行业动态

赤藓糖醇是第一种完全通过生物技术过程生产的多元醇。当作为单一增塑剂在淀粉基可食膜中高浓度使用时，多元醇相分离和结晶。赤藓糖醇和甘油都具有多羟基结构，但赤藓糖醇易结晶，因此，它的吸湿吸水能力弱于甘油，即甘油比赤藓糖醇具有更高的吸湿性和吸水性。因此，本研究假设赤藓糖醇可以作为淀粉膜增塑剂，分别将甘油（GLY）和赤藓糖醇（ERY）以不同的比例（4:0、3:1、2:2、1:3和0:4）添加到成膜液中，并对制备的淀粉膜的理化性质进行研究来证明我们的假设。

2022年4月25日，齐鲁工业大学食品科学与工程学院崔波课题组在Frontiers in Nutrition（IF=6.576）杂志上在线发表了“Effect of different ratios of glycerol and erythritol on properties of corn starch-based films”的研究论文。将甘油和赤藓糖醇作为增塑剂，分别以甘油：赤藓糖醇为4:0、3:1、2:2、1:3、0:4的不同比例添加到成膜溶液中，并采用浇铸法制备玉米淀粉基薄膜。此外，对薄膜的理化性质进行探究。

实验路线

研究结果

1. 薄膜的物理特性

玉米淀粉基薄膜的厚度随添加GLY的比例增加而增加。由于增塑剂中含有较多的羟基，玉米淀粉基薄膜的水分含量随着添加GLY比的增加而增加。增塑剂加入到淀粉膜中可以增强增塑剂与生物聚合物之间的相互作用，从而增加水分含量。随着GLY占比增加，淀粉膜的水溶性增加，这是因为GLY的分子量低于ERY，GLY更容易插入到聚合物链之间，GLY干扰淀粉网络相互作用的能力更强。

表 1 添加GLY和ERY的玉米淀粉基薄膜的物理特性

2. 机械性能

随着GLY所占比重增加，玉米淀粉基薄膜的拉伸强度（TS）降低，而断裂伸长率（EAB）增加。GLY的分子量低于ERY，因此GLY比ERY更容易进入淀粉分子链，增大聚合物链间的分子间距，淀粉链中氢键的数目，GLY比ERY更容易进入聚合物网络。

图 1 添加GLY和ERY对玉米淀粉基膜的拉伸强度和断裂伸长率的影响

3. 水蒸气渗透性（WVP）和氧气渗透性（OP）

玉米淀粉基薄膜的WVP随着GLY比的增加而增加。由于生物聚合物中GLY含量增加，聚合物的分子结构发生变化，分子间力减小，体系的自由体积增大，网络结构变得松散，使水分子可以通过淀粉膜。而随着ERY比例的增加，分子结构的损伤程度逐渐减小，水分子很难通过玉米淀粉基薄膜。玉米淀粉基膜的OP随GLC浓度的增加而增加。

表 2 添加GLY和ERY的玉米淀粉基膜的WVP和OP

4. 水接触角

水接触角决定包装材料是亲水还是疏水。玉米淀粉基薄膜的接触角始终小于90◦，说明玉米淀粉基薄膜是亲水的，与GLY/ERY比值无关。随着玉米淀粉基薄膜中GLY所占比例增大，接触角减小，即薄膜亲水性强。由于增加GLY会增加淀粉膜的吸湿性，也表明加入GLY会增加淀粉膜的亲水性。

图 2 添加GLY和ERY的玉米淀粉基膜的水接触角研究

5. XRD

玉米淀粉属于A型结晶组，衍射峰在15◦，17◦，18◦，和23◦。玉米淀粉的糊化使玉米淀粉的A型结晶被B型结晶和V型结晶所取代。随着GLY比的增加，V型晶体在19.8◦的衍射峰强度增加，说明GLY的加入增加了玉米淀粉基薄膜的V型结晶。

图 3 添加GLY和ERY的玉米淀粉基薄膜的XRD研究

6. 热稳定性

由图A可知，玉米淀粉基薄膜的失重过程分为三个阶段：30-130 oC、250-400 oC和400-600 oC。第一阶段失重主要原因是玉米淀粉基薄膜中的水分流失；第二阶段失重主要因为淀粉降解；第三阶段失重是灰分的减少。由图B可知，随着GLY比率的增加，玉米淀粉基薄膜的最大降解温度逐渐降低，说明GLY比率增加会降低玉米淀粉基薄膜的热稳定性。

图 4 添加GLY和ERY的玉米淀粉基薄膜的TGA (A)和DTG (B)

7. AFM

玉米淀粉基薄膜的粗糙度随着GLY比的增加而减小，可能原因是ERY的增塑效果不如GLY，容易导致淀粉与ERY相分离。此外，ERY具有较高的结晶度，这将增加玉米淀粉基薄膜的表面粗糙度。

表 3 添加GLY和ERY的玉米淀粉基膜的AFM研究✦

小结

✦随着GLY比例的增加，玉米淀粉基薄膜的阻隔性能(WVP和OP)增加。随着GLY比例的增加，薄膜的拉伸强度降低，断裂伸长率增加。玉米淀粉基薄膜的厚度、水溶性和水分含量随着GLY比的增加而降低。此外，GLY对玉米淀粉基薄膜热稳定性的影响大于ERY。

通讯作者介绍：崔波，男，齐鲁工业大学食品科学与工程学院二级教授，博士生导师，山东省食品科学重点学科带头人，国家粮油技术研发分中心主任，生物基材料与绿色造纸国家重点实验室副主任。科研成果获得国家、省、市各级科技奖励12项。

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