響應(yīng)面法優(yōu)化納米SiOx/雞蛋清蛋白可食 性膜的琥珀酰化改性工藝

鄭 優(yōu)，汪學(xué)榮，陳厚榮，周 玲

（1.西南大學(xué)榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

響應(yīng)面法優(yōu)化納米SiOx/雞蛋清蛋白可食 性膜的琥珀?；男怨に?/p>

鄭 優(yōu)1，汪學(xué)榮1，陳厚榮2，周 玲1

（1.西南大學(xué)榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

目的：以雞蛋清蛋白為原料，制備納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜，研究琥珀?；男怨に噷?duì)膜性能的影響。方法：以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為影響因素，以拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)為響應(yīng)值，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法，優(yōu)化可食性膜的琥珀?；男怨に嚒＝Y(jié)果：建立了回歸模型，優(yōu)化琥珀酰化改性工藝為琥珀酸酐添加量0.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30，在此條件下可食性膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)的預(yù)測值分別為4.935 MPa、75.446%、3.499 g·mm/（m2·d·kPa）、0.874 g·mm/（m2·d），驗(yàn)證值為：（4.891±0.126）MPa、（73.560±4.329）%、（3.651±0.097）g·mm/（m2·d·kPa）、（0.914±0.008）g·mm/（m2·d），與之接近，優(yōu)化結(jié)果可靠。結(jié)論：琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜性能的主要因素。

雞蛋清蛋白；納米SiOx；可食性膜；響應(yīng)面；琥珀?；?/p>

可食性膜是指以可食性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)[1]、多糖[2]等）為原料，添加增塑劑、增強(qiáng)劑、交聯(lián)劑等助劑，通過各種分子間的相互作用而形成的薄膜。雞蛋清蛋白是一種來源廣泛、營養(yǎng)豐富的蛋白質(zhì)，含有人體所必需的8種氨基酸，其中含硫氨基酸較多[3]。作為一種重要的食品加工原料，雞蛋清蛋白有許多重要的功能特性，如起泡性、凝膠性、溶解性和成膜性等。近年來，國內(nèi)外科技研究者已對(duì)其部分功能特性作了許多有益的研究[4-7]，但對(duì)雞蛋清蛋白成膜性能的研究鮮見報(bào)道。

近年來，國內(nèi)外的納米技術(shù)取得了較大發(fā)展，制備納米粒子的技術(shù)亦日趨成熟，將無機(jī)納米粒子應(yīng)用于醫(yī)學(xué)[8]、高分子材料[9]、傳感器等領(lǐng)域的研究也取得了長足發(fā)展。另外，納米技術(shù)也為可食性膜的制備提供了一種新方法。研究表明，納米微粒的加入能改善可食性膜的機(jī)械性能[10]、抗菌性能[11]及阻隔性能[12]。

可食性蛋白膜的機(jī)械性能和阻隔性能較差，其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用一定程度上受到了限制。近年來，國內(nèi)外學(xué)者已嘗試用各種改性手段（如物理改性[13]、化學(xué)改性[14]等）來改善蛋白膜的性能，但對(duì)可食性膜的化學(xué)改性方法主要為谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性[15-16]，對(duì)其進(jìn)行酰化改性的研究鮮見報(bào)道。同時(shí)，酰化改性處理多用于研究蛋白質(zhì)的凝膠性能[17]、溶解性能[18]及乳化性能[19]等，對(duì)蛋白質(zhì)成膜性能的研究較少。本研究以雞蛋清蛋白為原料，采用流延法制備分散均勻的納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜，并以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為因素，采用響應(yīng)面分析法對(duì)琥珀?；男怨に囘M(jìn)行優(yōu)化，探討各因素對(duì)膜性能的影響，以期為制備性能優(yōu)良的雞蛋清蛋白可食性膜提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有益參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞蛋清粉（BR級(jí)，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%）成都西亞化工股份有限公司；納米SiOx粉體（粒徑15～20 nm） 舟山明日納米材料技術(shù)有限公司；甘油、聚乙二醇400（均為分析純） 重慶市迎龍化工有限公司；環(huán)氧氯丙烷、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）（均為分析純） 成都市科龍化工試劑廠；色拉油 重慶永輝超市；琥珀酸酐、檸檬酸鈉、檸檬酸、2-乙氧基乙醇、氯化亞錫、無水乙醇、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）、茚三酮等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

