魔芋葡甘聚糖与乙基纤维素可食性包装膜制备

魔芋葡甘聚糖与乙基纤维素可食性包装膜制备 湖北工业大学毕业论文 摘要 可食性膜是当前包装材料研究中较为热门的课题,国内外不断有新的产品和技术出现,并已应用到商品流通的许多领域,特别是食品包装和保鲜领域。对可食性膜的分类与特点、膜制备工艺与膜特性以及膜应用等方面的研究进展进行了综述。介绍了可食性膜的主要特性和优点, 总结了国内外可食性蛋白膜的研究现状, 提出了可食性蛋白膜的研究方案, 并对其应用进行了展望。以魔芋葡甘聚糖为原料, 添加5~10 %的增塑剂(甘油或山梨糖醇)、3~5%的补强剂(海藻酸钠或明胶) , 在微量碱存在下混炼制成粘稠状溶胶流延成膜。制成的可食性魔芋葡甘聚糖薄膜具有良好的耐水性、耐热性、可分解性, 较好的拉伸强度,百分伸长率, 耐折度和透明度, 今后有望成为一种新的食品包装用膜。 关键词:魔芋葡甘聚糖、高强度、可食性、薄膜 1 湖北工业大学毕业论文 Abstract Edible film is a more popular issue of the current packaging materials at home and abroad, there appear many new products and technology, and has been applied to many fields of the circulation of commodities, especially food packaging and preservation. The research progress of classification and characteristics of edible films, film preparation and membrane properties and membrane application are summarized in this article. Introduced the main character. Introduced the main characteristics and advantages of edible film, summarizes the current research status of edible protein films at home and abroad, puts forward research program edible protein film, and its prospects. With Konjac Glucomannan as raw material, add 5~10% plasticizer (glycerol or sorbitol), reinforcing agent 3~5% (sodium alginate and gelatin), in the presence of trace alkali mixing into paste sol film casting. Made of edible konjac glucomannan film has good water resistance, heat resistance, decomposability, tensile strength better, percent elongation, folding and transparency, the future is expected to become a new film for food packaging. Keywords: Konjac glucomannan, high strength, edible, thin film 2 湖北工业大学毕业论文 目录 摘要 ...................................................................................................................................... 1 Abstract ................................................................................................................................ 2 1 概述................................................................................................................................. 4 1.1 课题的来源 ........................................................................................................... 4 1.2 可食性包装膜制备简介 ...................................................................................... 4 1.3 可食性膜的分类及特点 ...................................................................................... 5 1.4 课题讨论目的 ....................................................................................................... 