改性甘蔗渣微晶纤维素特性及其对明胶膜性能的影响

孙雪1,李新萍1,陈成2,范方宇1,3*

1(西南林业大学 生命科学学院,云南 昆明,650224)

2(西南林业大学 林学院,云南 昆明,650224)

3(西南林业大学 西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室,云南 昆明,650224)

摘 要 该研究以甘蔗渣微晶纤维素为原料,制备了醚化微晶纤维素和乙酰化微晶纤维素,利用扫描电镜、X-射线衍射、傅里叶变换红外光谱及差示扫描量热分析了2种改性甘蔗渣微晶纤维素性质。同时以明胶为成膜基质,研究了2种改性甘蔗渣微晶纤维素对复合膜性能的影响,结合上述方法分析复合膜的结构及热稳定性。结果表明,甘蔗渣微晶纤维素改性后,形貌未发生明显变化,改性基团成功被接入,结晶度、熔融温度均有降低。明胶与甘蔗渣微晶纤维素、醚化微晶纤维素、乙酰化微晶纤维素的复合膜透水透气性及机械性能均低于明胶膜,乙酰化微晶纤维素的相关性能最好,3种微晶纤维素均与明胶有良好的相容性,结构致密,稳定性增强。

关键词 甘蔗渣;微晶纤维素;明胶;改性;复合膜

微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)是纤维素经过无机酸水解得到的具有极限聚合度的纤维素晶体物质[1],具有机械强度高、吸水性、保水性强、可再生、可降解[2]等特性,因此被广泛应用于食品、医药及化妆品等行业[3]。MCC表面存在的大量羟基,使其具有极强的反应活性[4],但由于MCC分子间存在大量氢键且结晶度较高,耐热性和耐腐蚀性较差[5],限制了其在加工中的应用范围。生产中可通过改性,赋予其新的功能特性,从而扩大其应用领域。

明胶(gelatin,GE)是胶原蛋白水解产生的一种线性多肽[6],具有吸水性强、成膜性好、价格低廉和来源广泛等特点,然而GE膜的机械性能和阻隔性能较差[7],使其在包装工业中的应用较少。为扩大GE膜的使用范围,常采用交联或共混等方法以改善其性能。关于将MCC与GE共混制备复合膜,已有相关研究。PAN等[8]将MCC加入鱼明胶中制备复合膜,其抗拉强度及弹性模量均有提高,并表现出较好的热稳定性,但断裂伸长率及溶胀率有所降低。裴莹等[9]在GE膜中加入15%纳米纤维素晶须制备复合膜,其溶胀度降低为纯GE膜的25%,可有效改善其在水中的稳定性。目前将甘蔗渣微晶纤维素(sugarcane bagasse microcrystalline cellulose,SMCC)进行改性并应用于GE膜中的研究尚未见报道。

本试验拟采用化学改性SMCC制备醚化微晶纤维素(etherified microcrystalline cellulose,ESMCC)、乙酰化微晶纤维素(acetylated microcrystalline cellulose,ASMCC),并通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry,DSC)等对SMCC及改性SMCC性质进行表征分析。并将改性SMCC加入GE膜中,探究SMCC改性前后及不同改性方法对GE膜阻隔性能、机械性能、结构及热稳定性的影响。以期扩大甘蔗渣的综合利用,并为GE在食品包装中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘蔗,云南昆明;冰醋酸、醋酸酐、浓H2SO4、NaOH,天津风船化学试剂科技有限公司;氯乙酸、明胶、甘油,广东光华科技股份有限公司。所有试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

XINYI-IID超声波细胞粉碎机,宁波新艺超声设备有限公司;DSC204F1差示量热扫描仪,德国Netzch公司;IRPrestige-21傅里叶红外光谱仪,日本Shimadu公司;Regulus 8100扫描电子显微镜,日本Hitachi 公司;Ultima IV型X-射线衍射仪,日本理学Rigaku公司;ST3100型pH计,奥豪斯仪器(常州)有限公司;FJ200-SH数显高速分散均质机,上海沪析实业有限公司。

