淀粉基復(fù)合膜的制備及其反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、針對塑料食品包裝造成的嚴(yán)重環(huán)境污染問題，可食用和生物降解的環(huán)保型聚合物受到了越來越廣泛的關(guān)注。在這些天然聚合物材料中，淀粉因其米源廣泛、可再生和價格低廉而被看作是最有潛力的聚合物材料之一。由于儲藏方面的原因以及低效率的加工方式，每年大概有15％的甘薯被浪費(fèi)掉。用甘薯淀粉作為成膜基材制備淀粉基包裝降解材料，將是一種解決該浪費(fèi)的有效方法。然而由于天然甘薯淀粉物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的局限性，將其制膜后存在著機(jī)械性能不佳和對環(huán)境濕度的敏感性較大等缺

2、點(diǎn)，都限制了甘薯淀粉膜的應(yīng)用推廣。為了克服這些缺陷，本文將從增塑劑的添加、淀粉的改性修飾和脂肪酸的添加等方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要試驗(yàn)結(jié)果如下:
　　(1)擠壓法制膜工藝的研究
　?、偌尤敫视秃?，淀粉糊各特征點(diǎn)黏度值發(fā)生不同程度的變化，相比甘油/淀粉比為0/1時，當(dāng)甘油/淀粉比為0.45/1時，峰值黏度、谷黏度、崩解值、終黏度、回生值分別降低了59.5％、46.8％、78.1％、51.1％、60.9％;當(dāng)甘油/淀粉比為0.25

3、/1時，抗拉強(qiáng)度最高，達(dá)到5.7 MPa;當(dāng)甘油/淀粉比為0.45/1時，斷裂伸長率最大，達(dá)到16％;當(dāng)甘油/淀粉比為0.45/1時，WVP值較甘油/淀粉比為0.25/1時增大了19.9％;當(dāng)甘油/淀粉比在0.3/1～0.4/1之間時，淀粉膜的透光率均達(dá)到80％左右，甘油/淀粉比為0/1、0.25/1和0.45/1時，淀粉膜的透光率均低于70％;加入甘油后，結(jié)晶度降低了42.5％;紅外光譜和核磁共振分析結(jié)果表明，加入甘油后甘油和淀粉分子

4、之間形成了新的氫鍵;當(dāng)甘油/淀粉比在0.3/1～0.4/1之間時，較大淀粉顆粒的數(shù)量減少并且淀粉膜呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)，團(tuán)聚現(xiàn)象基本消失;隨著甘油量的增加，淀粉膜的熱封性能提高，延緩了淀粉膜的老化作用。當(dāng)甘油/淀粉比在0.3/1～0.4/1之間時，甘油和淀粉的相容性較好，甘油對淀粉有較好的塑化效果。
　　②酯化改性時適宜的過氧化苯甲酰添加量為0.7％;隨著馬來酸酐用量的增加，酯化反應(yīng)的取代度隨之增加;紅外光譜表征，經(jīng)酯化改性后，在1706

5、.12cm-1、1718.02cm-1和1723.97cm-1的位置分別出現(xiàn)了明顯的酯基官能團(tuán)C=O的伸縮振動吸收峰，在3200cm-1～3600cm-1處的淀粉羥基的伸縮振動吸收強(qiáng)度變?nèi)?核磁共振譜圖顯示， C1對應(yīng)的信號峰在101.3ppm處，C2,3，5對應(yīng)的信號峰在72.5ppm處，C4對應(yīng)的信號峰在81.7ppm處，C6對應(yīng)的信號峰在61.9ppm處， C7位置處的乙烯基峰出現(xiàn)在129ppm處，表明馬來酸酐分子基團(tuán)接枝到淀粉分

6、子鏈上;熱重分析結(jié)果表明，酯化改性后淀粉大分子開始熱分解的溫度由270℃延后到290℃(0％)、295℃(1％)、290℃(3％)、286℃(5％)和287℃(7％)，酯化的甘薯淀粉的熱穩(wěn)定性有所增加;掃描電鏡結(jié)果顯示，酯化的甘薯淀粉顆粒表面變得粗糙，結(jié)構(gòu)變得松散，淀粉顆粒形狀發(fā)生不規(guī)則改變;淀粉膜的透光率在馬來酸酐用量為0％～3％區(qū)間時，隨馬來酸酐用量增加而逐漸增大;與對照組相比，當(dāng)馬來酸酐用量為3％時，淀粉膜的抗拉強(qiáng)度降低了25.2

