殼聚糖可食性膜的制備及其機(jī)械性能的研究

趙 珺，王 西，吳修利

(長春大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130022)

殼聚糖可食性膜的制備及其機(jī)械性能的研究

趙 珺，王 西，吳修利

(長春大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130022)

實(shí)驗(yàn)制備了殼聚糖的可食性膜,考察了殼聚糖濃度、堿處理時(shí)間、干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)制備的殼聚糖膜最大力及抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)論：殼聚糖經(jīng)堿處理后，當(dāng)殼聚糖濃度為2%,堿處理時(shí)間為3h，干燥溫度50℃，干燥時(shí)間3h，殼聚糖膜的機(jī)械性能達(dá)到最優(yōu)；同時(shí)，紅外光譜表明殼聚糖成膜后結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變。

殼聚糖；機(jī)械強(qiáng)度；膜

食品可食用膜、保鮮涂膜、生物可降解包裝膜、醫(yī)療用膜、分離濾膜、防水膜等都可以利用殼聚糖制備獲得，因其優(yōu)異的生物性能、成膜成纖性、安全無毒等一系列的優(yōu)勢(shì)廣泛用于醫(yī)療、家庭用品、食品包裝等方面[1]。殼聚糖膜性能與殼聚糖分子的結(jié)構(gòu)及成膜材料的配比組成有關(guān)系，殼聚糖成膜后在食品保鮮、膜分離及醫(yī)藥領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景[2]。

殼聚糖抗菌膜的研究應(yīng)用方面仍存在許多問題，如膜的抗菌及機(jī)械性能還不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，為節(jié)約成本，需要從生產(chǎn)工藝等方面改善提高殼聚糖膜的機(jī)械性能，進(jìn)而節(jié)約資源[3]。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

殼聚糖：脫乙酰度84%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；其余試劑均為分析純。XMT-DA數(shù)顯調(diào)節(jié)儀：余姚市亞星儀器儀表有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵：鞏義市英峪予華儀器廠；FA1104N-電子天平：上海精密儀器有限公司；GZX-9070MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；電子萬能儀試驗(yàn)機(jī)：上海傾技儀器儀表科技有限公司。AVATAR傅里葉變換紅外光譜儀：美國Nicolet公司。

1.2 方法

1.2.1 殼聚糖膜的制備及機(jī)械性能研究

稱取適量的殼聚糖，加入2%的乙酸溶液中攪拌至溶解，離心分離雜質(zhì)，獲取上清液超生波脫泡處理。室溫下流延法制膜，放入生化培養(yǎng)箱，在特定溫度下讓溶劑揮發(fā)一定時(shí)間，堿處理一定時(shí)間后，蒸餾水進(jìn)行沖洗至中性，干燥后獲得殼聚糖膜[3]。通過電子萬能儀試驗(yàn)機(jī)對(duì)膜進(jìn)行拉伸測(cè)定。

圖1 殼聚糖濃度對(duì)成膜機(jī)械性能影響

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)條件對(duì)殼聚糖膜機(jī)械性能的影響

2.1.1 殼聚糖濃度

控制其他因素不變，改變殼聚糖用量制成膜后，考察機(jī)械性能的變化，結(jié)果圖1所示。在測(cè)定范圍內(nèi)，隨殼聚糖用量的逐漸增加，膜最大力值與抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)為先增加后減小，當(dāng)殼聚糖用量為2%時(shí)機(jī)械性能達(dá)到最大值。這主要由于殼聚糖濃度影響了分子排列，在低濃度時(shí)分子排列較規(guī)整，濃度過高時(shí)雜亂，影響了成膜機(jī)械強(qiáng)度的大小。而且濃度過小，鑄膜液流動(dòng)性大，干燥后薄膜厚度不均勻，且不易成膜和揭膜；濃度過大，鑄膜液粘稠，難脫泡，不易涂膜均勻。

注：乙酸濃度2%，干燥溫度50℃，干燥時(shí)間4h，NaOH濃度4%，堿處理時(shí)間3h。

2.1.2 堿處理時(shí)間

浸泡時(shí)間長短直接影響著殼聚糖膜中的醋酸分子與堿液中和是否完全，控制其他因素不變，改變堿處理時(shí)間，測(cè)定成膜后機(jī)械性能的變化，如圖2所示。浸泡3 h 時(shí)可以得到抗拉強(qiáng)度最大的殼聚糖膜。時(shí)間過短，膜難以取下，揭膜過程中容易破裂；時(shí)間太長，由于堿液有一定的侵蝕作用，導(dǎo)致膜性能的降低。因此，在測(cè)定范圍內(nèi)，選擇浸泡 3 h 作為在堿液中的浸泡時(shí)間。

圖2 堿處理時(shí)間對(duì)成膜機(jī)械性能影響注：殼聚糖2g，乙酸濃度2%，干燥溫度50℃，干燥時(shí)間4h，NaOH濃度4%。

2.1.3 干燥溫度

控制其他因素不變，改變干燥溫度，測(cè)定成膜后機(jī)械性能的變化，如圖3所示。在測(cè)定范圍內(nèi)，干燥溫度50℃時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值。干燥溫度直接影響水分蒸發(fā)速度，低溫干燥成膜，分子運(yùn)動(dòng)速度過緩，不利于分子有序結(jié)構(gòu)的排列；高溫干燥成膜，鑄膜液粘度降低，且高溫使液體溶劑蒸發(fā)速度過快，聚合物分子在未形成均勻聚集態(tài)前被過早的沉積，因而薄膜的致密度較低，且不均勻，容易形成氣泡等，從使機(jī)械強(qiáng)度下降；適中的干燥溫度，使膜基質(zhì)形成過程中，殼聚糖分子可有序排列，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，致密度也較好。