5 2 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究 ..................................................................................... 6 2.1 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验材料和方法 ................................................ 6 2.1.1 实验材料 ................................................... 6 2.1.2 试验方法 ................................................... 6 2.2 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验结果与分析 ................................................ 7 2.2.1 魔芋葡甘聚糖成膜材料的理化性质分析 ........................ 7 2.2.2 魔芋葡甘聚糖薄膜综合性能分析 .............................. 8 2.2.3 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验结论 ........................ 9 3 多糖可食性药物膜的开发和应用 ............................................................................... 10 3.1 可食性膜的特性要求及特点 ............................................................................ 10 3.2 多糖类可食性膜的种类 ...................................... 11 3.2.1 淀粉可食性膜 .............................................. 11 3.2.2 改性纤维素可食性膜........................................ 12 3.2.3 动植物胶可食性膜 .......................................... 13 3.2.4 壳聚糖可食性膜 ............................................ 13 3.2.5 葡甘聚糖可食性膜 .......................................... 14 3.3 多糖类可食性膜的应用 ..................................................................................... 15 4 多糖可食性包装膜的研究进展 ................................................................................... 15 4.1 多糖可食性包装膜的进展 ................................................................................. 15 3 湖北工业大学毕业论文 4.1.1 淀粉类可食用包装膜........................................ 15 4.1.2 改性纤维素可食性包装膜 ................................... 16 4.1.3 魔芋葡甘聚糖可食性包装膜 ................................. 17 5 结论与展望 ................................................................................................................... 18 5.1结论........................................................................................................................ 18 5.2存在的不足 ............................................................................................................ 18 5.3展望........................................................................................................................ 19 致谢 .................................................................................................................................... 