赤蘚糖醇是第一種完全通過生物技術過程生產的多元醇。當作為單一增塑劑在淀粉基可食膜中高濃度使用時，多元醇相分離和結晶。赤蘚糖醇和甘油都具有多羥基結構，但赤蘚糖醇易結晶，因此，它的吸濕吸水能力弱于甘油，即甘油比赤蘚糖醇具有更高的吸濕性和吸水性。因此，本研究假設赤蘚糖醇可以作為淀粉膜增塑劑，分別將甘油（GLY）和赤蘚糖醇（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，并對制備的淀粉膜的理化性質進行研究來證明我們的假設。

2022年4月25日，齊魯工業大學食品科學與工程學院崔波課題組在Frontiers in Nutrition（IF=6.576）雜志上在線發表了“Effect of different ratios of glycerol and erythritol on properties of corn starch-based films”的研究論文。將甘油和赤蘚糖醇作為增塑劑，分別以甘油：赤蘚糖醇為4:0、3:1、2:2、1:3、0:4的不同比例添加到成膜溶液中，并采用澆鑄法制備玉米淀粉基薄膜。此外，對薄膜的理化性質進行探究。

實驗路線

研究結果

1. 薄膜的物理特性

玉米淀粉基薄膜的厚度隨添加GLY的比例增加而增加。由于增塑劑中含有較多的羥基，玉米淀粉基薄膜的水分含量隨著添加GLY比的增加而增加。增塑劑加入到淀粉膜中可以增強增塑劑與生物聚合物之間的相互作用，從而增加水分含量。隨著GLY占比增加，淀粉膜的水溶性增加，這是因為GLY的分子量低于ERY，GLY更容易插入到聚合物鏈之間，GLY干擾淀粉網絡相互作用的能力更強。

表 1 添加GLY和ERY的玉米淀粉基薄膜的物理特性

2. 機械性能

隨著GLY所占比重增加，玉米淀粉基薄膜的拉伸強度（TS）降低，而斷裂伸長率（EAB）增加。GLY的分子量低于ERY，因此GLY比ERY更容易進入淀粉分子鏈，增大聚合物鏈間的分子間距，淀粉鏈中氫鍵的數目，GLY比ERY更容易進入聚合物網絡。

圖 1 添加GLY和ERY對玉米淀粉基膜的拉伸強度和斷裂伸長率的影響

3. 水蒸氣滲透性（WVP）和氧氣滲透性（OP）

玉米淀粉基薄膜的WVP隨著GLY比的增加而增加。由于生物聚合物中GLY含量增加，聚合物的分子結構發生變化，分子間力減小，體系的自由體積增大，網絡結構變得松散，使水分子可以通過淀粉膜。而隨著ERY比例的增加，分子結構的損傷程度逐漸減小，水分子很難通過玉米淀粉基薄膜。玉米淀粉基膜的OP隨GLC濃度的增加而增加。

表 2 添加GLY和ERY的玉米淀粉基膜的WVP和OP

4. 水接觸角

水接觸角決定包裝材料是親水還是疏水。玉米淀粉基薄膜的接觸角始終小于90?，說明玉米淀粉基薄膜是親水的，與GLY/ERY比值無關。隨著玉米淀粉基薄膜中GLY所占比例增大，接觸角減小，即薄膜親水性強。由于增加GLY會增加淀粉膜的吸濕性，也表明加入GLY會增加淀粉膜的親水性。

圖 2 添加GLY和ERY的玉米淀粉基膜的水接觸角研究

5. XRD

玉米淀粉屬于A型結晶組，衍射峰在15?，17?，18?，和23?。玉米淀粉的糊化使玉米淀粉的A型結晶被B型結晶和V型結晶所取代。隨著GLY比的增加，V型晶體在19.8?的衍射峰強度增加，說明GLY的加入增加了玉米淀粉基薄膜的V型結晶。

圖 3 添加GLY和ERY的玉米淀粉基薄膜的XRD研究

6. 熱穩定性

由圖A可知，玉米淀粉基薄膜的失重過程分為三個階段：30-130 oC、250-400 oC和400-600 oC。第一階段失重主要原因是玉米淀粉基薄膜中的水分流失；第二階段失重主要因為淀粉降解；第三階段失重是灰分的減少。由圖B可知，隨著GLY比率的增加，玉米淀粉基薄膜的最大降解溫度逐漸降低，說明GLY比率增加會降低玉米淀粉基薄膜的熱穩定性。

圖 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隨著GLY比的增加而減小，可能原因是ERY的增塑效果不如GLY，容易導致淀粉與ERY相分離。此外，ERY具有較高的結晶度，這將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?

小結

?隨著GLY比例的增加，玉米淀粉基薄膜的阻隔性能(WVP和OP)增加。隨著GLY比例的增加，薄膜的拉伸強度降低，斷裂伸長率增加。玉米淀粉基薄膜的厚度、水溶性和水分含量隨著GLY比的增加而降低。此外，GLY對玉米淀粉基薄膜熱穩定性的影響大于ERY。

通訊作者介紹：崔波，男，齊魯工業大學食品科學與工程學院二級教授，博士生導師，山東省食品科學重點學科帶頭人，國家糧油技術研發分中心主任，生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室副主任。科研成果獲得國家、省、市各級科技獎勵12項。

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