香蕉皮漿改性聚乙烯醇薄膜制備及對(duì)蛋糕包裝保鮮的研究

楊福馨， 范 飛， 洗厲君，張炯炯， 丁曉彤，邱艷娜

(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院， 上海 201306)

·特色專欄·

香蕉皮漿改性聚乙烯醇薄膜制備及對(duì)蛋糕包裝保鮮的研究

楊福馨， 范 飛， 洗厲君，張炯炯， 丁曉彤，邱艷娜

(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院， 上海 201306)

選擇無(wú)毒、無(wú)腐蝕性且環(huán)境友好的親水性高分子材料聚乙烯醇(PVA)作為成膜基材，在香蕉皮漿中加入純PVA制成改性薄膜，常溫下研究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性薄膜的性能以及對(duì)無(wú)任何添加劑蛋糕的保鮮效果。實(shí)驗(yàn)選用了6個(gè)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性薄膜和雙層薄膜(改性PVA薄膜外層加上純PVA外膜)對(duì)蛋糕進(jìn)行包裝，每隔2 d對(duì)蛋糕進(jìn)行觀察，對(duì)蛋糕的質(zhì)量變化以及菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定，并分析其變質(zhì)情況。結(jié)果表明，香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %時(shí)，改性PVA薄膜拉伸強(qiáng)度最大；當(dāng)香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %時(shí)，吸水性降低，熱封強(qiáng)度最大，其抗菌保鮮效果最優(yōu)，其次是香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %；而雙層薄膜保鮮的效果比單層薄膜好，但是放置時(shí)間越長(zhǎng)，蛋糕會(huì)越干、硬，品質(zhì)下降嚴(yán)重。

香蕉皮； 蛋糕； 包裝； 保鮮

Abstract：The non-toxic,non-corrosive and environmentally friendly hydrophilic polymer polyvinyl alcohol (PVA) was selected as the film-forming substrate,modified PVA films were prepared from banana peel pulp with pure PVA,the properties of modified film with different mass fraction and the fresh-keeping effect of cake without any additives at room temperature were studied.The cake was packed with 6 different mass fraction of banana peel modified film and double layer film (The modified PVA film was coated with pure PVA outer membrane).The cake was observed every 2 d,the quality of the cake and the total number of colonies were mea-sured and analyzed for its deterioration.The results showed that the modified film with mass fraction of banana peel was 2 %,which had the highest tensile strength.When the mass fraction of banana peel was 3 % ,the water absorption was reduced,the heat sealing strength was the biggest,the antibacterial and fresh preservation effect was the best,followed by the mass fraction of banana peel was 2 %.The effect of double layer film is better than that of single layer film,but the longer the placement,the cake more dry,hard,serious decline in quality.

Keywords：banana peel; cake; packaging; preservation

0 前言

香蕉是日常生活中很常見(jiàn)的一種水果，同時(shí)也是典型的熱帶水果。香蕉在我國(guó)的南部(云南、貴州、廣西、廣東、福建等地)被廣泛種植[1]。隨著這些年農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，香蕉的產(chǎn)量得到了進(jìn)一步增加，現(xiàn)在人們還逐漸把視線轉(zhuǎn)向了香蕉皮的加工及深入利用[2]。香蕉皮中不僅富含酚類、有機(jī)酸(抑菌)、蛋白質(zhì)、油脂、糖類、縮合鞣質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還含有豐富的維生素、無(wú)機(jī)鹽以及K、Mg、Ca、P等元素。這些功能性成分除了有藥用價(jià)值以及增強(qiáng)人體機(jī)能的效果外，往往都有著較強(qiáng)的抗氧化能力以及抑菌能力[3]。利用這些特性，將香蕉皮進(jìn)行加工并作為交聯(lián)劑對(duì)PVA薄膜進(jìn)行改性，提高薄膜包裝時(shí)的抗菌效果，同時(shí)有一定增容效果[4]，并且可延長(zhǎng)食品的保鮮時(shí)間以及產(chǎn)品貨架期[5]。