1.3 SMCC的制备

参考文献[10]略作改动。选取直径、长度一致的甘蔗,洗净去皮榨汁,收集滤渣。用蒸馏水洗涤滤渣至澄清,105 ℃烘干、粉碎、过40目筛,收集筛下样品。将甘蔗渣粉末与20 g/L Na2CO3溶液按料液比1∶15(g∶mL)混匀,室温浸泡24 h,用蒸馏水将固形物抽滤洗涤至中性,60 ℃烘干。预处理后的甘蔗渣与质量分数1.0%硝酸按料液比1∶15(g∶mL)混匀,加入5 g/L的NaCl,70 ℃水浴,100 r/min搅拌60 min,用蒸馏水将固形物抽滤洗涤至中性。将固形物、体积分数0.8%H2O2、体积分数30% NaClO溶液以1∶6∶6混匀,80 ℃、100 r/min搅拌60 min,用蒸馏水将固形物抽滤洗涤至中性,60 ℃烘干后得到甘蔗渣纤维素(sugarcane bagasse cellulose,SCBC)。将SCBC与0.8 mol/L的磷酸溶液按料液比1∶10(g∶mL)混合,65 ℃水浴,100 r/min搅拌70 min,用蒸馏水将固形物抽滤洗涤至中性,60 ℃烘干、粉碎、过60目筛,收集筛下样品,得SMCC。

1.4 改性SMCC的制备

醚化改性[5]:精确称取3.0 g SMCC,加入500 g/L NaOH溶液40 mL和75%乙醇溶液30 mL,30 ℃水浴60 min,完成碱化,得到碱微晶纤维素溶液;4.5 g氯乙酸与15 mL 75%乙醇溶液混合后加入碱微晶纤维素溶液中,30 ℃恒温水浴装置反应30 min,加入50%NaOH溶液20 mL,完成二次碱化。70 ℃水浴120 min,完成醚化;用3%稀盐酸调节pH至7~8,用50%的乙醇溶液洗涤2次,再用无水乙醇洗涤1次,冷冻干燥后得ESMCC。

乙酰化改性[11]:精确称取3.0 g SMCC用无水乙酸稀释成质量分数10%SMCC悬浮液,加入30%乙酸酐和催化剂浓H2SO4(5%,以绝干SMCC质量计算),50 ℃、100 r/min搅拌60 min,反应结束后,用蒸馏水将所得固形物8 000 r/min离心洗涤至中性,每次15 min。冷冻干燥得ASMCC。

1.5 改性SMCC/GE复合膜的制备

参照文献[8]的方法,取5.0 g GE加入50 mL蒸馏水,60 ℃、100 r/min搅拌60 min;取0.2 g改性ASMCC,加入50 mL蒸馏水,570 W超声波处理60 min;将上述2种溶液混匀后,加入3.5 g甘油,10 000 r/min均质10 min,150 W、50 ℃超声波消泡5 h。混合液倒入9 cm塑料培养皿中(8 g/每个),35 ℃干燥24 h。样品置于恒温恒湿培养箱(25 ℃、相对湿度50%)平衡48 h。

1.6 性质分析

1.6.1 改性SMCC表征分析

SEM分析:将样品黏结在含导电胶的观测台上,喷金,采用SEM在放大5 000倍条件下观察样品形态。加速电压20 kV。

FTIR分析:采用KBr压片法,扫描范围4 000~400 cm-1,扫描32次,分辨率4 cm-1

XRD测定:采用X-射线衍射仪分析样品。Cu靶,波长1.54,电压40 kV,电流40 mA,2θ的范围为5°~40°。

DSC分析:利用差示扫描量热仪分析样品的热稳定性。取5.0 mg样品于铝制坩埚中,空坩埚为空白对照,扫描温度25~250 ℃,升温速度10 ℃/min,N2流速20 mL/min。

1.6.2 复合膜性能测定

水蒸气透过系数(water vapor permeability,WVP)采用杯试法测定[12]。称取3.0 g无水CaCl2于称量瓶中,石蜡密封瓶口。样品置于25 ℃、相对湿度50%的恒温恒湿箱168 h(7 d),记录称量瓶质量变化。WVP按公式(1)计算。

(1)

式中:Δm,称量瓶质量变化,g;L,膜厚度,mm;A,薄膜的面积,0.001 26 m2;t,测试时间,h;Δp,试样两侧的蒸气压差,1.58 kPa。

CO2透过率(CO2 permeability,QCO2)采用强碱吸收法测定[13]。称取3.0 g KOH于称量瓶中,用石蜡将膜密封于称量瓶瓶口。样品置于25 ℃、相对湿度50%的恒温恒湿箱168 h(7 d),记录称量瓶质量变化。QCO2按公式(2)计算。

(2)

