壳聚糖/改性花生壳微晶纤维素可食膜的研究

【摘要】随着全球资源环境的恶化，人们对保护环境节约资源的意识越来越强烈，因而在近几年中，国内外诸多学者都致力于可降解、无污染的包装材料研究，同时也更加重视利用可再生资源制备包装材料这种方法，因此，可食性生物聚合包装顺应了这种趋势，成为了国内外生物聚合膜的研究热点。本文主要从四个方面对壳聚糖/花生壳微晶纤维素可食膜进行研究。首先，对花生壳纤维素进行研究，包括纤维素提取和纤维素的基本参数测定，同时优化花生壳纤维素提取的工艺条件参数。其次，对花生壳纤维素进行酸水解制备花生壳微晶纤维素，测定花生壳微晶纤维素的基本参数，分析对比不同粒度纤维素性质间的差异，同时得出花生壳微晶纤维素制备的最优工艺参数。再次，对花生壳微晶纤维素进行醚化改性，探究不同醚化条件对改性花生壳微晶纤维素取代度的影响。最后，将改性花生壳微晶纤维素与壳聚糖共混制备可食膜，研究不同条件对可食膜性能的影响。具体的研究内容和结论如下：(1)采用酸碱法制备花生壳纤维素，以碱质量分数、碱解温度、碱解时间、酸解温度和酸解时间为影响因素，以花生壳纤维素的得率、膨胀力和持水力为指标，研究花生壳纤维素制备的最优工艺参数；通过极差分析和方差分析确立了制备花生壳纤维素的最佳工艺条件，即碱质量分数为2.5%、碱解温度为70℃、碱解时间为1h、酸解温度为50℃和酸解时间为2h，在此条件下得到的花生壳纤维素产品，其得率为52.8%，膨胀力为5.17mL/g，持水力为6.63g/g，是一种具有高活性的纤维素。(2)采用酸水解法制备花生壳微晶纤维素，以酸质量分数、酸解温度和酸解时间为影响因素，以花生壳微晶纤维素的得率、聚合度、膨胀力、持水力、中位径和含量为指标，研究花生壳微晶纤维素的制备工艺条件和基本性质；通过正交分析法确立了以得率为指标的花生壳微晶纤维素的最优制备工艺条件，即酸质量分数为6%，酸解温度为60°C和酸解时间1.5h，此时的得率为61.3%，聚合度为135、膨胀力为13.64mL/g、持水力为15.16g/g、含量为85.01%、中位径为44.67μm。(3)通过SEM观察得出，花生壳微晶纤维素形态呈短粗柱状，部分微晶纤维素发生聚集现象，形成团聚体，纤维素整体表面积加大，同时在微晶纤维素的表面可观察到无规则裂纹；由FT-IR分析可知，谱图中微晶纤维素的特征峰和强吸收峰与纤维素基本一致，很好地保留了纤维素的结构，在微晶化的过程中没有引入新的官能团，只是在粒度上发生减小，但是物化性能却有很大改变。(4)在微波辐射条件下，通过二次加碱溶媒法对花生壳微晶纤维素进行醚化反应，以微波功率、氯乙酸用量、两次加碱比例和醚化温度为试验因素，以改性花生壳微晶纤维素的取代度为指标，研究不同改性条件对改性花生壳微晶纤维素取代度的影响，分析化学改性过程对花生壳微晶纤维素形态结构的变化。利用响应面分析法得出，在微波功率为195W、氯乙酸用量为3.49g、两次加碱比例为2.61:1和醚化温度为71℃的条件下，测得改性花生壳微晶纤维素的取代度达到0.886。(5)通过SEM观察得出，干燥后的改性花生壳微晶纤维素在分子力作用下发生团聚现象，分子结构中部分羟基氢被羧甲基取代，因此表面变得比较粗糙，还有褶皱、裂痕和破损；由FT-IR分析可知，图谱中改性花生壳微晶纤维素在1623.8cm-1附近出现了羰基的强吸收尖峰，表明其分子结构中部分羟基氢被取代，证明花生壳微晶纤维素发生了醚化改性反应。(6)将改性花生壳微晶纤维素与壳聚糖共混制备可食膜，选用甘油为增塑剂。