Page 164 - 《精细化工》2020年第4期

·798· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

如表 4 所示，当酶用量为 0.8 U/g 时，拉伸强度 2.5 膜性能测试
最大，当大于此酶用量时，切支反应加快，直链淀 根据 2.2.2、2.3.2 及 2.4 节的实验结果，以最优
粉增多，但受到键长的影响，反而降低了膜的拉伸 条件制备马铃薯淀粉复合膜，并且制备不加普鲁兰
强度，当酶用量大于中间值 0.9 U/g 后，切支反应进 酶的淀粉膜作为空白样，其余与 1.2.1 节条件一致。
行得很彻底，所以直链淀粉堆积量几乎不变，膜的 根据 1.3.2~1.3.7 节的方法测试膜的各项性能，结果
拉伸强度下降速度变缓 [21] ，因此，选择酶用量为 见图 7 和表 5。
0.8 U/g。溶液的 pH 对淀粉膜拉伸强度影响很大，
在 pH 为 3.5~4.5 时，膜的拉伸强度呈上升趋势，而
后呈现下降趋势。这是因为普鲁兰酶是在低 pH 下
应用的酶，在微酸环境中酶的活性更高。温度在酶
促反应中也是一个重要因素。温度过低，酶活性不
高导致反应缓慢，效率低；温度过高，酶分子吸收

过多能量，易引起维持分子的次价键解体导致酶活 图 7 未经酶处理（a）及经酶处理后（b）的膜表面的
性降低或失活 [21] 。根据实验结果，普鲁兰酶的最佳 SEM 图
反应温度是 50 ℃。每个酶促反应都有一个较为合 Fig.7 SEM images of film surface without enzyme and
with enzyme treatment
适的时间范围。时间过短，反应不充分；时间过长，
会使反应过度进行，普鲁兰酶α-1,4 糖苷键会水解， 从图 7 可以看出，未经酶处理的马铃薯膜（a）
生成短分子链的直链淀粉，导致淀粉膜拉伸强度反 表面有凸起和裂纹，而经普鲁兰酶处理后（b），膜
而降低。 表面变得更加平整，这可能是因为经酶处理后直链
综上可知，选取的最佳实验条件为酶用量为 淀粉含量提高，暴露了更多羟基，使得淀粉与淀粉
0.8 U/g，反应温度为 50 ℃，pH 为 4.0，反应时间 之间、淀粉与增塑剂及增强剂之间的相互作用更强，
为 2 h。 形成了更加均一的连续相。

表 5 酶改性马铃薯淀粉复合膜性能
Table 5 Performance of enzyme modified potato starch composite films
2
2
样品 d/μm R m/MPa σ/% P/% H/% W v/〔g/(cm ·d)〕 P 0/〔g·mm/(cm ·d)〕
–3
经酶处理 38.5 9.4 19.7 89.0 19.0 1.5×10 0.058
–2
未经酶处理 44.5 7.9 13.8 84.3 58.3 9.3×10 0.122
经酶处理 [21] 177 22.3 32.0 71.3 — 9 . 4 × 1 0 –3 0
未经酶处理 [21] 189 15.3 28.9 56.4 — 2 . 0 × 1 0 –2 0.009

从表 5 可以看出，与未经酶处理的复合膜相比 3 结论
马铃薯淀粉经普鲁兰酶水解后，其复合膜的力学性
能、光学性能和阻隔性能均得到提高，其中拉伸强 （1）以酰胺物质尿素为增塑剂，避免了淀粉回
度增加 19.0%，断裂伸长率增加 42.8%，透明度增 生问题，扩大了增塑剂种类的选择范围。增强剂中
加 5.6%，雾度下降 67.4%，水蒸气透过系数下降 引入 SNC，并采用 SNC-ZnO 复合的方式，进一步
98.4%，透油系数下降 52.5%。可能是经酶处理后， 提高了所制淀粉膜的各项性能。
ZnO 更容易分散到淀粉基质中，而且直链淀粉含量 （2）当加入尿素和 SNC-ZnO 复合增强剂时，
增加提供了更多反应位点，淀粉的羟基消耗了更多 淀粉膜的综合性能提高。当尿素含量为 15%、SNC-
的 ZnO 和尿素，使得雾度下降，与陈光等人 [21] 以玉 ZnO 复合增强剂含量为 5%、m(SNC)∶m(ZnO)为
米淀粉为原料及以海藻酸钠/羧甲基纤维素钠为增 1.5∶1.0 时，马铃薯淀粉膜断裂伸长率达到 19.1%，
强剂确定普鲁兰酶最佳酶解工艺研究的结果一致。 拉伸强度达到 8.9 MPa，透明度 86.9%，雾度 29.7%。
如表 5 所示，由于本实验中以马铃薯淀粉为原料， （3）以正交实验确定酶解最佳工艺为：酶用量
因此所制得的膜具有更优异的光学性能，而且由于 为 0.8 U/g，反应温度为 50 ℃，pH 为 4.0，反应时
本实验所选增强剂为纳米粒子，因此，膜有更低的 间为 2 h，此条件下马铃薯淀粉膜的最大拉伸强度达
薄膜厚度且具有和更优异的水蒸气阻隔性。 到 9.4 MPa。