Page 163 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 张露珍，等: 普鲁兰酶改性 SNC-ZnO 增强马铃薯复合膜的制备 ·797·

2.3.2 SNC 与 ZnO 不同复合配比对膜性能的影响 全面，所以，此结果不作参考。当 m(SNC)∶m(ZnO)
根据 2.3.1 节的实验结果，选取 SNC-ZnO 作为 为 1.5∶1.0 时，透明度和雾度相对于 0.5∶1.0 和
增强剂，固定其含量为 5%，尿素含量为 15%，按照 1.0∶1.0 时均达到最优，透明度为 86.9%，雾度为
1.2.1 节的方法制膜，考察了 SNC 与 ZnO 不同复合 29.7%，此时 SNC 与 ZnO 均匀地分散在淀粉中。所
配比对复合膜各项性能的影响，结果如图 5、6 所示。 以，综合马铃薯淀粉膜的力学性能和光学性能，选

取 m(SNC)∶m(ZnO)=1.5∶1.0 进行后续实验。
2.4 普鲁兰酶作用条件的优化
根据单因素实验结果确定了最佳增塑剂和增强
剂的种类及用量后，探讨普鲁兰酶的反应条件对淀
粉膜的影响。选取加酶量、反应温度、淀粉 pH、反
应时间为主要考察工艺参数。设定四因素三水平正
交实验，根据普鲁兰酶的最佳反应温度和最佳 pH
选择温度和 pH 范围 [18] ，根据参考文献 [19-20] 及预实
验确定加酶量和反应时间取值范围，以淀粉复合膜
的拉伸强度为指标，考察了各因素对淀粉膜强度的

图 5 复合增强剂配比对马铃薯淀粉膜力学性能的影响 影响，正交实验因素水平见表 3，结果见表 4。
Fig. 5 Effect of compounding agent ratio on the mechanical
properties of potato starch films 表 3 正交实验因素水平表
Table 3 Orthogonal test factor level table

因素

A:酶用量/(U/g) B:温度/℃ C:pH D:反应时间/h
水平 1 0.8 40 3.5 2
水平 2 0.9 50 4.0 3
水平 3 1.0 60 4.5 4

由表 4 可知，当实验条件组合条件为 A1B2C2D1
时，拉伸强度最大，为 9.4 MPa。根据极差分析中的
K 值大小，得出最优组合为 A1B2C2D1，即酶用量

为 0.8 U/g，反应温度为 50 ℃，溶液 pH 为 4.0，反
图 6 复合增强剂配比对马铃薯淀粉膜光学性能的影响 应时间为 2 h，拉伸强度和 K 值两种分析方法结果
Fig. 6 Effect of compound reinforcer ratio on the optical
properties of potato starch composite films 一致。根据极差 R 可以得出对拉伸强度影响的主次
因素为 A>C>B>D，即酶用量>溶液 pH>反应温度>
由图 5 可知，当 m(SNC)∶m(ZnO)=1.5∶1.0 时，
反应时间。
拉伸强度达 到最大值 8.9 MPa，断裂伸长率为
19.1%，仅次于 m(SNC)∶m(ZnO)=2.5∶1.0 时的数 表 4 马铃薯淀粉复合膜正交实验结果
Table 4 Orthogonal test results of potato starch composite films
据。SNC 的增强机理是：SNC 作为层状颗粒发生剥
实验号 A:酶用量/(U/g) B:温度/℃ C:pH D:反应时间/h R m/MPa
离而插层到聚合物中，这种增强效果在纳米材料中
1 1 1 3 2 8.2
是最理想的 [17] 。所以，适当增加 SNC 含量会提高材
2 2 1 1 1 8.2
料的力学性能，但是，超过最大量时会发生团聚，
3 3 1 2 3 8.0
SNC 无法均匀分散于基质中而使得力学性能下降。
4 1 2 2 1 9.4
当 m(SNC)∶m(ZnO)为 2.5∶1.0 时，断裂伸长率达
5 2 2 3 3 8.0
到最大值 24.8%，这可能是因为 SNC 添加量过大造 6 3 2 1 2 8.2
成膜吸湿性变强，淀粉中的羟基吸收了空气中的水 7 1 3 1 3 8.6
分，膜变得更加柔软。 8 2 3 2 2 8.4
由图 6 可知，随着 SNC 含量的增加，膜的透明 9 3 3 3 1 8.0
度和雾度均得到改善，在 m(SNC)∶m(ZnO)达到 K 1 26.2 24.4 25.0 25.6 –
2.0∶1.0 时，透明度和雾度达到最佳，但是此时拉 K 2 24.6 25.6 25.8 24.8 –
伸强度和断裂伸长率均最小。这可能是因为此时 K 3 24.2 25.0 24.2 24.6 –
SNC 团聚导致膜的颜色不均匀，测试结果可能并不 R 2.0 1.2 1.6 0.8 –