式中:Δm,称量瓶质量变化,g;t,测试时间,h;A,薄膜面积,0.001 26 m2

氧气透过率(oxygen permeability,OP)参考文献[14]的方法测定。称取3.0 g山茶油于称量瓶中,用石蜡将膜密封于称量瓶瓶口。样品置于25 ℃、相对湿度50%的恒温恒湿箱168 h(7 d)。取(2.0±0.01)g山茶油于250 mL锥形瓶,加入30 mL无水乙酸和20 mL三氯甲烷混合溶液,加入1 mL饱和KI溶液,混合溶液置于暗处反应3 min;加入100 mL蒸馏水,1 mL 质量分数1%的淀粉指示剂,用0.02 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定,直至溶液变为无色并保持30 s不变色,记录消耗0.02 mol/L Na2S2O3标准溶液体积。所有步骤均以空白样品作为对照。OP按公式(3)计算。

OP/[×10-3g·mm/(m2·h·kPa)]

(3)

式中:V,样品消耗0.02 mol/L Na2S2O3标准溶液的体积,mL;V0,空白消耗0.02 mol/L Na2S2O3标准溶液的体积,mL;c,Na2S2O3标准溶液浓度,0.02 mol/L;d,薄膜厚度,mm;A,薄膜面积,0.001 26 m2;m,山茶油质量,g;Δp,薄膜两侧的水蒸气压差,1.58 kPa,t,测试时间,h。

参考GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄塑和薄片的试验条件》复合膜机械性能进行测试[15]。将膜裁为90 mm×10 mm长条状,采用电子万能试验机测量膜的拉伸强度(tensile strength,TS)和断裂伸长率(elongation at break,EB),测试速度为5 mm/min。TS和EB分别按公式(4)和(5)计算。

(4)

式中:P,膜断裂时的最大作用力,N;b,试样宽度,mm;d,膜厚度,mm。

(5)

式中:L0,膜的初始长度,mm;L,膜断裂时的长度,mm。

表征分析。改性SMCC/GE复合膜固定后喷金,采用SEM观察膜的表面及横截面的形貌,横截面采用液氮脆断后,测膜的断裂面。采用FTIR仪分析复合膜官能团,波数范围4 000~600 cm-1。采用X-射线衍射仪分析样品,使用Cu-Kα射线,扫描范围为5°~60°。以空坩埚为对照,温度范围25 ~250 ℃,升温速率10 ℃/min,进行DSC分析。

2 结果与分析

2.1 改性SMCC特性分析

2.1.1 SEM分析

MCC是具有较高结晶度的纤维结构,是由向列有序的结晶区和无序的无定形区构成,依靠分子内和分子间的氢键及范德华力维持的分子结构及纤维形态[16]。图1可知,3种样品粒径未发生明显变化,均在10 μm左右,且改性后SMCC表面变得光滑。说明对其进行醚化或乙酰化处理并未使SMCC出现水解且不会破坏其结构,同时在低取代度下,改性反应只在表面进行,使SMCC表面的少量丝状纤维结构被去除。

图1 SMCC、ESMCC及ASMCC的SEM图
Fig.1 SEM of SMCC,ESMCC,and ASMCC

2.1.2 FTIR分析

图2可知,3 420 cm-1处的特征吸收峰为分子中—OH的伸缩振动峰,是纤维素的特征吸收峰;2 920 cm-1的特征吸收峰对应的是—CH的伸缩振动峰;1 420 cm-1处特征峰对应的是—CH或—CH2弯曲振动峰;1 050 cm-1处特征峰对应的是葡萄糖环的骨架振动,即C—O—C的振动。相较于其他2种样品,ESMCC在1 620 cm-1处吸收峰增强,这种差异表明ESMCC中存在CO,证明醚化反应的发生,SMCC被成功改性。ASMCC在1 730和1 260 cm-1处的特征吸收峰对应乙酰基中CO和C—O伸缩振动峰,说明乙酰基已经成功接入MCC,此外,在1 840~1 760 cm-1处没有出现新的吸收峰,说明未反应的乙酸酐已被洗涤去除。

