不同交联剂对琼胶_海藻酸钠复合膜性能的影响_王牌.pdf

DOI:10.12131/20220134文章编号：2095 0780（2023）02 0142 08不同交联剂对琼胶/海藻酸钠复合膜性能的影响王 牌1，杨少玲2,3，戚 勃2,3，杨贤庆2，李春生2，王 迪2，赵永强2，李来好2，胡 晓2，陈胜军21.上海海洋大学 食品学院，上海 2013062.中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部水产品加工重点实验室，广东 广州 5103003.大连工业大学/海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁 大连 116034摘要：琼胶和海藻酸钠是从海藻中提取的亲水性胶体，具有良好的成膜性和生物降解性。为提高琼胶/海藻酸钠复合膜的应用性能，以琼胶、海藻酸钠为成膜基料，甘油为增塑剂，阿魏酸、单宁酸、柠檬酸和丁二酸为交联剂，采用溶液浇筑法制备了琼胶/海藻酸钠复合膜，通过测定复合膜的机械性能、耐水性、阻湿性、不透明度、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和微观结构，研究了4种交联剂对复合膜性能的影响。结果表明，4种交联剂均显著提高了复合膜的拉伸强度、耐水性和阻湿性(P0.05)，但显著降低了膜的透明度(P0.05)，且当阿魏酸和单宁酸添加量为5%、柠檬酸和丁二酸为10%时，交联剂对复合膜的改善作用最好。4种交联剂中，柠檬酸交联膜的性能最好，当添加量为10%时，其拉伸强度为46.98 MPa，断裂伸长率为17.87%，水溶性为24.17%，溶胀率为38%，水蒸气透过率为0.51 gmm(m2hkPa)1。FT-IR分析显示，柠檬酸和丁二酸通过与琼胶和海藻酸钠分子中的羟基(OH)发生酯化反应，改善复合膜的性能，阿魏酸和单宁酸通过与琼胶和海藻酸钠形成分子间氢键实现交联。扫描电镜分析结果表明，琼胶和海藻酸钠的相容性良好，交联剂可使复合膜截面更加致密、光滑。因此，适量添加4种交联剂可不同程度地改善琼胶/海藻酸钠复合膜的理化性能，为包装薄膜的制备及应用提供科学参考。关键词：琼胶；海藻酸钠；交联剂；可食膜中图分类号：TS 254.5+8文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Effects of different crosslinking agents on properties of agar/sodiumalginate composite filmsWANG Pai1,YANG Shaoling2,3,QI Bo2,3,YANG Xianqing2,LI Chunsheng2,WANG Di2,ZHAO Yongqiang2,LI Laihao2,HU Xiao2,CHEN Shengjun21.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China2.South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences/Key Laboratory of Aquatic Product Processing,Guangzhou 510300,China3.Dalian Polytechnic University/Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing,Dalian 116034,ChinaAbstract:Agar and sodium alginate are hydrophilic colloids extracted from algae,with good film-forming and biodegradabili-ty.In order to improve the application performance of agar/sodium alginate composite membrane,we used agar and sodium al-第 19 卷第 2 期南 方 水 产 科 学Vol.19，No.22023 年 4 月South China Fisheries ScienceApr.，2023收稿日期：2022-05-11；修回日期：2022-09-14基金项目：国家重点研发计划项目(2019YFD0901905)；国家现代农业产业技术体系(CARS-50)；农业农村部水产品加工重点实验室开放基金项目(NYJG202108)；中国水产科学研究院基本科研业务费专项资金(2020TD69)；中国水产科学研究院南海水产研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助(2021SD06)作者简介：王牌(1997)，男，硕士研究生，研究方向为海藻加工与利用。E-mail:通信作者：戚勃(1978)，男，副研究员，硕士，研究方向为海藻加工与利用。E-mail:ginate as film-forming base material,glycerol as plasticizer,ferulic acid,tannin acid,citric acid and succinic acid as crosslinkingagents to prepare the agar/sodium alginate composite films by solution casting method.Then we studied the effects of fourcrosslinking agents on the properties of the composite films based on the mechanical properties,water resistance,moisture