纤维素_壳聚糖复合材料应用研究进展_匡冰

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2
纤维素 / 壳聚糖复合材料制备
不同的方 纤维素与壳聚糖的复合方法有很多,
法制备的复合材料性质存在着较大差异性, 其应用 领域也不尽相同。 目前, 纤维素 / 壳聚糖复合材料的 制备方法主要可分为化学 、 物理、 生物三大类。 化学法一般先将其中某个组分充分溶解于酸溶 液中, 在加入另一组分时辅以搅拌或者振荡使其完 全分散于溶液体系中, 复合充分后在将其与溶剂分 离, 得到所需复合产物。 这些产物拥有较好生物兼 容性和抗菌性, 应用范围可涉及食品、 医学、 化工等 诸多领域。将适量纳米纤维素晶须( NCW ) , 与溶入 适量壳聚糖的质量分数 1% 的醋酸溶液充分混合, 在 适宜温度下搅拌充分混合后用超声波震荡处理, 将 处理完的样品脱泡后流延到培养皿中, 置于干燥箱 [8 ] [9 ] 内烘干即可制成混合膜 。Ma 等 以甘氨酸盐酸盐 和 1- 丁基-3- 甲基咪唑氯化物组成的新型二元溶剂 系统, 在一定条件下充分溶解壳聚糖和纤维素, 通过 干湿式纺丝及湿式纺丝两种工艺以水为凝固浴制备 出混合物, 风干后制得可再生的壳聚糖 / 纤维素复合 纤维。分析结果表明复合纤维的延展性和热稳定性 将 CMC ( 羧甲基纤维素) 粉末溶于去离子水后, 搅拌完全后加入不同比例 CS ( 壳聚糖) 粉末, 调节 pH 后继续搅拌得淡黄色透明凝 得到了提升。 李勤奋等 胶状物, 铸膜后干燥, 用去离子水洗至中性, 再次干 燥即得羧甲基纤维素 / 壳聚糖复合材料。 Wu 等
还可由 纤维素广泛存在于木、 棉、 麻等植物中, 某些藻类、 被囊动物、 细菌等合成, 是含量最为丰富 的天然高分子材料。 纤维素具有可再生性、 生物降 解性等特点, 并具有一定的力学强度, 但也存在成膜 性较 差 等 缺 点。 壳 聚 糖 有 优 良 的 成 膜 性、 抗菌 性
[1-2 ]
鉴意义。
纤维素 / 壳聚糖复合材料应用研究进展
* 匡 冰, 黄 腾, 覃小丽, 钟金锋 ( 西南大学食品科学学院, 重庆北碚 400715 )

但其自身存 要: 纤维素在自然界中储量丰富, 其自身具有较好的生物兼容性和生物降解性, 具有较高的开发价值,
在延展性不足、 溶解性差, 难成型等缺点, 限制了其在食品、 医药等诸多领域的进一步应用。 利用壳聚糖与之复合后, 有望增加纤维素复合材料的成型性和抗菌性, 从而扩大其应用范围。 本文在国内外文献的基础上, 综述了纤维素 / 壳 聚糖复合材料的制备及改性的研究进展, 概述了其在食品工业、 医药工业、 重金属吸附等多领域的应用现状, 以期为今 后纤维素 / 壳聚糖复合材料的制备工艺和应用的发展提供参考。 关键词: 纤维素, 壳聚糖, 复合材料, 制备, 应用
1
1.1
纤维素及壳聚糖特点
纤维素
4 - 糖苷 纤维素( cellulose ) 是 D - 葡萄糖以 β -1 , [3 ] 。其刚性强度高, 纤维素不溶
, 易溶胀等特点。 针 对 纤 但存在机械强度差、
ຫໍສະໝຸດ Baidu
键组成的大分子多糖
维素和壳聚糖各自的特性, 选用两者复合制备而成 材料的机械性能、 抗菌性、 生物相容性、 成型性都会 得到较大提升, 可以弥补纤维素和壳聚糖单一组分 。 的不足 近年来, 纤维素与壳聚糖复合材料的制备 工艺及其应用领域的相关研究逐渐引起广大科技工 作者的关注。因此, 本文对纤维素 / 壳聚糖复合材料 的制备、 应用等方面的研究进展进行综述, 以期为我 国纤维素 / 壳聚糖的深度研发与应用提供一定的借
A review on the preparation and application of cellulose / chitosan composite materials
