木薯淀粉基复合膜性能的分析（HPX-9082MBE使用）

塑料消费量的激增加重环境污染，急需开发可生物降解的新聚合物产品代替塑料产品。在天然聚 合物中，淀粉具有可食用性、性价比高等特点，被认为是最有前途的材料之一，但是目前市场上的淀 粉基膜多为淀粉填充型产品，虽然其力学性能和持水性较好，但生物降解率低，未能有效解决塑料垃圾 污染问题。木薯淀粉( Cassava Starch，CS) 的直链淀粉与支链淀粉的比例高，利于成膜。

1 实验材料与方法 

1． 1 实验材料与试剂 

木薯淀粉: 河南恩苗食品有限公司; 甘油: 天津市致远化学试剂有限公司; 冰乙酸: 天津市北联精细 化学品开发有限公司; 壳聚糖: 江苏澳新生物工程有限公司; 微晶纤维素: 山东中凯食品配料有限公司; 醋酸钠: 汕头市迅能贸易有限公司; 花生油: 海阳市弘日升油脂有限公司。

1． 2 实验仪器与设备

 MP10001 电子天平: 上海舜宇恒平科学仪器有限公司; FA2004 分析天平 : 北京普华量宇科技有限 公司; HH-W420 恒温水浴锅: 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司; 9246MBE 恒温鼓风干燥箱: 上海博 讯实业有限责任公司; 722-P 紫外分光光度计: 上海现科分光仪器有限公司; LDZF 立式压力蒸汽灭菌 器: 上海申安医疗器械厂; DL-1 实验室用电炉: 天津有利科技有限公司; KQ218 超声清洗仪: 昆山市超声 仪器有限公司;HPX-9082MBE  恒温培养箱: 上海博讯实业有限责任公司; 培养皿: 上海五一玻璃仪器厂; 离心机: 金坛市城西峥嵘试验仪器厂; 水分平衡仪: 崇州市署玻科学仪器有限责任公司。

2 结果与分析 

通过实验测定了未加入壳聚糖的 CSF 膜和加入不同壳聚糖浓度的 CH-CSF 的吸水率、透光率和透 油率，发现当壳聚糖添加量为 2． 5% 时效果最好。因此，在 NCC-CSF 中，壳聚糖添加量为 2． 5% ，并添加 不同浓度的纤维素纳米晶，探究纤维素纳米晶对木薯淀粉复合膜的吸水率、透光率、透油率和降解率的 影响。

 2． 1 木薯淀粉基膜的吸水率

 壳聚糖浓度的增加会减少淀粉中亲水基团的含量，随着壳聚糖含量增加，淀粉膜的吸水率逐渐 降低，由图 1 可知，不添加壳聚糖时，吸水率为 374． 8% ，当壳聚糖的添加量为 2． 5% 时，CH-CSF 的吸水 率达到最低，为 159． 2% 。此结果表明壳聚糖的加入能降低膜的吸水率，壳聚糖含量为 2． 5% 时，效果最 佳。 图 1 膜吸水率变化图 由图 1 可知，NCC-CSF 的吸水率随着纤维 素纳米晶添加量的增加呈现下降的趋势，未添 加时，CH-CSF 的吸水率为 169． 7% 。当纤维素 纳米晶添加量为 2． 5% 时，其吸水率最低，为 99． 8% 。这是因为纤维素纳米晶增加了壳聚 糖基膜的弯曲度，减弱了壳聚糖的亲水性，导 致水 的 渗 透 率 降 低，从而改善了膜的耐水 性。因此，纤维素纳米晶的添加可在一定程 度上降低淀粉基膜的吸水性。Chen 等的研 究发现用纤维素纳米晶制备的复合膜可降低 材料的亲水性。由此可见，纤维素纳米晶在降 图 2 膜透光率变化图 低膜的吸水性方面具有良好作用。 

2． 2 木薯淀粉基膜的透光率 

从图 2 可知，不添加壳聚糖时 CH-CSF 的 透光率为 84． 32% 。当壳聚糖添加量为 2． 5% 时，CH-CSF 的透光率为 83． 36% ，透光率随壳 聚糖添加量的增加呈下降趋势。这是因为壳聚 糖浓度过高增加了结晶区的混乱度，光线不能 直接通过结晶区，导致含有高浓度的壳聚糖淀 粉膜的透光率降低。岳晓华在研究壳聚 糖淀粉膜时发现随着淀粉比例的增加膜的透光 性降低。我们的实验中，淀粉含量是一定的，加 入壳聚糖后，膜的透光率降低，表明壳聚糖对降低膜的透光率具有一定的作用。 纤维素纳米晶添加量为 2． 5% 时，透光率为 82． 72% ，比不添加纤维素纳米晶的 CH-CSF 低 0． 64% 。 这是因为额外添加的纤维素纳米晶结晶度高，且与壳聚糖产生静电作用，导致 NCC-CSF 比 CH-CSF 的 透光率低。此结果与徐彬飞等研究结果一致。 

2． 3 木薯淀粉基膜的透油率

随着壳聚糖含量 增 加，淀粉膜的透油率逐渐降低。从 图 3 可 知，未添加壳聚糖时，透 油 率 为 40． 78% ，当壳聚糖添加量为 2． 5% 时，CH-CSF 复合膜的透油率达到最低，为 12． 47% 。CH-CSF 的透油率总体上高于 NCC-CSF，这是因为壳聚糖的添加 提高了木薯淀粉基膜的结晶度，减少淀粉链间的 空隙，增加分子排布的密度，造成木薯淀粉的透油 率降低。叶文斌等人研究壳聚糖浓度对淀粉膜 透油率影响的结果表明，壳聚糖添加量增加会降 低膜的透油率。

3 结 论 

在木薯淀粉复合膜中添加壳聚糖和纤维素纳米晶会导致其吸水率、透光率和透油率均低于纯淀粉 膜，且随着添加浓度的增加这些性能均呈下降趋势，壳聚糖和纤维素纳米晶添加量浓度都是 2． 5% 时， 其吸水率、透光率和透油率达到最低。纤维纳米晶在复合膜中的加入使这 3 种性能更进一步得到了提 高。说明了纤维纳米晶能较好的增强木薯淀粉复合膜的物理性能。在降解实验中，淀粉膜的生物降解 性与纤维素纳米晶的添加量有着密不可分的关系，随着 NCC 的添加量增加，淀粉膜的失重率增大，淀粉 膜的生物降解性能有较大地提高。所以纤维素纳米晶复合木薯淀粉基抑菌膜具有生物降解性。用此复 合膜作生物包装材料可有效降低对环境和生态的危害，促进社会经济可持续发展，形成绿色环保的发展 模式，具有广阔的市场空间。

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