20 参考文献............................................................................................................................. 21 1 概述 1.1 课题的来源 本课题《魔芋葡甘聚糖与乙基纤维素可食性包装膜制备》来源于湖北工业大学本科论文选题。 1.2 可食性包装膜制备简介 可食性包装膜是以天然可食性物质(如蛋白质、多糖、纤维素及衍生物等) 为原料, 通过不同分子间相互作用形成的具有多孔网络结构的薄膜。可食性包装膜与合成塑料包装膜一样具有: 1) 明显的阻水性, 可延缓食品中水和油及其它成分的迁移和扩散; 2) 具有可选择的透气性和抗渗透能力, 阻止食品中风味物质的挥发; 3) 具有较好的物理机械性能, 提高食品 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面机械强度可使其易于加工处理;4) 还可以作为食品色、香、味、营养强化和抗氧化物质等的载体; 5) 可与被包装食品一起食用, 对食品和环境无污 4 湖北工业大学毕业论文 染。为此国内外的相关研究更注重寻找新的食品包装材料,如有用高直链淀粉、动物胶、环糊精、从微生物中提取的特殊蛋白质等为材料制作可食用薄膜, 但由于其强度不充分, 或成本较高, 或耐水性较差未能得到广泛应用。近年从魔芋(Amorpho phallus konjac K. Koch) 块茎中提取出的葡甘聚糖, 其优良的成膜特性已引起国内外的重视, 本研究以葡甘聚糖为原料, 探讨高强度可食性薄膜的成膜工艺和其理化性能, 为高强度可食性薄膜的开发应用提供参考。 1.3 可食性膜的分类及特点 随着对绿色包装的呼声日益高涨,出现了新型的可食性食品包装材料。可食性食品包装薄膜,从广义上来说,是可降解生物材料的一种,就其局限在食品包装领域来说,不仅可以借助人的新陈代谢使材料得以分解,而且对人体无害,能提供对人体有益的营养物质。因此,风靡一时的塑料食品包装材料逐渐在西欧发达国家消失,取而代之的是能降解的纸质包装袋和可食性包装袋。在20 世纪90 年代初,意大利就明确表示禁止使用塑料食品包装袋,英国、美国等国家都在开发可食性食品包装薄膜,己经有了实际应用的成绩。近年来,我国科技工作者对以天然生物材料制成的可食性食品包装材料进行了研究。 可食性膜按原料大体上可分为4 类:多糖类可食性膜、蛋白质类可食性膜、脂类可食性膜和复合型可食性膜。 1.4 课题讨论目的 魔芋葡甘聚糖和其它天然植物胶如卡拉胶、黄原胶、蛋白质、淀粉等共混, 可增稠或提高胶凝的强度, 可制得高强度可降解透明薄膜利用它与其它高分子材料通过共混, 有望得到性能良好的复合膜材料, 且有些具有很好的强度和透明性及生物降解特性.有些热稳定性、保水性、机械性能有良好的改善,有些有极强拉伸强度及抗水性能和突出光透明性帅〕。尤其是壳聚糖与魔芋葡甘聚糖共混, 其透明度很高, 强度也较强, 水蒸气透过系数较纯物质有所提高随着壳聚糖含量的减少, 魔芋葡甘聚糖含量的增加, 共混膜的水溶性增加, 其延伸率和吸湿率均呈下降趋势, 这为满足不同用途需 5 湖北工业大学毕业论文 要的包装和保鲜材料开发提供一定设计参数和理论依据。魔芋葡甘聚糖利用其自身及改性后的特性, 如利用其糖昔中活性经基与纳米颗粒中金属离子的化学和物理作用, 可制备出纳米粒子含量较高的水溶性纳米材料。还可在魔芋品种通过转基因工程引入一些它不具备或不完善的基因, 如疏水基因, 可使其具备更为完善的特性。加大力度研究开发 2 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究 2.1 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验材料和方法 2.1.1 实验材料 魔芋葡甘聚糖(魔芋精粉, 特级) : 四川省安县魔芋精粉食品厂生产;增塑剂: 山梨糖醇、甘油等;补强剂: 海藻酸钠、明胶等;胶凝剂: 氢氧化钙等均为化学纯试剂 2.1.2 试验方法 试验设计: 本研究分魔芋葡甘聚糖成膜性质分析和成膜工艺分析及膜理化性质分析。前者确定主要成膜材料浓度和基本参数, 后者确定辅助成膜材料的配比和浓度。设增塑剂种类:山梨糖醇、甘油和浓度(葡甘聚糖: 增塑剂分别为1. 0 :0. 5 , 1. 0 : 1. 0) , 补强剂种类: 海藻酸钠、明胶和浓度(葡甘聚糖: 补强剂分别为1. 5 : 1. 0 , 1. 5 : 1. 5) 等多因素试验。成膜方法: 调制好的配料混炼制成粘稠状溶胶在光滑的玻板上(40 ×60cm) 流延成膜(20μm) , 在烘箱内(80~85 ?) 干燥45~60min , 取出揭膜, 保持于真空干燥箱中。检测方法: 采用GB1040 - 79 塑料拉伸实验方法, 测定各处拉伸强度、百分伸 6 湖北工业大学毕业论文 长率和耐折度等。 2.2 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验结果与分析 2.2.1 魔芋葡甘聚糖成膜材料的理化性质分析 本研究采用富含葡甘聚糖的特级魔芋精粉为基本成膜材料, 其质量标准如表1。 表1 基本成膜材料魔芋精粉理化检验 水分% 葡甘聚粘度 粒度 灰分 含砂量 外观镜检 Pa. S (40 - % % 糖% 140μm%) 9. 0 88. 3 88. 3 97 3 0. 03 颗粒透明 有光泽 无淀粉和 杂物 注: 指标均按DB/ 5100 ×11001 - 87 标准测定。魔芋葡甘聚糖具有优良的成膜性和非牛顿流体特性,见图1。从图1 中可以看出, 在0~2 %范围内, 随着魔芋葡甘聚糖浓度的提高, 溶胶粘度增加, 且增加的幅度有很大的差异。