sjzdsong@126.com
联系我们 邮箱
新闻中心

海藻酸钠-币安app最新版-明胶共混膜的 结构及性能研究

李慧1,卢立新1,2,*,王利强1,2(1.江南大学包装工程系,江苏无锡214122;2.中国包装总公司食品包装技术与安全重点实验室,江苏无锡214122) 摘要:用溶液共混法制备海藻酸钠-币安app最新版-明胶共混膜,并采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征膜的结构,同时测定共混膜的透光率、力学性能、水溶性和紫外吸收性。结果表明:共混膜中海藻酸钠、币安app最新版、明胶之间存在着强烈的相互作用和良好的相容性,三者共混明显改善海藻酸钠和币安app最新版一元膜和海藻酸钠-币安app最新版二元膜的性能。关键词:海藻酸钠;币安app最新版;明胶;共混膜;相容性 Structu…

李 慧1,卢立新1,2,*,王利强1,2 (1.江南大学包装工程系,江苏 无锡      214122; 2.中国包装总公司食品包装技术与安全重点实验室,江苏 无锡      214122)
摘   要:用溶液共混法制备海藻酸钠- 币安app最新版- 明胶共混膜,并采用红外光谱(FT-IR)、X 射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)表征膜的结构,同时测定共混膜的透光率、力学性能、水溶性和紫外吸收性。结果表明:共混 膜中海藻酸钠、币安app最新版、明胶之间存在着强烈的相互作用和良好的相容性,三者共混明显改善海藻酸钠 和币安app最新版一元膜和海藻酸钠- 币安app最新版二元膜的性能。 关键词:海藻酸钠;币安app最新版;明胶;共混膜;相容性
Structure and Properties of Sodium Alginate-Sodium Carboxymethylcellulose-Gelatin Compound Film
LI Hui1,LU Li-xin1,2,*,WANG Li-qiang1,2 (1. Department of Packaging Engineering, Jiangnan University, Wuxi      214122, China;2. Key Laboratory of Food Packaging Techniques and Safety, China National Packaging Corporation, Wuxi      214122, China)
Abstract:A compound film was successfully prepared by coagulation of sodium alginate (NaAlg), sodium carboxymethylcellulose (币安app最新版) and gelatin (GLE) in aqueous solution. FT-IR, XRD, SEM and UV-Visible spectroscopy were used for the structural characterization of this compound film, and along with this, its mechanical properties, water solubility and UV absorption were also measured. Results indicated strong interaction and good compatibility among sodium alginate, sodium carboxymethylcellulose and gelatin were observed. This compound film showed obviously improved physical and chemical properties, when compared with single NaAlg and 币安app最新版 films and their compound film. Key words:sodium alginate;sodium carboxymethylcellulose;gelatin;compound film;compatibility 中图分类号:TB303                                    文献标识码:A                             文章编号:1002-6630(2010)05-0091-05