7、％，斷裂伸長率增加了56％，水蒸氣透過率增加了5.7％;紫外老化處理結(jié)果表明，在老化時間為30天時，對照組淀粉膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率分別下降了23％和41.81％，馬來酸酐用量為3％時所成膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率分別下降了12.5％和16.3％，酯化后延緩了淀粉膜的老化。
　?、弁ㄟ^響應(yīng)面試驗(yàn)，確定了擠壓法制膜試驗(yàn)工藝條件和淀粉膜組分的最優(yōu)配比為:甘油/淀粉比0.332/1，MAH添加量1％，螺桿轉(zhuǎn)速25.1 r/min，擠壓溫

8、度120.5℃。
　　(2)溶液流延法制膜工藝的研究
　?、賹Φ矸圻M(jìn)行方法Ⅰ（淀粉加熱后添加硬脂酸）處理時，生成的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物分布在淀粉顆粒表面和內(nèi)部，而對淀粉進(jìn)行方法Ⅱ（淀粉加熱前添加硬脂酸）處理時，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物主要分布在淀粉顆粒表面;加熱后添加硬脂酸（方法Ⅰ）對淀粉糊化特性的影響更為顯著，與對照組相比，淀粉-硬脂酸（方法Ⅰ）的峰值黏度和崩解值分別下降了17.4％和33.0％，而淀粉-硬脂酸（方法Ⅱ）的峰值

9、黏度和崩解值分別下降了6.0％和25.7％;差示掃描量熱分析結(jié)果顯示，甘薯淀粉糊化的峰起始溫度，峰值溫度和峰結(jié)束溫度分別為67.3℃(To)，71.3℃(Tp)和82.7℃(Tc)，與對照組相比，處理Ⅰ和處理Ⅱ的淀粉均出現(xiàn)了直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的熔融峰（91.9-109.1℃，方法Ⅰ;93.1-108.4℃，方法Ⅱ）;掃描電鏡結(jié)果顯示，與對照組相比，處理Ⅰ的甘薯淀粉完整淀粉顆粒的數(shù)量減少，處理Ⅱ的淀粉顆粒的完整性基本保持不變;X-衍射分

10、析結(jié)果表明，處理Ⅰ和處理Ⅱ的甘薯淀粉在20.15°出現(xiàn)了直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的特征峰，加入硬脂酸后，甘薯淀粉的結(jié)晶度由36.42％降低到25.72％（方法Ⅰ）和29.34％(方法Ⅱ);核磁共振分析顯示，在31.6ppm附近出現(xiàn)了脂肪酸碳鏈對應(yīng)的核磁共振信號峰;與對照組相比，處理Ⅰ和處理Ⅱ的淀粉膜透光率(600 nm)分別降低了10.1％和5.1％;接觸角測試結(jié)果表明，加入硬脂酸后，接觸角由48.3°增大到56.0°（方法Ⅰ）和86.3°

11、（方法Ⅱ）;與對照組相比，加入硬脂酸后，淀粉膜的抗拉強(qiáng)度增大了5％（方法Ⅰ）和10.3％（方法Ⅱ），斷裂伸長率降低了42.7％（方法Ⅰ）和34.5％（方法Ⅱ）。
　?、赗VA分析結(jié)果表明，與對照組相比，加入花生酸(C20∶0)、硬脂酸(C18∶0)、棕櫚酸(C16∶0)等長鏈脂肪酸后，峰值黏度和崩解值分別下降4.5-7.0％和8.1-28.3％;而加入肉豆蔻酸(C14∶0)、月桂酸(C12∶0)等短鏈脂肪酸后，峰值黏度和崩解值分別

12、下降了13.2-16.4％和48.6-58.8％;加入飽和脂肪酸后，直鏈淀粉的Mw由1.20×105降低到5.10×104-9.72×104;掃描電鏡分析結(jié)果顯示，加入短鏈脂肪酸所形成的復(fù)合膜的表面更加平滑，而加入長鏈脂肪酸所形成的復(fù)合膜表面相對比較粗糙;機(jī)械性能測試結(jié)果表明，加入C20∶0、C18∶0、C16∶0等長鏈脂肪酸后形成的淀粉膜的抗拉強(qiáng)度增大了5.5％-14.5％，而加入C14∶0、C12∶0等短鏈脂肪酸所形成的淀粉膜抗拉強(qiáng)