蛋糕是以面粉、雞蛋、牛奶、糖為原料烘焙而成的一種食品，因其質(zhì)地松軟、富有彈性且香味濃郁、口味豐富而備受消費(fèi)者喜愛(ài)[6]。蛋糕是烘焙食品中含蛋量高的食品之一，但是烘焙食品基本上都面臨保鮮這一問(wèn)題，即不僅僅是要防止食物變質(zhì)，還要在此基礎(chǔ)上保證食品的色、香、味[7]，因此，通過(guò)提高包裝材料的力學(xué)性能來(lái)保存食品，是一個(gè)十分值得關(guān)注的課題[8]。

本文利用香蕉皮中功能性成分的抗氧化活性以及抑菌功能，將香蕉皮除去果實(shí)，用打漿機(jī)打成漿(香蕉皮漿)后加入到聚乙烯醇膠中進(jìn)行混合改性，之后制成香蕉皮漿改性PVA薄膜。使用制成的薄膜對(duì)蛋糕進(jìn)行包裝，通過(guò)改變改性PVA薄膜原料中香蕉皮漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及采用單、雙層PVA改性薄膜包裹蛋糕，觀察薄膜對(duì)于蛋糕的保鮮效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

新鮮香蕉：購(gòu)買于農(nóng)工商超市，提前預(yù)定；

PVA母粒：中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司；

蛋糕：購(gòu)于學(xué)校食堂的原味蛋糕；

試劑：香蕉皮漿改性PVA溶液、生理鹽水，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)用現(xiàn)自配；

平板計(jì)數(shù)瓊脂(PCA)：杭州微生物試劑有限公司。

1.2儀器和設(shè)備

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S，河南省予華儀器有限公司；

環(huán)帶式自動(dòng)充氣封口包裝機(jī)：DBF-1000，常州振華包裝機(jī)械有限公司；

智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)：XLW(EC)，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；

塑料薄膜封口機(jī)：PFS-300， 浙江江南實(shí)業(yè)有限公司；

電子天平：UTP-31，上?；ê娖饔邢薰荆?/p>

透光率/霧度測(cè)定儀：WGT-S，上海精科儀器公司；

安全智能型反壓高溫蒸煮鍋：R2011-0134，北京發(fā)恩科貿(mào)有限公司；

拍擊式無(wú)菌均質(zhì)器：JX-05，上海凈信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；

移液槍：AP34042，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

電熱恒溫培養(yǎng)箱：HPX-9052MBE，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9023A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3香蕉皮漿改性PVA薄膜的制備

制備流程：① 將香蕉皮去除果肉之后剪碎放入打漿機(jī)中打漿→② 稱取所需質(zhì)量的香蕉皮漿，加入聚乙烯醇膠中→③ 再次打漿混合→④ 涂膜[9]→⑤ 對(duì)成品進(jìn)行篩選處理。其中：

步驟②是先按照配方制備聚乙烯醇膠，在加入香蕉皮漿之前放在磁力攪拌機(jī)中恒溫?cái)嚢?溫度低于制膠溫度)，以保證膠的流動(dòng)性；

步驟⑤是由于制備薄膜原料只需要小樣，且此次實(shí)驗(yàn)使用的是手工涂膜的方法，這樣的制作方法難免會(huì)出現(xiàn)薄膜大小不一以及小破損的情況，所以對(duì)于制作出來(lái)的成品要進(jìn)行篩選，挑選出較為完整的薄膜，將邊緣修剪平整，待包裝蛋糕時(shí)進(jìn)一步剪裁。

1.4香蕉皮漿改性PVA薄膜性能測(cè)定

隨著包裝工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于包裝材料的要求也越來(lái)越高，單純的聚乙烯醇材料已經(jīng)不能滿足使用要求，這就催生了種類繁多的聚乙烯醇改性包裝材料。對(duì)于聚乙烯醇的改性目的是使其包裝性能進(jìn)一步優(yōu)化。經(jīng)過(guò)改性劑特殊處理后的聚乙烯醇薄膜能改善其耐水性，并提高了其熱穩(wěn)定性和部分力學(xué)性能[10]。

1.4.1 吸水性能測(cè)試

參考GB/T 1034—1998進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將經(jīng)過(guò)烘干的樣品完全浸入水中或放置于相對(duì)濕度為50 %的空氣中，在規(guī)定溫度下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，測(cè)量樣品的質(zhì)量變化。每種薄膜測(cè)試三次，取平均值。