结果表明，改性花生壳微晶纤维素可以显著提高可食膜的抗拉强度和阻水蒸气性；甘油能降低可食膜的抗拉强度和阻水蒸气性，但提高断裂伸长率；采用响应面试验设计优化壳聚糖/改性花生壳微晶纤维素可食膜的制备工艺。以改性花生壳微晶纤维素质量浓度、壳聚糖质量浓度和甘油质量浓度为试验因素，以可食膜的断裂伸长率、抗拉强度和水蒸气透过率为试验指标进行分析，得出最优制膜工艺参数为改性花生壳微晶纤维素质量浓度为0.40%、壳聚糖质量浓度为1.57%和甘油质量浓度为1.03%，此时TS、E和WVP的最优值分别为13.03MPa、80.93%和2.6710-11g/m·s·Pa。本文的创新点：(1)通过化学法制备花生壳纤维素和微晶纤维素，优化了花生壳纤维素和微晶纤维素的制备工艺条件，并对比研究了花生壳纤维素和微晶纤维素的基本物化性能。(2)通过醚化反应对花生壳微晶纤维素进行化学改性，探究了不同改性条件对改性花生壳微晶纤维素取代度的影响，制得了具有高取代度和高活性的改性花生壳微晶纤维素。
【作者】周婧；
【导师】马中苏；
【作者基本信息】吉林大学，食品科学与工程，2014，硕士
【关键词】花生壳；微晶纤维素；醚化改性；壳聚糖；可食膜；

【参考文献】
[1]刘晴晴.代谢综合征中医证型与检验指标的相关性研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[2]王民中.重庆市城东乡滑坡风险的分析与管控研究[D].西南大学,自然地理学,2014,硕士.
[3]刘宇光.陕西省碳排放特征与未来减排潜力研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[4]王慧.试析藏传佛教呼和浩特席力图召仪式音乐[D].内蒙古师范大学,中国少数民族艺术,2013,硕士.
[5]高航宇.带抗剪环的埋入式钢管混凝土柱脚节点受力性能有限元分析[D].长安大学,结构工程,2013,硕士.
[6]贾情情.氯维地平静脉注射用脂肪乳的研究[D].华中科技大学,制药工程,2013,硕士.
[7]陈迎春,齐欢.基于协同进化的平面追逃对策研究[J].控制与决策,2009,03:383-387.
[8]袁健.催化剂颗粒撞击构件壁面的数值模拟研究[D].浙江工业大学,机械电子工程,2012,硕士.
[9]王玉婷.挑战—阻碍性压力对科技人力资源创新行为的影响研究[D].安徽大学,企业管理,2013,硕士.
[10]殷鹏辉.“现实主义的谎言”：19世纪后半期艺术与美国的国家重构[D].西南大学,美术学,2014,硕士.
[11]瞿寒冰,刘玉田.计及暂态电压约束的负荷恢复能力快速计算[J].电力系统自动化,2009,15:8-12.
[12]李婷.参芪地黄汤内服合保肾贴4号穴位敷贴治疗慢性肾小球肾炎临床观察[D].湖北中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[13]马宝晶.论公务员职业精神建设[D].黑龙江大学,行政管理,2013,硕士.
[14]吴限.338省道改建工程沥青路面结构对比研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[15]李福翠.MUSICAM算法的研究和DSP实现[D].合肥工业大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[16]邓怡情.水下运动声源的低频声透射[D].南京大学,声学（专业学位）,2013,硕士.
[17]向绍英.以特奥尔多·施笃姆的《白马骑士》为例论个体身份的社会性[D].四川外国语大学,德语语言文学,2013,硕士.