手持式測厚儀（精度0.001 mm） 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；PB-10s精密pH計(jì) 德國賽多利斯公司；DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；90-2型定時(shí)恒溫磁力攪拌器、SZ-2自動(dòng)雙重純水蒸餾器 上海滬西分析儀器廠；JH-721型可見分光光度計(jì) 上?，F(xiàn)科 儀器有限公司；透析袋（截留相 對(duì)分子質(zhì)量14 000） 上海源葉生物科技有限公司；KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；JJ-1型増力電動(dòng)攪拌機(jī) 金壇市富華儀器有限公司；XYW（L）-PC智能電子拉力測試機(jī) 濟(jì)南蘭光機(jī)電發(fā)展有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 雞蛋清蛋白琥珀?；磻?yīng)工藝流程

準(zhǔn)確稱取8 g雞蛋清粉溶于水中，配成懸浮液，在一定的溫度下分批等量緩慢加入一定量的琥珀酸酐并磁力攪拌，反應(yīng)過程中用1 mol/L的NaOH溶液維持一定的pH值，一定反應(yīng)時(shí)間后取出置于透析袋中透析（4 ℃、24 h），透析后液體取出備用。

1.3.2 琥珀?；葴y定

先配制茚三酮溶液，然后采用茚三酮比色法測定雞蛋清蛋白的酰基化程度。將反應(yīng)后的雞蛋清配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液，均勻攪拌后量取1 mL于錐形瓶中，加入1 mL配好的茚三酮溶液，迅速搖勻并以錫箔紙密封，置于沸水浴中加熱5 min后取出通過冷水浴降溫，冷卻后加入100 mL蒸餾水?dāng)嚢钃u勻，以茚三酮與蒸餾水的混合溶液作空白，在30 min內(nèi)用玻璃比色皿測量其在580 nm波長處的吸光度。吸光度表明茚三酮溶液與游離氨基的反應(yīng)程度。?；鹊挠?jì)算公式為：

1.3.3 納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的制備工藝流程

在按照1.3.1節(jié)方法透析后的液體中加入0.1 g納米SiOx，超聲分散均勻后，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.090%增塑劑甘油/聚乙二醇400（體積比3∶1）、0.550%增強(qiáng)劑CMC-Na和0.710%交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷，加入適量蒸餾水，攪拌使其充分溶解并定容至100 mL，在攪拌狀態(tài)下60 ℃水浴30 min，過濾，超聲波脫氣，冷卻，量取一定量的脫氣液于塑料板上流延成膜，將塑料板放入60 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥直至揭膜，之后貯存在裝有飽和硝酸鎂溶液（相對(duì)濕度為50%）的干燥器中均衡48 h，待測。

1.3.4 膜性能測定

1.3.4.1 膜厚

用測厚儀在待測膜上隨機(jī)取5 點(diǎn)測定，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，膜厚單位為mm。

1.3.4.2 拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率

參照GB/T 13022—91《塑料薄膜拉伸性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定，用智能電子拉力測試機(jī)測定。采用啞鈴Ⅱ形試樣測試，試樣寬度6 mm、標(biāo)距25 mm、實(shí)驗(yàn)速率50 mm/min，每個(gè)試樣均作3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別按式（2）、（3）計(jì)算[20]：

式中：TS為拉伸強(qiáng)度/MPa；p為試樣斷裂時(shí)的最大負(fù)荷/N；b為試樣寬度/mm；d為試樣厚度/mm。

式中：E為斷裂伸長率/%；L0為試樣原始標(biāo)線距離/mm；L為試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間距離/mm。

