不同粘合劑作用下包菜基可食性包裝紙的封合工藝研究

◎吉仙枝田偉偉

（1.三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品園林學(xué)院；2.三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生處，河南三門(mén)峽4 7 2 0 0 0）

不同粘合劑作用下包菜基可食性包裝紙的封合工藝研究

◎吉仙枝1田偉偉2

（1.三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品園林學(xué)院；2.三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生處，河南三門(mén)峽4 7 2 0 0 0）

分別選擇大豆蛋白和淀粉液為粘合劑，在包菜紙表面噴涂一層粘合劑溶液,制得大豆蛋白-包菜復(fù)合紙和淀粉-包菜復(fù)合紙后進(jìn)行熱封合，研究選用不同粘合劑所得蔬菜復(fù)合紙的最佳熱封條件和封合性能。結(jié)果顯示:選用大豆蛋白液為粘合劑所得包菜復(fù)合紙,熱封合效果明顯優(yōu)于選擇淀粉為粘合劑的復(fù)合紙。

大豆蛋白；淀粉；包菜紙；熱封性能

隨著國(guó)民生活水平的日益提高和對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，食品包裝正在趨于環(huán)境友好、安全美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方向發(fā)展。特別是食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，促使人們對(duì)直接接觸食品的包裝材料提出了新的要求，綠色包裝成為一代新寵[1-3]。其中可食性包裝材料作為一種新型包裝材料因?yàn)榭梢院芎玫鼐徑猸h(huán)境壓力，特別是以蔬菜為原材料加工而成的蔬菜包裝紙，更是因其來(lái)源豐富，無(wú)毒可食兼具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等特點(diǎn)成為了食品、藥品等重要行業(yè)產(chǎn)品包裝的理想材料[4-5]。

選擇包菜為基礎(chǔ)材料，制備得到了包菜紙[6]。因?yàn)閱我皇卟思埐贿m合熱封操作，在包裝領(lǐng)域的使用受到限制，這里選擇兩種天然可食性粘合劑，通過(guò)噴涂設(shè)備分別制得大豆蛋白-包菜復(fù)合蔬菜紙[7-8]和淀粉-包菜復(fù)合蔬菜紙[9]，使用封合設(shè)備對(duì)兩種復(fù)合蔬菜紙進(jìn)行熱封[10]。首先研究封合溫度、淀粉粘合劑濃度及封合時(shí)間對(duì)封合效果的影響，以封合強(qiáng)度為指標(biāo)尋找兩種復(fù)合蔬菜紙的最佳封合條件，再比較選用不同天然可食性粘合劑制得的復(fù)合蔬菜紙?jiān)谄渥罴褵岱鈼l件下所能達(dá)到的熱封強(qiáng)度，選擇更適合的天然粘合劑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

基材與試劑：新鮮包菜（采購(gòu)于三門(mén)峽市菜市場(chǎng)）、大豆蛋白、CMC（羧甲基纖維素鈉）、淀粉、甘油等，均為食品級(jí)。

儀器：河南鄭州市烽火機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZH-24型快速打漿機(jī)；卡夫威爾杭州（實(shí)業(yè)）有限公司生產(chǎn)的YB-2426游標(biāo)卡尺；瑞士華嘉（香港）有限公司生產(chǎn)的LabSwift-aw便攜式水分活度儀；美國(guó)Stable Micro System公司生產(chǎn)的TA.XT 2i質(zhì)構(gòu)分析儀；北京凱萊博儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DHG-9000電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；德國(guó)IKA生產(chǎn)的T18高速剪切分散機(jī)；耐高溫不粘烤盤(pán)；北京洋鑫利源噴霧科技有限公司生產(chǎn)的噴涂設(shè)備；溫州興業(yè)機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FRD-系列多功能薄膜封口機(jī)；濟(jì)南天華檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YES-300D數(shù)顯式拉力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 包菜紙工藝流程

1.2.2 復(fù)合包菜紙工藝流程

包菜紙→噴涂大豆蛋白液（或淀粉液）→鼓風(fēng)干燥→復(fù)合包菜紙

1.2.3 封合強(qiáng)度的測(cè)定方法

參照QBT2358-1998對(duì)復(fù)合包菜紙的封合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。將復(fù)合包菜紙剪裁成長(zhǎng)100mm，寬80mm的試樣，熱封前先將試樣的熱封部位用純凈水潤(rùn)濕，再將噴涂有粘合劑的菜紙一面疊放，進(jìn)行熱封操作。熱封所得可食性包裝袋要放置在23℃，恒定濕度50%的環(huán)境靜置約48h后，選用濟(jì)南天華檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YES-300D數(shù)顯式拉力試驗(yàn)機(jī)依次測(cè)定不同粘合劑制得的復(fù)合包菜紙?jiān)诓煌夂蠝囟取娡渴褂玫恼澈蟿舛?、封合時(shí)間條件的封合強(qiáng)度。初始間距設(shè)為100mm，拉伸速度為3mm/s。每種試樣平行測(cè)定10次，求平均值。