海藻酸钠是一种由糖醛酸单体组成的线性高分子多 糖,它在食品工业中除了做稳定剂、增稠剂外,已被 试用做人造肠衣、食品保鲜膜等辅料,具有减缓食品 水分损失和抑制微生物污染的功效[1-2]。币安app最新版 是一种高聚合纤维素醚,简称Na-币安app最新版或 币安app最新版,为线 型水溶性聚阴离子化合物[3-4],有工业“味精”之称。 明胶是由胶原热变性或者经物理、化学降解得到的蛋白 质物质,具有良好的生物相容性、生物可降解性、溶 胶 - 凝胶的可逆转换性、极好的成膜性以及入口即化等 特性[5]。在食品蛋白质中明胶的性质与合成的聚合物的 性质最相似,因此明胶膜应用领域比较广泛,在食品 和药物包装领域,可以用于方便面的调料袋、中成药的内包装等[6-7]。 由于各类材料成膜性质的差异,膜的性能也各有优 缺点,将各类材料共混成膜,成为改善可食性膜综合 性能的重要手段[8]。已有将海藻酸钠分别与羧甲基纤维 素钠或明胶等共混制作食品包装膜的报道。但是制得的 海藻酸钠与币安app最新版共混膜,力学性能较差只能 做一些食品的内包装。海藻酸钠与明胶共混膜由于采用 钙交联的方法,使膜的溶解性大大降低[9]。由于共混膜 通过物理改性获得的改性体系性能的好坏与改性体系的 混合状态(如各组分之间形成何种形态结构、分布的均 匀程度和分散程度)有很大关系[10],而且国内外对这种海 藻酸钠- 币安app最新版- 明胶三元共混膜研究较少,因此,对共混膜中混合物之间的相容性进行表征具有重要 意义,为制作新型可食性食品包装膜材料提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器 海藻酸钠(NaAlg)、币安app最新版(币安app最新版)、明胶 (GLE)均为化学纯;丙三醇(Gly)为分析纯    国药集团化 学试剂有限公司。 YJ501超级恒温水浴锅    江苏省金坛市荣华仪器制造 有限公司;JB200-S数字显示转速电动搅拌机、FJ-200 高速分散均质机    上海标本模型厂;NJL07-3型实验专 用微波炉    南京杰全微波设备有限公司;LRX-PLUS型 电子材料试验机    英国LLOYD公司;UV-2800紫外- 可 见分光光度计    尤尼柯(上海)仪器有限公司;RIR4000在 线红外光谱仪    北京联博永通科技有限公司;D/MAXRB型 X 射线衍射仪    日本Rigaku公司;Quanta-200扫 描电镜    荷兰DEI公司。 1.2 膜的制备 海藻酸钠、币安app最新版质量浓度为4g/100mL, 甘油质量浓度为2g/100mL,制备海藻酸钠、羧甲基 纤维素钠纯膜,对其进行表征。控制总质量浓度为 4g/100mL,研究海藻酸钠和币安app最新版之间比例为 3:1时的二元共混膜,并与一元膜对比。由于明胶用同样 方法成膜后揭膜困难,通过制备的共混膜(m 海藻酸钠: m币安app最新版:m明胶 =3:1:0.5),探讨明胶的加入对膜相容性的影响。 1.2.1 海藻酸钠、币安app最新版混合溶液的制备 分别取一定量的海藻酸钠和币安app最新版在干燥 箱中干燥至恒质量,转移到搅拌机中进行干法混合后, 加入到高速搅拌的去离子水中,制成海藻酸钠和羧甲基 纤维素钠混合溶液A。 1.2.2 明胶溶液的制备 取一定量的明胶配成溶液,在室温下溶胀30min后 进行均质,均质后得到明胶溶液B。 1.2.3 共混膜的制备 将以上3 种基质成膜液按所设计的比例混合,添加 相应量的甘油,50℃水浴中使用磁力搅拌器搅拌至完全 溶解,在300W 的微波炉中微波2min后用真空泵在 -0.9~-0.95MPa下脱气除泡,把处理后膜液均匀的铺 展在玻璃板上,在60℃下真空干燥箱干燥,冷却揭膜, 使其在温度为23℃相对湿度为50%的恒温恒湿箱中平衡 两天,达到平衡后,保存在干燥器中备用。 1.3 膜的表征及性能测试