1.3.4.3 水蒸氣透過系數(shù)

參照GB 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸汽性試驗(yàn)方法：杯式法》的規(guī)定，采用擬杯子法測定。常溫下膜一側(cè)以烘干的無水氯化鈣維持水蒸氣分壓為0 kPa，即相對(duì)濕度為0，膜另一側(cè)相對(duì)濕度為65%（以飽和NaNO2溶液保持），按式（4）計(jì)算[21]：

式中：W V P為水蒸氣透過系數(shù)/（g·m m/（m2·d·kPa））；ΔW為時(shí)間T內(nèi)水蒸氣透過量/g；FT為膜厚/mm；S為膜面積/m2；T為測試時(shí)間/d，本實(shí)驗(yàn)為2 d；Δ PV為膜兩側(cè)水蒸氣壓差/kPa。

1.3.4.4 透油系數(shù)

將5 mL色拉油加入試管中，以待測膜封口，倒置于濾紙上，在密閉環(huán)境中放置2 d，稱量濾紙質(zhì)量的變化[22]，按式（5）計(jì)算：

式中：PO為透油系數(shù)（g·mm/（m2·d））；ΔW為時(shí)間T內(nèi)濾紙質(zhì)量的變化/g；FT為膜厚/mm；S為膜面積/m2；T為測試時(shí)間/d，本實(shí)驗(yàn)為2 d。

1.3.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為試驗(yàn)因素，研究這4 個(gè)因素對(duì)膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)的影響效果。試驗(yàn)均作3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面分析軟件，制定四因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Design-Expert軟件（Version 8.05 Stat-Ease Inc. MN，USA）對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸和方差分析（P＜0.05），每個(gè)實(shí)驗(yàn)處理均做3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 琥珀酸酐添加量對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，其中一份作為對(duì)照。固定反應(yīng)時(shí)間為30 min、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同琥珀酸酐添加量（0、0.32、0.64、0.96、 1.28、1.60 g）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖1、2所示，?；鹊臏y定結(jié)果如圖3所示。

圖1 琥珀酸酐添加量對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.1 Effect of different dosages of succinic anhydride on mechanical properties of films

圖2 琥珀酸酐添加量對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.2 Effect of different dosages of succinic anhydride on barrier properties of films

圖3 琥珀酸酐添加量對(duì)雞蛋清蛋白?；鹊挠绊慒ig.3 Effect of different dosages of succinic anhydride on succinylation degree of egg albumin

由圖3可以看出，隨著琥珀酸酐添加量的增加，雞蛋清蛋白的?；炔粩嘣黾印Ｓ蓤D1可以看出，膜的拉伸強(qiáng)度在琥珀酸酐添加量為0～0.64 g的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值4.620 MPa，在0.64～1.60 g的范圍內(nèi)不斷減小。膜的斷裂伸長率在添加量為0～0.96 g的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值67.200%，在0.96～1.60 g的范圍內(nèi)不斷減小。由圖2可看出，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)在添加量為0～0.64 g的范圍內(nèi)不斷降低并分別達(dá)最小值3.870 g·mm/（m2·d·kPa）和0.962 g·mm/（m2·d）。因此確定最佳的琥珀酸酐添加量為0.64 g，此時(shí)雞蛋清蛋白的酰化度為79.8%，說明雞蛋清蛋白的?；男愿纳屏四さ母黜?xiàng)性能。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液5 份，固定琥珀酸酐添加量為0.64 g、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同反應(yīng)時(shí)間（10、20、30、40、50 min）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖4、5所示，?；鹊臏y定結(jié)果如圖6所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.4 Effect of reaction time on mechanical properties of films

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.5 Effect of reaction time on barrier properties of films

