不同鹽對(duì)殼聚糖膜性能的影響

喻弘，彭春，李發(fā)彩，吳知遠(yuǎn)，喻鵬

1. 武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院（武漢 430205）；2. 湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（湘潭 411105）

傳統(tǒng)的石油基塑料制品不易降解，給環(huán)境帶來白色污染，而且其原料為不可再生資源，因此采用可再生生物降解聚合物材料來取代石油基塑料受到越來越多的關(guān)注[1]。在食品包裝領(lǐng)域，生物基膜因其良好的生物相容性、可再生性、無毒及可降解性而部分取代傳統(tǒng)的塑料包裝材料，這已成為一種趨勢(shì)[2]。殼聚糖分子鏈上氨基可和酸成鹽，易改性且成膜性良好，膜材親水并抗有機(jī)溶劑，是極有潛力的膜材之一，常被用于人工組織和包裝材料等[3-4]。為進(jìn)一步提高殼聚糖膜性質(zhì)，在殼聚糖溶液中加入其他材料，可以提高殼聚糖膜的抑菌性、抗氧化性、機(jī)械強(qiáng)度或阻水性等性質(zhì)[5-9]。關(guān)于鹽對(duì)殼聚糖膜性質(zhì)的影響少見報(bào)道。此次試驗(yàn)以殼聚糖為主要原料，研究了鹽的種類及添加量對(duì)殼聚糖膜性質(zhì)的影響，通過測(cè)定殼聚糖膜的各項(xiàng)理化指標(biāo)及掃描電鏡，旨在了解鹽對(duì)殼聚糖膜性質(zhì)的影響，以期篩選出可以改善殼聚糖膜的性質(zhì)的鹽類。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

殼聚糖（分子量110 000～150 000 Da，BIOSHARP試劑公司）；其他試劑（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

FA 1004分析天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司）；DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；722可見分光光度計(jì)（天津市普瑞斯儀器有限公司）；ZQ-990拉力機(jī)（東莞市智取精密儀器有限公司）；JEM-7500F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（日本JEOL公司）。

1.3 方法

1.3.1 殼聚糖膜的制備方法

精確稱取一定量的殼聚糖粉末，用2%的乙酸水溶液作溶劑，配制1.5%的殼聚糖乙酸水溶液，攪拌溶解至溶液澄清透明。在1 010 cm×10 cm塑料平板里加入31 g殼聚糖乙酸溶液，放在30 ℃烘箱中干燥24 h[10]。

1.3.2 添加不同鹽的殼聚糖膜的制備方法

在已配制好的殼聚糖乙酸溶液中，分別加入一定量的鹽，使鹽濃度分別為0.02，0.04，0.06和0.08 mol/L，攪拌溶解至溶液澄清透明。在10 cm×10 cm塑料平板里加入31 g成膜液，放在30 ℃烘箱中干燥24 h。

1.3.3 殼聚糖膜的透光率的測(cè)定[11]

將裁剪好的殼聚糖膜小心地放置在722型分光光度計(jì)的比色皿中，在500 nm測(cè)定膜的透過率，膜厚度均為0.06 mm。

1.3.4 殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度及最大伸長(zhǎng)率的測(cè)定

將殼聚糖膜裁剪成長(zhǎng)×寬=35 mm×32 mm的方形樣品，用游標(biāo)卡尺測(cè)定膜的厚度0.06 mm，設(shè)置標(biāo)距39 mm、測(cè)試速度50 mm/min，采用拉力機(jī)測(cè)定膜的拉伸強(qiáng)度和最大伸長(zhǎng)率[12]。

1.3.5 殼聚糖膜的掃描電鏡

取加鹽濃度為0.06 mol/L的殼聚糖膜和未加鹽的殼聚糖膜作為試驗(yàn)樣品。膜在干燥器中放置24 h后，取1 cm×4 cm膜樣品，用液氮浸沒之后進(jìn)行人工折斷，將樣品粘貼于金屬圓臺(tái)上，真空狀態(tài)下噴金，置于掃描電鏡中，電子束加速電壓為10.0 kV。觀察膜截面和表面微觀結(jié)構(gòu)，在放大倍數(shù)10 000倍和1 000倍條件下拍照截圖[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽對(duì)殼聚糖膜透過率的影響