KUANG Bing, HUANG Teng, QIN Xiao- li, ZHONG Jin- feng * ( College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715 , China) Abstract: Biological materials such as cellulose and chitosan are widely distributed in nature,with obvious advantages of renewable, non - toxic and compatibility. However there are, some shortcomings, such as poor hydrophilicity of cellulose, low strength of chitosan, which limits the use and development of a single component in many areas. The cellulose / chitosan composite can improve their single components of biocompatibility , biodegradability and antibacterial properties , thus expanding the scope of applications of the single components. In this review, the preparation and modification of cellulose / chitosan composite were summarized based on related literature reported in recent years. In addition, the application of cellulose / chitosan composite in many fields , such as food industry, pharmaceuticals industry and heavy metal adsorption, was preliminarily stated. This review was expected to provide a reference for further development of preparation process and application of cellulose / chitosan composite. Key words: cellulose; chitosan; composite material; preparation; application 中图分类号: TS221 文献标识码: A doi: 10. 13386 / j. issn1002 - 0306. 2015. 07. 072 文 章 编 号: 1002-0306 ( 2015 ) 07-0382-06
[11 ] [10 ]
3
3.1
纤维素 / 壳聚糖复合材料的应用
食品工业方面
纤维素 / 壳聚糖复合材料由于其出色的生物降 解性、 生物相容性、 无毒害等特点, 在食品包装保藏 领域有不错的前景
[18 ]
。脱乙酰壳多糖与细菌纤维素
通过 聚 乙 烯 醇 合 成 复 合 膜 具 有 高 效 抗 微 生 物 性 [19 ] [20 ] 能 。方健等 用淀粉和壳聚糖复合制成可食性膜 对大肠杆菌有着明显的抑制效果 。 吴晓霞等 将魔 壳聚糖、 羧甲基纤维素钠复合作为基质 芋葡甘聚糖、 制备了 性 能 优 异 的 可 食 性 保 鲜 膜。 Liu 等 用溶 胶- 凝胶转化技术制备了磁性 Fe3 O4 纤维素壳聚糖 复合微球, 该微球成功的固定了葡萄糖氧化酶, 使该 [23 ] 酶具有更高的热稳定性和转化效率 。 Aider 制备了 羟丙基甲基纤维素可食膜并将之与壳聚糖复合形成 新的复合膜, 提高了膜的拉伸性能和水蒸汽渗透性 [24 ] 能。Liu 等 在海藻酸钠膜的基础上复合维纤化纤 维素 / 壳聚糖- 苯扎氯铵纳米颗粒做成了一种新的具 有优良强度的抗菌性能良好的可用于食品包装的生 物薄膜。
[22 ] [21 ]

