玉米秸秆纳米纤维素-淀粉膜的制备工艺优化及性能分析

本研究利用玉米秸秆纳米纤维素、玉米秸秆淀粉等作为成膜基材,通过共混流延法制备玉米秸秆纳米纤维素-淀粉膜。通过单因素实验和正交试验,对制备的纳米纤维素-淀粉膜的性能进行测定,考察各成膜基材对纳米纤维素-淀粉膜的机械性能、透湿系数、透光率、水溶性和透氧系数的影响,最终确定成膜液最佳配方组合:淀粉10.0%(W/V)、纳米纤维素5.0%(W/V)、羧甲基纤维素钠1.6%(W/V)、甘油2.3%(V/V)。在最优工艺条件下制备的纳米纤维素-淀粉膜综合效果最佳,并测得性能指标,膜厚(0.063±0.050)mm,抗拉强度14.92 MPa,断裂伸长率64.75%,透湿系数为2.19×10^(-12)g·m/m^(2)·s·Pa,透光率87.60%,溶解时间97.00 s,透氧系数2.75×10^(-14)cm^(3)·cm/cm^(2)·s·Pa。

基于玉米秸秆纳米纤维素复合膜的研制及性能研究

该研究以玉米秸秆纳米纤维素、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠为成膜基材,辅以蒙脱土对其进行性能优化,以甘油为增塑剂,精油、硬脂酸为改性剂,通过流延法制备复合膜,分别进行单因素和正交试验,对复合膜性能进行测定。通过考察各成膜原料对复合膜机械性能、透湿量、透光率和水溶性的影响情况,确定成膜液最佳配方组合为:纳米纤维素30 g/L、蒙脱土20 g/L、精油2 mL/L、海藻酸钠与羧甲基纤维素质量比4∶1。在此工艺条件下制备的复合膜综合效果最佳,膜厚(0.072±0.03)mm,抗拉强度18.20 MPa,断裂伸长率56.66%,透湿量424.30 g/(m^(2)·d),透光率87.2%,水解时间135 s,复合膜具备较好的工艺性能,具有绿色可降解等优点。随着纳米纤维素含量的增加,复合膜的拉伸强度不断增加,水蒸气透过率逐渐降低,进一步优化了复合膜的工艺性能,使得复合膜更适用于市场上包装材料的需求。该文利用玉米秸秆纳米纤维素制备复合膜,不仅实现玉米秸秆资源的利用,也在一定程度上缓解“白色污染”,拓宽了可降解性复合膜的应用途径。

超声波-微波协同作用对玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素可食膜机械性能的影响

利用超声波-微波协同技术制备玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素(corn distarch phosphate/corn straw cellulose,CDP/CSC)可食膜,探讨超声波-微波处理条件对膜机械性能的影响。以抗拉强度(tensile strength,TS)和断裂伸长率(elongation at break,EAB)为指标,通过响应面分析优化得到最佳工艺条件为:超声波功率600 W、微波功率170 W、超声波-微波时间9 min。在此条件下可食膜的TS和EAB分别达到31.42 MPa和74.33%,与未经超声波-微波处理的膜相比分别提高62.29%和56.88%。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射对可食膜进行结构观察和表征,经超声波-微波协同处理的CDP/CSC可食膜表面平整,结构致密,分子间作用力加强。超声波-微波联合作用可有效提高CDP/CSC可食膜的机械性能。

玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素可食膜的制备及物理性能

以玉米磷酸酯淀粉(corn distarch phosphate,CDP)和玉米秸秆纤维素(corn straw cellulose,CSC)为主要基材制备可食膜。研究CDP与CSC质量比、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)质量浓度、丙三醇(glycerol,Gly)质量浓度对可食膜物理性能抗拉强度(tensile strength,TS)、断裂伸长率(elongation at break,EAB)、水蒸气透过系数(water vapour permeability,WVP)和透光率的影响。在此基础上以可食膜的物理性能综合分为响应值,采用响应面法优化制备工艺参数。结果表明:最佳工艺条件为CDP-CSC质量比8.5∶1.5、CMC质量浓度0.8 g/100 mL、Gly质量浓度1.0 g/100 mL,此条件下可食膜物理性能综合分最高为0.683,对应可食膜的TS为19.75 MPa、EAB为46.89%、WVP为1.167×10^(-12)g/(cm·s·Pa)、透光率为41.86%,比未添加CSC的CDP膜物理性能综合分提高27.14%。通过扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析对可食膜进行结构观察和表征,表明CDP/CSC可食膜表面较平整,结构致密,各基质相容性好。

纳米甘薯渣纤维素的添加对玉米淀粉可食性膜性能的影响

以水蒸气透过性、吸湿性、溶解性、抗拉强度和断裂伸长率为指标,研究纳米甘薯渣纤维素对玉米淀粉可食性膜性能的影响。结果表明:随着添加的纳米甘薯渣纤维素质量浓度的增大,玉米淀粉可食性膜的水蒸气透过性、吸湿性、溶解性和断裂伸长率逐渐减小,而抗拉强度逐渐增大。当纳米甘薯渣纤维素的质量浓度为0.4g/100mL时,膜的水蒸气透过率最小;当纳米甘薯渣纤维素的质量浓度为0.5g/100mL时,膜的吸湿性、溶解性和断裂伸长率最小,而抗拉强度最大。提示纳米甘薯渣纤维素的添加能有效改善膜的性能。

