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

摘要：以抗拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率為指標(biāo)，進(jìn)行馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜配方優(yōu)化。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化，確定最優(yōu)的馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜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%。通過驗(yàn)證試驗(yàn)得出馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜的抗拉伸強(qiáng)度為51.00 MPa，斷裂伸長率為36.27%。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜；機(jī)械性能；配方優(yōu)化

中圖分類號：TS201 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.012

文章編號：1671-9646（2018）03a-0037-03

Abstract：The formula of PSt-CMS edible film was optimized with tensile strength and elongation at break. The optimization test of single factor and orthogonal determined the best PSt-CMS edible film formula is that potato starch adding 2.0%，sodium carboxymethyl starch adding 0.5%，glycerol adding 1.75%. We obtained that the tensile strength of PSt-CMS edible film was 51.00 MPa，the elongation at break was 36.27% through verification test.

Key words：potato starch-sodium carboxymethyl starch edible film；mechanical properties；formula optimization

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]。可食性包裝膜可以廣泛應(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(rèn)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(jī)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(diǎn)[6]。在馬鈴薯淀粉中添加羧甲基淀粉鈉可克服單獨(dú)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(yàn)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(yàn)對馬鈴薯淀粉-羧甲基淀粉鈉可食膜配方進(jìn)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(shí)驗(yàn)室自制；XLW（B）型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)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(yàn)

（1）馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機(jī)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(jī)械特性。

（2）羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機(jī)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(jī)械特性。

（3）甘油添加量對可食膜機(jī)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(jī)械特性。

1.3.3 可食膜制備的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)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(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)。

1.3.4 可食膜機(jī)械性能測定

在可食性膜上隨機(jī)取5個點(diǎn)，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(yàn)機(jī)速度為25 mm/min測定可食膜的抗拉伸強(qiáng)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(yàn)

2.1.1 馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機(jī)械性能影響

馬鈴薯淀粉添加量對可食膜機(jī)械性能影響見圖1。

由圖1可以看出，當(dāng)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(biāo)，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(jī)械性能影響

羧甲基淀粉鈉添加量對可食膜機(jī)械性能影響見圖2。

由圖2可以看出，當(dāng)羧甲基淀粉鈉添加量在0～ 2.5%時，TS和E先增加后減小。當(dāng)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(dá)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(jī)械性能影響

甘油添加量對PSt-CMS可食膜機(jī)械性能影響見圖3。

由圖3可以看出，當(dāng)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(biāo)，初步確定甘油的適宜添加量為1.5%。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)因素水平見表1。

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

（1）TS正交試驗(yàn)結(jié)果分析。

TS正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表3。

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(biāo)，則應(yīng)選擇A1B1C2。

（2）E正交試驗(yàn)結(jié)果分析。

E正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表4。

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(biāo)，則應(yīng)選擇A3B1C3。

綜合2個指標(biāo)，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(yàn)證試驗(yàn)

以正交試驗(yàn)確定的最優(yōu)配方進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

驗(yàn)證試驗(yàn)見表5。

根據(jù)表5驗(yàn)證試驗(yàn)，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(yàn)的9組試驗(yàn)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(jī)械性能影響顯著。

（2）以抗拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率為指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)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(qiáng)度51.00 MPa，抗拉伸強(qiáng)度36.27%。

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