壳聚糖与 纤 维 素 分 别 以 不 同 比 例 混 合 溶 于 三 氟 乙 酸, 通过浇 筑 共 混 物 制 备 成 薄 膜 状, 然后将膜置于 NaOH 溶液中除去酸溶剂, 清洗干燥后制得纤维素 / 壳聚糖复合膜。 物理法可通过研磨、 机械振荡、 高压、 离心等作 用使各组分尺寸缩小并充分混合形成复合物, 物理 法较之化学法对设备和操作要求相对较高, 但所得 产物纯度更高, 后处理相对简单。 此法制备的复合 材料机械性能提升较大, 是很好的生物组织材料及 [12 ] 生物填料。Shih 等 用稳定的氧化钇和氧化锆研磨 球对纤维素样品研磨筛分, 将所得粉末在室温下与 壳聚糖以不同比例混合后一起置于 NMMO 溶液中充 分搅拌溶解, 待溶解充分后置于两块钢材之间加热 压缩, 将压缩后的薄膜用去离子水漂洗三次, 干燥后 即得纤维素 / 壳聚糖复合膜。 材料的性能表征结果 表明, 复合 膜 的 强 度 随 壳 聚 糖 含 量 升 高 而 上 升, 但 是, 当壳聚糖含量与纤维素含量比达到 1∶19 时, 复合
[4 ] 维素( MFC ) 、 纤维素晶须等 。 与原生纤维素及微 晶纤维素相比, 纳米级纤维素具有高聚合度、 高亲水
性、 高纯度、 高精细度等优点。 纳米纤维素可由酸解
* 通讯作者: 钟金锋( 1984- ) , 男, 博士, 讲师, 主要从事食品营养化学、 碳水化合物改性及其过程的优化控制研究。 基金项目: 西南大学第七届本科生科技创新基金 ( 1317001 ) ; 中央高校基本科研业务费专项资金( XDJK2013B034 ) 。
收稿日期: 2014-07-14 作者简介: 匡冰( 1994- ) , 男, 在读本科生, 研究方向: 食品质量与安全。
于水和常规有机溶剂( 如乙醇、 乙醚、 苯等) 、 亦不溶 于稀碱溶液。纳米级纤维素的制备工艺及其应用研 究是相对较新的研究。 纳米纤维素目前已被证实可 用于伤口敷料、 组织支架、 固定酶类、 金属沉积、 通讯 [3 ] 等很多领域 。纳米级纤维素包括微纤丝 、 微纤化纤
由自然界 壳聚糖( chitosan ) 又称脱乙酰甲壳素, [6 ] chitin ) 广泛存在的甲壳素( 经过脱乙酰作用制得 。 N- 乙酰基脱去 55% 以上的就可称之为壳 一般而言, 聚糖。基于壳聚糖基的抗菌薄膜及其衍生物已被证 明是非常好的食品包装材料, 可有效延长食品保质 [7 ] 期 。壳聚糖作为增稠剂、 被膜剂已被列入国家添加 在食品行业中具有良好的应用前景 。 剂使用标准,
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或者机械处理纤维素、 生物酶解等 木、 棉、 麻等原料, [5 ] 方法制得 , 目前应用较广泛的是化学酸解和微生物 酶法。
膜的稳定性有所下降, 导致其抗拉强度降低。 Jiang 等
[13 ]
通过不同比例的壳聚糖与羧甲基纤维素混合,
1.2
壳聚糖
加入纳米羟基磷灰石浆料中室温下搅拌至粉末充分 分散与浆料中, 再添加 2% 重量的乙酸, 继续搅拌至 混合物固化, 冻结干燥后制得纳米羟基磷灰石 / 壳聚 糖 / 羧甲基多孔复合支架 。 生物法主要是利用微生物的生长代谢特性实现 对两种材料的复合, 细菌纤维素 / 壳聚糖复合材料拥 有机械性能、 抗菌性、 保水性等优点, 在生物医学领 [14 ] [15 ] 。 Phisalaphong 域表 现 出 很 强 的 潜 力 将 等 Acetobacto 杆菌产生的细菌纤维素放入含有壳聚糖 的培养基中进行培养后, 生成了更为均匀和致密的 。 薄膜结构 结果分析表明, 该膜有着致密的微孔结 等 构, 较 强 的 抗 微 生 物 能 力 和 拉 伸 强 度 。 Ciechańska [16 ] 以 Acetobacter xylinus 制 备 的 细 菌 纤 维 素 为 基 础, 在培养基中加入壳聚糖作为改性剂, 制备新的改 性细菌纤维素 / 壳聚糖复合材料, 该材料生物活性及 生物相容性十分出色, 具有良好的机械性能, 且能有 [17 ] 效抑制多种细菌生长。 Kim 等 以细菌纤维素和壳 聚糖为底料, 用 Gluconacetobacter 杆菌成功的制备了 新型的纤维素 / 壳聚糖复合物, 通过不同的成型处理 可形成膜结构或者支架结构 。
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