由圖4、5可以看出，在反應(yīng)時(shí)間少于40 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增大并達(dá)最大值4.660 MPa，反應(yīng)時(shí)間超過40 min后，拉伸強(qiáng)度有所降低。膜的斷裂伸長率在反應(yīng)時(shí)間為10～30 min的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值66.100%，在30～50 min的范圍內(nèi)不斷減小。膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)在反應(yīng)時(shí)間為10～40 min時(shí)不斷降低并分別達(dá)最小值3.790 g·mm/（m2·d·kPa）和0.948 g·mm/（m2·d）。而由圖6可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，雞蛋清蛋白的?；炔粩嘣黾??？紤]膜的各項(xiàng)性能，確定最佳的反應(yīng)時(shí)間為40 min，此時(shí)雞蛋清蛋白的?；葹?0.7%。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，固定琥珀酸酐添加量為0.64 g、反應(yīng)時(shí)間為40 min、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同反應(yīng)溫度（20、25、30、35、40、45 ℃）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖7、8所示，?；鹊臏y定結(jié)果如圖9所示。

圖7 反應(yīng)溫度對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.7 Effect of reaction temperature on mechanical properties of films

圖8 反應(yīng)溫度對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.8 Effect of reaction temperature on barrier properties of films

圖9 反應(yīng)溫度對(duì)雞蛋清蛋白?；鹊挠绊慒ig.9 Effect of reaction temperature on succinylation degree of egg albumin

由圖9可知，反應(yīng)溫度對(duì)雞蛋清蛋白?；鹊挠绊懖淮?。由圖7可看出，膜的拉伸強(qiáng)度在反應(yīng)溫度為20～35 ℃時(shí)緩慢上升并達(dá)最大值4.870 MPa，在反應(yīng)溫度高于35℃之后不斷下降；膜的斷裂伸長率在反應(yīng)溫度為20～40 ℃時(shí)不斷增大并達(dá)峰值72.900%，但與35 ℃時(shí)的數(shù)據(jù)72.400%差異不顯著，在溫度高于40 ℃后有所下降。由圖8可知，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均呈先下降后上升的趨勢，并在反應(yīng)溫度為35 ℃時(shí)達(dá)最低值3.570 g·mm/（m2·d·kPa）和0.893 g·mm/（m2·d）。因此選擇35 ℃為最適的反應(yīng)溫度，此時(shí)雞蛋清蛋白?；葹?1.3%。

2.4 反應(yīng)pH值對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，固定琥珀酸酐添加量0.64 g、反應(yīng)時(shí)間40 min、反應(yīng)溫度35 ℃，考察不同反應(yīng)pH值（7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖10、11所示，?；鹊臏y定結(jié)果如圖12所示。

圖10 反應(yīng)pH值對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.10 Effect of pH value on mechanical properties of films

圖11 反應(yīng)pH值對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.11 Effect of pH value on barrier properties of films

圖12 反應(yīng)pH值對(duì)雞蛋清蛋白?；鹊挠绊慒ig.12 Effect of pH value on succinylation degree of egg albumin

由圖10可看出，在反應(yīng)pH值低于8.5時(shí)，膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均隨pH值的增大而增大，并在pH值為8.5時(shí)分別達(dá)峰值4.88 MPa和75.5%，但與pH值為8.0時(shí)的數(shù)據(jù)4.85 MPa和72.4%無顯著性差異；在pH值為8.5～9.5時(shí)膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均不斷降低。由圖11可知，在pH值為7.0～8.5時(shí)，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均逐漸降低，并在pH值為8.5時(shí)分別達(dá)最小值3.540 g·mm/（m2·d·kPa）和0.886g·mm/（m2·d），但與pH值為8.0時(shí)的數(shù)據(jù)3.580 g·mm /（m2·d·kPa）和0.894 g·mm/（m2·d）差異不顯著。綜合考慮膜的性能，確定pH 8.0～8.5為最佳反應(yīng)pH值，此時(shí)的?；燃s為81.0%，與前面所測酰化度相似，證明一定程度的?；男钥梢蕴岣吣さ男阅?。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.5.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為自變量，以拉伸強(qiáng)度（Y1）、斷裂伸長率（Y2）、水蒸氣透過系數(shù)（Y3）和透油系數(shù)（Y4）為響應(yīng)值，對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的琥珀?；男怨に囘M(jìn)行優(yōu)化。因素水平表見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface design

