针对塑料食品包装造成的严重环境污染问题,可食用和生物降解的环保型聚合物受到了越来越广泛的关注。在这些天然聚合物材料中,淀粉因其来源广泛、可再生和价格低廉而被看作是最有潜力的聚合物材料之一。由于储藏方面的原因以及低效率的加工方式,每年大概有15%的甘薯被浪费掉。用甘薯淀粉作为成膜基材制备淀粉基包装降解材料,将是一种解决该浪费的有效方法。然而由于天然甘薯淀粉物理性质和化学结构的局限性,将其制膜后存在着机械性能不佳和对环境湿度的敏感性较大等缺点,都限制了甘薯淀粉膜的应用推广。为了克服这些缺陷,本文将从增塑剂的添加、淀粉的改性修饰和脂肪酸的添加等方面进行系统的研究。主要试验结果如下:(1)挤压法制膜工艺的研究①加入甘油后,淀粉糊各特征点黏度值发生不同程度的变化,相比甘油/淀粉比为0/1时,当甘油/淀粉比为0.45/1时,峰值黏度、谷黏度、崩解值、终黏度、回生值分别降低了59.5%、46.8%、78.1%、51.1%、60.9%;当甘油/淀粉比为0.25/1时,抗拉强度最高,达到5.7 MPa;当甘油/淀粉比为0.45/1时,断裂伸长率最大,达到16%;当甘油/淀粉比为0.45/1时,WVP值较甘油/淀粉比为0.25/1时增大了19.9%;当甘油/淀粉比在0.3/1~0.4/1之间时,淀粉膜的透光率均达到80%左右,甘油/淀粉比为0/1、0.25/1和0.45/1时,淀粉膜的透光率均低于70%;加入甘油后,结晶度降低了42.5%;红外光谱和核磁共振分析结果表明,加入甘油后甘油和淀粉分子之间形成了新的氢键;当甘油/淀粉比在0.3/1~0.4/1之间时,较大淀粉颗粒的数量减少并且淀粉膜呈现连续状态,团聚现象基本消失;随着甘油量的增加,淀粉膜的热封性能提高,延缓了淀粉膜的老化作用。当甘油/淀粉比在0.3/1~0.4/1之间时,甘油和淀粉的相容性较好,甘油对淀粉有较好的塑化效果。②酯化改性时适宜的过氧化苯甲酰添加量为0.7%;随着马来酸酐用量的增加,酯化反应的取代度随之增加;红外光谱表征,经酯化改性后,在1706.12 cm-1、1718.02 cm-1和1723.97 cm-1的位置分别出现了明显的酯基官能团C=O的伸缩振动吸收峰,在3200cm-1~3600 cm-1处的淀粉羟基的伸缩振动吸收强度变弱;核磁共振谱图显示,C1对应的信号峰在101.3ppm处,C2,3,5对应的信号峰在72.5ppm处,C4对应的信号峰在81.7ppm处,C6对应的信号峰在61.9ppm处,C7位置处的乙烯基峰出现在129ppm处,表明马来酸酐分子基团接枝到淀粉分子链上;热重分析结果表明,酯化改性后淀粉大分子开始热分解的温度由270℃延后到290℃(0%)、295℃(1%)、290℃(3%)、286℃(5%)和287℃(7%),酯化的甘薯淀粉的热稳定性有所增加;扫描电镜结果显示,酯化的甘薯淀粉颗粒表面变得粗糙,结构变得松散,淀粉颗粒形状发生不规则改变;淀粉膜的透光率在马来酸酐用量为0%~3%区间时,随马来酸酐用量增加而逐渐增大;与对照组相比,当马来酸酐用量为3%时,淀粉膜的抗拉强度降低了25.2%,断裂伸长率增加了56%,水蒸气透过率增加了5.7%;紫外老化处理结果表明,在老化时间为30天时,对照组淀粉膜的抗拉强度和断裂伸长率分别下降了23%和41.81%,马来酸酐用量为3%时所成膜的抗拉强度和断裂伸长率分别下降了12.5%和16.3%,酯化后延缓了淀粉膜的老化。