转葡萄糖苷酶制备高分支玉米淀粉及其对淀粉膜微裂纹自愈合性能研究

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XFJ1988
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近年来,食品包装材料对于环境的污染现象越来越受人瞩目。随着人类正日益严重消耗有限的不可再生资源,开发成本、环境友好,绿色可降解的淀粉基食品包装材料已经成为全球必然趋势。同时,针对淀粉基材料老化、减少使用寿命的解决方法也在近年来受到科研工作者们的广泛关注,而材料自愈合性质因其便捷性、新颖性吸引了越来越多的目光。本研究采用转葡萄糖苷酶(Transglucosidase)对小麦淀粉进行分支结构改性,并阐明转葡萄糖苷酶对小麦淀粉作用机理。随后利用α-淀粉酶(α-amylase)和转葡萄糖苷酶双酶法针对蜡质玉米淀粉结构改性制备高分支度改性淀粉。其次,将蜡质玉米淀粉(WMS)和酶解蜡质玉米淀粉(EWMS)使用聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)进行包埋以制备微胶囊。最后,将制备的两种微胶囊加入玉米淀粉膜中以制备含有微胶囊的玉米淀粉膜基材料,并使其老化产生微裂纹,在裂纹处进行自愈合反应。具体研究结果如下:(1)通过转葡萄糖苷酶(TG)处理糊化小麦淀粉后其分支度显著提高27.36%,平均链长下降21.06%,随酶解时间延长导致无定形区占据主导地位,而流变特性从粘弹性变为粘性,老化酶解淀粉的水分子流动性随酶解时间的增加而增加,老化动力学显示淀粉老化程度降低14.22%。结果表明TG同时具有水解α-1,4-糖苷键和对水解出的短淀粉链转糖基化生成新的α-1,6-糖苷键的作用,为下面具体应用提供理论基础;(2)通过α-淀粉酶(AA)和TG双酶法处理WMS后,其分支度最大提高21.35%,其平均链长最低为18.36%,而经过流变测定显示出AA处理3h,TG处理16h样品(EWMS-16)在高剪切应力下表观粘度最大,而且相对结晶度最小。因此,EWMS-16可应用于微胶囊制备;(3)本文选用了可降解聚乳酸(PLA)作为微胶囊壁材。通过对PLA包埋的WMS微胶囊(WMSMCs)和EWMS微胶囊(TGWMSMCs)相比,TGWMSMCs的平均粒径为3.487μm,而WMSMCs的平均粒径为5.266μm。扫描电子显微镜显示微胶囊呈现球状,外壳厚度约为0.5μm,微胶囊中的经罗丹明B染色的淀粉芯材充满整个壁材,形状与微胶囊外壳一致。微胶囊中不含有壁材溶剂二氯甲烷残留。WMSMCs和TGWMSMCs的包埋率分别为48.33%和40.08%。以上制备微胶囊可用于淀粉基膜材料自愈合研究;(4)本文研究了两种微胶囊加入玉米淀粉基材料后的自愈合性能。实验结果显示,老化淀粉膜出现不同程度微裂纹并破裂微胶囊出现酯化反应。老化TGWMSMCs淀粉膜热分解速率、水蒸气透过率和机械强度明显低于老化WMSMCs淀粉膜,加入TGWMSMCs的愈合效率比WMSMCs的愈合效率高8.06%,表明TG处理WMS后由于分支度增加,导致愈合位点的增加。以上结果证明TG对淀粉膜微裂纹自愈合性质有一定作用。本文为解决淀粉基绿色可降解材料在使用过程中易发生老化变脆而导致其寿命短暂的问题提供了思路,并证实了WMS作为愈合剂可以一定程度上愈合淀粉基材料,TG处理EWMS后可以增加分支度,从而提高其作为愈合剂的愈合效率的可行性,为延长淀粉基绿色可降解材料的寿命提供了新的视角,具有一定的重要意义。
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