1.4.2 拉伸性能測(cè)試

依據(jù)蔣碩等[11]的方法，將薄膜裁剪成15 mm×120 mm(寬×長(zhǎng))的長(zhǎng)條狀，使用電腦測(cè)控抗張實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試抗拉強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率。設(shè)定夾距為50 mm，速度為50 mm/min。抗拉強(qiáng)度用式(1)表示：

Ts=F/S

(1)

式中，Ts為抗拉強(qiáng)度，MPa；F表示樣品斷裂時(shí)所承受的最大張力，N；S為試樣橫截面積，m2，每個(gè)樣品測(cè)試10次，取平均值。

1.4.3 熱封性能測(cè)試

根據(jù)文獻(xiàn)[12]修改如下：熱封強(qiáng)度是指裁成規(guī)定規(guī)格的熱封樣品在斷裂時(shí)測(cè)得的最大荷載，單位為MPa。在相同的壓力、封口速度(6 m/min)下，封口溫度為170 ℃，測(cè)定試樣的拉伸強(qiáng)度。

1.4.4 透光率/霧度測(cè)試

依據(jù)李喜宏等[13]的方法，每種薄膜取一張，每張薄膜裁剪一份尺寸為50 mm×50 mm的樣品，共裁剪6份樣品，用夾具夾住，使薄膜平整，利用透光度/霧度測(cè)定儀測(cè)定樣品，將多次測(cè)量得到透光度與霧度記錄下來(lái)，取算數(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果。

1.4.5 蛋糕質(zhì)量變化的測(cè)定

將包裝袋制成后的尺寸大約為10 cm×8 cm ，包裹切塊大小均勻的蛋糕。分別用從市場(chǎng)上購(gòu)買的蛋糕包裝袋(以下簡(jiǎn)稱為市購(gòu)袋)、香蕉皮漿改性PVA薄膜和雙層薄膜(將內(nèi)膜的香蕉皮漿改性PVA薄膜和外膜的聚乙烯醇薄膜重合后進(jìn)行熱封制袋)包裝新鮮蛋糕[14]。

操作方法如下：

(1) 在電子天平上放上稱量紙，去皮；

(2) 將買好的蛋糕切成15 g以上的小塊，置于稱量紙上，記下質(zhì)量為m3；

(3) 測(cè)定質(zhì)量后，對(duì)蛋糕進(jìn)行包裝，等待之后的菌落總數(shù)測(cè)定；

(4) 在進(jìn)行菌落測(cè)定時(shí)，打開(kāi)包裝，將蛋糕取出放在稱量紙上，用電子天平稱取質(zhì)量，記為m4。

數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)式(2)：

失重Δm=m3-m4

(2)

式中，m3為包裝前的質(zhì)量，g；m4為包裝一定天數(shù)后的質(zhì)量，g。

1.4.6 蛋糕的菌落總數(shù)測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)[15]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)流程：10 g樣品+90 mL滅菌生理鹽水→制成 1∶10 均勻稀釋液→10倍稀釋，制成1∶100、1∶1 000 等不同稀釋度的樣品液→倒在平板后在(30±1) ℃條件下培養(yǎng) (48±2) h→選擇菌落數(shù)在30～300 之間的平板計(jì)數(shù)。依據(jù)GB 7099—2003《蛋糕、面包衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)于熱加工蛋糕，其菌落總數(shù)應(yīng)小于1.5×103CFU/g。

2 結(jié)果與討論

2.1吸水性能分析

對(duì)于蛋糕包裝來(lái)說(shuō)，保持蛋糕含水量的穩(wěn)定很重要。水分減少雖然能一定程度抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，但也會(huì)明顯影響蛋糕的口感，因此包裝材料的吸水性對(duì)蛋糕具有一定影響。表1所示為香蕉皮漿改性PVA薄膜的吸水性能。

表1 香蕉皮漿改性PVA薄膜的吸水性能

由表1可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿，其改性PVA薄膜的吸水前后質(zhì)量并不相同。對(duì)照組(未添加香蕉皮漿的純PVA薄膜：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 %香蕉皮漿)吸水量為0.275 g,而香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的薄膜其吸水量最少為0.123 g，其次是香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 %與5 %。與對(duì)照組相比，添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿可使薄膜吸水量降低，有益于蛋糕的口感和品質(zhì)。

