木质素微粒的对热塑性淀粉/果胶薄膜的性能的影响
International Journal of Biological Macromolecules
背景
淀粉薄膜透明、无味、无色，透氧性低，但具机械性能较弱且易碎。果胶薄膜具有良好的气体阻隔性能并延迟了脂质的迁移，但水蒸气的渗透性很高。因此，有必要研究聚合物的混合物以生产具有更好性能的薄膜，同时使用增强剂可以有效改善可生物降解薄膜性能。目前为止，还没有研究集中在用淀粉、果胶和木质素通过挤压技术制成的薄膜上。本文目的是在加入木质素微粒的情况下评估热塑性淀粉/果胶薄膜的性能。
方法及结果
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方法/仪器 |
指标 |
结果 |
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扫描电子显微镜 |
样品的形态 |
不含木质素微粒的共混物薄膜的表面均匀，结构致密，无气孔存在，部分未增塑淀粉或淀粉分子发生了回生，并随果胶浓度的增加而减少。加入木质素微粒的共混物薄膜仍可以保持这些特性。在含有较高淀粉浓度的薄膜中观察到未分散的MPL，但随果胶浓度的增加而降低。 |
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傅里叶变换红外光谱 |
官能团种类 |
在3287 cm−1（OH拉伸振动）、2924 cm−1（硬脂酸和亚甲基的CH拉伸以及果胶链的甲基）、1649 cm−1（氢键）以及925 cm−1和1149 cm−1（α1,4糖苷键）处观察到谱带。在1076 cm−1（糖结构的C-O-C伸缩振动，葡萄糖吡喃环），1016 cm−1（C-OH伸缩），1410 cm−1（甘油特征）和1739 cm−1和1201 cm−1处观察到其他常见条带，对应于硬脂酸和柠檬酸以及果胶的酯键。在对应于果胶酯基的1725 cm-1和1201 cm-1处观察到谱带强度略有变化，共混物中在1519 cm−1处出现一个峰值，是来自木质素微粒的芳香化合物。 |
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热重分析 |
热稳定性 |
用单独的热聚性果胶或热聚性淀粉制备的薄膜具有三个降解峰，而共混物显示四个降解阶段，木质素微粒的加入降低了单独的热聚性果胶或热聚性淀粉薄膜的质量损失。当添加木质素微粒时，由芳香化合物的存在，观察到共混物最大降解温度升高，提高热稳定性。 |
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TA-XT2质构分析仪 |
机械性能 |
热聚性果胶加入到热聚性淀粉薄膜中增加了最大拉伸强度和弹性模量，降低了断裂伸长率、变形和抗穿孔性降低，其中热聚性果胶浓度较高的共混物的抗穿孔性最低。加入MPL的共混物也具有同样变化趋势。 |
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重量法 |
水蒸气渗透率 |
在本研究中，对于含有不同热聚性淀粉/热聚性果胶浓度的聚合物共混物，未观察到膜厚度的变化。然而，添加木质素微粒后共混物薄膜厚度略有增加。 |
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可溶物质的百分比 |
薄膜的水溶性 |
添加木质素微粒和未添加木质素微粒的热聚性淀粉/热聚性果胶基薄膜的溶解度没有差异。然而，对于所有处理，单独热聚性果胶膜比含有热聚性淀粉的膜更易溶解。由于木质素微粒的存在，热聚性淀粉含量较高的共混物的溶解度较低，而热聚性果胶浓度最高的共混物的溶解度增加。 |
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Mocon Oxtran 1/50 |
氧气渗透率 |
木质素微粒处理对WVP无显著影响，而未添加木质素微粒处理的薄膜中添加热聚性果胶可以增加水蒸气渗透性。 |
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DPPH |
抗氧化 |
与热聚性淀粉/热聚性果胶膜相比，木质素微粒膜表现出更高的抗氧化活性。 |
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CM-700色度计 |
光学特性 |
热聚性淀粉/热聚性果胶共混物呈现正的a*（红色）、b*（黄色）和C*（饱和度）值，随着热聚性果胶浓度的增加而增加，色相角（h°）的值降低。木质素微粒加入共混物薄膜中增加了不透明性，降低膜的透明度。 |
Fig. 1. SEM micrographs of the films obtained by extrusion: (I) films P0L0 (100% TPS), P25L0 (75% TPS/25% TPP), P50L0 (50% TPS/50% TPP), P75L0 (25% TPS/75% TPP), P100L0 (100% TPP), P0L4 (100% TPS/4% MPL), P25L4 (75% TPS/25% TPP/4% MPL), P50L4 (50% TPS/50% TPP/4% MPL), P75L4 (25% TPS/75% TPP/4% MPL), P100L4 (100% TPP/4% MPL).
Fig. 2. Films obtained after the extrusion and pressing: P0L0 (100% TPS), P25L0 (75% TPS/25% TPP), P50L0 (50% TPS/50% TPP), P75L0 (25% TPS/75% TPP), P100L0 (100% TPP), P0L4 (100% TPS/4% MPL), P25L4 (75% TPS/25% TPP/4% MPL), P50L4 (50% TPS/50% TPP/4% MPL), P75L4 (25% TPS/75% TPP/4% MPL), P100L4 (100% TPP/4% MPL).
Fig. 3. FTIR spectrum of the TPS/TPP (A and B) and TPS/TPP/MPL (C and D) blends.
Fig. 4. Thermogravimetric curves of the films obtained by extrusion.
研究结论
果胶提高了共混物的机械强度和抗紫外线性能，含25%和50%热塑性果胶的木质素微粉薄膜表现出更高的热稳定性和力学性能。加入木质素微粒可以提高共混物薄膜的抗紫外线性能，降低膜的透明度，使膜呈深棕色，同时可以提高薄膜的抗氧化活性。因此，含有25%热塑性果胶（含木质素微粒）的配方是一种有效的替代品，可用于对氧气和紫外线敏感的食品。
1.挤压法制备果胶木素淀粉的应用开拓者
2.果胶提高了共混物的机械强度和抗紫外线性能。
3.P25L4和P50L4共混物具有较低的透氧性和抗氧化能力。
4.木质素微粒提高了共混物的热稳定性
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.03.076
专 家 简 介
Danielly de Oliveira Begali
巴西拉夫拉斯联邦大学食品科学系
邮箱：danibegali@gmail.com
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