[18]杨琰.工部局与近代上海电力照明产业研究，1882-1929年[D].复旦大学,中国近现代史,2013,博士.
[19]王家琦.基于ASW-ESPRIT的电能质量扰动分析与辨识[D].安徽大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[20]刘伯龙.REITs与MBS模式应用的制约因素分析与对策研究[D].吉林大学,工程项目管理,2013,硕士.
[21]崔洪欣.证券市场投资者情绪传播模型[D].上海大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[22]陈勇,吴云翔,王亚良,鲁建厦.订单不确定下双资源约束多装配线鲁棒调度[J].中国机械工程,2014,12:1567-1573.
[23]程红波.黑龙江移动通信公司供应链发展规划综合管理研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[24]孙甜甜.关于复分析中值定理的研究[D].渤海大学,基础数学,2014,硕士.
[25]王兴坤.叶片泵流场的数值模拟及性能分析[D].河南科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[26]李翠平.糖尿病合并肺结核的临床分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[27]牛宇清.论中西小剧场戏剧的文化定位[D].辽宁师范大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[28]庞源.A银行法人客户信用评级管理研究[D].吉林大学,高级管理人员工商管理,2012,硕士.
[29]牛心玙.Ti-Ni-Cu-Pt窄滞后记忆合金的马氏体相变与显微组织[D].哈尔滨工业大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[30]王惠.中小企业融资约束对公司投资支出的影响[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[31]阮锦勤.我国上市公司财务报告舞弊识别研究[D].浙江大学,2003.
[32]赵瑞祺.矿井提升机预励磁启动的应用研究[D].河南科技大学,电气工程（专业学位）,2014,硕士.
[33]彭旺贤,叶蜀君.地方政府债务风险偏好的动态博弈分析[J].南方金融,2014,11:44-47.
[34]刘璐璐.中国城市商业银行不良资产处置与盘活模式研究[D].吉林大学,国民经济学,2014,硕士.
[35]史峰.由“硬”变“软”的显示器[J].大众科学,2015,03:56-59.
[36]刘健.秦皇岛发电有限公司E-learning系统实施案例研究[D].燕山大学,工商管理,2013,硕士.
[37]韩同伟,贺鹏飞,王健,吴艾辉.空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2010,08:1210-1214.
[38]余洋华.Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂Gd_2(MoO_4)_3材料的制备及荧光特性分析[D].哈尔滨工业大学,光学,2014,硕士.
[39]郭蕾.中国大学生英语课堂交际意愿的预测指标[D].西南大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[40]庞金虎.采后处理及提取方法对肉苁蓉主要有效成分的影响[D].内蒙古农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[41]付树军.图像处理中几何驱动的变分和偏微分方程方法研究[D].北京交通大学,2008.
[42]潘丽.浅论企业电子信息的安全问题[J].石油化工管理干部学院学报,2002,01:41-44.
[43]吕飞飞.航空滚动轴承典型缺陷特征分析方法研究[D].河南科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[44]段一材.昆明中小学校车运营效率评价及对策建议[D].云南大学,公共管理,2012,硕士.
[45]赵雪峰.二氧化碳与丙酮，丙酸乙酯，碳酸二乙酯二元系统高压气液相平衡的研究[D].天津大学,物理化学,2004,硕士.
[46]梁千顷.高粘度流体内混合设备的实验研究及其数值模拟[D].北京化工大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[47]刘丹利.《是‘枕头’，不是‘针头’》教学设计[D].西北大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[48]刘杰,方勇,李哲,高一军.基于主机的入侵检测系统分析[J].信息网络安全,2002,09:30-31.
[49]李红星.运动原子与典型光场作用的纠缠动力学[D].内蒙古师范大学,光学,2013,硕士.
[50]金华良.若干补肾与益气中药对大鼠哮喘模型的作用与机制研究[D].复旦大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,博士.