1.2.4 封合溫度對(duì)兩種復(fù)合包菜紙封合強(qiáng)度的影響

將淀粉粘合劑濃度為12%制得的淀粉-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇臃謩e在70、90、110、130、150℃進(jìn)行時(shí)間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

將大豆蛋白粘合劑濃度為20%制得的大豆蛋白-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇臃謩e在70、90、110、130、150℃進(jìn)行時(shí)間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

1.2.5 粘合劑濃度對(duì)兩種復(fù)合包菜紙封合強(qiáng)度的影響

將淀粉粘合劑濃度分別為6%、10%、12%、14%、16%制得的淀粉-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇釉?30℃進(jìn)行時(shí)間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

將大豆蛋白粘合劑濃度分別為8%、12%、16%、20%、24%制得的大豆蛋白-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇釉?30℃進(jìn)行時(shí)間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

1.2.6 封合時(shí)間對(duì)兩種復(fù)合包菜紙封合強(qiáng)度的影響

選定封合時(shí)間分別為2s、3s、4s、5s、6s，將淀粉粘合劑濃度為12%制得的淀粉-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇釉?30℃進(jìn)行熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

選定封合時(shí)間分別為2s、3s、4s、5s、6s，將大豆蛋白粘合劑濃度為20%制得的大豆蛋白-包菜復(fù)合紙?jiān)嚇釉?30℃進(jìn)行熱封合，并按照1.2.3中的操作測(cè)定封合強(qiáng)度。

1.2.7 最佳封合條件的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果分，以封合溫度、粘合劑濃度、封合時(shí)間為單因素，以封合強(qiáng)度為試驗(yàn)指標(biāo)，選擇L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳封合條件。兩種復(fù)合包菜紙的因素水平如表1、表2所示。

表1 大豆蛋白-包菜復(fù)合蔬菜紙正交因素水平表

表2 淀粉-包菜復(fù)合蔬菜紙正交因素水平表

2 結(jié)果與討論

淀粉-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。

大豆蛋白-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2。

將圖1和圖2進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，同一封合溫度下平行測(cè)定10次，所測(cè)得大豆蛋白-包菜復(fù)合紙的封合強(qiáng)度較之淀粉-包菜復(fù)合紙封合強(qiáng)度的數(shù)值分布更為均勻。由圖1、圖2所得數(shù)據(jù)計(jì)算不同封合溫度下淀粉-包菜復(fù)合紙熱封強(qiáng)度的平均值，見(jiàn)表3。

由圖1、圖2和表3可知，在粘合劑濃度以及封合時(shí)間不變的情況下，兩種復(fù)合包菜紙的封合強(qiáng)度均伴隨封合溫度的升高，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，并在130℃時(shí)達(dá)到最大值。這是由于較高的溫度更有利于粘合劑中水分的迅速蒸發(fā)，使封口的定型固化更加容易；但溫度過(guò)高，復(fù)合包菜紙脆度增加，同時(shí)硬度也升高，致使封口處的平整和均勻受到影響，封合強(qiáng)度隨之降低[11]。因此，這兩種復(fù)合包菜紙的最佳封合溫度應(yīng)設(shè)置在110℃-150℃之間。

2.2 兩種復(fù)合包菜紙粘合劑最佳濃度的確定

淀粉-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。

大豆蛋白-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

將圖3和圖4進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，在相同的粘合劑濃度條件下平行測(cè)定10次，所測(cè)得大豆蛋白-包菜復(fù)合紙的封合強(qiáng)度較之淀粉-包菜復(fù)合紙封合強(qiáng)度的數(shù)值分布更為均勻。由圖3、圖4所得數(shù)據(jù)計(jì)算不同粘合劑濃度下兩種復(fù)合包菜紙熱封強(qiáng)度的平均值，見(jiàn)表4。

從我們對(duì)萊考夫量尺隱喻思想的闡述可以看到，量尺隱喻很像對(duì)象建構(gòu)隱喻，但是萊考夫指出，二者是不同的。物理線段是非常特殊的“建構(gòu)對(duì)象”。他們是線性的，并且是連續(xù)的。量尺隱喻是有數(shù)字標(biāo)明長(zhǎng)度的線段(物理線段)的混合物，萊考夫稱(chēng)其為數(shù)字/物理線段混合物(Number/Physical Segment blend)。[2]70

