馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜配方優(yōu)化

李大鵬，高玉榮

（巢湖學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽合肥 238000）

可食膜在食品包裝中的應(yīng)用前景廣闊，不僅能通過浸、噴、煎等方式將膜液覆蓋在食品上，也可以作為某些食品特殊成分，如抗氧化劑、防腐劑、色素、風(fēng)味物質(zhì)等的載體[1-2]?？墒承园b膜可以廣泛應(yīng)用于水果蔬菜、肉類、烘烤類、調(diào)料包、冷凍食品等的包裝中[3]。馬鈴薯淀粉基可食膜不僅能夠快速降解，而且成本低廉，被認為是塑料包裝的良好替代品。馬鈴薯淀粉膜在膜透明度和機械性能等方面都比谷物淀粉所成的膜好[4]，但以馬鈴薯淀粉作為單一膜的基材所制成的可食性包裝膜，成膜性差[5]，為了使膜有更好的性能，可以在膜液中添加輔助劑。羧甲基淀粉鈉是一種陰離子，也是淀粉醚類物質(zhì)，具有親水易糊化、凝沉性好、穩(wěn)定等優(yōu)點[6]。在馬鈴薯淀粉中添加羧甲基淀粉鈉可克服單獨用馬鈴薯淀粉制備可食膜的缺陷。目前，對馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的研究較少。

通過單因素試驗研究了馬鈴薯淀粉添加量、羧甲基淀粉鈉添加量、甘油添加量對馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的影響，并在此基礎(chǔ)上，采用正交試驗對馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜配方進行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯淀粉，北京奧博星性生物技術(shù)有限公司提供；羧甲基淀粉鈉（CMS）、丙三醇，均為分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。

1.2 儀器設(shè)備

JJ-1A型精密增力電動攪拌器，金壇市科興儀器廠產(chǎn)品；HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海-恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、BPH-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海恒星科技有限公司產(chǎn)品；玻璃成膜器，20 cm×20 cm，實驗室自制；XLW（B）型智能電子拉力試驗機，濟南蘭光機電技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜制備方法

將稱量好的馬鈴薯淀粉、羧甲基淀粉鈉、甘油和水充分混合攪拌，放入40℃水浴鍋中，用磁力攪拌器以轉(zhuǎn)速500 r/min攪拌20 min，將水浴鍋調(diào)至60℃繼續(xù)攪拌20 min，升溫至90℃后繼續(xù)攪拌50 min。定容膜液為400 mL，流延至20 cm×20 cm玻璃成膜器中。在干燥箱中，于45℃條件下恒溫干燥24 h后，取出冷卻后揭膜，在陰涼濕潤處保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 可食膜制備的單因素試驗

（1）馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機械特性的影響的確定。在羧甲基淀粉鈉和甘油添加量分別為2.0%的燒杯中添加馬鈴薯淀粉，其添加量分別為0，1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%（W/V），按照1.3.1中的方法制備可食膜，測定其機械特性。

（2）羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機械特性的影響的確定。馬鈴薯淀粉添加量2.0%，甘油添加量1.5%的燒杯中添加羧甲基淀粉鈉，其添加量分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%（W/V），按照1.3.1中的方法制備可食膜，測定其機械特性。

（3）甘油添加量對可食膜機械特性的影響的確定。馬鈴薯淀粉添加量為2.0%，羧甲基淀粉鈉添加量1.0%的燒杯中添加甘油，添加量分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%（V/V），按照1.3.1中的方法制備可食膜，測定其機械特性。

1.3.3 可食膜制備的正交試驗

根據(jù)單因素試驗確定的馬鈴薯淀粉、羧甲基淀粉鈉、甘油添加量的基礎(chǔ)上，進行三因素三水平正交試驗。

1.3.4 可食膜機械性能測定

在可食性膜上隨機取5個點，用螺旋測微器測定厚度，將可食膜切割成70 mm×20 mm（長×寬）的長條試樣，智能電子拉力試驗機速度為25 mm/min測定可食膜的抗拉伸強度（TS）和斷裂伸長率（E）[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 可食膜制備的單因素試驗

