紅薯淀粉可食用膜的工藝優(yōu)化研究

任瑞珍 趙 瑛

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系 山西呂梁 033001）

可食用膜是利用分子內(nèi)和分子間的相互作用生成的一種多孔穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)薄膜，具有可降解、可食用、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)與特性[1]。本文利用不同高分子材料的交聯(lián)特性，研制出具有更優(yōu)越性能的紅薯淀粉可食用膜，從而開發(fā)紅薯的多元化產(chǎn)品，擴(kuò)大紅薯的市場(chǎng)應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

山梨醇（食品級(jí)，山東綠健生物科技有限公司）；海藻酸鈉（食品級(jí)，河南高寶實(shí)業(yè)有限公司）；檸檬酸（食品級(jí)，山東英軒實(shí)業(yè)股份有限公司）；紅薯淀粉（食品級(jí)，新鄉(xiāng)良潤(rùn)全谷物食品有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

C21-RT2160型電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；BS323S電子天平［賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司］；101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；YT-PJ-400M型均質(zhì)機(jī)（葉拓科技有限公司）；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州越新儀器制造有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 紅薯淀粉可食用膜的制備

將水和紅薯淀粉混合成淀粉乳，分別加入山梨醇、海藻酸鈉、檸檬酸在均質(zhì)機(jī)進(jìn)行勻漿處理。將均質(zhì)好的樣液放入恒溫水浴鍋進(jìn)行加熱，糊化后，放置一段時(shí)間進(jìn)行脫泡處理。將樣液導(dǎo)入培養(yǎng)皿中，使樣液鋪滿整個(gè)培養(yǎng)皿底部，而后放入鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行干燥，干燥結(jié)束后在干燥器中進(jìn)行冷卻。最后取出揭膜備用[2-4]。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）山梨醇使用量對(duì)紅薯淀粉可食用膜感官評(píng)分的影響。

山梨醇使用量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（100 g水計(jì)），海藻酸鈉使用量為1.4%，檸檬酸使用量為2.5%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)分。

（2）海藻酸鈉使用量對(duì)紅薯淀粉可食用膜感官評(píng)分的影響。

海藻酸鈉使用量分別為1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%（100 g水計(jì)），山梨醇使用量為0.6%，檸檬酸使用量為2.5%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)分。

（3）檸檬酸使用量對(duì)紅薯淀粉可食用膜感官評(píng)分的影響。

檸檬酸使用量分別為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%（100 g水計(jì)），山梨醇使用量為0.6%，海藻酸鈉使用量為1.4%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)分。

（4）淀粉糊化溫度對(duì)紅薯淀粉可食用膜感官評(píng)分的影響。

淀粉糊化溫度分別為65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃，山梨醇使用量為0.6%，海藻酸鈉使用量為1.4%，檸檬酸使用量為2.5%，按照1.3.1的方法制成膜后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)分。

1.3.3 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定山梨醇使用量、海藻酸鈉使用量、檸檬酸使用量、淀粉糊化溫度4個(gè)因素的較優(yōu)取值范圍，因?yàn)長(zhǎng)9(34)正交無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，也無(wú)法探究各因素間的交互作用，因此本實(shí)驗(yàn)中增加了空白列，進(jìn)行五因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為可食用淀粉膜的感官評(píng)分，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，取平均值，并進(jìn)行分析, 得出紅薯淀粉可食用膜的最佳工藝條件。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)可食用膜性能

將制備好的紅薯淀粉可食用膜請(qǐng)8名專業(yè)的食品感官評(píng)定員按紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[5-7]。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 山梨醇使用量的確定

由圖1可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分隨著山梨醇使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢(shì)。感官評(píng)分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)山梨醇使用量為0.6%時(shí)，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分最高，為95分，說(shuō)明可食用膜性能得到了很大改善，這可能是因?yàn)樯嚼娲紩?huì)與淀粉競(jìng)爭(zhēng)形成氫鍵的羥基，使得鍵合作用變?nèi)?，軟化了可食用膜的剛性結(jié)構(gòu)，增加了延展性，此時(shí)可食用膜柔韌而富有光澤[8-11]；當(dāng)山梨醇使用量小于0.6%時(shí)，由于淀粉膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的分子間鍵合作用，因此膜的流動(dòng)性很低，從而形成剛性結(jié)構(gòu)，制備得到的可食用膜較脆硬，易斷裂，沒有達(dá)到增塑的效果[12-15]；當(dāng)山梨醇的使用量大于0.6%時(shí)，結(jié)合的水分子增加，淀粉分子間的相互作用會(huì)大幅度下降，膜又變得黏軟，力學(xué)性能下降，影響膜的感官評(píng)分，使感官評(píng)分逐漸降低。所以，選取0.4%、0.6%、0.8%三個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定山梨醇的最優(yōu)使用量。

