海藻酸鈣及其共混改性復(fù)合膜的滲透性研究.pdf

1、海藻酸鈉是從褐藻類植物中提取的天然多糖，是一種豐富以及對(duì)環(huán)境友好的海洋生物資源。隨著材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者開始研究海藻酸鈉，其應(yīng)用前景十分廣闊。
　　本文以海藻酸鈉水溶液為成膜劑，以鈣離子為交聯(lián)劑，通過溶劑揮發(fā)法，制備海藻酸鈣薄膜，通過添加殼聚糖、糊精制備共混改性復(fù)合膜。考察影響海藻酸鈣及其共混改性復(fù)合膜的滲透性影響因素，開展了以下工作：
　　1.研究海藻酸鈣薄膜及其共混改性復(fù)合膜的制備及其表征。以海藻酸鈉、

2、氯化鈣、殼聚糖、糊精為原料制備海藻酸鈣及其復(fù)合膜。FTIR結(jié)果顯示，在海藻酸鈣體系中加入殼聚糖后，特征吸收峰發(fā)生了位移，表明殼聚糖的游離氨基與海藻酸鈉的羧基發(fā)生了相互作用，再在此基礎(chǔ)上加入糊精后，薄膜的紅外光譜無明顯變化，說明加入的糊精并不與海藻酸鈣、殼聚糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過 SEM掃描結(jié)果分析，單純的海藻酸鈣薄膜表面有明顯的孔洞，孔洞數(shù)量為10個(gè)，大小為0.5μm，加入殼聚糖后及糊精后，復(fù)合膜表面細(xì)密，無明顯孔洞，斷面圖可以看到，它不

3、同于純海藻酸鈣薄膜斷面，其斷面層一層一層的，像一束一束的纖維堆疊在一起，并沒有交錯(cuò)鏈接，表面較為光滑。添加糊精后，薄膜表面同樣細(xì)密，從其斷面圖可以看到，不像海藻酸鈣/殼聚糖薄膜斷面層層堆疊，而是一層一層的交錯(cuò)縱橫的連接在一起，緊密結(jié)合，從橫截面還能看到界面上有細(xì)小的顆粒狀，有可能是糊精顆粒填充進(jìn)海藻酸鈣-殼聚糖體系中。
　　2.對(duì)影響海藻酸鈣及其復(fù)合膜的水蒸氣滲透系數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，影響海藻酸鈣薄膜的水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)（WVP）最

4、大的是與海藻酸鈉交聯(lián)的鈣離子濃度，其次是交聯(lián)時(shí)間。氯化鈣交聯(lián)時(shí)間從10min~50min進(jìn)行考察，10min固化時(shí)WVP為1.2057×10-6 g/(m·h·Pa)，20min時(shí)，WVP降低到8.3474×10-6 g/(m·h·Pa)，20min后海藻酸鈣薄膜WVP減小速度趨于平緩，對(duì)比20min時(shí)，交聯(lián)50min的海藻酸鈣薄膜WVP僅僅降低了3％。交聯(lián)劑氯化鈣的濃度從10g/L~50g/L進(jìn)行考察，鈣離子濃度為50g/L時(shí)WVP能

5、下降到8.0244×10-6 g/(m·h·Pa)，對(duì)比10g/L鈣離子固化的薄膜，WVP降低了25%，而海藻酸鈉的濃度對(duì)海藻酸鈣薄膜WVP并無太大的影響，海藻酸鈉濃度從1%增加到3%，水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)從8.0087×10-6 g/(m·h·Pa)減小到7.9071×10-6 g/(m·h·Pa)，僅減小了1%。通過實(shí)驗(yàn)得出海藻酸鈣薄膜體系最優(yōu)條件下得出水蒸氣透過率為8.0244×10-6 g/(m·h·Pa)。在此基礎(chǔ)上，添加殼聚糖，使

6、其與海藻酸鈉發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)，形成海藻酸鈣-殼聚糖共混膜。殼聚糖的濃度從0~1%范圍考察，濃度為0.75%時(shí)薄膜的 WVP較純海藻酸鈣薄膜降低了10%，為了進(jìn)一步增加膜的致密性，減小WVP，在海藻酸鈣-殼聚糖復(fù)合膜中添加小分子的糊精作為填充劑，制備海藻酸鈣-殼聚糖-糊精復(fù)合膜。在海藻酸鈣-殼聚糖-糊精復(fù)合膜中白糊精濃度從0~2%范圍考察，白糊精濃度為2%時(shí)，WVP降低了7.4%。
　　3.利用Valia-Chien擴(kuò)散池對(duì)海藻酸鈣

7、及其改性復(fù)合膜對(duì)四種香味物質(zhì)的擴(kuò)散性進(jìn)行研究，并用靜態(tài)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜連用方法定量檢測(cè)，分別考察海藻酸鈣-殼聚糖、海藻酸鈣-殼聚糖-糊精共混改性復(fù)合膜的組成對(duì)上述四種香味物質(zhì)的滲透速率的影響。在海藻酸鈣-殼聚糖復(fù)合膜中，需要考察的因素有殼聚糖濃度，隨著水溶性殼聚糖的濃度增加，正丙醇、乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯在復(fù)合膜中的滲透速率越來越小，正丙醇、乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯在純海藻酸鈣膜中的擴(kuò)散系數(shù)為3.18953×10-11 m2/

8、s、1.733×10-11 m2/s、2.4638×10-11 m2/s、6.9553×10-12 m2/s，添加量為0.75%時(shí)，四種香味化合物正丙醇、乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯在海藻酸鈣薄膜中擴(kuò)散系數(shù)為2.2426×10-11 m2/s、1.2994×10-11 m2/s、1.7542×10-11 m2/s、5.6030×10-12 m2/s，擴(kuò)散系數(shù)分別降低了29.69%、25.02%、28.80%、19.44%。在海藻酸鈣-殼聚

9、糖體系的基礎(chǔ)上，加入麥芽糊精，制備海藻酸鈣-殼聚糖-麥芽糊精復(fù)合膜，對(duì)其添加濃度從0~3%進(jìn)行考察，當(dāng)麥芽糊精添加量為2%時(shí)，海藻酸鈣-殼聚糖復(fù)合膜，其四種香味物質(zhì)正丙醇、乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯的擴(kuò)散系數(shù)分別降低了15%、19.38%、16.78%、14.4%。
　　4．除了考察海藻酸鈣/殼聚糖/糊精復(fù)合膜中組分配比外，還考察了其他因素對(duì)其香味化合物擴(kuò)散系數(shù)的影響：滲透液基質(zhì)液體、糊精的種類、殼聚糖脫乙酰度、接收液中加入鈣離子

10、；實(shí)驗(yàn)用辛癸酸甘油酯配置與滲透液濃度相同的香味物質(zhì)油溶液作為滲透液，對(duì)比同一濃度下，水作為基質(zhì)配置的滲透液和油作為基質(zhì)配置的滲透液中香味化合物的擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果得出，正丙醇的擴(kuò)散系數(shù)沒有太大影響，而乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯的擴(kuò)散系數(shù)分別降低了70%、25%、73%。不同類型的糊精替換麥芽糊精進(jìn)行考察，選擇β-環(huán)糊精、白糊精進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示β-環(huán)糊精的添加對(duì)于香味化合物的擴(kuò)散系數(shù)的保香效果好于麥芽糊精和白糊精，乙酸乙酯、正丁醇、丁酸乙酯