1.3.1 红外光谱(FT-IR) 在傅里叶变换红外光谱仪上,使用KRS-5型 ATR 探头,用反射法在700~4000cm-1 波数范围内扫描,并记录各膜的红外光谱。
1.3.2 X 射线衍射光谱(XRD) 室温下使用Rigaku D/MAX-RB型X射线衍射仪记录 各膜的X 射线衍射图谱。X 射线源为Cu-Kα线,电压 为 40kV,电流为50mA,DS/SS为 0.5,扫描角度5~ 40°,扫描速度为8°/min。 1.3.3 扫描电镜(SEM) 用Quanta-200扫描电镜观察膜表面和截面。实验条 件:电子束的加速电压10.0kV,分别放大到2400倍。 1.3.4 透光率和吸光度测定 用UV-2800(A)/2802/2802S型紫外- 可见分光光度计 于波长400~800nm范围内对各膜的透光率进行测试,在 波长200~400nm范围内对各膜的吸光度进行测试。所 用膜的厚度为70μm。 1.3.5 抗拉强度和断裂延伸率测定 测试方法根据GB1040- 79《塑料拉伸实验方 法》,采用LRX-PLUS型电子材料试验机,设置测试速 度为1mm/s。由式(1)、(2)计算抗拉强度和断裂延伸率。             P TS=———                                                                    (1)           b+d 式中:TS为抗拉强度/MPa;P 为最大拉力/N; b 为膜样品的宽度/mm;d 为膜样品的厚度/mm。              L-L0 E/%=————×100                                                 (2)                   L0 式中:E 为断裂延伸率/%;L0 为样品拉伸前的长 度 /mm;L 为样品拉伸后的长度/mm。 1.3.6 膜水溶性测定 在 50℃的条件下,将薄膜剪成20mm× 20mm大小 的样品,在样品中心标上“+”号,将样品置于200mL 的去离子水中,用磁力搅拌器200r/min搅拌至完全溶 解,并记录“+”号消失的时间即样品完全溶解的时 间。以样品溶解时间来反映样品水溶性。
2 结果与分析
2.1 共混膜的红外光谱分析 由于异种聚合物之间有强的相互作用,其所产生 的光谱相对于几种聚合物组分的光谱产生较大的偏差(谱 带频率移动及峰形的变化) ,由此可表征相容性的大 小。海藻酸钠、币安app最新版、共混膜的红外光谱 见图1。从图1 可以看出,三元共混膜在3311.23cm-1 处 为—OH的伸缩振动,海藻酸钠膜的—OH伸缩振动峰 为 3307.14cm-1,币安app最新版膜的—OH伸缩振动峰 为 3345.98cm-1,—OH伸缩振动峰向低频方向移动,说

明海藻酸钠膜中氢键的相互作用比海藻酸钠的强,二元 共混膜的-OH伸缩振动峰为3337.08cm-1,三元共混膜 的—OH伸缩振动峰为3311.23cm-1,说明经过添加明胶 后,混合膜中氢键的相互作用增强[11]。在2800~3000cm-1 处的伸缩振动峰说明膜中存在有C—H和—CH2 结构[12], 三元共混膜在1602.85cm-1 和1412.59cm-1 的吸收峰是羧酸 盐(— COO—)对称伸缩振动吸收峰和反对称伸缩振动吸 收峰[13]。这种吸收峰也存在于海藻酸钠膜和羧甲基纤维 素钠膜中。由于分子间相互作用力的不同,吸收峰位 置有略微不同。

二元和三元共混膜的X 射线衍射见图2,根据文献 资料2 θ =13.6°和 2 θ =21°为海藻酸钠膜的特征衍射峰, 其存在结晶结构;币安app最新版膜在2 θ =21°有强衍射峰,在 2 θ =15.5°有弱衍射峰,说明其有两种结晶结构的存在[14-15]。 如果共混膜中各组分没有相互作用,则在共混膜中会有 各自的结晶区,衍射图谱则会表现为膜中各组分按共混 比例简单的叠加。二元共混膜中,由于海藻酸钠以与 币安app最新版之间的相互作用,使在2 θ =15°左右的衍射峰消 失。在三元共混膜中,由于明胶的加入,属于海藻酸钠膜和 币安app最新版膜在2 θ =21°的强衍射峰消失,且共混膜 在 2 θ =21.72°处是一个宽的衍射峰,这表明共混膜为无 定型结构,不存在结晶。由于共混膜各组分之间存在 强烈的相互作用,从而破坏了海藻酸钠和币安app最新版的原有 的晶体结构,这也证明了共混膜各组分之间具有很好的 相容性。 