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Scheme and experimental results for response surface design

2.5.2 回歸模型建立及顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，獲得膜拉伸強(qiáng)度（Y1）、斷裂伸長率（Y2）、水蒸氣透過系數(shù)（Y ）和透油系數(shù)（Y）的回歸方程如下：

表3 拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的回歸模型方差分析Table 3 Analysis E,, WVP andd OOPP

由表3可以看出，4 個(gè)響應(yīng)值的模型回歸均極顯著（P＜0.001），且失擬項(xiàng)在P=0.05水平上不顯著（P＞0.05），4 個(gè)模型的校正決定系數(shù)R2Adj分別為0.911 1、0.938 6、0.949 4和0.944 4，這表明4 個(gè)模型的擬合度均較好，分別能夠解釋91.11%、93.86%、94.94%和94.44%響應(yīng)值的變化，因此這4 個(gè)模型能很好地分別用于預(yù)測琥珀?；男詶l件對(duì)膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的影響。同時(shí)，這4 個(gè)模型均具有較低的離散系數(shù)（變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）值分別為1.04%、0.87%、1.17%、1.24%），說明整個(gè)試驗(yàn)具有較好的精確度和可靠性。

膜的各性能指標(biāo)的回歸方程系數(shù)及顯著性分析如表4所示。

表4 各性能指標(biāo)的回歸方程系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Significance test of the regression coefficients of film properties

2.5.3 響應(yīng)面分析

從表4可以看出，琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜拉伸強(qiáng)度的主要因素，膜拉伸強(qiáng)度的響應(yīng)面見圖13。當(dāng)琥珀酸酐添加量一定時(shí)，膜拉伸強(qiáng)度隨pH值的增大先上升后下降；固定反應(yīng)pH值時(shí)膜拉伸強(qiáng)度亦隨琥珀酸酐添加量的增加先升后降。在琥珀酸酐添加量0.48～0.80 g、反應(yīng)pH 8.2～8.6時(shí)的響應(yīng)面存在極值，二者的交互作用顯著。

由表4可知，反應(yīng)pH值是影響膜斷裂伸長率的主要因素，膜斷裂伸長率的響應(yīng)面見圖14、15。從結(jié)果來看，響應(yīng)值隨著反應(yīng)pH值變化幅度較大，而反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)響應(yīng)值的影響較小。從圖14、15均可看出，反應(yīng)時(shí)間或反應(yīng)溫度不變時(shí)，隨著反應(yīng)pH值的增大膜的斷裂伸長率不斷上升，均表現(xiàn)為響應(yīng)面曲線較陡，二者的交互作用顯著，且兩個(gè)響應(yīng)面均存在極大值。

從表4可看出，琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值均是影響膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的主要因素，膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的響應(yīng)面見圖16、17。當(dāng)反應(yīng)pH值在較低水平時(shí)，琥珀酸酐添加量對(duì)水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的影響較顯著，膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均隨著琥珀酸酐添加量的增大而顯著下降。在琥珀酸酐添加量0.32～0.64 g、反應(yīng)pH 8.0～8.4時(shí)的響應(yīng)面坡面極陡，且響應(yīng)面存在極小值，兩者的交互作用顯著。

圖13 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響Fig.13 Effects of succinic anhydride dosage and pH value on TS

圖14 反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)pH值對(duì)斷裂伸長率的影響Fig.14 Effect of reaction time and pH value on E

圖15 反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值對(duì)斷裂伸長率的影響Fig.15 Effect of reaction temperature and pH on E