图2 SMCC、ESMCC及ASMCC的FTIR图
Fig.2 FTIR spectra of SMCC,ESMCC,and ASMCC

2.1.3 XRD分析

样品通过X射线测量出的衍射峰越尖锐,说明结晶度越高,反之,则表明结晶度低。图3可知,改性并没有改变SMCC的晶型,所有样品均在15.9°、22.3°附近出现吸收峰,属于纤维素Ⅰ型结构。与SMCC相比,ESMCC结晶度大幅降低,原因为发生醚化反应时,水化钠离子进入SMCC结晶区使其润胀,使SMCC链间距增大,同时高浓度NaOH溶液破坏了部分结晶区[13],从而使其结晶度下降。ASMCC结晶度也明显降低,原因为乙酰化反应深入内部结晶区,分子内及分子间氢键被破坏,SMCC表面被乙酰基取代,增加了空间位阻,促进结晶区转变为无定形区,导致结晶度降低[11]

图3 SMCC、ESMCC及ASMCC的XRD图
Fig.3 XRD of SMCC,ESMCC,and ASMCC

2.1.4 DSC分析

DSC能反映样品从冻结状态(玻璃态)到解冻状态(高弹态)变化过程[17],是衡量样品稳定性的重要指标之一。

由图4可知,3种样品均发生放热反应,SMCC、ESMCC、ASMCC的熔融温度分别为169.6、146.9和153.7 ℃。ESMCC、ASMCC熔融温度分别比SMCC降低了22.7和15.9 ℃。原因为醚化反应中碱处理会使SMCC结晶链段减少,结晶区缺陷增多[18],乙酰基比羟基具有更高的稳定性,但乙酰化反应发生时,乙酸酐会破坏SMCC的结构,使其结晶度下降,致使ASMCC熔融温度降低[19]。ASMCC熔融温度高于ESMCC,说明ASMCC比ESMCC热稳定性更好。

图4 SMCC、ESMCC及ASMCC的DSC图
Fig.4 DSC of SMCC,ESMCC,and ASMCC

2.2 复合膜性能分析

2.2.1 复合膜的基本特性

复合膜的阻隔性能、机械性能通常受大分子材料在成膜时的均匀性、分子间作用力以及分子在成膜液中的溶解性、分散性等因素影响[20]。阻隔性能是包装材料的重要性能之一,环境中的水蒸气、CO2、O2会导致微生物生长、食品被氧化、分解,缩短食品货架期[21]。由表1可知,与纯GE膜相比,添加SMCC与改性SMCC的GE膜,WVP、QCO2及OP值均有下降,原因为SMCC或改性SMCC作为渗透屏障,增加了水蒸气、CO2、O2的扩散路径。ASMCC与纯GE膜相比,QCO2、OP分别显著下降37.73%和56.72%,说明乙酰化反应抑制了SMCC的聚集,使其在GE膜中分散较好。2种改性SMCC/GE膜差异不显著(P>0.05),但ASMCC/GE膜的WVP、QCO2及OP值更小,说明2种复合膜均能增强GE膜的阻隔性能。TS和EB是衡量复合膜在包装应用过程中对外界压力抵抗能力的重要指标[22]。添加3种SMCC后与GE膜相比,TS均显著下降(P<0.05),EB无显著差异(P>0.05),原因为GE分子趋于无定形伸展,链段活动性较强,刚性相对减弱,加入SMCC后,其与GE分子间作用增强,导致链段运动困难,流动性变差,刚性增强[23],复合膜的硬度和脆度增大,故力学性能降低。2种改性SMCC/GE膜之间差异不显著(P>0.05),说明不同改性SMCC对复合膜的机械性能影响较小。

表1 GE膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜基本特性
Table 1 Performance of GE film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film,and ASMCC/GE film

WVP/g·mm/(m2·h·kPa)QCO2/g/(m2·h)OP/×10-3g·mm/(m2·h·kPa)TS/MPaEB/%GE膜0.975±0.224a13.267±0.155a0.506±0.001a6.714±1.757a71.138±0.103abSMCC/GE膜0.918±0.126a11.673±1.217ab0.474±0.001a1.352±0.250b79.307±0.710aESMCC/GE膜0.842±0.173a10.209±1.475bc0.258±0.001b2.614±0.183b60.200±0.104bASMCC/GE膜0.778±0.241a8.261±0.714c0.219±0.001b2.569±0.209b66.733±0.027b