2.3 共混膜的扫描电镜分析 电子扫描照片可以清晰地表现出共混体系内部各相 的分散状态以及相界面之间的结合情况,通过对分散 相在基体中的分散形态、尺寸大小以及相界面结构的 表征可以对共混体系中组分的相容程度进行定性的评 价。若高聚物相容,则它们形成的薄膜表面光滑均 匀,反之膜表面出现球状颗粒和明显的相界面[16]。海 藻酸钠、币安app最新版、海藻酸钠共混膜的扫描电 镜见图3,可以看出三元共混膜表面光滑均匀,不存 在任何的裂隙和小孔。截面很规整和密集,都没有明 显的相分离现象,这说明共混膜各组分间有很好的相 容性。
2.4 共混膜透光率分析
共混膜的透光率通常是判断共混物质相容性好坏的 辅助手段,若共混膜中3 种物质相容性很差,则在相界 面上由于光的散射或反射而使膜的透光率降低。从图4
可以看出币安app最新版膜的透光率很好,在可见光区 (400~800nm)的透光率均大于80%。海藻酸钠膜和三元 共混膜的透光率在高波段范围内比较好,而二元共混膜 的透光率较差,这与海藻酸钠与币安app最新版的比例 有关,5%~15%范围内时,币安app最新版与海藻酸 钠是相容的,超出这个范围则相容性变差[17]。三元共 混膜的透光率明显比二元共混膜的透光率好,可以说明 明胶的加入改善了海藻酸钠和羧甲基纤维素的相互作 用,使膜的相容性提高。 2.5 共混膜机械性能研究
膜种类 厚度 /mm
抗拉强 断裂延 溶解
透光率/%
度/MPa 伸率/% 时间/s 海藻酸钠膜 0.063 35.4 50.8 40 84.53 币安app最新版膜 0.071 40.6 62.1 25 82.79 二元共混膜 0.066 45.8 56.4 45 74.80 三元共混膜 0.070 60.4 60.1 180 85.75
表1   膜理化性能 Table 1   Physical and chemical properties of NaAlg film, 币安app最新版 film, NaAlg-币安app最新版 compound film and NaAlg-币安app最新版-GLE compound film
由表1 可以看出,二元共混膜的抗拉强度优于单 膜,这与邓勇等[16]的研究结果一致。明胶的加入可以 与海藻酸钠和币安app最新版相互作用,溶于水中形成 的胶粒贯穿与海藻酸钠和币安app最新版的三维网状结 构当中,既可以减少海藻酸钠和币安app最新版复合膜 干燥后的褶皱现象,同时海藻酸钠的-COO-基与明胶 的-NH3+形成静电作用,所以膜的抗拉强度和断裂延伸 率由二元共混膜的45.8MPa和 56.4%提高到60.4MPa和 60.1%[18]。 2.6 水溶性 海藻酸钠、币安app最新版、二元共混膜及三元 共混膜的水溶性见表1。可以看出币安app最新版膜的 水溶性最好为25s,由于海藻酸钠与币安app最新版的 相互作用,二元共混膜的水溶性比海藻酸钠膜略差,但 是明胶在水中要先溶胀,再溶解,溶解时间比海藻酸 钠和币安app最新版长,溶解时间为180s,比未添明 胶时溶解时间增加了460%。所以明胶的加入使三元共 混膜的水溶性大大降低了。 2.7 紫外吸收光谱 由图5 可以看出,海藻酸钠膜的最大吸收峰在 215nm波长处,在203nm波长处出现肩峰,羧甲基纤 维素钠膜的最大吸收峰在203nm波长处,在209nm波长 处出现肩峰,二元复合膜的最大吸收峰在216nm波长 处,在203nm和 220nm波长处都出现肩峰。三元共混 膜的最大吸收峰在215nm波长处,在203nm处和235nm
波长处出现肩峰。 二元共混膜在220nm波长处有一个吸收峰是由于两 种物质氢键的作用,三元共混膜在235nm波长处的吸收 峰则主要是由于肽键的C=O基n→π*跃迁所引起的[19-20], 在二元和三元共混膜中新峰的出现证明了三者之间的相 互作用,而这种对紫外的吸收对于作为包装膜用于防紫 外的产品有重要意义。
图5   单一膜和共混膜的紫外吸收曲线 Fig.5   UV absorption spectra of NaAlg film, 币安app最新版 film, NaAlg-币安app最新版 compound film and NaAlg-币安app最新版-GLE compound film
