海藻酸钠羧甲基纤维素钠保鲜膜的制备及其性能研究--高分子材料与工程本科毕业设计.doc
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1、(2014届)本科毕业设计(论文)资料题目名称:海藻酸钠/羧甲基纤维素钠保鲜膜的制备及其性能研究学院(部):包装与材料工程学院专业:高分子材料与工程学生姓名:xx班级:高材101学号:xxx指导教师姓名:xx职称:教授最终评定成绩:xxx工业大学教务处2014届本科毕业设计(论文)资料第一部分 毕业论文(2014届)本科毕业设计(论文)题目名称:海藻酸钠/羧甲基纤维素钠保鲜膜的制备及其性能研究学院(部):包装与材料工程学院专业:高分子材料与工程学生姓名:xxx班级:高材101学号:10404300119指导教师姓名:xxx职称:教授2014 年 5 月xxx工业大学本科毕业论文(设计)诚信声明
2、本人郑重声明:所呈交的毕业论文(设计),题目海藻酸钠/羧甲基纤维素钠保鲜膜的制备及其性能研究是本人在指导教师的指导下,进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文章以明确方式注明。除此之外,本论文(设计)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。作者签名:(此处连同下面的日期用手写)日 期: 年 月 日xx工业大学本科毕业设计(论文)摘 要本文以海藻酸钠和羧甲基纤维素钠为原料,制备性能良好的可食性、可降解保鲜膜。研究海藻酸钠和羧甲基纤维素钠最佳成膜液的浓度,并以不同比例共混制膜,再对共混工艺进行优化;分析氯化钙、单硬脂酸甘
3、油酯的添加量对共混膜性能的影响;利用制备的共混膜对鲜切雪梨进行保鲜实验,以普通PE膜、空白组为对照实验,通过感官评分和失重率的测定,分析共混膜对鲜切雪梨保鲜效果的影响。研究结果表明:3.0%海藻酸钠溶液、3.0%羧甲基纤维素钠溶液作为成膜液最好,海藻酸钠和羧甲基纤维素钠按质量比1:9共混时,膜的综合性能最好,最佳的共混工艺为搅拌温度45、搅拌速度20rs-1、搅拌时间30min;氯化钙的适宜浓度为3.0%,随着氯化钙的添加,膜的拉伸强度增大,断裂伸长率先增大后减少,膜的耐水性增强;单硬脂酸甘油酯的适宜浓度为0.005gml-1,随着单硬脂酸甘油酯的添加,膜的透湿性降低。在鲜切雪梨保鲜实验中,共
4、混膜保鲜效果优于普通PE膜,远比未包装的空白组好。关键词:保鲜膜;海藻酸钠;羧甲基纤维素钠;共混ABSTRACTIn this paper, sodium alginate and sodium carboxymethyl cellulose was used as raw material to make fresh-keeping film which was edible and biodegradable. The prescriptions and blending process were optimized. The effect of calcium chloride and
5、glycerol monostearate were studied on blend films properties. At last, the prepared blend film and ordinary PE film were applied for fresh cut pear fresh-keeping experiments, and then compared them with the blank group in preservation effect.The results were showed as follows: 3.0%SA blended with 3.