resis-tance,opacity,fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)and microstructure of the composite films.The results show thatthe four crosslinking agents improved the tensile strength,water resistance and moisture resistance of the composite films signi-ficantly(P0.05),but reduced the transparency significantly(P0.05).The crosslinking agents had the best improvement effecton the composite films with additions of ferulic acid and tannin acid of 5%,citric acid and succinic acid of 10%.Among the fourcrosslinking agents,citric acid cross-linked film had the best performance,and when the addition of citric acid was 10%,each in-dex reached the optimal value The tensile strength was 46.98 MPa;the elongation at break was 17.87%;the water solubility was24.17%;the swelling ratio was 38%;the water vapor permeability(WVP)was 0.51 gmm(m2hkPa)1.FT-IR analysis showsthat citric acid and succinic acid improved the properties of the composite films by esterifying with OH of agar and sodium al-ginate,and ferulic acid or tannin acid achieved crosslinking by forming intermolecular hydrogen bonds with agar and sodium al-ginate.Scanning electron microscopy(SEM)analysis shows that agar and sodium alginate had good compatibility,and the crosssection of composite film became denser and smoother with the addition of crosslinking agents.Therefore,moderate addition ofcrosslinking agent to agar/sodium alginate composite films can improve the physical and chemical properties of composite filmsat different degrees,which provides scientific references for the preparation and application of packaging films.Keywords:Agar;Sodium alginate;Crosslinking agent;Edible film琼胶和海藻酸钠是从海藻中提取的亲水性胶体，良好的成膜性和生物降解性使其成为可食性包装膜材料的研究热点之一1-3。研究表明，单一成膜基材制备的薄膜的应用性能通常具有一定的缺陷，如海藻酸钠膜机械强度低、琼胶膜柔韧性低，从而限制了其实际应用。而将不同的成膜基材复配可改善其应用性能4。Hou 等5将琼胶与海藻酸钠复合，并在硼酸的作用下制备了阻燃膜；Abdollahi等6制备了羧甲基纤维素/琼胶复合膜，增强了膜的柔韧性；Rukmanikrishnan 等7制备了黄原胶/琼胶复合膜，提高了膜的热稳定性。笔者前期研究了琼胶/海藻酸钠复合膜的制备工艺(未发表)，发现当琼胶与海藻酸钠质量比为 11 时，复合膜的断裂伸长率、拉伸强度和水蒸气透过率分别为 28.73%、32.76 MPa 和 0.661 2 gmm(m2hkPa)1，相较于琼胶或海藻酸钠单一膜，复合膜的性能指标得到了很好的改善，但其机械强度、阻湿性能与传统的高分子塑料膜相比仍有较大差距。因此，在提高琼胶/海藻酸钠复合膜应用性能方面还需要进一步研究。交联改性可提高可食性膜材料的机械性能和阻湿性能等理化特性，因此成为膜改性的方法之一8。目前，已有学者研究了单一交联剂对可食性复合膜的改性作用并取得了显著效果。如 Uran-ga 等9用柠檬酸与琼胶/鱼明胶交联，提高了复合膜的阻湿性；庄晓雯等10以氯化铁-盐酸溶液(Fe-Cl3-HCl)为交联体系，制备了防紫外线的海藻酸钠纤维膜；Belay 等11以琥珀酸为交联剂，制备了高强度的琼胶膜。可见，交联剂的种类是影响交联膜性能的关键因素。为提高琼胶/海藻酸钠复合膜的应用性能，本研究在前期研究的基础上，以琼胶和海藻酸钠为成膜基料、以甘油为增塑剂，研究阿魏酸(Ferulicacid,FA)、单宁酸(Tannin acid,TA)、柠檬酸(Cit-ric acid,CA)和丁二酸(Succinic acid,SA)4 种食用交联剂，对琼胶/海藻酸钠复合膜机械性能和阻湿性等理化特性的影响，以期为琼胶/海藻酸钠可食性复合膜的开发利用提供理论依据和科学参考。1 材料与方法 1.1 材料与试剂琼胶粉(汕头市澄海区琼胶厂)；海藻酸钠 酷