5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 A
波长/nm 200 250 300 350 400
海藻酸钠膜
币安app最新版膜
二元共混膜
三元共混膜
3 结  论
本研究成功制备了海藻酸钠- 币安app最新版- 明胶 共混膜,通过FT-IR、XRD、SEM、透光率等测试研 究表明,膜液中海藻酸钠、币安app最新版和明胶三 者之间相互穿插、缠绕并通过氢键相互作用,使制得 的共混膜表现出良好的相容性。明胶的加入提高了海藻 酸钠和币安app最新版的相容性,提高膜的机械性能, 但是降低了水溶性,同时,明胶作为一种蛋白质,增 加了共混膜对紫外光的吸收,有望成为一种新型可食性 食品包装膜材料。对海藻酸钠- 币安app最新版- 明胶 共混膜的包装性能试验分析表明其有望成为一种新型可 食性食品包装膜材料。
参考文献:
[1] DONG Zhanfeng, WANG Qun, DU Yumin. Alginate/gelatin blend films and their properties for drug controlled release[J]. Journal of Membrane Science, 2006, 280(1/2): 37-44. [2] 董绮娜. 褐藻酸在食品工业中的应用[J]. 微生物, 1987(3): 63-69. [3] CHAKRABORTY T, CHAKRABORTY I, GHOSH S. Sodium carboxymethylcellulose-CTAB interaction: a detailed thermodynamic study of polymer-surfactant interaction with opposite charges[J]. Journal of Food Science, 2006, 22(24): 9905-9913. [4] HERMAN F, BIKALES, NORBERT M, et al. Encyclopedia of polymer science and engineering[M]. New York: John Wiley and Sons, 1988: 40-46. [5] 曹娜, 符玉华, 贺军辉. 明胶膜的性能研究进展[J]. 高分子通报, 2007 (8): 1-6. [6] 阚建全, 陈永红, 陈宗道, 等. 提高明胶可食膜机械强度和热封强度 的研究[J]. 食品与发酵工业, 1998, 25(2): 26-30.
[7] 王映红, 程树军, 慕朝伟. 明胶膜的制备及其交联性能的研究[J]. 功 能高分子学报, 2003,16(1): 36-40. [8] 董萌, 王汝敏, 姚梅. 改善聚合物共混材料界面相容性的研究进展 [J]. 涂料涂装与电镀, 2006, 4(5): 15-19. [9] 樊李红, 杜予民, 郑化. 藻酸/ 明胶共混膜结构表征及性能[J]. 武汉 大学学报: 理学版, 2001, 47(6): 712-716. [10] 沈新元. 高分子材料加工原理[M]. 北京: 中国纺织出版社, 2002: 115122. [11] XIAO Chaobo, LU Yongshang, GAO Shanjun, et al. Characterization of konjac glucomannan-gelatin blend films[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2001, 79(9): 1596-1602. [12] 方禹之. 仪器分析[M]. 上海: 复旦大学出版社, 1990: 295-301. [13] HUANG R Y M, PAL R, MOON G T. Characteristics of sodium alginate membranes for the pervaporation dehydration of ethanol-water and isopropanol-water mixtures[J]. Journal of Membrane Science, 1999, 160(1): 101-113.