注:同一列中不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2.2 SEM分析

SMCC在GE膜基质中的分散效果及与GE的相互作用可直接影响SMCC对GE膜性能的改善效果。图5可知,GE膜表面不平整,存在凸起,可能是因为GE溶解不均匀[20];截面局部光滑、出现褶皱、纹理粗糙,具有液氮脆断的特征[24],由于GE分布均匀,使其断面出现山脊状条纹。与纯GE膜相比,添加SMCC、改性SMCC的GE膜表面更光滑,说明SMCC能均匀的分散在GE膜中,与GE形成稳定均匀的溶液,二者发生了一定程度的缔合和交联作用[8],SMCC能较好的填充GE膜,制备稳定的复合膜。图5-b~图5-d可见,SMCC/GE膜及改性SMCC/GE膜截面与纯GE膜明显不同。SMCC/GE膜截面褶皱较多,这是由于均为大分子物质的SMCC与GE出现了一定程度的微相分离,且在脆断过程中二者对外力敏感程度不同,相分离变得明显[9]。ESMCC/GE膜,截面更为光滑,没有明显的褶皱和纹理,说明ESMCC与GE结合最为致密,原因为醚化改性后,SMCC表面羟基含量降低,形成大量羰基,分子间团聚作用减弱[13],使其在GE膜中分布更加均匀。当SMCC与GE兼容性较好时,SMCC颗粒更倾向于与GE建立相互作用力,而不是分子间氢键作用。ASMCC/GE膜截面出现褶皱和裂痕,原因为无水乙酸溶胀SMCC使其内部空隙变大,增加了乙酸酐与SMCC表面羟基的接触面积,二者进一步发生取代反应,导致SMCC结晶区被破坏,降低其表面极性[25],与GE分子交联作用变差。

a-GE膜表面;b-SMCC/GE膜表面;c-ESMCC/GE膜表面;d-ASMCC/GE膜表面e-GE膜截面;f-SMCC/GE膜截面;g-ESMCC/GE膜截面;h-ASMCC/GE膜截面

图5 GE膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜的SEM图
Fig.5 SEM graphs of GE film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film,and ASMCC/GE film

2.2.3 FTIR分析

由图6可知,与SMCC相比,GE膜中3 290 cm-1处吸收峰向低波段移动,同时峰形变宽、峰面积明显增大,造成这种现象的原因一方面是GE膜中N—H和O—H的伸缩振动产生,另一方面是—NH2、—COOH基团可能与SMCC中—OH基团特征峰发生重叠或形成了新的氢键,导致特征峰面积变宽;表2中1 630、1 540 和1 230 cm-1处的特征峰分别为酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带;2 950 cm-1处特征峰为C—H的伸缩振动引起[8]。添加SMCC或改性SMCC的GE膜某些特征峰略向更高的波数偏移,如SMCC/GE膜中酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带(GE中的酰胺羰基)的吸收峰发生偏移,原因为SMCC或改性SMCC中没有羰基,但与GE分子间形成了氢键,使羰基特征峰的出现了较小偏差。2种改性SMCC/GE膜在2 880 cm-1处出现了新的吸收峰。由图6可知,纯GE膜、SMCC/GE膜及改性SMCC/GE膜的特征吸收峰差异并不明显仅存在较小差异,且保留了纤维素的基本结构,可能是因为超声处理使SMCC或改性SMCC分散更加均匀,差异来源于3种SMCC与GE分子间相互作用引起了构象变化。

表2 GE膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜的FTIR峰
Table 2 FTIR peaks of GE film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film and ASMCC/GE film

样品酰胺Ⅰ带/cm-1酰胺Ⅱ带/cm-1酰胺Ⅲ带/cm-1GE膜163015401230SMCC/GE膜164015501240ESMCC/GE膜164015501240ASMCC/GE膜164015501240

图6 GE膜、SMCC膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜的FTIR图
Fig.6 FTIR spectra of GE film,SMCC film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film,and ASMCC/GE film

2.2.4 XRD分析

XRD分析是利用X射线在物质中的衍射效应,对物质进行原子空间结构分析的方法。若共混物质之间存在较强的相互作用,个别组分的特征衍射峰会消失,使共混材料的聚集态结构发生相应变化,从而使结晶发生变化;反之,若共混材料之间相互作用较弱或完全不相容,则会出现各自的结晶区,在衍射图谱上表现为各组分衍射图谱按比例简单的叠加[23]。由图7可知,GE膜在2θ为6.6°和20.2°处有明显的衍射峰,20.2°处归因于GE自身结晶结构的特征峰。2θ为6.6°附近的衍射峰为GE的三螺旋结构,在纯GE膜中,此峰来源于GE的螺旋分子链结构在成膜过程中卷曲折叠,链间由于氢键作用形成了规整的晶体排列,故GE膜自身强度较高。添加改性SMCC的GE膜在6.6°处峰强明显降低,原因为改性SMCC可与GE形成紧密结构,降低孔隙率,分子间作用力增强,导致GE分子链空间形变能力减弱,较难形成晶体结构,故峰强降低。

