酯化淀粉薄膜材料的结构调控及其对增塑剂迁移的抑制研究

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微波食品包装材料的开发一直倍受关注,然而,制备食品包装材料中必需的增塑剂会在微波加热过程中迁移到食品中而引发安全问题。因此,如何抑制增塑剂的迁移,以保障可用于微波加热的食品包装材料在使用过程中的安全性是亟需解决的问题。淀粉基生物可降解材料是最具发展前景的环境友好材料之一,因此,本论文以疏水性酯化淀粉薄膜材料为研究对象,通过调控酯化淀粉的链支比和取代度制备具有不同结构的酯化淀粉薄膜材料,探讨酯化淀粉分子与增塑剂分子间相互作用、酯化淀粉薄膜结晶结构、有序微区结构等不同尺度的特征结构及其在微波场下的变化对抑制增塑剂迁移的规律,从主动防御的角度为安全、合理设计开发淀粉基食品包装材料奠定基础。选择直链淀粉含量分别为0%(waxy)、50%(G50)、80%(G80)的淀粉合成取代度为2.65+0.04的酯化淀粉,以及以G50淀粉为原料,合成取代度分别为1.17、1.43、1.81、2.27、2.61的酯化淀粉,以邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为增塑剂制备不同结构特征的酯化淀粉薄膜材料。在微波场下与矿泉水接触一定时间后,考察其中增塑剂的迁移规律。结果表明,waxy酯化淀粉薄膜材料中分子间相互作用力强,有序微区尺寸较大,抑制DEP迁移的程度最大。G50酯化淀粉薄膜材料中,分子间相互作用力虽弱,但较大的有序微区及内部致密的结构起到了较好地限制增塑剂迁移的作用。G80酯化淀粉薄膜材料中虽微晶存在,但分子间相互作用力较弱、有序微区尺寸小、有许多褶皱和缝隙,使得增塑剂迁移量最大。低取代度的酯化淀粉薄膜材料中存在较强的氢键相互作用,形成的有序微区尺寸小而紧密,可较好地限制DEP的迁移,但低取代度的酯化淀粉薄膜材料受水分的溶胀作用强,导致增塑剂易发生迁移。随着取代度的提高,分子间相互作用力减弱,有序微区结构疏松,对增塑剂迁移的抑制作用降低。而取代度适中(DS=1.81)的薄膜同时具备较紧密的聚集态结构和良好的疏水性,其抑制增塑剂迁移的程度最大。微波加热过程中薄膜材料内各个尺度结构的变化对后续增塑剂的迁移也会造成影响。waxy酯化淀粉薄膜材料能较好的保持原始结构的完整性来抑制后续增塑剂的迁移。G80酯化淀粉薄膜材料中,分子间相互作用力变强,结晶结构改变,有序微区受到水分的溶胀而延缓了收缩,断面形貌出现层状剥离,均利于增塑剂的迁移。取代度低的酯化淀粉薄膜材料在微波加热下更易受水分溶胀,有序微区结构因此而尺寸变大,从而利于增塑剂迁移;而高取代度酯化淀粉薄膜材料中虽然受水分溶胀作用弱、新的结晶的形成和轻微收缩的有序微区能限制增塑剂的迁移,但整体而言,其有序微区结构仍然疏松,迁移量仍较大。适宜取代度(DS=1.81)的酯化淀粉薄膜材料其分子间相互作用力和结晶结构变化最小,有序微区收缩,因此,抑制增塑剂的迁移程度最大。本论文从分子结构调控的角度,通过调节酯化淀粉的链支比和取代度,建立了酯化淀粉薄膜材料不同尺度结构及其在微波处理过程中的变化与其在矿泉水中增塑剂迁移之间的关系,获得了有效抑制酯化淀粉薄膜材料中增塑剂迁移的结构调控方法及其作用机制,为更好地合理设计及安全使用淀粉基食品包装材料提供了基础数据及理论依据。
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