2.1.1 馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機械性能影響

馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機械性能影響見圖1。

圖1 馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機械性能影響

由圖1可以看出，當馬鈴薯淀粉添加量在0～5.0%時，隨馬鈴薯淀粉添加量增加，TS先增大后減小，E先快速減小后緩慢增加。綜合考慮TS和E這2個指標，確定馬鈴薯淀粉的適宜添加量為2.0%。

2.1.2 羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機械性能影響

羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機械性能影響見圖2。

圖2 羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機械性能影響

由圖2可以看出，當羧甲基淀粉鈉添加量在0～2.5%時，TS和E先增加后減小。當羧甲基淀粉鈉添加量為1.0%時，馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的TS達到最大，同時E處于較高水平，因此確定羧甲基淀粉鈉的適宜添加量為1.0%。

2.1.3 甘油添加量對可食膜機械性能影響

甘油添加量對PSt-CMS可食膜機械性能影響見圖3。

由圖3可以看出，當甘油添加量在0～2.5%時，隨著甘油添加量增加，TS先增加后減小，E逐漸增加后略減小。綜合考慮馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的TS和E這2個指標，初步確定甘油的適宜添加量為1.5%。

2.2 正交試驗結(jié)果及分析

2.2.1 正交試驗設(shè)計

試驗因素水平見表1。

表1 試驗因素水平/%

2.2.2 正交試驗結(jié)果及分析

正交試驗結(jié)果見表2。

（1）TS正交試驗結(jié)果分析。

TS正交試驗結(jié)果分析見表3。

表2 正交試驗結(jié)果

表3 TS正交試驗結(jié)果分析

由表3可知，對TS影響最大的是馬鈴薯淀粉添加量，對TS影響因素的主次排序是馬鈴薯淀粉添加量＞羧甲基淀粉鈉添加量＞甘油添加量。以TS為優(yōu)選指標，則應(yīng)選擇A1B1C2。

（2）E正交試驗結(jié)果分析。

E正交試驗結(jié)果分析見表4。

表4 E正交試驗結(jié)果分析

由表4可知，對E影響最大的是甘油添加量，對E影響因素的主次排序是甘油添加量＞馬鈴薯淀粉添加量＞羧甲基淀粉鈉添加量。以E為優(yōu)選指標，則應(yīng)選擇A3B1C3。

綜合2個指標，馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的最優(yōu)配方為馬鈴薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉鈉添加量0.5%，甘油添加量1.75%。

2.2.3 驗證試驗以正交試驗確定的最優(yōu)配方進行3次平行試驗。驗證試驗見表5。

表5 驗證試驗

根據(jù)表5驗證試驗，馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉可食膜的TS為51.00 MPa，E為36.27%。優(yōu)于正交試驗的9組試驗結(jié)果，因此馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的最優(yōu)配方為馬鈴薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉鈉添加量0.5%，甘油添加量1.75%。

3 結(jié)論

（1）馬鈴薯淀粉添加量、羧甲基淀粉鈉添加量、甘油添加量對馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的機械性能影響顯著。

（2）以抗拉伸強度和斷裂伸長率為指標，通過正交試驗確定馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的最優(yōu)配方為馬鈴薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉鈉添加量0.5%，甘油添加量1.75%，此時可食膜抗拉伸強度51.00 MPa，抗拉伸強度36.27%。

[1]韓永生，趙麗美.變性淀粉-殼聚糖可食性膜的包裝性能研究 [J].包裝工程，2009（12）：34-36.

[2]劉曉杰，劉潔，劉亞偉，等.淀粉基可食膜傳質(zhì)特性的研究進展 [J].食品工業(yè)，2015（1）：248-251.

[3]駱揚.食品可食膜包裝的應(yīng)用前景分析 [J].中國包裝工業(yè)，2014（8）：7-8.

[4]王新偉，劉歡，馬中蘇.殼聚糖、玉米淀粉、明膠、胡蘿卜可食性膜的性能 [J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2011（3）：887-892.

[5]李欣欣，馬中蘇，楊圣崠.可食膜的研究與應(yīng)用進展 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（22）：438-441.

[6]王海鷗.可食性膜及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用 [J].食品與機械，2002（5）：4-8.

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 1040.3—2006塑料拉伸性能的測定第3部分:薄塑和薄片的試驗條件 [S].北京:中國標準出版社，2006.◇