微孔殼聚糖保鮮膜的制備(昆山舒美KQ-500DE使用)

0 引言

殼 聚 糖（chitosan，CS）作為一種安全可食保 鮮材料早已進行了報道，由于其良好的抗菌性和成 膜性，尤其是形成的膜具有氣體選擇透過性，而且 涂抹工藝簡單，因此被廣泛地應用在果蔬保鮮研究中。本課題組前期對殼聚糖保鮮膜與市場購買 的 LLDPE（linear low-density polyethylene）、LDPE （low density polyethylene）、PVDC（polyvinylidene chloride）樹脂類保鮮膜保鮮效果進行了比較研究， 發現殼聚糖膜在貯藏前期保鮮效果較好，后期不太 理想，相對樹脂類保鮮膜保鮮期減少 2~3 d。其可 能是由于殼聚糖保鮮膜氧氣透過系數僅為 1.95×10-15 cm3 ·cm/(cm2 ·s·Pa)，比市場常用的 PE（polyethylene） 透氣系數 47.92×10-15 cm3 ·cm/(cm2 ·s·Pa) 小得多，在 后期可能會造成水果無氧呼吸；同時殼聚糖結構中含有大量羥基而導致透濕量較大，果蔬在貯藏過程 中容易蒸騰失水。這也許是殼聚糖用于保鮮一直處于 研究狀態而未被實際應用的原因。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1）主要化學試劑

殼聚糖，生化試劑，國藥集團化學試劑有限公司；冰醋酸，分析純，湖南匯虹試劑有限公司；丙三醇， 分析純，西隴化工股份有限公司；聚乙二醇 6000， 化學純，國藥集團化學試劑有限公司；戊二醛水溶 液，質量分數為 50%，分析純，湖南匯虹試劑有限 公司；氫氧化鈉，分析純，西隴化工股份有限公司； 納米氧化鋅 ZnO，質量分數為 99%），不超過 100 nm，阿拉丁試劑有限公司；氮氣（N2），體積分數 為 99.9%，湖南株洲華龍特種氣體有限公司。

2）主要儀器

電子分析天平，DF-101S 型，梅特勒 - 托利多 上海儀器有限公司；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器， DF-101S 型，河南予華儀器有限公司；真空干燥箱， DZF-6050 型，上海一恒科學儀器有限公司；恒溫水 浴鍋，HH-ZK4 型，鞏義市予華儀器有限公司；超 聲波清洗器，昆山舒美KQ-500DE 型，昆山市超聲儀器有限公司； 臺式千分測厚儀，CH-1-S 型，上海六菱儀器廠；生物顯微鏡，OLTMPUSBX51 型，日本奧林巴斯；掃 描電子顯微鏡，PHENOM G2 PRO型，荷蘭飛納公司； 傅里葉變換紅外光譜儀，NICOLET380型，美國熱電尼高力儀器公司；PC 型智能電子拉力機，XLW(L)- 500N 型，濟南蘭光機電技術有限公司；透光率 / 霧 度測定儀，WGT-5 型，上海精密科學儀器有限公司； 透氣性測試儀，BTY-B1 型，濟南蘭光機電技術發展 公司；透濕性測試儀，TSY-T3 型，濟南蘭光機電技 術發展公司；數顯果實硬度計，GY-4 型，樂清市愛 德堡儀器有限公司。

1.2 膜的制備工藝

將 1.5 g 殼聚糖溶于 100 mL 質量分數為 1.5% 的 醋酸溶液中，加入 0.5 mL 丙三醇后于 60 ℃水浴加熱， 并以轉速為 800 r/min 攪拌 1.5 h。將 30 mL 殼聚糖溶 液倒入直徑為 90 mm、高度為 15 mm 的潔凈塑料培 養皿中真空脫泡處理，40 ℃真空干燥 24 h 后揭膜。 制膜流程如圖 1 所示。

1.3 納米 ZnO/ 殼聚糖微孔膜的制備

將 1.5 g 殼聚糖溶于 100 mL 質量分數為 1.5% 的 醋酸溶液中，再加入 0.5 mL 丙三醇和一定量（分別 為殼聚糖質量的 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 20%）的 納米 ZnO，60 ℃水浴加熱并以轉速為 800 r/min 攪拌 1.5 h，超聲 15 min，真空脫泡干燥成膜（參見 1.2 膜 的制備工藝）。 將膜用去離子水清洗后放入 NaOH（0.1 mol/L） 溶液中，再超聲處理 1 h，然后將膜用去離子水清洗 后濾紙吸取表面水分再室溫干燥。

1.4 PEG/ 殼聚糖微孔膜的制備

將 1.5 g 殼聚糖溶于 100 mL 質量分數為 1.5% 的 醋酸溶液中，再加入 0.5 mL 丙三醇和一定量（與殼 聚糖質量比分別為 1:2, 1:1, 2:1）的 PEG，60 ℃水浴 加熱并以轉速為 800 r/min 攪拌 1.5 h，超聲干燥成膜 （參見 1.2 膜的制備工藝）。將成膜放置于抽濾裝置 中，用 85 ℃熱水抽提 10 h，用濾紙吸取表面水分后 室溫干燥。抽提時發現膜易碎且 PEG 分布不均勻， 在上述實驗過程中加入稀釋后質量分數為 2% 戊二醛 1 mL，利用醛基與殼聚糖、PEG 中的羥基發生縮醛 反應，改善膜的水溶性。

1.5 N2/ 殼聚糖微孔膜的制備

按 1.2 節方法配制 4 份殼聚糖溶液，1 份直接成 膜做為對照組，另外 3 份邊攪拌邊通入氮氣，控制通 氮時間分別為 0.5, 1.0, 2.0 h，再倒入培養皿中 40 ℃ 干燥 24 h 后揭膜。

2 結果與分析

納米 ZnO/ 殼聚糖微孔膜是利用無機相和有機相 相容性不好，揭膜過程中在外力拉伸作用下納米 ZnO 微粒與殼聚糖之間形成空隙，從而適當增加膜 的透氣量。納米 ZnO 含量不同的納米 ZnO/ 殼聚糖膜 的性能參數，PEG/ 殼聚糖微孔膜是利用 PEG 在殼聚糖中占位 后再熱水抽提洗去 PEG 形成微孔。隨著納米氧 化鋅含量的增加，對納米 ZnO/ 殼聚糖微孔膜的透明 性影響不大；力學強度明顯增強；氧氣透過系數呈 現先增大后減小的趨勢，在納米 ZnO 質量分數為 4% 時達到最大，約為純殼聚糖膜的 3 倍。

3 結語

綜上所述，在殼聚糖中添加致孔劑納米 ZnO、 PEG 或者通入 N2 能夠獲得性能較好的微孔膜，微孔 膜的氧氣透過系數接近市場上的 PE 保鮮膜，保鮮效 果優于殼聚糖單膜和 PE 保鮮膜。其中納米 ZnO 質量 分數為 4% 且經水洗處理的微孔膜保鮮效果最優，相 對于空白組保鮮期可延長 6 d。由此可見，殼聚糖微 孔膜既具有抗菌性，又增大了氧氣透過量從而降低了 果蔬無氧呼吸幾率。



 

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