当魔芋葡甘聚糖浓度< 0. 5 %和在1~2 %范围内,溶胶粘度(lgη) 随葡甘聚糖浓度增加呈线性变化, 用Martin公式分别表示为: lgη (cp) = 10. 14C - 3. 25 R = 0. 9946 3 3 ( C < 0. 5 % ) lgη (cp) = 1. 15C + 2. 83 R = 0. 9972 3 3 (C = 1,2 %) 在0. 5,1 %范围内, 溶胶粘度(lgη) 与葡甘聚糖浓度虽不呈显著线性变化, 但仍然呈正相关。因此, 魔芋葡甘聚糖溶胶具备非牛顿流体特性。在1. 5,2 %范围内, 溶 7 湖北工业大学毕业论文 胶同时存在明显的切变稀化现象, 并随葡甘聚糖浓度增加而加强。即较低浓度溶胶长时间放置或较高浓度溶胶停止搅拌, 溶胶形成凝胶状“冻胶状态”, 重新搅拌后, 又逆转为溶胶状态, 当葡甘聚糖浓度> 2 %以后, 一般不形成溶胶而直接形成冻胶, 且不具有切变稀化现象。在微量碱的存在下, 浓度> 0. 5 %时, 溶胶也会转变成凝胶。魔芋葡甘聚糖形成凝胶后不能逆变为溶胶, 脱水后形成“雪魔芋”食品坚韧的弹性结构, 这是魔芋葡甘聚糖高强度可食性薄膜的成膜基础。 2.2.2 魔芋葡甘聚糖薄膜综合性能分析 选取魔芋葡甘聚糖含量为1. 5 %、具有显著切变稀化现象的浓度, 作为魔芋葡甘聚糖成膜的基本浓度。切变稀化在此浓度处具有较高的粘度和较好的流动性, 流延成膜效果较好, 且又临近碱凝胶点, 形成的可食性膜质薄强度高, 同时通过加入增塑剂、补强剂、胶凝剂等改善魔芋葡甘聚糖薄膜的性质。综合性能分析见表2。从表2 中可以看出, 加入增塑剂和补强剂可以显著地提高魔芋葡甘聚糖可食性薄膜的性能。具体表现在显著地提高了拉伸强度、断裂伸长和耐折度, 而这些指标恰巧是天然高分子膜与塑料薄膜相比较的缺陷。加入增塑剂后,断裂伸长、耐折度分别平均提高了72. 0 %、18. 8 % , 而拉伸强度却平均降低了10. 7 % , 增塑剂使溶胶的流动指数增加, 流延成膜容易, 膜厚平均降低了14. 4 %。这和塑料薄膜加工中的增塑剂作用相同。增塑剂配比中, 综合性能处于第一位的是山梨糖醇的配比(葡甘聚糖: 山梨糖醇为1. 0 : 0. 1) , 它的断裂伸长、耐折度分别为29. 5 % , 77 ,分别比葡甘聚糖基本成分膜提高107. 7 % , 28. 3 % , 拉伸强度仅降低5. 1 % , 且流动指数的增高, 膜厚仅0. 117μm ,比基本成分膜减少了20. 9 %。在其它指数如弹性、透明度、光洁度、可分解性、耐水性、揭膜难易上变化不大。为减少因增塑剂加入对拉伸强度的影响, 在配料成分中加入补强剂。补强剂属天然高分子物质, 具有较强的增粘增强能力。从表2 中可以看出, 加入补强剂后, 拉伸强度平均增加了62. 6 % , 拉伸强度随补强剂加入比例的增高而提高, 但使透明度、光洁度等变差, 膜厚增加, 且揭膜较难, 同时使断裂伸长平均降低了20. 8 % , 耐折度变化不显著。补强剂配比中明胶的配比(葡甘聚糖: 明胶为1.0 : 0. 03) 综合性能较好, 拉伸强度比葡甘聚糖基本成分膜增加69. 5 % , 耐折度增3. 3 % , 膜厚增加3. 4 % , 断裂伸长仅减少10. 6 %。根据葡甘聚糖基本成膜材料的理化性质分析, 结合增塑剂、补强剂加入后的性能变化, 确定高强度可食性葡甘聚糖薄膜的基本配比如下: 8 湖北工业大学毕业论文 葡甘聚糖 100g 山梨糖醇 10g 明 胶 3g 氢氧化钙 0. 1g 成膜时各成分混合物取5 份, 加水95 份, 在85~100 ?下溶胶, 搅匀、过滤后在90 ?5 ?下流延成膜。 表2 魔芋葡甘聚糖可食性薄膜综合性能分析 膜成比例 弹性 透明光洁膜厚 拉伸断裂伸耐揭可分解耐水性 分 葡甘聚糖: 度 度 强度 长 折膜性 增塑剂 度 难 葡甘聚糖: 易 补强剂 1. 0 : 0 0. 148 25. 6 142 60 葡甘好 好 好 较易 较差 聚糖 易 1. 0 : 0. 05 0. 131 25. 0 25. 0 68 山梨好 好 好 易 易 较差 1. 0 : 0. 1 0. 117 24. 3 24. 3 77 糖醇 好 好 好 易 易 较差 1. 0 : 0. 05 0. 136 23. 9 193 66 甘油 好 好 好 易 易 较差 1. 0 : 0. 1 0. 123 21. 2 287 74 好 好 好 易 易 较差 1. 5 : 0. 03 0. 153 43. 4 127 62 明胶 好 好 好 较易 较差 1. 5 : 0. 05 0. 213 49. 9 102 52 稍差 稍差 稍差 难 易 较差 难 1. 5 : 0. 03 0. 174 35. 3 114 64 海澡好 好 好 较易 较差 1. 5 : 0. 05 0. 219 37. 9 107 57 酸钠 稍差 稍差 稍差 难 易 较差 难 2.2.3 可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究实验结论 1. 魔芋葡甘聚糖是从魔芋块茎中提取的天然高分子物质, 由于其优良的束水性、胶凝性, 粘稠粘结性、溶解可逆性、悬浮性等特性, 在食品、医药、化工领域中得到广泛应用。本研究利用魔芋葡甘聚糖优良的成膜性和凝胶形成后的不可逆性, 研制高强度的可食性薄膜。这种高强度可食性薄膜拉伸强度高, 断裂伸长好, 耐折度高, 可分解,耐热, 通气防水、防潮性能好, 并可热封粘接, 可印刷,是一种新型的无毒、无公害的食品包装材料。 2. 魔芋葡甘聚糖是一种优良的天然大分子成膜材料,山梨糖醇和明胶是一种优良的增塑剂和补强剂, 本研究分别以葡甘聚糖: 山梨糖醇为1. 