6、0%CMC at the mass ratio of 1:9, the blend films comprehensive properties were best. The best blending process as follows: stirring temperature was 45, stirring time was 30min, and stirring velocity was 20rs-1. The suitable concentration of calcium chloride was 3.0%, and glycerol monostearate was 0.0
7、05gml-1. The tensile strength and water resistance of blend film increased with increasing calcium chloride concentration. However, the elongation at break of blend film first increased and then decreased. With the increment of glycerol monostearate, the films water vapor transmission rate decreased
8、. In fresh cut pear fresh-keeping experiments, the blend films preservation effect was better than ordinary PE film, and far better than the blank group which without packing.Keywords: fresh-keeping film; sodium alginate; sodium carboxymethyl cellulose; blend目 录第1章 绪论11.1 海藻酸钠的结构与物化性质11.1.1 海藻酸钠的结构1
9、1.1.2 海藻酸钠的物化性质21.2 海藻酸钠在果蔬保鲜方面的研究21.3 羧甲基纤维素钠的结构与物化性质21.3.1 羧甲基纤维素钠的结构21.3.2 羧甲基纤维素钠的物化性质31.4 羧甲基纤维素钠在果蔬保鲜方面的研究31.5 海藻酸钠与羧甲基纤维素钠共混研究41.6 本课题研究的目的和主要内容4第2章 实验部分52.1 实验药品与仪器52.1.1 实验药品52.1.2 实验主要仪器及设备52.2 保鲜膜的制备52.2.1 海藻酸钠最佳成膜液配制52.2.2 羧甲基纤维素钠膜最佳成膜液配制62.2.3 海藻酸钠与羧甲基纤维素钠共混膜的制备62.3交联剂氯化钙添加量的确定62.4 单硬脂酸
10、甘油脂添加量的确定62.5 保鲜膜的基本性能测定72.5.1 厚度的测定72.5.2 力学性能测定72.5.3 透光率及雾度的测定72.5.4 透湿性能测定72.5.5 耐水性测试定82.6 鲜切雪梨保鲜实验82.6.1 鲜切雪梨保鲜实验的感官测定82.6.2 雪梨失重率的测定8第3章 结果与分析103.1 海藻酸钠浓度的确定103.2 羧甲基纤维素钠浓度的确定113.3 不同比例海藻酸钠和羧甲基纤维素钠共混对膜性能的影响123.3.1 对共混膜力学性能的影响123.3.2 对共混膜光学性能的影响133.3.3 对共混膜透湿性能的影响143.4 共混工艺的优化143.4.1 搅拌温度对共混膜力
11、学性能的影响153.4.2 搅拌速度对共混膜力学性能的影响153.4.3 搅拌时间对共混膜力学性能的影响163.5 交联剂CaCl2添加量的确定173.5.1 交联剂CaCl2用量对共混膜力学性能的影响173.5.2 交联剂CaCl2用量对共混膜耐水性的影响183.6 单硬脂酸甘油酯添加量的确定183.6.1 单硬脂酸甘油酯用量对共混膜力学性能的影响183.6.2 单硬脂酸甘油酯用量对膜透湿性的影响193.7 共混膜对雪梨保鲜效果的影响193.7.1 鲜切雪梨保鲜实验的感官评定193.6.2 鲜切雪梨的失重率20结论22参考文献23致谢25IV xx工业大学本科毕业设计(论文)第1章 绪论将新