圖1 淀粉-包菜復(fù)合蔬菜紙封合溫度對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

圖2 大豆蛋白-包菜復(fù)合蔬菜紙封合溫度對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

表3 兩種復(fù)合包菜紙?jiān)诓煌瑴囟认碌臒岱鈴?qiáng)度平均值

圖3 淀粉粘合劑濃度對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

圖4 大豆蛋白粘合劑濃度對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

由圖3、圖4和表4可知，在封合溫度以及封合時(shí)間不變的情況下，兩種復(fù)合包菜紙的封合強(qiáng)度均伴隨所使用粘合劑濃度的升高，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。大豆蛋白-包菜復(fù)合紙?jiān)诖蠖沟鞍渍澈蟿舛?0%時(shí)達(dá)到最大封合強(qiáng)度。淀粉-包菜復(fù)合紙?jiān)诘矸壅澈蟿舛?2%時(shí)達(dá)到最大封合強(qiáng)度。這是由于粘合劑溶液被均勻噴涂到包菜紙表面上之后，粘合劑本身的特點(diǎn)使得具有了一定濕度和粘稠度的復(fù)合包菜紙可以相互比較牢固地粘合，提高了封合面的封合強(qiáng)度。但當(dāng)隨著粘合劑濃度的增大，粘合劑溶液的粘稠度持續(xù)升高，噴涂到包菜紙上的均勻度開(kāi)始下降，致使封合強(qiáng)度減小。因此，粘合劑的最佳使用的濃度，大豆蛋白粘合劑應(yīng)設(shè)定在16%-24%之間，淀粉粘合劑應(yīng)設(shè)定在10%-14%之間。

2.3 兩種復(fù)合包菜紙最佳封合時(shí)間的確定

淀粉-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖5。

大豆蛋白-包菜復(fù)合紙測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖6。

將圖5和圖6進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，在相同的封合時(shí)間下平行測(cè)定10次，所測(cè)得大豆蛋白-包菜復(fù)合紙的封合強(qiáng)度較之淀粉-包菜復(fù)合紙封合強(qiáng)度的數(shù)值分布更為均勻。由圖5、圖6所得數(shù)據(jù)計(jì)算不同封合時(shí)間下兩種復(fù)合包菜紙熱封強(qiáng)度的平均值，見(jiàn)表5。

表4 兩種復(fù)合包菜紙不同粘合劑濃度下的熱封強(qiáng)度平均值

圖5 淀粉-包菜復(fù)合蔬菜紙封合時(shí)間對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

圖6 大豆蛋白-包菜復(fù)合蔬菜紙封合時(shí)間對(duì)熱封強(qiáng)度的影響

由圖5、圖6和表5可知，在粘合劑濃度以及封合溫度不變的情況下，兩種復(fù)合包菜紙的封合強(qiáng)度均伴隨封合時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。大豆蛋白-包菜復(fù)合紙?jiān)诜夂蠒r(shí)間為5s時(shí)達(dá)到最大封合強(qiáng)度。淀粉-包菜復(fù)合紙?jiān)诜夂蠒r(shí)間為4s時(shí)達(dá)到最大封合強(qiáng)度。這是由于當(dāng)封合時(shí)間較短時(shí)，噴涂有粘合劑的復(fù)合包菜紙封合面受熱時(shí)間較短，粘合劑中的水分未能蒸發(fā)完全，致使封合后的復(fù)合包菜紙冷卻后，封口處易出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，封合強(qiáng)度受到影響。但伴隨封合時(shí)間的延長(zhǎng)，粘合劑中水分會(huì)出現(xiàn)過(guò)度蒸發(fā)的現(xiàn)象，封合效果會(huì)受到影響，同時(shí)降低封合強(qiáng)度。所以，選擇合適的封合時(shí)間能夠充分融合包菜紙中原有的粘結(jié)劑和后期噴涂的粘合劑，促使封合強(qiáng)度顯著提高。綜上所述，大豆蛋白-包菜復(fù)合紙的最佳封合時(shí)間應(yīng)控制在4s-6s之間，淀粉-包菜復(fù)合紙的最佳封合時(shí)間應(yīng)控制在3s-5s之間。

2.4 兩種復(fù)合包菜紙最佳封合條件的確定

按照1.2.3和1.2.7操作，兩種復(fù)合包菜紙的試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表6和表7。