0 : 0. 1 , 葡甘聚糖: 明胶为1. 0 : 0. 03 的比例可得到拉伸性能、透明度、耐折度、耐性等性能优良的可食性高 9 湖北工业大学毕业论文 强度薄膜, 辅之于微量胶凝剂Ca (OH) 2 能很好地解决流延成型时的揭膜问题。 3. 魔芋葡甘聚糖形成的膜与其它天然大分子材料膜(如各种淀粉、蛋白膜等) 相比, 耐水性较好, 但和人工合成材料膜(如普通塑料膜等) 相比差异较大, 有待于通过各种改性来提高其耐水性。 4. 含葡甘聚糖的原料魔芋及魔芋加工制成品是我国传统的出口创汇产品, 由于国际市场的需求, 价格较一般农产品原料高, 因而制成的薄膜价格比淀粉可食用薄膜高,今后还需大力发展魔芋原料的生产, 这是高强度可食性魔芋葡甘聚糖薄膜开发利用的基础。 3 多糖可食性药物膜的开发和应用 3.1 可食性膜的特性要求及特点 可食性包装材料是利用本身可食用的材料成分,经组合(混合) 、加热、加压、涂布、挤出等方法而成型,在其不同的工序与工艺中,分别产生化学的、物理的变化,而从本质上不改变其可食的特性。用于不同物品包装的可食性包装材料,所用的基本材料不尽相同,但都以某种主要原料或成分来加以界定。目前我国尚无可食性包装材料的国家卫生标准,美国食品及医药管理局FDA认为,可食性包装材料应属于CRAS级(即为安全的级别) ,在可食性膜的研制生产中我们必须要十分重视可食性膜的安全性。作为一种功能性的包装材料,要使食品实现保质保量的技术性要求,可食性膜应包括有以下几方面的特性: (1)机械特性:包括抗张强度、延伸度、刚性、撕裂强度;(2)物理特性:包括透氧气率、透水蒸汽率、透芳香气率、可湿率、吸水率、抗油性; (3)光学特性:包括亮度、浑浊度、光泽度、透明度、色泽;(4)加工特性:包括粘性、阻隔性、韧性、封口密封程度、墨汁吸附性。而作为药物囊材用的可食性膜的特性要求是性质稳定,能与药物配伍,不影响药物的药理作用及含量测定而且有适宜的释药速率,另外还要有符合要求的黏度、渗透性、亲水性、溶解性等物理特性。多糖是生物大分子物质,对于作为可食性膜的主要基质材料来说,极性基团在分子链上的均匀分 10 湖北工业大学毕业论文 布,增加了高分子间氢键和静电引力的作用,能增加膜的粘性及网络结构的紧密性,从而可形成具有一定可选择透气性的网络结构。关于以多糖为基料的成膜物质中加入一些辅助成分来改善膜功能特性的研究已有开展,加入一些可塑剂如多羟基醇、蜡、油等可以增加膜的柔韧性和延展性[ 4 ] ;加入表面活性剂和乳化剂可以降低产品水分活性,减少水分损失;加入释放剂和润滑剂如矿物油、聚乙二醇、硅树脂等可以阻止产品之间相互粘结。可食性膜和传统不可食用多聚物包装材料相比,具有以下的特点: (1)有良好的阻隔性,可延缓食品中水和油及其它成分的迁移和扩散,也可作多层异质食品(如馅饼、烘馅饼、糖果)的间隔层,以预防各层食品间水分及溶质相互转移而导致质变;(2)可选择的透气性和抗渗透能力,阻止食品中风味物质的挥发,可以作为食品色、香、味、营养强化和抗氧化物质等的载体,也可在食品表面控制防腐剂、吸氧剂由表及里的扩散速度;(3)有较好的物理机械性能,如拉伸强度、撕裂强度、破裂强度、抗折强度等,可提高食品表面机械强度使其易于加工处理;(4)可生物降解,食用安全无毒性,可与被包装食品一起食用,对食品和环境无污染, 环境友好, 适应了环保生态的要求。e1可方便地对食品进行单体包装,应用于塑料包装膜的内层,可减少塑料中有害残留物向食品的迁移,同时也迎合了现代消费快捷方便的趋势。(5)可将风味剂、膨松剂制成微粒胶囊(胶丸)也可作为药物囊材,以精确控制对食品添加量或药物含量及其释放速率。因此在食品、医药行业具有广阔的应用前景,基于这些特点,国际国内食品科学界正掀起对可食性膜的研究高潮。 3.2 多糖类可食性膜的种类 多糖类可食性膜主要是利用多糖食物的凝胶作用,以多糖食品原料为基料所制得的包装材料。以植物多糖或动物多糖为基质的可食用膜主要有淀粉膜、改性纤维素膜、动植物胶膜、壳聚糖膜和葡甘聚糖膜等。 3.2.1 淀粉可食性膜 淀粉及变性淀粉是使用量最大的一种多糖。在可食性膜的制备材料中,淀粉是研究开发最早的成膜材料,也是迄今为止研究开发最多的成膜材料。但由于淀粉膜的强度低,使其用途受到很大的限制。过去主要是在成膜技术上存在难题,近年在成膜工艺 11 湖北工业大学毕业论文 与方法上通过淀粉变性而取得突破。在以玉米、土豆、小麦、豆类、薯类等农作物为基材的可食性膜材料中,以玉米淀粉改性加工成可食性包装材料最为典型。不同的淀粉由于其分子量和分子形状的差异,在成膜性和膜性能方面有显著的差别。一般来说,分子量大、直链淀粉含量高的淀粉成膜性比较好。淀粉的分子量、分子形状以及淀粉分子上连接的化学基团都是影响薄膜物理性能的主要因素。某些品种的变性淀粉,如醋酸酯淀粉、羟丙基淀粉,由于在淀粉分子上接上了醋酸基或羟丙基,因而阻止或减少了淀粉分子的氢键聚合,也因此使得这些变性淀粉分子的性质发生变化,如糊化温度降低、糊化容易,糊稳定性增加,凝沉性减弱,透明度增加,膜柔软光亮,机械强度增加等[ 5 ] 。夏杨毅、阚健全[ 6 ]等对提高淀粉可食包装膜的机械强度研究表明,以三氯氧磷交联后的淀粉膜,其断裂伸长率随交联剂用量的增大而递减,抗拉强度和直解撕裂强度先增后减。增塑可提高淀粉膜的断裂伸长率。含脂淀粉膜的机械强度随脂用量的增加而降低, 在贮藏过程中(25?,相对湿度65% ) ,其机械强度先递减后趋于稳定。Austin H 1Yang等[ 7 ]以淀粉,特别是直链淀粉(普通淀粉可用异淀粉酶脱支改性,提高直链淀粉含量)为基质,多元醇(如甘油、山梨醇、甘油衍生物及聚乙二醇等)及脂类原料(如脂肪酸、单甘油脂、表面活性剂等)为增塑剂,同时加入少量动-植物胶为增强剂,经过流延等方法制的各种淀粉可食性包装膜具有拉伸性、透明度、耐折性、水不溶性良好和透气率低的特点。