圖1 山梨醇使用量對(duì)可食用膜感官評(píng)分的影響

2.1.2 海藻酸鈉使用量的確定

由圖2可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分隨著海藻酸鈉使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢(shì)。感官評(píng)分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)海藻酸鈉使用量為1.4%時(shí)，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分最高，為94分，說(shuō)明在此條件下可食用膜的性能最好，膜質(zhì)柔韌，光滑而富有光澤，質(zhì)地均勻，易揭膜；當(dāng)海藻酸鈉使用量小于1.4%時(shí)，隨著海藻酸鈉使用量的不斷增加，感官評(píng)分逐漸升高，這是因?yàn)楹Ｔ逅徕c可以與淀粉糊化暴露的羥基形成分子間氫鍵，從而提高膜的柔韌性[16-19]；當(dāng)海藻酸鈉使用量超過(guò)1.4%以后，膜液黏度增加，不易形成膜，增強(qiáng)組分不能均勻分布，導(dǎo)致膜的厚度不均勻，分子之間較強(qiáng)的作用力使得膜內(nèi)的水分被擠壓出來(lái)，膜的質(zhì)地更加堅(jiān)硬[20-22]，影響膜的感官評(píng)分，使感官評(píng)分逐漸降低。所以，選取1.2%、1.4%、1.6%三個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定海藻酸鈉的最優(yōu)使用量。

圖2 海藻酸鈉使用量對(duì)可食用膜感官評(píng)分的影響

2.1.3 檸檬酸使用量的確定

由圖3可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分隨著檸檬酸使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢(shì)。感官評(píng)分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)檸檬酸使用量為2.5%時(shí)，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分最高，為93分，說(shuō)明在此條件下可食用膜的性能最好，膜質(zhì)均勻光滑，富有彈性，表面完整；當(dāng)檸檬酸使用量小于2.5%時(shí)，隨著檸檬酸添加量的不斷增加，感官評(píng)分逐漸升高，這是因?yàn)闄幟仕峥梢詼p弱分子間的氫鍵作用，使膜質(zhì)變得柔軟而具有韌性[23-25]；當(dāng)檸檬酸使用量超過(guò)2.5%以后，過(guò)量的檸檬酸會(huì)引起淀粉分子水解，降低膜的機(jī)械性能，影響膜的感官評(píng)分，使感官評(píng)分逐漸降低[26]。所以，選取2.0%、2.5%、3.0%三個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定檸檬酸的最優(yōu)使用量。

圖3 檸檬酸使用量對(duì)可食用膜感官評(píng)分的影響

2.1.4 淀粉糊化溫度的確定

由圖4可知，當(dāng)?shù)矸酆瘻囟葹?5 ℃時(shí)，紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分最高，為90分，說(shuō)明在此條件下可食用膜的性能最好，膜光滑而富有彈性，質(zhì)地均勻，易揭膜；當(dāng)?shù)矸酆瘻囟鹊陀?5 ℃時(shí)，隨著淀粉糊化溫度的不斷升高，感官評(píng)分逐漸升高，這是因?yàn)楦牧紕┒加泻芎玫奈芰?，?dǎo)致可食用膜中淀粉含量減少，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)疏松，膜中心呈黏稠狀[27-29]；當(dāng)?shù)矸酆瘻囟雀哂?5 ℃以后，由于水分蒸發(fā)較快，改良劑與水之間的氫鍵未能充分形成，導(dǎo)致可食用膜含水量減少，質(zhì)地脆硬，很難揭膜，并且高溫會(huì)使成膜材料輕微焦化，呈焦黃色[30]，影響膜的感官評(píng)分，使感官評(píng)分逐漸降低。所以，選取70 ℃、75 ℃、80 ℃三個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最優(yōu)的淀粉糊化溫度。

圖4 淀粉糊化溫度對(duì)可食用膜感官評(píng)分的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

五因素三水平的正交因素水平表，如表2所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

由表3得知，在紅薯淀粉可食用膜的制備過(guò)程中，因素C檸檬酸使用量對(duì)紅薯淀粉可食用膜的感官評(píng)分影響最大。4個(gè)單因素對(duì)紅薯淀粉可食用膜感官評(píng)分影響的主次順序?yàn)镃＞A＞D＞B，即檸檬酸使用量＞山梨醇使用量＞淀粉糊化溫度＞海藻酸鈉使用量。紅薯淀粉可食用膜的最佳制備工藝為:A2B2C2D2，即山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。

表3 L18(35)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，淀粉糊化溫度的顯著性小于0.05，山梨醇使用量、檸檬酸使用量的顯著性小于0.01，說(shuō)明在紅薯淀粉可食用膜的生產(chǎn)工藝條件中山梨醇使用量、檸檬酸使用量對(duì)可食用膜感官評(píng)分具有極顯著影響，淀粉糊化溫度對(duì)可食用膜感官評(píng)分具有顯著影響。

表4 正交實(shí)驗(yàn)感官評(píng)分方差分析表

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明紅薯淀粉可食用膜最佳工藝條件為：A2B2C2D2，在此條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證結(jié)果如表5所示。

表5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，紅薯淀粉可食用膜的最佳工藝條件為山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。該組合實(shí)驗(yàn)在最佳工藝條件下，感官評(píng)分達(dá)到最高分，表明其性能優(yōu)于單因素實(shí)驗(yàn)以及其他正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取得了預(yù)期效果。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)，紅薯淀粉可食用膜的最優(yōu)制備工藝：山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。此工藝參數(shù)下，可食用膜的感官評(píng)分為95分，膜的顏色呈白色，色澤均勻，柔軟光滑，彈性十足，可食，入口即化，略微有紅薯的香味。