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壳聚糖/明胶复合膜的制备及性能研究

刘莉莉  
【摘要】:壳聚糖是甲壳素经脱乙酰作用制得的一种天然高分子多糖,具有良好的成膜性及可生物降解性,广泛应用于食品、医药、化工等方面。明胶是从动物皮、骨等富含胶原蛋白的结蹄组织中经提纯降解后的一类高分子多肽混合物,营养成分丰富,来源广泛,成膜性能优良。本文选取明胶和壳聚糖作为主要成膜基质,添加甘油作为增塑剂,采用溶液共混法制得壳聚糖/明胶复合膜。先以拉伸强度和断裂伸长率为指标进行单因素实验,后以拉伸强度为指标,利用响应面法优化制膜配方;测定不同明胶含量复合膜的透光率、水溶性及溶胀比等宏观性能,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射分析(XRD)及扫描电镜(SEM)对复合膜进行微观表征;并利用热重分析(TG)对复合膜的热稳定性及热动力学进行系统研究;将复合膜应用于方便面调料包,测定复合膜的水溶性、阻氧性及水蒸气透过率等性质,具体研究内容及结果如下: (1)壳聚糖/明胶复合膜制备工艺优化。设定了甘油添加量、壳聚糖分子量、明胶凝冻强度及明胶含量4个影响因素,以拉伸强度和断裂伸长率为考查指标进行单因素实验;然后在单因素研究基础上,选取壳聚糖分子量、明胶凝冻强度及明胶含量3个因素,以拉伸强度为响应值,采用响应面法对壳聚糖/明胶复合膜的制备工艺进行了优化研究。结果得出壳聚糖/明胶复合膜的最佳工艺参数:壳聚糖分子量4.0×105、明胶凝冻强度200Bloom、明胶含量15%,按此工艺制备的壳聚糖/明胶复合膜的拉伸强度为(35.76±0.97)MPa。 (2)壳聚糖/明胶复合膜的性能测试和结构表征。对不同明胶含量的复合膜其透光率、水溶性及溶胀率等性能进行了测定,结果显示,随着明胶含量的增加,复合膜的透光率增强,水溶性及溶胀比增大;同时,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射分析仪(XRD)和扫描电镜仪(SEM)对复合膜进行表征,结果表明,明胶和壳聚糖之间存在强的氢键作用,复合膜的结晶度随明胶含量的升高而降低,当明胶比例为15%时,电镜扫描观察结果表明复合膜的相容性良好。 (3)壳聚糖/明胶复合膜的热降解研究。利用热重分析法(TG)对复合膜的热稳定性及热动力学进行了系统研究,结果可知:不同升温速率条件下,壳聚糖/明胶复合膜在氮气中的热降解为两步反应;复合膜的降解温度随升温速率的升高而增加,差热分析曲线上的峰高Rp随升温速率的增加而升高;降解率Cp及Cf均不受升温速率B的影响;复合膜热降解反应中的活化能E和频率因子A随反应程度的增加而改变,分三个过程,呈现先升高再降低的趋势。 (4)壳聚糖/明胶复合膜的应用研究。当复合膜中明胶比例为90%时,其作为方便面可食性调料包的复合膜水溶性好,在此比例下复合膜的阻氧性能较佳,水蒸气透过率较小,基本可以满足方便面调料包的应用要求。


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