美国开发的“Ediflex”是一种改性淀粉和甘油基的薄膜成型材料,这种膜完全溶解于温水中,它在高相对湿度时伸长而且相对柔软,拉延长度大于它初始长度的10% ,有良好的阻隔氧、二氧化碳和脂肪等作用。 3.2.2 改性纤维素可食性膜 纤维素是制取食品膜的重要物质。很多包装材料的成膜、增粘都离不开纤维素,以纤维素作为主要原料制取包装膜一直是各国研究热点。纤维素特别是易溶的阴离子酯化形式如羟甲基纤维素(CMC) 、非离子甲基纤维素(MC ) 、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和羟丙基纤维素(HPC) 或羟乙基纤维素(HEC)都有很好的薄膜成型性能,且具有适宜的强度、抗油脂性,柔韧、透明、无臭无味、可溶于水,对湿气和氧气具有一般的阻隔作用等特性。MC 和HPMC是热可逆胶体,可溶于水,加热到50,80?可形成坚固的胶体,冷却后又可变为溶液,对油脂的迁移阻隔效果好。MC是少亲水性的可溶纤维素的衍生物,MC膜仍非一种良好的湿气阻隔膜,它的水蒸汽渗透率仍相当高。HPC不仅是可食性的,同时也是具有热塑性的生物降解的纤维素衍生聚合物,可浇铸成型和挤压成 12 湖北工业大学毕业论文 型。HEC是唯一的热塑性亲水聚合物,可熔化,通过挤塑、注塑或模型成型薄膜。羟丙基甲基纤维素(HPM)美国已有二家公司制成纤维薄膜,它具有许多优异的性能,如对酸碱稳定,能增加肠胃蠕动,不参与人体代谢,具有一定保健作用,同时制成的膜阻隔性也较好,在50%RH条件下其透氧率比低密度聚乙烯(LDPE)低10倍左右。但是随着湿度的提高其透氧率也会增大,这是纤维素衍生物膜的不足之处。美国研制的“Edisol - M ”和“Methocel”是甲基纤维素薄膜。在0,55?温度范围下可溶于水。它的力学性能和阻隔性能良好。法国研制的“Klucel”是一种丙基纤维素薄膜,可用作阻隔氧和脂肪的可食糖衣, 以及用作胶囊或微胶囊。“Klucel”与许多高分子量的混合物相容,因而它可用以改善其它薄膜成型材料的性能。 3.2.3 动植物胶可食性膜 胶体可食性包装材料是以各种胶体物质为基料,加入一定的其它成分所制得的薄膜或涂层。这些基料主要是动物胶与植物胶。动物胶基材料有:明胶、骨胶、虫胶等;植物胶基材料有:葡甘聚糖、角叉胶、果胶、海藻酸钠、茁霉多糖等。通常加入甘油、多元醇、山梨酸酯等为增塑剂以便于成膜和增加膜的强度。日本开发的凝胶多糖( curdlan)生产可食薄膜,这种薄膜高度透明而且在低温下也很坚固,可用于包装各种冷冻、干燥和中等湿度的食品[ 9 ] 。阿拉伯胶形成的薄膜清晰透明,粘附性好但有脆性和对水敏感。Torres等[ 11 ]提出卡拉胶的改进应用,含有卡拉胶与琼脂糖的涂层可使食品表面的pH比其他部分降低015个单位,有效降低中等食品的金黄色葡萄球菌的繁殖。Arndt等[ 12 ]研究了不同浇铸条件,热处理和溶剂化处理制成的高温溶胶、室温凝胶、高温交联的琼脂糖膜,认为琼脂糖溶胶有着局部延伸性,而琼脂糖凝胶有的延伸性较小; Parris等[ 13 ]研究了影响果胶或海藻酸盐亲水薄膜水蒸气透过系数(WVP)和拉伸性质的因素,结果表明,海藻酸膜的WVP比果胶低,乳酸钠是一种有效的增塑剂,含有50%或更多乳酸钠的海藻酸膜的伸长率> 13% ,用山梨糖醇作为增塑剂使该膜的WVP最小,但膜较硬、脆,添加全脂乳的膜能有效地将WVP降低35%。 3.2.4 壳聚糖可食性膜 甲壳素(Chitin)化学名称为2-乙酰氨基-β- 1, 4葡聚糖,是一种氨基己糖。甲壳胺即脱乙酰的甲壳素,又称为壳聚糖(Chitosan) ,化学名称为2 -氨基-β- 1, 4葡聚糖,是一种天然多糖。壳聚糖膜强度较高,具有弹性,不易撕裂,这些机械性能相当于许多中等强度的合成高分子膜。美国农业研究所最先研制的壳聚糖可食性膜采用贝类或虾类提取物壳 13 湖北工业大学毕业论文 聚糖为主要原料,将壳聚糖与月桂酸结合在一起,生成均匀的可食薄膜、厚度为012,013mm,可用标准的包装设备和热封设备进行包装,外观类似普通塑料薄膜,具有质地优、透明度高、抗菌性良好、可连同被包装物食用等特点,可用于食品和药品包装,也可用于切片水果或去皮水果保鲜包装[ 14 ] 。Shinya等[ 15 ]将壳聚糖与树脂一起捏和并挤出制备食品包装容器,能抑制乳酸菌的生长从而延长了食品保质时间。Osamu[ 16 ]将壳聚糖的乳酸溶液渗入由再生纤维素制得的无纺布中而形成保鲜材料,可用于包装肉类、鱼类食品。国内也有很多人研究了壳聚糖膜的制备,吉伟之[ 17 ]等测定了壳聚糖溶液中加入添加剂后制得的膜的水蒸气透过率,添加甘油能增加透过率,而且随甘油量的增加而增大;添加硬脂酸者相反。壳聚烧糖具有独特的聚阳离子特性,可以与海藻酸钠(聚阴离子)通过静电相互作用,在海藻酸钠微囊表面复合一层聚电解质半透膜,从而提高微囊的稳定性和载药量,并可调节药物释放速度。微囊中壳聚糖含量越多,其对海藻酸钠的缓释作用越强,而且在pH14的缓冲液中缓释作用明显大于pH712的缓冲液,此研究结果可用于对胃刺激性大的药物的剂型设计[ 18 ] 。此外,以壳聚糖和羧甲基纤维素钠为主要辅料,采用复凝法和乳液相分离法相结合的工艺,可以制备水溶性药物头孢氨苄的缓释微囊。 3.2.5 葡甘聚糖可食性膜 葡甘聚糖可食性包装膜是以从魔芋块茎中提取的葡甘聚糖为基料制得。葡甘聚糖具有良好的成膜特性,但直接以魔芋精粉做的膜材料,其缺点是强度低和抗水性差,李波等[ 20 ]对魔芋葡甘聚糖溶胶加碱进行化学改性后成膜,与未改性膜相比,改性后膜的强度和抗水性显著提高;李斌等[ 21 ]对魔芋葡甘聚糖进行羧甲基化改性条件的研究。