③通过响应面试验,确定了挤压法制膜试验工艺条件和淀粉膜组分的最优配比为:甘油/淀粉比0.332/1,mah添加量1%,螺杆转速25.1r/min,挤压温度120.5℃。(2)溶液流延法制膜工艺的研究①对淀粉进行方法i(淀粉加热后添加硬脂酸)处理时,生成的直链淀粉-脂质复合物分布在淀粉颗粒表面和内部,而对淀粉进行方法ii(淀粉加热前添加硬脂酸)处理时,直链淀粉-脂质复合物主要分布在淀粉颗粒表面;加热后添加硬脂酸(方法i)对淀粉糊化特性的影响更为显著,与对照组相比,淀粉-硬脂酸(方法i)的峰值黏度和崩解值分别下降了17.4%和33.0%,而淀粉-硬脂酸(方法ii)的峰值黏度和崩解值分别下降了6.0%和25.7%;差示扫描量热分析结果显示,甘薯淀粉糊化的峰起始温度,峰值温度和峰结束温度分别为67.3oc(to),71.3oc(tp)和82.7oc(tc),与对照组相比,处理i和处理ii的淀粉均出现了直链淀粉-脂质复合物的熔融峰(91.9-109.1oc,方法i;93.1-108.4oc,方法ii);扫描电镜结果显示,与对照组相比,处理i的甘薯淀粉完整淀粉颗粒的数量减少,处理ii的淀粉颗粒的完整性基本保持不变;x-衍射分析结果表明,处理i和处理ii的甘薯淀粉在20.15°出现了直链淀粉-脂质复合物的特征峰,加入硬脂酸后,甘薯淀粉的结晶度由36.42%降低到25.72%(方法i)和29.34%(方法ii);核磁共振分析显示,在31.6ppm附近出现了脂肪酸碳链对应的核磁共振信号峰;与对照组相比,处理i和处理ii的淀粉膜透光率(600nm)分别降低了10.1%和5.1%;接触角测试结果表明,加入硬脂酸后,接触角由48.3°增大到56.0°(方法i)和86.3°(方法ii);与对照组相比,加入硬脂酸后,淀粉膜的抗拉强度增大了5%(方法i)和10.3%(方法ii),断裂伸长率降低了42.7%(方法i)和34.5%(方法ii)。②rva分析结果表明,与对照组相比,加入花生酸(c20:0)、硬脂酸(c18:0)、棕榈酸(C16:0)等长链脂肪酸后,峰值黏度和崩解值分别下降4.5-7.0%和8.1-28.3%;而加入肉豆蔻酸(C14:0)、月桂酸(C12:0)等短链脂肪酸后,峰值黏度和崩解值分别下降了13.2-16.4%和48.6-58.8%;加入饱和脂肪酸后,直链淀粉的Mw由1.20×105降低到5.10×104-9.72×104;扫描电镜分析结果显示,加入短链脂肪酸所形成的复合膜的表面更加平滑,而加入长链脂肪酸所形成的复合膜表面相对比较粗糙;机械性能测试结果表明,加入C20:0、C18:0、C16:0等长链脂肪酸后形成的淀粉膜的抗拉强度增大了5.5%-14.5%,而加入C14:0、C12:0等短链脂肪酸所形成的淀粉膜抗拉强度增大了24%-31.6%;差示量热扫描结果显示,加入脂肪酸后,淀粉膜的峰起始温度和峰值温度均增大;加入脂肪酸后降低了淀粉膜的透光率,随着碳链长度的增加,复合膜的透光率呈逐渐递增的趋势;接触角测试结果表明,短链脂肪酸所形成的淀粉膜具有更好的疏水性能。③通过响应面试验,确定了溶液流延法制膜试验工艺条件和淀粉膜组分的最优配比为:月桂酸添加量2.12%,糊化温度95℃,倒膜量0.219 g/cm2,干燥温度56.8℃。