食物包裝廢棄物造成的污染是世界性的環(huán) 保難題，魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉共混膜及其阻水性能，據(jù)國(guó)際包裝工業(yè)發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)，在破壞 環(huán)境的塑料垃圾中，很大一部分來(lái)源于食品塑 料包裝廢棄物[1，2]，因而開發(fā)以天然生物材料制 成的可食性包裝己成為食品包裝領(lǐng)域研究的一 大熱點(diǎn)[3,4]。制作可食性包裝材料的原料主要有 多糖、蛋白質(zhì)、脂肪酸以及它們的衍生物等[5]。

魔芋葡甘聚糖(KGM)是由葡萄糖和甘露 糖以0"(1—4)糖苷鍵連接的雜多糖[6]，具有良 好的成膜性和凝膠性，可以制成耐熱及防潮性 能良好的無(wú)毒、無(wú)公害的食品包裝材料[7]，但是 KGM膜材料機(jī)械強(qiáng)度較差，限制了其在食品 包裝中的應(yīng)用。因此研究如何提高KGM膜的 力學(xué)性能具有重要的意義。羧甲基淀粉(CMS) 無(wú)毒、無(wú)味、易溶于水，廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、 食品等諸多工業(yè)領(lǐng)域[8]，有工業(yè)味精，，之稱。本 工作采用溶液共混法制備出魔芋葡甘聚糖/羧 甲基淀粉共混膜，并對(duì)共混膜的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn) 行了研究。為制備出一種新型、方便、無(wú)公害化 的食品包裝材料作了初步、有意義的研究。

1實(shí)驗(yàn)部分 1.1原料

魔芋精粉:湖北房縣魔芋研究所產(chǎn)品;馬鈴 薯淀粉:北京化學(xué)試劑公司產(chǎn)品;其余試劑為化 學(xué)純，未經(jīng)進(jìn)一步處理。

1.2魔芋葡甘聚糖的制備

將魔芋粉依次浸泡于體積比為4 : 1和5 :1的苯/無(wú)水乙醇、三氯甲烷/正丁醇混合液 中48 h，得到脫脂、脫蛋白的魔芋粉;將該魔芋 粉用30%的H2O2水溶液脫色，130 mesh篩布 過(guò)濾，得到澄清溶液;在該澄清溶液中加入足夠 多的丙酮充分?jǐn)嚢瑁玫桨咨鯛畛恋砦?，過(guò) 濾、擠壓及沉淀，然后在35 °C真空干燥;將干燥 物加入1 g/mL的KAl(S〇4)2，12H2〇溶液中 超離心沉淀30 min，除去殘?jiān)螅诔吻逡褐?加入質(zhì)量比為90%的異丙醇，過(guò)濾及真空干 燥，最后得到純凈的魔芋葡甘聚糖，2.0 X 106。

1.3羧甲基淀粉的制備

羧甲基淀粉依文獻(xiàn)[9]方法制備，其取代度 為0. 75。 

1.4共混膜的制備

魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉于室溫?cái)嚢柘?分別溶于蒸餾水中，魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉共混膜及其阻水性能，過(guò)濾得到濃度分別為1.5% 和4%的水溶液。將上述兩種溶液按一定比例 混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?，室溫下靜置48h,小心除 去混合液表面泡沫，然后用兩端系銅絲的平直 玻璃管在潔凈的玻璃板上刮膜，紅外燈烘干，揭 膜，干膜保存于干燥器中，根據(jù)共混膜中羧甲基 淀粉含量 0%、10%、20%、30%、40% 和 50%, 將膜分別編號(hào)為KGM、KC-1、KC-2、KC-3、 KC-4和KC-5,羧甲基淀粉編號(hào)為CMS,膜的 厚度約為20。

1.5結(jié)構(gòu)表征及性能測(cè)試

用Nicoet170-SX型傅立葉變換紅外光譜 儀（FT4R),KBr壓片記錄魔芋葡甘聚糖及其 共混膜的紅外光譜；魔芋葡甘聚糖及其共混膜 X射線衍射圖譜在室溫下用Rigaku Dmax- 型X射線衍射儀記錄,x射線源為CuKa線，電 壓為40kV,電流為50 mA,掃描角度(20) 5。到 45°用XZ-550(Hitachi)型掃描電子顯微鏡觀 察共混膜的表面形貌，所用樣品尺寸為1.5 cm X 1.5 cm,膜表面真空噴金后拍照，加速電壓為 15kV。用萬(wàn)能測(cè)試機(jī)(CMT6503,深圳新三思 實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司產(chǎn)品），按照IS06239- 1986(E) 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試膜的拉伸強(qiáng)度（叫及斷裂伸長(zhǎng)率 (&),實(shí)驗(yàn)速度為5 mm/min,重復(fù)五次取平均 值。水蒸氣透過(guò)率(WVTR)依如下方法測(cè)試: 在 1. 0 cm X 3. 9 cm 的稱量瓶中放入3 g無(wú)水 CaCl2,然后將膜片緊密覆蓋在稱量瓶瓶口上, 于101.325 kPa、4%的相對(duì)濕度、室溫放置，每 24h稱量一次瓶重，直到得到穩(wěn)定的增重;水 蒸汽透過(guò)率（WVTR)依下式進(jìn)行計(jì)算：

WVTR = W/(A XT)

式中：W—定時(shí)間間隔內(nèi)稱量瓶的增重;