添加不同鹽制備的殼聚糖膜的透過率見表1。純殼聚糖膜的透過率為87.95%，添加乳酸鈣后殼聚糖膜的透過率沒有變化，而添加其他鹽可以顯著降低殼聚糖膜的透過率，而且殼聚糖膜的透過率隨著鹽添加量的增大而減小，其中氯化鈣對(duì)殼聚糖膜的透過率影響最大，在濃度分別為0.06和0.08 mol/L時(shí)透過率僅為0.90%。

表1 不同鹽對(duì)殼聚糖膜透過率的影響

2.2 鹽對(duì)殼聚糖膜的力學(xué)性質(zhì)的影響

添加不同鹽制備的殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度見表2。純殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度為31.12 MPa，與純殼聚糖膜相比，添加鹽后殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度均有所降低。乳酸鈣/殼聚糖復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度在乳酸鈣濃度為0.02 mol/L時(shí)達(dá)到最低（12.94 MPa），然后隨著乳酸鈣濃度的增大膜的抗拉強(qiáng)度也逐漸增大，但均低于純殼聚糖膜。而加入乙酸鈣、氯化鈉或氯化鈣后，殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度均隨著鹽濃度的增大而減小，在鹽濃度為0.08 mol/L時(shí)達(dá)到最低，分別為24.89，11.90和7.02 MPa。氯化鉀/殼聚糖復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度在氯化鉀濃度為0.02 mol/L時(shí)達(dá)到最低（22.78 MPa）。

表2 不同鹽對(duì)殼聚糖膜抗拉強(qiáng)度的影響

添加不同鹽制備的殼聚糖膜的最大伸長(zhǎng)率見表3。純殼聚糖膜的最大伸長(zhǎng)率為32.18%，加入乳酸鈣后殼聚糖膜的最大伸長(zhǎng)率均大于純殼聚糖膜，且乳酸鈣/殼聚糖復(fù)合膜的最大伸長(zhǎng)率隨著鹽濃度的增大而增大，在乳酸鈣濃度為0.08 mol/L時(shí)達(dá)到最大，為81.54%。添加乙酸鈣或氯化鈣后，殼聚糖復(fù)合膜的最大伸長(zhǎng)率均在鹽濃度為0.02 mol/L時(shí)達(dá)到最大值，分別為62.26%和45.78%，且隨著鹽濃度的增大呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。加入氯化鉀或氯化鈉后殼聚糖膜的最大伸長(zhǎng)率則呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)，且都在0.04 mol/L時(shí)最大，分別為52.22%和73.79%。

表3 不同鹽對(duì)殼聚糖膜最大伸長(zhǎng)率的影響

2.3 殼聚糖膜的的掃描電鏡圖

不同鹽制備的殼聚糖膜的表面和斷面掃描電鏡圖片見圖1。純殼聚糖膜的表面和斷面都是比較光滑平整的；乳酸鈣/殼聚糖復(fù)合膜的表面也是比較平整的，斷面有少許裂紋；添加乙酸鈣、氯化鉀、氯化鈉之后，殼聚糖膜的表面和斷面有大量鹽的結(jié)晶顆粒；添加氯化鈣制備的殼聚糖膜表面是凹凸不平的，而且有些地方有凹陷的洞，斷面存在大量鹽的結(jié)晶顆粒。

圖1 不同鹽制備的殼聚糖膜的1 000×表面掃描電鏡圖（A）和10 000×斷面掃描電鏡圖（B）

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，添加乳酸鈣對(duì)殼聚糖膜的透過率沒有影響，而添加其他鹽均會(huì)降低殼聚糖膜的透過率，其中氯化鈣對(duì)殼聚糖膜的透過率影響最大；添加鹽可以降低殼聚糖膜的抗拉強(qiáng)度，增大殼聚糖膜的最大伸長(zhǎng)率；由掃描電鏡圖片可知，添加乳酸鈣所制備的殼聚糖膜的表面和斷面是較為光滑平整的，而添加其他鹽后殼聚糖膜的表面和斷面均變得粗糙。