本文摘要：摘要：目的通過對(duì)胡蘿卜可食性食品包裝膜的研究，希望尋找到無(wú)污染、價(jià)廉的環(huán)保材料，以替代塑料包裝材料用于食品包裝，并可增加蔬菜營(yíng)養(yǎng)成分。方法以胡蘿卜為原材料，添加羧甲基纖維素(CMC)、海藻酸鈉、甘油制備可食性膜，研究不同添加量對(duì)膜的抗拉強(qiáng)度、熱
摘要：目的通過對(duì)胡蘿卜可食性食品包裝膜的研究，希望尋找到無(wú)污染、價(jià)廉的環(huán)保材料，以替代塑料包裝材料用于食品包裝，并可增加蔬菜營(yíng)養(yǎng)成分。方法以胡蘿卜為原材料，添加羧甲基纖維素(CMC)、海藻酸鈉、甘油制備可食性膜，研究不同添加量對(duì)膜的抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及阻隔性能的影響，以抗拉強(qiáng)度為主要指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)力學(xué)性能和其他性能進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果每100mL蒸餾水中最佳添加量為：胡蘿卜漿20、羧甲基纖維素2.5、海藻酸鈉1.、甘油1.5mL，獲得的可食性膜抗拉強(qiáng)度為5.71MPa，熱封強(qiáng)度為3.84N/15.0mm，斷裂伸長(zhǎng)率為119.98%，透濕量為439.59g/·24h，透氧量為4.96cm/(m·24h·1kPa)，溶解時(shí)間為35s，膜平均厚度為0.183mm。結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以獲得淺橙色、半透明、質(zhì)地柔軟均勻、平滑無(wú)氣泡、具有一定強(qiáng)度和韌性、力學(xué)性能良好的可食性食品包裝膜。
關(guān)鍵詞：胡蘿卜;可食性膜;工藝優(yōu)化;力學(xué)性能
塑料被發(fā)明出來(lái)以后，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，然而，塑料也給人類帶來(lái)了不可忽視的災(zāi)害。國(guó)辦發(fā)〔2007〕72號(hào)文件《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購(gòu)物袋的通知》，就是為了限制和減少塑料袋的使用，遏制“白色污染”。
目前塑料是食品包裝中應(yīng)用最多的包裝材料，食品包裝廢棄物對(duì)環(huán)境造成了很大污染[1]，不同的廢棄物處理方式對(duì)水體、空氣、土壤、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和社會(huì)環(huán)境都造成了很大影響，而且包裝材料中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)向食品中遷移，這也引起了食品安全問題，例如各類食品包裝材料會(huì)造成塑化劑的攝入風(fēng)險(xiǎn)，塑料食品包裝中的有毒物質(zhì)、助劑、添加劑、油墨、溶劑都可能造成食品污染。
尋求能替代食品塑料包裝的材料引起了越來(lái)越多的重視，可食性包裝膜的研究也開展的越來(lái)越多。Gomaa等人[4]認(rèn)為可食性膜的使用有助于解決環(huán)境問題，而且可以防止水分流失和微生物腐敗，延長(zhǎng)食品的貨架期。Md等人[5]闡述了熱帶水果儲(chǔ)存時(shí)因?yàn)閷?duì)低溫敏感，影響了依靠冷藏進(jìn)行保鮮的效果，指出對(duì)水果進(jìn)行可食性涂膜處理的方法，可以保持水分和色澤，延長(zhǎng)儲(chǔ)存期。Liu等人[6]利用水溶性大豆多糖具有良好的高水溶性和成膜性，可加工成可溶性袋用于速溶咖啡、椰子粉、奶粉的小包裝。
De[7]對(duì)包裝物影響蛋糕水分的流失率和微生物的生長(zhǎng)做了研究，結(jié)果表明食用薄膜包覆的樣品85天后沒有菌類生長(zhǎng)，也沒有過度硬化，對(duì)水分的保持具有良好的作用。Li等人[8]研制了木薯淀粉添加羧甲基纖維素鈉制成可食性薄膜，在添加益生菌后，復(fù)合膜的抗氧化性顯著增強(qiáng)。Zareie等人[9]研制了添加殼聚糖的發(fā)酵大豆蛋白生物可食用復(fù)合膜，膜具有很強(qiáng)的抗氧化性和抗菌活性。Lin等人[10]制備的殼聚糖秋葵粉納米硅復(fù)合膜具有良好的力學(xué)性能、阻隔性能和光學(xué)性能，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有較強(qiáng)的抗菌活性。