结果表明:在3g魔芋精粉, 13% 的NaOH 300g, 3mol /L 一氯醋酸100mL, 50?反应5h为最佳反应条件。与未改性相比,溶胶稳定性提高28倍,耐洗擦性提高11倍,且具有相当的耐沸水能力。罗学刚[ 22 ]以魔芋葡甘聚糖为原料,添加5%,10%的增塑剂(甘油或山梨糖醇) 、3%,5%的补强剂(海藻酸钠或明胶) ,在微量碱存在下混炼制成粘稠状溶胶流延成膜。制成的可食性魔芋葡甘聚糖薄膜具有良好的耐水性、耐热性、可分解性,较好的拉伸强度,百分伸长率,耐折度和透明度,并可热封,而且可印刷,无毒,今后有望成为一种新的食品包装用膜。 14 湖北工业大学毕业论文 3.3 多糖类可食性膜的应用 可食性膜和涂层的某些功能和非可食包装薄膜相同,如隔阻水分、气体和溶质的功能。它的功能重要性在于可根据食品类型,使其适合某种特殊应用要求见表1。例如:某种可食性膜对氧有高阻隔性,可用于食品防氧化;另一种可食薄膜对氧和二氧化碳的渗透有选择性,可用于新鲜果蔬的涂膜。一些新鲜或者冷冻食品可以在表面涂水分阻隔层或水分吸附材料以减少表面脱水。与此同时,冻肉、浸在盐水里的海产品和果蔬脱水时的溶质渗透,可涂上不渗透溶质的薄膜,使溶质渗透缓慢降低[ 23 ] 。 另外,由于多糖形成的载体系统除了具有良好的缓释或控释效果之外,还因为多糖作为基本生命物质之一,具有高亲合性、生物可降解性、靶向性等多样的生理活性,多糖类可食性膜在药物微胶囊包装及片剂药的被膜包装应用也较多。现在研究的多糖载体囊材,以纤维素、淀粉甲壳质及甲壳胺为主,但是其中通过与药物偶合而充当载体物质的则主要见于甲壳质及其衍生物。 4 多糖可食性包装膜的研究进展 可食性包装是世界食品工业新科技发展的主要趋势, 它已涉及广泛的应用领域, 如肠衣、果蜡、糖衣、糯米纸、冰衣和药片包衣等。由于可食性包装功能多样、无害环境、取材方便、可供食用, 因此近年来食品业竞相研制开发, 新产品、新技术不断涌现。多糖类可食性膜是研究最早的可食性包装膜。多糖类可食性包装材料主要是利用食物多糖的凝胶作用, 以多糖食品原料为基料所制得的包装材料。多糖类可食性包装膜根据其基料的不同, 大体上可分为淀粉膜、纤维素薄膜、葡甘聚糖等几种形式。 4.1 多糖可食性包装膜的进展 4.1.1 淀粉类可食用包装膜 淀粉是一种应用最广泛的原材料, 它是一种可再生资源, 价格便宜, 用淀粉作为膜材料有着 15 湖北工业大学毕业论文 广泛的应用前景。用原淀粉溶液制取的薄膜具有很高的拉伸强度,可满足包装纸的拉伸性能要求, 但这种薄膜有结晶化特征, 使薄膜变脆[1], 柔韧性差, 因此限制了它在可食性包装纸上的使用。淀粉可食性包装膜是可食性膜中研究开发最早的类型。近年在成膜材料与工艺和增塑剂研究方面取得了重要进展。淀粉可食性膜主要以直链淀粉为基质, 多元醇( 如甘油, 山梨醇、甘油衍生物、及聚乙二醇) 及脂类物质( 如脂肪酸、单甘油酯、表面活性剂) 为增塑剂, 少量动物或植物胶为增强剂制成。它们具有拉伸性、透明度、耐折性、水不溶性良好和透气率低等特点[2]。童群义, 朱桂兰[3]以马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉制膜,发现马铃薯膜无论是抗拉强度、抗压强度、还是透光率都优于另两种膜。胡新宇[4]等以玉米原淀粉为成膜基质, 配以甘油( 增塑剂) 和羧甲基纤维素钠( 增强剂) , 在80 ?,85 ?烘干1 h 左右, 即可得到比较理想的可食性淀粉膜。实验表明这种膜具有良好的阻湿性与阻气性。童群义、朱桂兰用马铃薯淀粉获得了具有较好机械强度的淀粉膜, 配方为: 马铃薯淀粉100 %、马铃薯淀粉醋酸酯( 取代度0.25 %) 20 %、卡拉胶5 %、海藻酸钠5 %、甘油10 %、山梨醇10 %。西北农业大学的刘邻渭通过用环氧氯丙烷和二元羰酸为交联剂, 对玉米淀粉膜进行适当的交联改性, 使淀粉膜抗拉性能提高, 透湿和透气性降低, 水溶性部分下降, 口感良好, 取得了更良好的更理想的效果。 4.1.2 改性纤维素可食性包装膜 纤维素是天然存在的最丰富的再生性高聚有机物质, 每年自然界合成的纤维素大约有1 011 亿t~1 012亿t。因此, 纤维素作为一种丰富而古老的生物能源被广泛地应用于现代工业。近年来世界各国对改性纤维素可食性包装膜的研究开发极为重视。改性纤维素有良好的成膜性质, 制得的可食性膜能够阻止食吸水或失水, 防止食品氧化和串味, 调节生鲜食品的呼吸强度, 提高食品表面机械强度, 改善食品表观。甲基纤维素( MC) 膜强度大, 阻湿和阻气性高, 水溶性大, 外观无色透明, 光泽明亮, 是一种较理想的新型可食性膜。阚健全[5]等研制了一种甲基纤维素复合膜( 甲基纤维素3 %、甘油0.2 %、明胶1.0 %、硬脂酸- 软脂酸( 1:1)0.1%) , 抗拉强度高, 具有热封性、阻油、阻气、阻湿的优良特性。我国刘邻渭、陈宗道等以甲基纤维素、羧甲基纤维素为原料, 以硬脂酸、软脂酸、蜂蜡和琼脂为增塑剂、增强剂制得半透明、柔软、光滑、入口即化的包装膜, 具有较高拉伸强度, 较小透湿、透气性的特点。庄荣玉[6]发现羟丙基甲基纤维素( HPMC) 可食性膜可以显著地( P?0.05) 延缓番茄在20 ?贮藏时的保存期。HPMC 膜可以减慢番茄的呼吸速率, 阻碍蒸腾作用, 减少水分丧失, 从而减慢番茄的 16 湖北工业大学毕业论文 后熟和硬度下降。果皮表面光洁, 富有弹性, 颜色较浅。甲基纤维素( MC) 和羟丙基甲基纤维素( HPMC) 通过热凝胶作用产生一种持水性的凝胶, 油炸时可阻碍油的进入, 使得糊的吸油量下降到50 %。 4.1.3 魔芋葡甘聚糖可食性包装膜 魔芋葡甘聚糖是从魔芋块茎中提取的天然高分子物质, 由于其优良的束水性、胶凝性、粘稠粘结性、溶解可逆性、悬浮性等特性, 在食品、医药、化工领域中得到广泛应用。