12、鲜的果蔬采摘后,一段时间内果蔬会腐败变质。这是因为果蔬的含水量太高,给微生物和酶的活动提供了有利条件。我国的水果和蔬菜产量分别达7000万吨、4.6亿吨,是果蔬生产大国。但水果腐烂损耗率达到30%,蔬菜达到40%50%,每年的直接浪费和经济损失率为25%30%。也就是说每年有8000万吨果蔬腐烂,经济损失近800亿元。对水果、蔬菜进行保鲜是降低果蔬损耗、提高经济效益的最直接的方法。目前,常用的果蔬保鲜方法主要有冷藏保鲜法、气调保鲜法、辐射保鲜法和普通保鲜膜保鲜法等。前三种保鲜技术一般来说都需要一定的保鲜设备,成本较高,普及性差,而保鲜膜保鲜法则是一种性能稳定、操作简单、成本较低、适用性广的果蔬
13、储存保鲜方法1。普通的保鲜膜(如PS薄膜、PP薄膜、PE薄膜、PVC薄膜等)容易导致微生物生长且水蒸气的传递率很低,仅具有一定的保鲜效果,从而使果蔬的鲜度不够高,加之其不可降解,大量使用后丢弃会造成白色污染,所以普通保鲜膜已明显不能满足现代市场的保鲜需要。开发以天然高分子为原材料的的多功能保鲜膜,将是果蔬保鲜研究的主要趋势。1.1 海藻酸钠的结构与物化性质1.1.1 海藻酸钠的结构海藻酸钠是一种以海带、海藻为原料经过各种离子交换(消化、过滤、漂白和钙化、脱钙、中和转化)提取制成的天然连锁状高分子多糖聚合物2。我国有着可以养殖海带的辽阔水域,海岸线全长一万八千多公里,海面积可达二百多万平方公里,
14、可以种植人工海带,发展潜力巨大3。我国海带和紫菜干品产量分别达到了30万吨和3万吨,占世界的第一位和第三位,用于提取海藻酸钠的原料非常丰富。虽然我国在以海藻制取海藻酸衍生物方面取得了一些成绩,但与发达国家相比,仍存在较大的差距4。海藻酸钠的分子式为(C5H7O4COONa)n,结构单元分子量理论值为198.11,结构单元分子量平均真实值为222.00,聚合度807503。海藻酸钠像许多天然生物大分子一样,在单元糖环上具有羧基和羟基等功能基团,是一种阴离子聚电解质。海藻酸钠分子是由-D-1,4-甘露糖醛酸(M单元)和-L-1,4-古罗糖醛酸(G单元)通过1,4-糖苷键链接的线性共聚物,由不同的G
15、GGMMM片段组成,其中不仅包含均聚片段GG和MM,还有共聚片段GM。M和G片段的长度、数量以及在聚合物上的连续分布随着海藻酸钠的来源不同而有差异。两种单体组成嵌段线性聚合物,在一个分子中,可能只含有其中一种糖醛酸构成的连续链段,也可能由两种糖醛酸链节构成嵌段共聚物。两种糖醛酸在分子中位置的不同以及比例的变化,会直接导致海藻酸钠的离子选择性、粘性、胶凝性等性质的差异5。1.1.2 海藻酸钠的物化性质海藻酸钠又称藻肮酸钠,为白色或淡黄色粉末,无臭无味无毒,是分子中含有游离羟基的有机物。海藻酸钠溶于水,不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂以及pH小于3的酸。海藻酸钠溶于水形成粘稠胶状液体,1.0%水溶
16、液pH值为68,当其pH=69时粘性稳定,加热至80以上时则粘性降低6。海藻酸钠具有吸湿性,是水合力非常强的亲水性高分子。由于海藻酸钠本身立体结构的特异性,因此其具有特殊的物理化学性质,在温和的条件下其水溶液遇钙、铁、铅等二价以上的金属离子,立即凝固成这些金属的盐类,不溶于水而析出;遇酸析出海藻酸固体7。1.2 海藻酸钠在果蔬保鲜方面的研究海藻酸钠是一种多糖碳水化合物,可以从褐藻类的海带或马尾藻中提取,具有诸多优点,如生物相容性好、无毒无味、可生物降解、优良的分散性、保湿性、成膜性、抗菌性,再加上其成本较低,正日渐成为水果贮藏保鲜研究的热点8-10。刘嘉俊用不同浓度的海藻酸钠涂膜保鲜芒果,通过
17、对比发现2.0%的海藻酸钠涂膜能有效减缓Vc损失,减慢芒果含糖量下降速度,减小芒果失重率,从而提高芒果品质,延长贮藏时间11。祝美云等人以海藻酸钠、明胶、山梨酸钾为涂膜材料制备海藻酸钠复合膜,在鲜切贡梨上涂膜,研究复合膜的保鲜效果。其中0.05gkg-1的海藻酸钠涂膜能明显降低果实的呼吸速率、鲜梨贮藏过程中的褐变指数以及Vc的损失,延缓果实衰老12。这些研究都说明海藻酸钠具有较好的保鲜效果,然而海藻酸钠膜质脆和极差的耐水性,使其在应用上受到了限制13。海藻酸中的羧基易与钙离子形成络合物,即存在钙桥14。邓靖等人通过在海藻酸钠中添加增塑剂改善膜的柔韧性,通过交联剂处理改善膜的耐水性。经过一系列实