國(guó)內(nèi)研究人員利用天然可食性的材料，如蛋白質(zhì)類、淀粉類、多糖類、脂肪類、纖維素類、蔬菜類基材，添加成膜劑以及增塑劑，制備成具有抗氧化性、韌性、透氣性、透濕性且力學(xué)性能良好的可食性食品包裝膜。任佳欣等[11]闡述了植物蛋白膜、動(dòng)物蛋白膜、復(fù)合蛋白膜的作用及不同蛋白膜的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用，并指出可以將蛋白可食性膜結(jié)合現(xiàn)代包裝的新技術(shù)，如活性包裝、氣調(diào)包裝、智能包裝等，研制新型可食性蛋白膜，是未來(lái)可期的研究思路。淀粉因來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，在可食性膜中是最早開始研究的，閆倩倩等[12]就淀粉膜的成膜機(jī)理及膜性能的影響因素做了闡述。徐忠等[13]就不同基材做食品內(nèi)包裝膜做了分析、闡述，指出膜性能受不同基材影響較大，應(yīng)根據(jù)調(diào)味品的特點(diǎn)，制作專屬調(diào)味品內(nèi)包裝膜。
馮軍廠等[14]闡述了膳食纖維可食性包裝膜的研究前景，指出利用膳食纖維不僅成本低，而且具有重要的生理功能。李鴻艷[1、陳秀宇[1等就可食性復(fù)合膜的性能表征和不同增塑劑的影響做了試驗(yàn)研究，海藻酸鈉、甘油和山梨糖醇作為增塑劑均有較優(yōu)表現(xiàn)。在可食性膜紙杯中還可以添加抑菌劑，例如添加了殼聚糖等抑菌劑的可食性膜可以對(duì)霉菌、酵母菌和其他致病菌具有抑制作用。研究者對(duì)不同基材、各種成膜劑、增塑劑以及膜的性能方面研究較多，但在給予可食性膜附加更多營(yíng)養(yǎng)成分的研究上做的還比較少，添加蔬菜的可食性包裝膜，除了具有安全、環(huán)保、成本低、食用方便的特點(diǎn)，還增加了蔬菜成分，保持了各種果蔬基材本身具有的顏色。
胡蘿卜色彩鮮艷，顏色喜人，富含多種維生素，尤其富含胡蘿卜素，在人體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為維生素，是維生素的主要來(lái)源，其中最重要的β胡蘿卜素具有促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)視力等作用[1，但胡蘿卜口感、味道一般，尤其是兒童，大多數(shù)不喜歡食用。目前對(duì)于胡蘿卜的食用途徑僅僅局限在餐桌上，探究將胡蘿卜進(jìn)行制漿，添加成膜劑和增塑劑，通過對(duì)膜的抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、阻隔性能等進(jìn)行研究，可以增加胡蘿卜的食用途徑，為在蔬菜基可食性膜的研究方面提供一定參考。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
胡蘿卜，市售;羧甲基纖維素(CMC)，煙臺(tái)市云科化學(xué)試劑有限公司;海藻酸鈉，北京市通達(dá)化學(xué)試劑有限公司;甘油，山西天天食品添加劑有限公司，食品級(jí)。
1.2試驗(yàn)設(shè)備
JAR2140電子分析天平，梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;1012A電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司;DKS12電熱恒溫水浴鍋，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;FK組織搗碎機(jī)，江蘇省金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠;DJM50L膠體磨，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠;螺旋測(cè)微器，無(wú)錫錫工量具有限公司;XLW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;TSYT1L透濕性測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司;BTYB1透氣性測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1工藝流程
1.3.2操作要點(diǎn)胡蘿卜清洗后切分成邊長(zhǎng)0mm左右的小塊，沸水漂燙min至柔軟，冷水冷卻后瀝干，按:1加蒸餾水，用組織搗碎機(jī)打漿30min，經(jīng)均質(zhì)機(jī)在轉(zhuǎn)速6000r/min下均質(zhì)10min，成均勻胡蘿卜漿料。按照不同配比添加胡蘿卜漿、CMC、海藻酸鈉、甘油于100mL蒸餾水中，食用消泡劑按質(zhì)量的0.5‰添加，75℃水浴加熱30min，其間要不斷攪拌，流延法涂膜于15mm×15mm玻璃板上，65℃烘干3h，冷卻成型，水蒸汽回濕10，揭膜。
1.3.3指標(biāo)測(cè)定
