜基材，可以使制备工艺更简单。试验中得出当水溶性壳聚糖溶液与交联羟丙基淀粉糊溶液以体积比为60∶40共混时，所成膜的综合性能最好。
参考文献：
[1]聂柳慧，韩永生.壳聚糖-淀粉共混薄膜的制备与研究[J].包装工程，2005，26（6）：73-75.
[2]田春美，钟秋平.木薯淀粉/壳聚糖可食复合膜的制备及性能研究[J].食品研究与开发，2006，27（7）：25-29.
[3]王群，杜予民，等.壳聚糖-淀粉-苯甲酸钠三元共混膜的结构和性能[J].武汉大学学报，2003，49（6）：725-730.