玉米纳米淀粉/纤维素纳米晶复合膜制备工艺优化

以玉米纳米淀粉为基质,甘油为增塑剂、纤维素纳米晶(CNC)为增强剂采用流延成膜法制备玉米纳米淀粉/CNC复合膜,成膜基质和干燥温度对纳米淀粉成膜影响较大,聚氯乙烯基质板对纳米淀粉成膜较好,干燥温度25℃,成膜平整光滑;单因素探讨了玉米纳米淀粉、甘油和CNC含量对纳米淀粉/CNC复合膜强度性能的影响,在该基础上进行三因素三水平正交试验,正交优化研究表明,对玉米纳米淀粉/CNC复合膜的抗张强度影响为:CNC>甘油>玉米纳米淀粉,正交试验优化结果为CNC 2%,甘油8%,玉米纳米淀粉10%,制备的玉米纳米淀粉/CNC复合膜抗张强度达20.18 MPa;FTIR分析表明玉米纳米淀粉、甘油、CNC混合均匀,形成了均一稳定的纳米淀粉/CNC复合膜。该玉米纳米淀粉/CNC复合膜在食品药品可食性包装领域具有较好的应用前景。

超微粉碎玉米秸秆微观结构与秸秆-淀粉共混膜蠕变特性

为改善淀粉膜的性能,提高玉米秸秆的利用价值,研究了超微粉碎时间对玉米秸秆微观结构的影响,并选取超微粉碎1 h的玉米秸秆与玉米淀粉共混制备秸秆-淀粉共混膜,研究了超微粉碎秸秆的添加量对淀粉基膜蠕变特性的影响,并进行了模型拟合。超微粉碎试验结果表明,超微粉碎1 h的玉米秸秆维管束结构破坏较为完全,与对照样相比,平均粒径从85.33μm变为9.46μm,结晶度从39.46%变为19.29%。延长超微粉碎时间,秸秆粉体间团聚现象逐渐加剧,最终形成大颗粒团聚体。秸秆-淀粉共混膜蠕变特性测试结果表明,超微粉碎玉米秸秆的添加能显著改善共混膜的粘弹特性和蠕变特性。当添加量不大于15%时,超微粉碎秸秆-淀粉膜的蠕变形变、蠕变柔量和不可恢复形变都会随着添加量的增加而减小。当秸秆添加量达到淀粉用量的20%时,淀粉膜的蠕变特性有减弱的趋势。模型拟合结果表明,Burgers模型能很好地拟合秸秆-淀粉膜的蠕变-恢复测试结果,决定系数均达到0.98以上。

NCC/Na ClO氧化淀粉的制备及其对复合膜性能的影响

以玉米淀粉为原料,纳米微晶纤维素(NCC)/NaClO为氧化体系,探讨NaClO用量(以有效氯与绝干淀粉质量比计)对玉米淀粉氧化程度,以及氧化淀粉-聚乙烯醇/甘油(PVA/GL)共混复合膜性能的影响,分析表征了氧化淀粉的羧基含量、相对分子质量、表面形貌、晶体结构和复合膜的性能。研究结果表明:在NCC催化作用下,淀粉的氧化程度随NaClO用量的增加而提高,羧基含量在NaClO用量为10.0%时最高达到1.17%,比不添加NCC的NaClO氧化淀粉的羧基含量0.36%有明显提高;相比原淀粉,NaClO用量为8.0%时氧化淀粉的重均和数均相对分子质量分别降低了97.40%和97.27%。随着NaClO用量的增加,氧化过程使淀粉颗粒表面发生侵蚀且结晶度降低,但淀粉基复合膜的透明度提高(最高可达78.50%);随着NaClO用量的增加,复合膜的耐水性逐渐提高,接触角逐渐增加,同时复合膜的透气度显著降低,拉伸应力逐渐提高而拉伸应变降低;当NaClO用量为10%时,复合膜的质量损失比为23.14%,15s时接触角为101.0°,透气度为0.10cm^3/(cm^2·s),拉伸应力为24.01MPa,拉伸应变为2.14%,杨氏模量为1452.25MPa。

木素-二氧化硅纳米复合物制备与表征初步探索

以玉米秸秆发酵生产纤维素乙醇得到的残渣为原料,Na OH为溶剂,HCl为酸沉淀剂,利用酸沉淀法制备木素-二氧化硅纳米复合物。采用红外光谱、扫描电镜(SEM)、热重检测(TGA)和粒径测定等手段,研究反应体系p H值和温度对复合物形貌、组成成分及含量的影响,确定制备木素-二氧化硅纳米复合物的最佳工艺条件。结果表明,当反应温度30℃、p H值7时,制备出的复合物中二氧化硅的质量分数为75.05%,且复合物分散性较好,比木素具有更好的热稳定性。通过粒径分布分析,制备的木素-二氧化硅纳米复合物粒径为95 nm的粒子数量占20.2%。

纳米芦丁-玉米醇溶蛋白粒子对玉米淀粉膜性能的影响

以抗拉强度、断裂伸长率、水溶性、水蒸气透过率和抗氧化能力为指标,研究纳米芦丁-玉米醇溶蛋白粒子对玉米淀粉膜性能的影响。结果表明:纳米芦丁-玉米醇溶蛋白粒子的添加可以有效提高玉米淀粉膜的抗拉强度和断裂伸长率,降低水溶性和水蒸气透过率,并使复合膜具有抗氧化性。纳米粒子添加量为2%时,玉米淀粉膜结构均匀、光滑平整,抗拉强度为1.77 MPa,断裂伸长率为78.84%,水蒸气透过率为16.34 g/m^2·h,DPPH自由基清除率和ABTS自由基清除率分别为31.73%、38.96%。研究结果表明纳米芦丁-玉米醇溶蛋白粒子的添加能有效改善玉米淀粉膜的性能。