18、验,可知3.0%海藻酸钠与0.3%的单甘脂所制备的膜具有较好物理性能。此复合膜经4.0%的氯化钙交联15min后抗拉强度和耐水性得到明显增强15。1.3 羧甲基纤维素钠的结构与物化性质1.3.1 羧甲基纤维素钠的结构纤维素主要来源于自然界中的棉花、麻、麦秆、甘蔗渣和树木等植物,是三大天然高分子之一,是取之不尽的可再生资源。羧甲基纤维素是在天然纤维素的基础上,经过碱化反应和醚化反应所制得的一种具有羧甲基结构的纤维素醚衍生物,分子上的羧基和钠离子结合成钠盐即羧甲基纤维素钠(CMC),是一种阴离子醚16。羧甲基纤维素钠的分子式为(C8H16NaO8)n,结构单元的分子量为263.1976,是纤维素分
19、子中-OH上的H被CH2COONa取代的产物,为线型水溶性高分子化合物。它的分子中含有-葡萄糖的结构单元,具有纤维素的特征。CH2COONa也可以取代两个仲羟基的氢。羟基被取代的程度称为取代度或醚化,并用DS表示。一般DS为0.41.0017。分子链上的取代基的多少及分布,直接影响到羧甲基纤维素钠溶解性及溶液粘度。取代度越高,羧甲基纤维素钠的溶解性越来越好。1.3.2 羧甲基纤维素钠的物化性质羧甲基纤维素钠一般为白色或淡黄色粉末状的固体,有时也呈现颗粒状或纤维状,无臭、无味、无毒,是一种大分子化学物质,其具有很多优异的性能,如增稠、悬浮、稳定溶剂、成膜、抗微生物等。CMC能够吸水溶胀,在水中形
20、成透明度较高的粘稠溶液,在酸碱度方面表现为中性18。该物质不溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿等有机溶剂。固体CMC对光及室温均较稳定,在干燥的环境中,可以长期保存19。CMC具有吸湿特性,其吸湿程度与大气温度和相对湿度有关,当到达平衡后,就不再吸湿。CMC水溶液具有优良的粘结、增稠、乳化、悬浮、成膜、保护胶体、保持水分、抗酶解以及代谢惰性等性能。CMC取代度的大小直接影响到CMC的溶解性、乳化性、增稠性、稳定性、耐酸性和耐盐性等性能。一般认为取代度在0.60.7左右时乳化性能较好,当取代度大于0.8时,其耐酸、耐盐性能明显增强。CMC溶液具有假塑性20。1.4 羧甲基纤维素钠在果蔬保鲜方面的研究张润
21、光等采用pH为4.0的0.5%CMC(羧甲基纤维素钠)溶液涂膜保鲜石榴,贮藏120d后,石榴色泽艳丽,籽粒饱满,保鲜效果良好21。杨佐忠等人用“PRS5菌剂+羧甲基纤维素钠”成膜保鲜苹果,苹果失水率低,色泽较为鲜艳22。在水果保鲜方面虽然有学者对羧甲基纤维素钠进行了研究,但由于其为亲水性的多糖类物质,即便具有很好的成膜性、制成的膜阻气性较好,但膜较差的阻湿性,还是使其在实际生产中的应用受到了限制23。甲基纤维素与硬脂酸复合膜的研究表明:通过提高硬脂酸分馏物的体积至22%能显著地降低甲基纤维与硬脂酸复合膜的水蒸汽渗透性,但若进一步提高硬脂酸分馏物的体积,则反而会使膜的水蒸汽透过系数升高24。林日
22、高等人研究了脂类物质硬脂酸、液体石蜡、蔗糖酯对羧甲基纤维素钠成膜性的影响,结果表明:硬脂酸能降低膜的水蒸气透过系数,但对膜的机械性能影响不大;密度为0.003gml-1的石蜡不仅可以明显提高膜的阻湿性,而且使膜具有最大的抗拉强度;石蜡-硬脂酸联合作用于薄膜可使膜的阻湿性比两者单独作用时均得到显著的提高25。贾慧敏等人以卡拉胶、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠涂膜及其两两复配处理鲜切桃,研究发现海藻酸钠涂膜使桃块的亮度保持较好,经羧甲基纤维素钠处理的桃块褐变度较高,而“海藻酸钠+羧甲基纤维素钠”的复合涂膜可以使桃块保持较好的亮度、色泽,一定程度上抑制了桃块褐变26。李桂峰等人分别用壳聚糖、海藻酸
23、钠、羧甲基纤维素可食性膜处理鲜切红地球葡萄粒,海藻酸钠可食性膜和羧甲基纤维素可食性膜在贮藏前期有较好的保鲜效果,贮藏后期吸湿比较严重,使膜的保护效果降低27。因此,在羧甲基纤维素钠中加入具有良好阻湿性能的脂质,制成复合膜,提高膜的阻湿、防潮性能,将成为以后研究的焦点。1.5 海藻酸钠与羧甲基纤维素钠共混研究刘凯等人利用溶液共混法制备了新型共混膜,即海藻酸/淀粉/羧甲基纤维素共混膜。与单膜相比,共混膜的力学性能、吸水性能及水蒸气透过率均有显著改善,在一定温度范围内,共混膜热稳定性高于海藻酸28。孟祥军以7wt%NaOH/12wt%尿素水溶液作为溶剂,在低温下溶解纤维素,在室温下溶解海藻酸钠,制备
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