甘油作為增塑劑對可溶性大豆多糖成膜性能的影響

＊李亞楠 侯夢瑤 郭興峰 曹樂樂

（聊城大學農學與農業(yè)工程學院 山東 252000）

1.引言

隨著生活水平的提高，人們越來越關注食品安全問題，塑料包裝材料由于價格低廉、耐用、易延展等優(yōu)點深受廣大群眾的喜愛，并已應用到生活中的方方面面。據統(tǒng)計，我國使用的各種塑料袋總量每天多達20億個，塑料包裝的過度使用引發(fā)的環(huán)境問題也愈發(fā)嚴重，甚至已經造成“白色污染”[1]。除此之外，塑料中還含有雙酚A、鄰苯二甲酸酯等化學物質，不僅危害人體及動物的身體健康、還污染水體、土壤、空氣等。因此，不僅為了人類身體健康，也為緩解環(huán)境污染、化石燃料告急等情況，開發(fā)出安全、環(huán)保、可降解包裝材料迫在眉睫。

可溶性大豆多糖（Soluble Soybean Polysaccharide，SSPS），又稱水溶性大豆多糖，屬于酸性多糖類物質，是由豆渣經過脫脂、提取、滅菌和干燥等多種工藝制作而成[2]，主要組成包括半乳糖，阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖[3]等，SSPS常作為優(yōu)秀的食品添加劑，應用于國內外市場；SSPS還可用于食品特性的改善、保鮮膜包裝材料、膳食纖維補充劑[4]、酸性飲料穩(wěn)定劑[5]、優(yōu)越的成膜性能[6-7]等。甘油是一種小分子的多羥基化合物，具有極強的增塑作用[8]；與其他增塑劑相比，甘油分子量低，價格較低廉，增塑效果更明顯。因此，本文以甘油為增塑劑，探究其用量對SSPS成膜性能的影響，以期為新型綠色包裝的深入研究及發(fā)展奠定基礎。

2.材料與方法

(1)主要試劑與儀器

可溶性大豆多糖購于山東聚源生物科技有限公司。氯化鈉、無水氯化鈣（顆粒）、氯化鎂、氯化鋇、甘油、乙醇購于天津市大茂化學試劑廠。真空干燥箱、磁力攪拌器、手持色差儀、厚度儀。

(2)SSPS基膜的制備

采用流延成膜法，將SSPS溶于蒸餾水，在50℃恒溫水浴中攪拌得濃度為0.1g/mL的水溶液，然后分別加入25%、30%、35%、40%、45%、50%的甘油（以SSPS干基物質為基準），繼續(xù)攪拌得均一溶液，將溶液緩慢傾倒于成膜模具中，于真空干燥箱中，50℃干燥12h。依據甘油添加量所得膜分別記為1，2，3，4，5，6。在各項性能測定前將SSPS膜試樣置于相對濕度75%RH的環(huán)境中恒濕24h。

(3)膜性能的測定

①色度。用手持色度儀測定膜試樣L、a、b值，總色差ΔE可由公式（1）進行計算：

其中：Ls、ɑs、bs分別為不同甘油添加量的膜材料的亮度值、紅綠指數及藍綠指數；L0、ɑ0、b0分別為未添加甘油的SSPS膜材料的亮度值、紅綠指數及藍綠指數。

②阻濕性能。水蒸氣透過系數（WVP，g·m-1·s-1·Pa-1）可用來評價膜材料的阻濕性能[9]。選用錐形瓶為透濕杯測定膜的WVP。選用無水CaCl2（顆粒）作為干燥介質，使用前于（105±2）℃下恒重。測試前，用厚度儀在SSPS膜上隨機測10個點厚度，并取平均值。稱取適量無水CaCl2至錐形瓶中，添加至距瓶口1～2cm處，在干燥箱中恒重后用熱熔膠將SSPS膜試樣封在錐形瓶的瓶口，放置在0% RH的干燥器中干燥12h，測定初始質量。然后，將密封好的錐形瓶放置于75% RH的環(huán)境中，每隔12h測定其質量，測試時間為7d。WVP可由公式（2）計算：

其中：WVP為水蒸氣透過系數（g·m-1·s-1·Pa-1）；Δm為透過膜的水蒸氣的質量（g）；T為測試樣品膜的平均厚度（mm）；△t為測試時間（s）；S為水蒸氣透過膜的面積為9.07cm2；△P為樣品膜兩側的壓力差1753.55Pa。

③吸濕性能。將15mm×15mm的SSPS膜試樣放置于（105±2）℃的鼓風干燥箱中恒重，將其冷卻至室溫后稱重，記為m0。然后置于不同水分活度（0.33、0.75和0.90）中，每隔一天取出稱其質量，直至連續(xù)兩天質量變化不超過0.1%，此時則認為達到平衡。