A——膜片面積；T——稱量時(shí)間間隔。

2結(jié)果與討論

2. 1共混膜的FT~IR分析

魔芋葡甘聚糖、羧甲基淀粉及其共混膜的 紅外光譜示于Fig. 1。魔芋葡甘聚糖的紅外光 譜(Fig. 1 a)中，3400 cm-1附近的吸收峰歸屬 于0- H的伸縮振動(dòng)，1730 cm- 1處的吸收峰歸 屬于乙?；蠧= O的伸縮振動(dòng)，1645 cm- 1處

吸收峰歸屬于分子內(nèi)氫鍵的特征吸收，876 cm 808 cm 1處的吸收峰歸屬于甘露糖特征 吸收[10]。羧甲基淀粉的紅外譜圖(Fig. 1e)中， 1610 cm 1處吸收峰歸屬于C= O的伸縮振動(dòng), 證明CMS以羧酸鹽的形式存在。比較魔芋葡 甘聚糖及其共混膜的紅外譜圖，發(fā)現(xiàn)主要有以 下不同之處：KGM于3400 cm-1附近的吸收峰 隨CMS含量的增加而變寬，且明顯地向低波 數(shù)移動(dòng)，說(shuō)明羧甲基淀粉與魔芋葡甘聚糖存在 強(qiáng)烈的分子間氫鍵作用;KGM于1730 cm-1隨 CMS的加入而消失，同時(shí)1645 cm-1處吸收峰 隨CMS含量的增加明顯移向低波數(shù)，說(shuō)明羧 甲基淀粉破壞了魔芋葡甘聚糖分子內(nèi)的氫鍵。 共混膜的FT-IR分析證明羧甲基淀粉與魔芋 葡甘聚糖存在強(qiáng)烈的分子間氫鍵作用，并因此 產(chǎn)生了良好的相容性。

 

2. 2共混膜的XRD分析

魔芋葡甘聚糖及其共混膜的X射線衍射 譜圖示于Fig. 2。魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉共混膜及其阻水性能，天然的魔芋葡甘聚糖是由放 射狀排列的膠束組成[11],其結(jié)晶性不良，晶體 結(jié)構(gòu)非常不規(guī)則，在X射線衍射譜圖上顯示近 似無(wú)定型的a-光譜型，與文獻(xiàn)[12]的報(bào)道相一 致。魔芋葡甘聚糖與羧甲基淀粉共混后其衍射 譜圖發(fā)生了明顯的變化,隨羧甲基淀粉含量的 增加，魔芋葡甘聚糖的衍射峰變窄，峰強(qiáng)減弱直 至近乎消失。這充分說(shuō)明羧甲基淀粉的引入，嚴(yán) 重束縛了魔芋葡甘聚糖分子鏈的規(guī)整排列，從 而擾亂了其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，同時(shí)也證明共混膜中存 在良好的相容性。All]

 

(a) KC-2

2. 3共混膜的SEM分析

Fig.3為共混膜的SEM圖。共混膜KC-2 及IKC-5具有均勻、光滑的表面形態(tài)，證明魔芋 葡甘聚糖與羧甲基淀粉在共混比例范圍內(nèi)均具 有良好的相容性。

 

值為67. 1 MPa,比純KGM膜的拉伸強(qiáng)度 (23.0 MPa)提高了 191.7%,證明 CMS 與

KGM良好的相容性所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)明顯地 改善了共混膜的拉伸強(qiáng)度;但共混膜的斷裂伸 長(zhǎng)率卻隨CMS含量的增加逐漸下降，證明脆 性的CMS的引入使共混膜的柔韌性降低。

 

 

 

 

 

(b) KC-5

Fig. 3 SEMphotographs of the blend films

£ 120

CMS content(mass%)

 

2.4共混膜的力學(xué)性能

為了滿足包裝材料的要求,可食膜必須具 有一定的耐裂性、耐磨性和柔韌性。魔芋葡甘聚糖和羧甲基淀粉共混膜及其阻水性能，可食膜的力 學(xué)性能包括抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等指標(biāo)。羧 甲基淀粉含量對(duì)共混膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率 的影響示于Fig. 4和Fig. 5。可以發(fā)現(xiàn)，隨著 CMS含量的增加，共混膜的拉伸強(qiáng)度顯著增 加，CMS含量為20%時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)最大值，其

Fig- 6 The effect of CMS content( wt%) on breaking e¬longation of the blendfilms

2. 5共混膜的水蒸汽透過(guò)率(WVTR)

食品的水分含量和水分活度是影響其感官 質(zhì)量和儲(chǔ)藏期穩(wěn)定性的基本因素，為了延長(zhǎng)食 品貨架壽命，控制水分的傳遞過(guò)程是至關(guān)重要 的[13]。羧甲基淀粉含量對(duì)共混膜的水蒸汽透過(guò) 率的影響示于Fig.6。隨CMS含量的增加，共

混膜的WVTR顯著下降，當(dāng)CMS含量為20% 時(shí)達(dá)最小值，其值為86. 4 mg/cm2* d,比純 KGM 膜的 WVTR( 117.4 mg/cm2*d)下降了 26. 4%，這證明CMS與KGM分子間強(qiáng)烈的相

互作用提高了共混膜分子鏈的致密度，從而明 顯改善了其阻水性能。但是由于魔芋葡甘聚糖 和羧甲基淀粉均是親水性的物質(zhì)，所以只能用 于低濕含量的干果的儲(chǔ)存，這也與文獻(xiàn)[13]報(bào) 道的相一致。