2.2拉伸性能分析

拉伸強(qiáng)度是塑料薄膜的一個(gè)常見(jiàn)力學(xué)指標(biāo)，它表示了薄膜達(dá)到斷裂時(shí)可以承受的最大拉伸應(yīng)力。表2所示為香蕉皮漿改性PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度。

表2 香蕉皮漿改性PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度

從表2可以看出：純PVA薄膜拉伸強(qiáng)度較大，其次是香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %和3 %的改性PVA薄膜；香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %時(shí)，拉伸強(qiáng)度最小，為8.50 MPa；當(dāng)香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2 %，拉伸強(qiáng)度降低，說(shuō)明只有在一定的香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，能與聚乙烯醇具有很好的相容性，香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高會(huì)影響聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)特性，使其強(qiáng)度降低。

2.3熱封性能測(cè)試

熱封強(qiáng)度表示封口性能,熱封強(qiáng)度是指一定熱封溫度下熱封后所能承受的最大值。熱封強(qiáng)度是一個(gè)重要的指標(biāo),它表明了封口所能承受內(nèi)容物的質(zhì)量。圖1所示為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜的熱封強(qiáng)度。

隨著香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，改性聚乙烯醇薄膜熱封強(qiáng)度先下降后升高，最后不斷降低，香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的改性聚乙烯醇的熱封強(qiáng)度達(dá)到最佳。在一定熱封溫度下，當(dāng)香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1 %或高于3 %時(shí)，改性聚乙烯醇薄膜熱封強(qiáng)度下降較快，可能香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加使聚乙烯醇性質(zhì)改變，使其熱封性質(zhì)發(fā)生改變。但繼續(xù)增加香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改性聚乙烯醇薄膜熱封強(qiáng)度增加，說(shuō)明適度濃度增強(qiáng)分子間強(qiáng)度，改性聚乙烯醇薄膜之間結(jié)合能力強(qiáng)度增大，從而使得熱封強(qiáng)度增強(qiáng)。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜的熱封強(qiáng)度

2.4透光率/霧度分析

對(duì)于透明塑料來(lái)說(shuō)，透光率和霧度是影響薄膜對(duì)商品展示效果的一個(gè)很重要的指標(biāo)。其中透光率表示薄膜的透明度，而霧度則表示透過(guò)薄膜觀察物體時(shí)的渾濁度，圖2所示為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜的透光率/霧度。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜的透光率/霧度

包裝薄膜的透光度越高，同時(shí)霧度越低，其包裝的產(chǎn)品展示效果就越好。從圖2可以看出，與對(duì)照組(霧度為14 %)相比，香蕉皮漿改性PVA薄膜的透光率下降緩慢，但霧度都有所提高，香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %時(shí)，霧度為26.61 %,與對(duì)照組相比顯著增大。霧度對(duì)于產(chǎn)品的展示效果都不是很理想，但是對(duì)產(chǎn)品氧化保護(hù)具有一定作用。

2.5蛋糕質(zhì)量變化的測(cè)定

蛋糕失重多少反映包裝材料對(duì)產(chǎn)品阻隔和保護(hù)效果，蛋糕質(zhì)量減少會(huì)影響其本身的口味及硬度，從表3、4中能夠可以看出，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜和市購(gòu)袋對(duì)蛋糕失重的影響，其中雙層薄膜為改性PVA薄膜的外層加上純PVA薄膜。

表3 單層包裝的蛋糕質(zhì)量的失重 g

表4 雙層包裝的蛋糕質(zhì)量的失重 g

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，市購(gòu)袋對(duì)蛋糕的失重具有一定的保護(hù)作用。由于PVA具有吸濕性，對(duì)蛋糕的失重具有一定影響。單層香蕉皮漿改性PVA薄膜包裝的蛋糕失重量較大，純PVA薄膜吸水量最大，每次稱量都比其他組的失重較多，第6天吸水量最大為1.98 g，而添加香蕉皮漿薄膜包裝的蛋糕失重較少，說(shuō)明一定程度可降低薄膜的吸水性。同時(shí)對(duì)單、雙層包裝進(jìn)行對(duì)比后得知，雙層包裝的蛋糕失重相對(duì)減少，可能雙層薄膜增大了阻隔性，減少蛋糕中水分向空氣中散失，進(jìn)而使蛋糕失重量減少。