图7 GE膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜的XRD图
Fig.7 XRD results of GE film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film,and ASMCC/GE film

2.2.5 DSC分析

图8可知,4种样品熔融温度分别为191.9、177.3、175.2及185.1 ℃。其中,ESMCC/GE复合膜熔融温度最低。

图8 GE膜、SMCC/GE膜、ESMCC/GE膜及ASMCC/GE膜的DSC图
Fig.8 DSC results of GE film,SMCC/GE film,ESMCC/GE film,and ASMCC/GE film

与纯GE膜相比,添加SMCC、ESMCC、ASMCC的熔融温度分别下降了14.6、16.7 和6.8 ℃,这可能是因为SMCC或改性SMCC在制备过程中,大量的纤维链段被破坏和断裂,链段端出现许多低分子链段和断裂点。随着温度的升高,低分子链及断裂点首先吸收热量,开始分解,且由于SMCC和改性SMCC尺寸较小,比表面积更大,导致熔融温度均有下降。

3 结论

以甘蔗渣为原料制备SMCC,并通过不同方法对其进行改性制备ESMCC、ASMCC。结果表明:ESMCC、ASMCC粒径约为10 μm,改性并未改变SMCC尺寸;FTIR、XRD分析显示改性基团成功被接入,结晶区域被破坏,结晶度降低;DSC分析显示熔融温度分别为146.9和153.7 ℃,常温下稳定性较好。

以GE为成膜基材,分别添加SMCC、ESMCC、ASMCC制备复合膜,探究3种MCC对GE膜性能的影响。结果表明:与纯GE膜相比,3种复合膜阻隔性能均有提高,其中ASMCC/GE膜透水透气性最好,但机械性能略有下降。SEM、FTIR、XRD、DSC分析表明ESMCC、ASMCC与GE具有良好的相容性,复合膜结构紧密,稳定性较好,可为食品包装提供参考。

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Preparation and properties of modified bagasse microcrystalline cellulose/gelatin membrane

SUN Xue1,LI Xinping1,CHEN Cheng2,FAN Fangyu1,3*

1(School of Life Science,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)

2(College of Forestry,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)

3(Southwest Forestry University/Key Laboratory for Forest Resources Conservation and Utilization in the Southwest Mountains of China,Ministry of Education,Kunming 650224,China)

ABSTRACT In this paper,etherified microcrystalline cellulose and acetylated microcrystalline cellulose were prepared from bagasse microcrystalline cellulose.The properties of two kinds of modified bagasse microcrystalline cellulose were analyzed by scanning electron microscopy,X-ray diffraction,Fourier transform infrared spectroscopy,and differential scanning calorimetry.At the same time,the effects of two kinds of modified bagasse microcrystalline cellulose on the properties of the composite membrane were studied.The structure and thermal stability of the composite membrane were analyzed by scanning electron microscopy,X-ray diffraction,Fourier transform infrared spectroscopy,and differential scanning calorimetry.Results showed that after bagasse microcrystalline cellulose modification,the morphology did not change significantly,the modified groups were successfully incorporated,and the crystallinity and melting temperature decreased.The water permeability and mechanical properties of the composite membranes of gelatin,bagasse microcrystalline cellulose,etherified microcrystalline cellulose,and acetylated microcrystalline cellulose were lower than those of gelatin films.Acetylated microcrystalline cellulose had the best performance.The three microcrystalline celluloses had good compatibility with gelatin,compact structure,and enhanced stability.

Key words sugarcane bagasse;microcrystalline cellulose;gelatin;modification;composite membrane

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032475

引用格式:孙雪,李新萍,陈成,等.改性甘蔗渣微晶纤维素特性及其对明胶膜性能的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(13):183-190.SUN Xue,LI Xinping,CHEN Cheng,et al.Preparation and properties of modified bagasse microcrystalline cellulose/gelatin membrane[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(13):183-190.

第一作者:硕士研究生(范方宇教授为通信作者,E-mail:ffy118@163.com)

基金项目:国家自然科学基金项目(31760470);云南省“万人计划”青年拔尖人才专项资助项目(YNWR-QNBJ-2018-046)

收稿日期:2022-05-27,改回日期:2022-06-23