④溶脹性能。將SSPS膜試樣裁為直徑15mm的圓片，在（105±2）℃的鼓風干燥箱中恒重冷卻后，稱重記為m0，在室溫下，分別浸于20mL的10%乙醇和95%乙醇中，在2min、5min、10min、20min、60min時，將SSPS膜試樣取出，用濾紙小心擦去表面液體，稱重記為mt，當溶脹度不再增加時，達到溶脹平衡，此時的溶脹度為平衡溶脹度SDt(%)。在溶脹過程中，t時刻的溶脹度由公式（3）計算：

其中，SDt(%)為平衡溶脹度；m0是試樣的初始質量，g；mt是t時刻試樣的質量，g。

3.結果與討論

(1)色度

不同甘油添加量的SSPS膜的色度參數如表1所示。甘油添加量為40%的膜試樣如圖1所示。

表1 不同甘油添加量的SSPS膜的色度參數及照片

圖1 甘油添加量40%的SSPS膜的照片

由表1可知：亮度L*在87～90，總體呈現先增大后減小的趨勢，紅綠指數（a*）和黃藍指數（b*）無明顯變化規(guī)律，總色差△E，總體是先增大后減小的趨勢，甘油添加量為30%的△E最大，當甘油添加量在25%～50%，膜試樣△E變化量都在2～5之內且均未超過5，因此肉眼看不出顏色變化[10]，由此得出，甘油添加量的大小對膜色度的影響甚微。

(2)阻濕性能

膜材料的水蒸氣透過系數如圖2所示。

圖2 SSPS膜的水蒸氣透過系數

由圖2可知：隨著甘油添加量的增加，SSPS膜水蒸氣透過系數呈現先增加后減小的趨勢，但總體上呈現增大的趨勢。這是因為甘油的添加使SSPS鏈間的空隙增加，破壞了膜材料的致密性，因此水蒸氣更容易透過膜。當甘油添加量為50%時，水蒸氣透過系數稍有降低，這是因為甘油添加量過多，膜試樣黏度太大，不利于水蒸氣的滲透。

(3)吸濕性能

SSPS膜試樣在水分活度為0.33、0.75環(huán)境中的吸濕曲線分別如圖3（a，b）所示。由圖3（a，b）可知：甘油用量由25%增加至50%，膜試樣質量整體均呈現先增大后不變的趨勢，在兩天左右基本達到平衡，且甘油添加量為45%的膜試樣在兩個吸濕環(huán)境中質量變化均最大，與水蒸氣透過系數趨勢相同，在此添加量下，膜材料的吸濕性能最佳。

圖3 SSPS膜在水分活度為0.33（a）和0.75（b）環(huán)境中的吸濕曲線

SSPS膜試樣在水分活度為0.90的環(huán)境中均軟爛無法夾起，導致吸濕性能無法測定，這是因為SSPS的溶解度較大，其在濕度太大的環(huán)境中迅速吸收大量水分導致其溶解，破碎。

(4)溶脹性能

SSPS膜材料在10%乙醇中幾乎全部溶解，無法測定數據。這是因為SSPS溶解度較大，在10%乙醇中，迅速吸收大量水分導致其溶解，破碎。

SSPS膜材料在95%乙醇中的溶脹曲線如圖4所示。由圖4可知：隨著甘油用量由25%增加至50%，膜試樣的溶脹度在總體上均呈現先增加后不變的趨勢，膜試樣在20min時均達到平衡，達到平衡的時間相對較短，隨著甘油添加量的增加，膜試樣的溶脹曲線并未呈現明顯的變化規(guī)律，表明甘油的添加對SSPS基膜的溶脹度影響不大。

圖4 溶脹曲線

4.結論

以可溶性大豆多糖為成膜基質，研究甘油用量對其成膜性能的影響。結果顯示，甘油添加量的多少對膜色度的變化不是很明顯；甘油添加量越多，SSPS膜水蒸氣透過系數也在逐漸增大，但當甘油添加量為50%的時候，水蒸氣透過系數變小；在溶脹性能的測定中，SSPS膜在10%乙醇溶液中均溶解，在95%乙醇溶液中，膜試樣溶脹度總體呈現先增加后不變的趨勢，但總體變化不大；SSPS膜在不同水分活度環(huán)境中吸濕時，其質量均先增加后不變直至達到平衡，且平衡時間均為兩天，且當甘油量添加較多時，膜的吸濕性能好，綜上所述，當甘油添加量為40%時，SSPS基膜各項性能相對較好。研究結果為新型包裝材料的深入研究和發(fā)展奠定基礎。