由表6中，以封合強(qiáng)度為指標(biāo)得出的極差分析結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)選取的三個(gè)因素對(duì)封合強(qiáng)度的影響力主次關(guān)系為：大豆蛋白粘合劑的濃度＞封合溫度＞封合時(shí)間，最優(yōu)條件組合為：A2B2C2，即封合溫度為130℃，大豆粘合劑濃度為20%，封合時(shí)間為5s。因該組合未出現(xiàn)在正交試驗(yàn)中，補(bǔ)做該組合實(shí)驗(yàn)一次。組合所按照最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出的封合強(qiáng)度是254.31N/m，驗(yàn)證試驗(yàn)符合分析結(jié)果。可見(jiàn)，大豆蛋白-包菜復(fù)合紙的最佳封合條件是封合溫度為130℃，大豆蛋白粘合劑濃度為20%，封合時(shí)間為5s，此時(shí)封合強(qiáng)度較高，封合效果最好。

由表7中，以封合強(qiáng)度為指標(biāo)得出的極差分析結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)選取的三個(gè)因素對(duì)封合強(qiáng)度的影響力主次關(guān)系為：淀粉粘合劑的濃度＞封合時(shí)間＞封合溫度，最優(yōu)條件組合為：A2B2C2，即封合溫度為130℃，淀粉粘合劑濃度為12%，封合時(shí)間為4s。因參照最優(yōu)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出的封合強(qiáng)度是242.37N/m，驗(yàn)證試驗(yàn)符合分析結(jié)果?？梢?jiàn)，淀粉-包菜復(fù)合紙的最佳封合條件是封合溫度為130℃，淀粉粘合劑濃度為12%，封合時(shí)間為4s，此時(shí)封合強(qiáng)度較高，封合效果最好。

表5 兩種復(fù)合包菜紙?jiān)诓煌夂蠒r(shí)間下的熱封強(qiáng)度平均值

表6 大豆蛋白-包菜復(fù)合蔬菜紙封合條件優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 淀粉-包菜復(fù)合蔬菜紙封合條件優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

1）.通過(guò)單因素試驗(yàn)，研究封合溫度、粘合劑濃度、封合時(shí)間對(duì)兩種復(fù)合包菜紙封合強(qiáng)度的影響，分別得到：大豆蛋白-復(fù)合包菜紙?jiān)诜夂线^(guò)程中，封合溫度適宜范圍是110℃-150℃，大豆蛋白粘合劑濃度適宜范圍是16%-24%，封合時(shí)間適宜范圍是4s-6s；淀粉-復(fù)合包菜紙?jiān)诜夂线^(guò)程中，封合溫度適宜范圍是110℃-150℃，淀粉粘合劑濃度適宜范圍是10%-14%，封合時(shí)間適宜范圍是3s-5s。

2）.以封合溫度、粘合劑濃度、封合時(shí)間為正交實(shí)驗(yàn)因素，以封合強(qiáng)度為試驗(yàn)指標(biāo)，確定最佳封合條件，結(jié)果顯示：大豆蛋白-復(fù)合包菜紙的最佳封合條件為噴涂濃度20%的大豆蛋白粘合劑，130℃溫度下進(jìn)行5s的熱封合；淀粉-復(fù)合包菜紙的最佳封合條件為噴涂濃度12%的淀粉粘合劑，130℃溫度下進(jìn)行4s的熱封合。

3）.分別按照最佳封合條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，所得的封合強(qiáng)度比較結(jié)果為：選用大豆蛋白做為粘合劑比選用淀粉溶液做為粘合劑所得的復(fù)合包菜紙封合強(qiáng)度高，且封合面粘合均勻，效果更好。

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（責(zé)任編輯 卞建寧）

Sealing Process Research of Edible Wrapping Cabbage Paper in Different Binder Effect

Ji Xianzhi1Tian Weiwei2
（1.College of Food and Architecture Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000; 2.Students' Affairs Division Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000,China）

Choose the soybean protein and starch solid as the blinder,respectively,the soybean protein-baggage composite paper and the starch-cabbage composite paper were obtained by the way that sprayed the blinder separately on the baggage paper surface.Through the heat-sealing method,studied the best heat-sealing condition and properties of the composite paper in different blinder effect.It showed that the heat-sealing effect of the soybean-protein blinder was superior to the starch.

Soybean protein;Starch;Cabbage paper;Heat-sealing property

TB484.1

：B

：1671-9123（2016）01-0131-06

2015-12-21

三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目(SZY-2014-016)

吉仙枝（1979-），女，河南義馬人，三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品園林學(xué)院講師。