利用淀粉生產(chǎn)可降解性材料研究進(jìn)展

胡麗娜 尚麗娟 王瑞軍 衣海龍

摘 要 利用淀粉生產(chǎn)可降解性材料具有許多天然的優(yōu)勢(shì)，如原料的來(lái)源廣，價(jià)格低廉，成品可以降解，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。本文從近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于利用淀粉生產(chǎn)環(huán)保型材料研究進(jìn)展入手，對(duì)不同種類的材料研究現(xiàn)狀及一些具體的應(yīng)用，進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞 淀粉 可降解材料 可降解性薄膜 熱塑性材料

中圖分類號(hào)：TQ324.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

目前，全球每年生產(chǎn)約2億噸塑料供人類使用，塑料包裝材料在促進(jìn)商品流通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也由于它的不可降解和降解速度慢等缺點(diǎn)對(duì)環(huán)境造成的危害日趨嚴(yán)重。新型的包裝材料來(lái)替代傳統(tǒng)的塑料包裝材料已迫在眉睫?？山到馓烊桓叻肿觼?lái)源于動(dòng)物、植物、微生物，是取之不盡、用之不竭的可再生資源。淀粉資源豐富且價(jià)格低廉，具有生物降解性，是一種理想的可降解性原料。

1不同途徑制備的可降解性淀粉材料

1.1淀粉制備可降解性膜材料

淀粉是一個(gè)剛性較大又帶有許多支鏈的天然大分子，在淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉通過(guò)氫鍵締合形成結(jié)晶膠束區(qū)，直鏈淀粉賦予淀粉的成膜性。薛麗等人以玉米復(fù)合變性淀粉為主料，海藻酸鈉和明膠為增強(qiáng)劑，甘油為增塑劑制備的可降解膜具有良好的機(jī)械性能和阻隔性能，可用于食品的內(nèi)包裝材料如油料包等油性物質(zhì)和豆粉、調(diào)料粉等粉料。李鳳紅等對(duì)高淀粉含量玉米淀粉膜的制備及結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明甘油塑化玉米淀粉膜的 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，并隨甘油量的增加玉米淀粉膜的結(jié)晶度下降，甘油塑化的淀粉糊為假塑性流體，其黏度隨剪切速率的增加而降低。當(dāng)?shù)矸?水質(zhì)量比為0.06時(shí)，甘油加入量為淀粉質(zhì)量的40%時(shí)，甘油塑化淀粉膜的綜合力學(xué)性能較好。馬冰潔進(jìn)行改性馬鈴薯淀粉膜研究，在馬鈴薯淀粉中添加醋酸酯淀粉、羧甲基纖維素鈉、甘油和硫酸鋁鉀作為輔助組分，可顯著提高馬鈴薯淀粉膜的性能。改性淀粉膜的抗拉強(qiáng)度比原淀粉膜提高58.5%，伸長(zhǎng)量提高17.8%，水滴滲透時(shí)間提高39.8%，膜透明度提高17.9%。

高群玉等用異淀粉酶將淀粉脫支形成直鏈淀粉，成膜后其抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和耐折度均增加。楊宜功等以玉米淀粉和NaH2PO4為原料制備的酯化淀粉可取代糯米紙。姜燕等研究了超聲波處理玉米磷酸酯淀粉膜液對(duì)膜性能的影響，結(jié)果表明對(duì)玉米磷酸酯淀粉基可食膜液進(jìn)行超聲波處理，并對(duì)所成膜的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、透氧率及膜表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明超聲波處理使膜的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率及阻氧性能提高，膜面均一性也有了一定的改善。

1.2淀粉制備熱塑性可降解材料

淀粉的熱塑加工的前提是破壞或者削弱淀粉本身存在很強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間的氫鍵，氫鍵的存在導(dǎo)致其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度都高于它的分解溫度，從而不能直接像合成塑料那樣進(jìn)行直接加工，但可以通過(guò)加入一定量的增塑劑可以削弱淀粉分子間氫鍵的作用，使其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度大大降低，實(shí)現(xiàn)淀粉的熱塑加工。

土豆淀粉用甘油和水做增塑劑是通過(guò)反應(yīng)擠出得到熱塑性淀粉材料，當(dāng)它的含水量少于9%時(shí)，該淀粉材料呈現(xiàn)玻璃態(tài)，其彈性模量為400-1000Mpa，當(dāng)含水量為9-15%時(shí)，材料呈現(xiàn)出良好的韌性和較高的斷裂伸長(zhǎng)率。玉米淀粉由于直鏈淀粉含量較高，而比含有更多支鏈淀粉的土豆淀粉更容易被塑化。除甘油外，淀粉的增塑劑還有山梨醇，乳酸鈉，尿素，乙烯基乙二醇，二乙基乙二醇，聚乙二醇，以及丙三醇乙二酯等，用帶氨基的化合物作為增塑劑已經(jīng)制得一系列熱塑性淀粉塑料，它們不僅有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且還能有效的抑制淀粉的重結(jié)晶，從而提高材料的穩(wěn)定性。

周江等綜述了提高熱塑性淀粉材料耐水性的研究進(jìn)展，為了降低熱塑性淀粉對(duì)環(huán)境濕度的敏感性，可以在材料或其制品的表面引入疏水層，切斷材料中水分與環(huán)境中水分交換的路徑，進(jìn)而降低材料對(duì)環(huán)境濕度的敏感性。一種簡(jiǎn)單易行的方法就是在熱塑性淀粉制品的表面涂覆防水涂層，如可降解的玉米醇溶蛋白和殼聚糖。采用的方法是將加工成型的制品浸入涂層溶液中，取出后使制品表面的疏水涂層液固化成膜。這種方法對(duì)降低制品的環(huán)境濕度敏感性是很有效的，但是需要解決涂層與基體的粘接強(qiáng)度問(wèn)題，如涂覆在熱塑性淀粉表面上的玉米醇溶蛋白就很容易脫落。

2展望

熱塑性淀粉樹(shù)脂是目前最具發(fā)展前途的的完全生物降解材料，綜合目前國(guó)內(nèi)外科研水平，特別是我國(guó)從事天然高分子研究的隊(duì)伍與先進(jìn)國(guó)家相比還有相當(dāng)大的差距。但是從技術(shù)角度來(lái)講，全淀粉塑料仍是淀粉基生物降解塑料發(fā)展的終極目標(biāo)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和相對(duì)生產(chǎn)成本的逐步降低，全淀粉降解塑料有望在不久的將來(lái)替代普通塑料發(fā)揮其巨大潛力。

作者簡(jiǎn)介：胡麗娜（1987.5-）女，漢，山西運(yùn)城人，研究生，黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院，講師，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王佩璋，王瀾，李田華.淀粉的熱塑性研究[J].中國(guó)塑料，2002，16（04）：39-43.

[2] 薛麗，活潑，李惠，李王君，俞遠(yuǎn)志，傅嬌嬌.玉米復(fù)合變性淀粉膜的制備工藝研究[J].糧油食品科技，2009（03）：14-16.

[3] 李鳳紅，吳全才，趙文凱，楊旭鵬，汪志香.高淀粉含量玉米淀粉膜的制備及結(jié)構(gòu)性能研究[J] . 現(xiàn)代化工，2009（12）：43-47.

[4] 馬冰潔，于鴻雁，唐洪波，劉公召.改性馬鈴薯淀粉膜研究[J].糧油加工，2008（10）：101-103.

[5] 張俐娜.天然高分子科學(xué)與材料[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[6] 周江，馬云海.提高熱塑性淀粉材料耐水性的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)， 2009，23（01）：106-109.