魔芋葡甘聚糖形成的膜与其它天然大分子材料膜( 如各种淀粉、蛋白膜等) 相比耐水性较好, 但和人工合成材料膜( 如普通塑料膜等) 相比差异较大, 有待于通过各种改性来提高其耐水性。直接用未改性的葡甘露聚糖制膜, 存在成膜性能不良, 膜面质量及其它特性均差等缺点[7]。根据魔芋胶( KGM) 溶胶在弱碱性条件下加热形成热不可逆凝胶的独特性能, 制备耐水耐高温复合膜, 制备微波、焙烤、油炸食品的包被膜[8- 9],火腿肠衣膜[10], 快餐饭盒的涂层膜, 以及某些食品的可食性包装等。适度改性可使葡甘露聚糖脱去乙酰基, 又使其溶胀吸水性能得到一定改善, 有利于其溶胀、分子间相互关联, 从而改进成膜及膜的性能。林晓艳、陈彦、罗学刚[11]利用Ca( OH) 2 对魔芋葡甘露聚糖去乙酰基改性, 在魔芋精粉浓度为100 g/mL, 以Ca( OH) 2 进行改性并调整pH 为10 时所制备的膜的膜面较为均匀, 其抗张强度与耐折度等性能均显著高于未改性膜。杨军、孙远明等[12]人以魔芋胶8 g/L, 石蜡4.460 g/L, 硬脂酸2.597 g/L, 乳化剂2.406 g/L, 甘油6.487 mL/L, 聚乙二醇1.489 mL/L 制备魔芋葡甘聚糖耐水耐高温复合膜, 可使耐水耐高温复合膜性能较优。罗学刚[13]以魔芋葡甘聚糖为原料, 山梨糖醇、甘油等为增塑剂, 海藻酸钠、明胶等为补强剂, 氢氧化钙为胶凝剂制膜, 经过研究发现葡甘聚糖?山梨糖醇为1.0?0.1,它的断裂伸长、耐折度分别比葡甘聚糖基本成分膜提高107.7 %,28.3 %, 拉伸强度仅降低5.1 %, 且流动指数增高, 膜厚仅0.117 μm,比基本成分膜减少了20.9 %。在其它指数如弹性、透明度、光洁度、可分解性、耐水性、揭膜难易上变化不大。补强剂配比中葡甘聚糖:明胶为1.0?0.03 拉伸强度比葡甘聚糖基本成分膜增加69.5 %, 耐折度增加3.3 %, 膜厚增加3.4 %, 断裂伸长仅减少10.6 %。唐汝培等[14]用溶液共混法成功地制备出魔芋葡甘聚糖/ 羧甲基淀粉共混膜, 并用红外、XRD、SEM、力学性能和水蒸汽透过率测试研究了其结构和性能。结果表明, 共混膜中魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉存在强烈的分子间氢键相互作用及良好的相容性; 共混膜的拉伸强度及阻水性能随羧甲基淀粉的加入而显著提高。当羧甲基淀粉 17 湖北工业大学毕业论文 的含量为20 %时, 共混膜的拉伸强度达最大值为67.1 MPa,比纯魔芋葡甘聚糖膜的拉伸强度提高了191.7%; 共混膜的阻水性能也最佳, 其水蒸汽透过率为86.4 mg/cm2?d,比纯魔芋葡甘聚糖膜的水蒸汽透过率下降了26.4 %。 5 结论与展望 5.1结论 本文探讨了魔芋葡甘聚糖与乙基纤维素可食性包装膜制备的工艺, 研究了魔芋葡甘聚糖与乙基纤维素可食性包装膜的工艺条件, 试验采用的原料均可自然降解, 制成的共混膜对环境无害, 为绿色包装材料,对综合利用魔芋资源, 提高魔芋商品价值及保护环境等方面均具有一定的现实意义.通过单因素试验及正交试验, 确定了可食性共混膜制备的最佳工艺参数为: 即魔芋精粉( 主成分为脱乙酰基葡甘聚糖) 和壳聚糖浓度分别为2%, 二者配比3B7( 体积比) , 补强剂6%, 增塑剂6% . 在最佳工艺条件下制得的薄膜具有良好的透明性、柔韧性、较高的强度和延伸率, 其断裂强力可达585cN, 伸长率达7. 8%, 但混合膜的耐水性较差. 5.2存在的不足 这篇论文的写作使我越来越认识到自己知识与经验缺乏的过程。虽然，我尽可能地收集材料，竭尽所能运用自己所学的知识进行论文写作，但论文还是存在许多不足之处,有待改进.请各位评委老师多批评指正，让我在今后的学习中学到更多。 18 湖北工业大学毕业论文 5.3展望 随着对多糖研究的深入,对多糖结构、活性功能的进一步了解,多糖作为食品、药品基料的研究已经取得了很大的进展。特别是近年来随着社会经济的高速发展和大众绿色消费意识的增强,以多糖为基料的可食性包装已成为世界食品工业科技发展的一种趋势,也是食品包装业未来发展的主要方向[ 3 ] 。而在药品的包装上,多糖可食性膜作为胶囊包装及片剂药的被膜包装应用也较多,研究开发可食性包装材料已受到国际社会的广泛关注,是目前发达国家食品、药品包装行业的一大热点。 19 湖北工业大学毕业论文 致谢 我要感谢，非常感谢我的指导老师肖满老师。他为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求你，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，肖老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是肖老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢肖老师。 同时，感谢在论文撰写过过程中提供过帮助和支持老师和同学们表示深深的谢意。 另感谢我的父母，他们辛勤培养教育我，为我提供经济和精神上的支持，我会以更加力的学习和工作来报答他们的养育之恩。 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参与论文答辩的各位老师表示深深感谢。 仅以此文献给所有曾经关心和帮助过我的老师和朋友们! 20 湖北工业大学毕业论文 参考文献 [1] 袁海涛. 可食性膜研究进展[ J] . 粮油食品科技,2002, 10 ( 2) : 17- 18. 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