圖16 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)水蒸氣透過系數(shù)的影響Fig.16 Effect of succinic anhydride dosage and pH on WVP

圖17 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)透油系數(shù)的影響Fig.17 Effect of succinic anhydride dosage and pH value on OP

2.5.4 琥珀?；男怨に嚨膬?yōu)化與驗(yàn)證

利用Design-Expert軟件，通過對(duì)4 個(gè)回歸方程進(jìn)行聯(lián)合求解，得納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的最大值分別為4.935 MPa、75.446%，水蒸氣透過系數(shù)的最小值為3.499 g·mm/（m2·d·kPa），透油系數(shù)的最小值為0.874 g·mm/（m2·d）。此時(shí)的琥珀酰化改性工藝為：琥珀酸酐添加量0.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30。為了進(jìn)一步驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性和有效性，在最佳琥珀?；男怨に囅轮苽涞鞍啄?，并進(jìn)行性能測定，膜各性能指標(biāo)分別為拉伸強(qiáng)度（4.891±0.126） MPa、斷裂伸長率（73.560±4.329）%、水蒸氣透過系數(shù)（3.651±0.097） g·mm/（m2·d·kPa）、透油系數(shù)（0.914±0.008） g·mm/（m2·d），與預(yù)測值相近，可見回歸模型能很好地預(yù)測膜的性能，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

琥珀?；男蕴幚韺?duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能有較大的影響。琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜性能的主要因素。通過單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析法對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù) 4 個(gè)響應(yīng)值建立了數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其琥珀?；男怨に囘M(jìn)行了優(yōu)化，得到的最優(yōu)琥珀?；男怨に嚍椋虹晁狒砑恿?.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30，在此條件下各性能的預(yù)測值為4.935 MPa、75.446%、3.499 g·mm/（m2·d·kPa）、0.874 g·mm/（m2·d），驗(yàn)證值為：（4.891±0.126）MPa、（73.560±4.329）%、（3.651±0.097）g·mm/（m2·d·kPa）、（0.914±0.008） g·mm/（m2·d）。所得的回歸模型擬合程度良好，并具有較好的預(yù)測性，優(yōu)化結(jié)果可靠。

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Optimization of Succinylation Modification Conditions of Nano-SiOx/Albumin Edible Film by Response Surface Methodology

ZHENG You1, WANG Xue-rong1, CHEN Hou-rong2, ZHOU Ling1
(1. Rongchang Campus, Southwest University, Chongqing 402460, China; 2. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

Purpose: Nano-SiOx/albumin edible films were prepared with egg albumin. The effects of succinylation modification on properties of edible films were studied. Methods: The tensile strength (TS), elongation at break (E), water vapor permeability (WVP) and oil permeability (OP) of edible films were investigated separately as a function of succinic anhydride addition, reaction time, reaction temperature and pH value by response surface methodology to establish the optimal succinylation modification conditions. Results: Regression models describing TS, E, WVP and OP were established. The optimal succinylation modification conditions were determined to be reaction at 34.87 ℃ for 40.35 min at pH 8.30 in the presence of 0.70 g of succinic anhydride. Under these conditions, the experimental TS, E, WVP and OP of edible films were (4.891±0.126) MPa, (73.560 ± 4.329)%, (3.651 ± 0.097) g mm/(m2d kPa) and (0.914±0.008) g mm/(m2d), respectively, close to the predicted values (4.935 MPa, 75.446%, 3.499 g mm/(m2d kPa) and 0.874 g mm/(m2d), respectively). Thus, the optimal conditions were reliable. Conclusion: Succinic anhydride addition and pH value were the main factors which influence film properties.

egg albumin; nano-SiOx; edible film; response surface methodology; succinylation

TS206.4

A

1002-6630（2014）18-0032-08

10.7506/spkx1002-6630-201418007

2013-12-31

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（XDJK2010C013）

鄭優(yōu)（1989—），女，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：zhengyou1989@163.com