圖3 干燥溫度對(duì)成膜機(jī)械性能影響注：殼聚糖2g，乙酸濃度2%，干燥時(shí)間4h，NaOH濃度4%，堿處理時(shí)間3h。

2.1.4 干燥時(shí)間

控制其他因素不變，改變干燥時(shí)間，測(cè)定成膜后機(jī)械性能的變化，如圖4所示。在測(cè)定范圍內(nèi)，干燥3h時(shí)機(jī)械性能達(dá)到最大。干燥時(shí)間長短決定膜結(jié)構(gòu)中溶劑含量，時(shí)間過短水分蒸發(fā)不完全，無法形成固定的膜結(jié)構(gòu)，干燥時(shí)間過長，

直接影響膜內(nèi)部致密性結(jié)構(gòu)，變脆不易揭膜。

圖4 干燥時(shí)間對(duì)成膜機(jī)械性能影響注：殼聚糖2g，乙酸濃度2%，干燥溫度50℃，NaOH濃度4%，堿處理3h。

2.2 紅外光譜對(duì)殼聚糖成膜后結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究

紅外光譜圖中3400 crn 左右，是形成氫鍵締合的-OH伸縮振動(dòng)吸收峰與一NH的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊而增寬的多重吸收峰。殼聚糖分子中存在著大量的鏈內(nèi)、鏈間氫鍵，因氫鍵的長短和強(qiáng)弱不等，使其伸縮峰出現(xiàn)在一較寬的頻率范圍內(nèi)。在29l8.88-2922.4 cm-1與2880.4～2881.7 cm-1處分別為C-H的兩個(gè)伸縮振動(dòng)吸收峰。1656.1～1657.8 cm-1處有較強(qiáng)的酰胺I吸收峰。不同樣品該峰的位移不大，所以常用該峰來測(cè)定殼聚糖的脫乙酰度[5]。1591.5～1598.8cm-1處為酰胺Ⅱ吸收峰。酰胺Ⅱ峰的峰值隨脫乙酰度的提高而降低，故該峰也作為紅外法測(cè)定脫乙酰度的基礎(chǔ)。但該峰的峰位很易變化。=CH2彎曲和-CH3變形吸收峰，在1420 cm -1422.5cm-1。C-H彎曲和-CH3對(duì)稱變形振動(dòng)吸收峰很少受其它因素的影響，均在1379cm-1處。指紋區(qū)中，可見到C-O伸縮振動(dòng)的強(qiáng)吸收峰，指紋區(qū)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)變化非常敏感，但圖中指紋區(qū)圖譜非常相似，說明兩種樣品基本結(jié)構(gòu)相同。

圖5 殼聚糖及膜紅外光譜圖A殼聚糖膜 B殼聚糖

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)制備了殼聚糖的可食性膜,考察了殼聚糖濃度、堿處理時(shí)間、干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)制備的殼聚糖膜最大力及抗拉輕度的影響。結(jié)論：殼聚糖經(jīng)堿處理后，當(dāng)殼聚糖濃度為2%，堿處理時(shí)間為3h，干燥溫度50℃，干燥時(shí)間3h，殼聚糖膜的機(jī)械性能較為優(yōu)良。

紅外光譜檢測(cè)殼聚糖成膜前后的結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示：殼聚糖進(jìn)行處理成膜后，基本結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，仍保有原來的特征峰，由于濃度較低特征峰明顯程度降低。

[1] 王西,吳修利,趙珺.殼聚糖微球制備方法及其在醫(yī)藥應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào),2015,25(10):64-67.

[2] 胡宗智,游敏，等.殼聚糖在膜分離上的應(yīng)用[J].峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，25(5)：460-463.

[3] 陳佳陽,陳實(shí),樂學(xué)義.殼聚糖抗菌膜的研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(12):122-126.

[4] 吳國杰,黎碧娜,崔英德，等.殼聚糖膜的研制[J].現(xiàn)代化工,2000,20(6):34-37.

[5] 趙國駿,姜涌明,孫龍生，等.不同來源殼聚糖的基本特性及紅外光譜研究[J].功能分子學(xué)報(bào),1998(3):403-407.

責(zé)任編輯：程艷艷

Study on Preparation of Edible Film of Chitosan and Its Mechanical Properties

ZHAO Jun, WANG Xi, WU Xiuli

(College of Food Science and Engineering,Changchun University, Changchun 130022, China)

The edible film of chitosan is prepared by an experiment, in which the influences of the chitosan concentration, alkali treatment time, drying temperature and drying time on the maximum force and tensile strength are investigated. The mechanical properties of the chitosan film achieve good results when the concentration of chitosan is 2%, alkali treatment time is 3h, drying temperature is 50℃ and drying time is 3h； At the same time, infrared spectroscopy shows that the structure of chitosan does not change after film formation.

chitosan; mechanical strength; film

2016-11-10

吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20140101099JC)

趙珺(1970-)，女，吉林長春人，教授，博士，主要從事食品專業(yè)教學(xué)科研方面研究。

TB484.6

A

1009-3907(2017)02-0024-04