2.6蛋糕的菌落總數(shù)測(cè)試

由于環(huán)境、蛋糕的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等適應(yīng)微生物的生長(zhǎng)，而包裝材料具有抑菌效果，能夠很好延長(zhǎng)蛋糕的貨架期。圖3、4反映了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的香蕉皮漿改性PVA薄膜的單、雙層薄膜包裝對(duì)蛋糕菌落總數(shù)的影響。

從圖3、4中可以看出，菌落總數(shù)總體顯上升趨勢(shì)。單層薄膜包裝的蛋糕在第4天其菌落總數(shù)上升坡度增大，而雙層薄膜包裝的蛋糕在第8天以后菌落總數(shù)陡升。單層薄膜包裝的蛋糕第4天時(shí)，其包裝樣品的菌落總數(shù)低于1.5×103CFU/g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%和3%香蕉皮漿改性薄膜具有相對(duì)較好的抑菌作用；而市購(gòu)袋包裝蛋糕菌落總數(shù)明顯升高；第4天以后所有包裝的蛋糕菌落總數(shù)都超過(guò)1.5×103CFU/g。雙層薄膜包裝的蛋糕到了第8天，其包裝樣品的菌落總數(shù)還沒(méi)有超過(guò)1.5×103CFU/g，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的香蕉皮漿改性PVA薄膜具有最佳的抑菌效果。因此雙層薄膜更能對(duì)蛋糕起著保護(hù)作用，對(duì)延長(zhǎng)蛋糕貨架期具有重要作用。從數(shù)據(jù)分析來(lái)看，在雙層薄膜包裝中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %和4 %的香蕉皮漿改性PVA薄膜，其保鮮效果較好。

圖3 單層薄膜包裝的蛋糕菌落總數(shù)

圖4 雙層薄膜包裝的蛋糕菌落總數(shù)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)香蕉皮漿改性PVA薄膜的力學(xué)性能和光學(xué)性能測(cè)試得知，與其他香蕉皮漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比，當(dāng)香蕉皮漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %時(shí)，可改善薄膜霧度、拉伸強(qiáng)度等性能。在常溫下分別采用單層薄膜和雙層薄膜對(duì)蛋糕進(jìn)行包裝，綜合10 d的觀察數(shù)據(jù)得知：香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %的香蕉皮漿改性PVA薄膜各項(xiàng)性能最好，其次是香蕉皮漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 %的薄膜；雙層薄膜包裝的效果比單層薄膜包裝好，對(duì)延長(zhǎng)蛋糕貨架期具有重要意義。

由此得出結(jié)論，香蕉皮漿改性PVA薄膜雖然能起到一定的保鮮效果，但在常溫下對(duì)蛋糕的保鮮能力仍然有限。應(yīng)該對(duì)薄膜的制備工藝以及包裝方式進(jìn)行改進(jìn)，例如對(duì)香蕉皮進(jìn)行萃取、在制膜前進(jìn)行脫泡處理、選擇充氣包裝等。

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StudyonPreparationofBananaPeelModifiedPolyvinylAlcoholFilmandPreservationofCakePackaging

YANGFu-xin，F(xiàn)ANFei，XIANLi-jun,ZHANGJiong-jiong，DINGXiao-tong，QIUYan-na

(College of Food Science and Technology， Shanghai Ocean University，Shanghai 201306， China)

TQ 325.9

A

1009-5993(2017)03-0047-06

2017-05-25)

國(guó)家863項(xiàng)目(2012AA0992301)；上海市科委工程中心建設(shè)(11DZ2280300)；上海市助推計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013CL1312HY)；上海市產(chǎn)學(xué)研資助項(xiàng)目(15cxy69)；上海高校一流學(xué)科項(xiàng)目資助(A2-2019-14-0003)

楊福馨(1958—)，男，教授，主要從事包裝工程理論與技術(shù)方面的研究。