隨機(jī)選擇個(gè)點(diǎn)，按照GB/T66722001進(jìn)行膜厚度測(cè)定，取平均值，結(jié)果準(zhǔn)確到0.001mm;選取厚度平整的膜，裁取長(zhǎng)0mm、寬15mm的試樣條進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度測(cè)定，計(jì)算斷裂伸長(zhǎng)率;稱量3g膜，放入100mL沸水中，攪拌至無(wú)碎片，記錄時(shí)間，進(jìn)行溶解性測(cè)定;裁取直徑為100mm的試樣，試樣一側(cè)保持恒定飽和蒸汽壓，另一側(cè)保持干燥，通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)透濕杯內(nèi)蒸餾水蒸發(fā)減重的變化量，進(jìn)行透濕性測(cè)定[78];裁取直徑為100mm的試樣，使試樣兩側(cè)保持一定氣體壓差，通過測(cè)量低壓側(cè)氣體壓力變化，得出膜透氣量。所有指標(biāo)均取個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)定，取平均值。
1.3.4試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
(1)單因素試驗(yàn)
100mL蒸餾水中分別添加胡蘿卜漿料10、15、20、25、30，固定CMC2.0、海藻酸鈉1.5、甘油1.5mL，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。100mL蒸餾水中分別添加CMC1.0、1.5、2、2.5、3.0，固定胡蘿卜漿料20、海藻酸鈉1.4、甘油1.5mL，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。100mL蒸餾水中分別添加海藻酸鈉1.0、1.2、1.4、1.6、1.8，固定胡蘿卜漿料20、CMC2.0、甘油1.5mL，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。
胡蘿卜漿可以改善膜的性能，對(duì)膜的機(jī)械性能和阻隔性能均有影響，隨著添加量的增多，胡蘿卜含的糖分會(huì)使液體的黏度上升，組織致密性也逐漸上升，抗拉強(qiáng)度隨之增大，添加量為20g、25g時(shí)抗拉強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度均較高，差異不顯著。隨著添加量增加，膜液流動(dòng)性變差，成膜厚度略有增大，差異不顯著。
當(dāng)添加量大于20g時(shí)，膜液黏度過大，流動(dòng)性變差，成膜時(shí)厚度出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，薄弱處的機(jī)械性能隨之下降，抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度也呈現(xiàn)出了先上升、再下降的趨勢(shì)。添加量超過20g以后，因?yàn)槟そM織致密增大，膜的彈性下降，再加上厚度不均勻，所以斷裂伸長(zhǎng)率下降較多，而且添加量超過20g以后，水蒸氣和氧氣在膜薄弱處的透過量會(huì)增多，而使阻隔性能下降。綜合考慮，取20g為胡蘿卜漿的最佳添加量。
2結(jié)果與分析
CM起到粘接劑的作用，使膜易于成型。黃超凡等人[20]研究了CMC、甘油制備可食性淀粉復(fù)合膜，確定適量的CMC可以提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。CMC的添加量對(duì)膜的機(jī)械性能和阻隔性能均有影響，隨著CMC添加量的增加，膜的結(jié)構(gòu)變得更加致密，膜強(qiáng)度增加，抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度均逐漸增大，繼續(xù)增加添加量，膜液流動(dòng)性變差.
當(dāng)超過2.0g時(shí)，抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度均下降，這是因?yàn)楫?dāng)添加量逐漸加大時(shí)，膜內(nèi)部形成氣泡且不容易脫出，脫氣變得困難，對(duì)膜的力學(xué)性能影響較大，在添加量為1.5、2.時(shí)，熱封強(qiáng)度較高，差異不顯著。膜厚度略呈增加趨勢(shì)，差異不顯著。在添加量為1.5g、2.0g時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率最高，差異不顯著。在2.0g、2.5g時(shí)，水蒸氣和氧氣透過量差別不大，再繼續(xù)增大添加量，內(nèi)部氣泡會(huì)影響其阻隔性能。綜合考慮，取2.0g為CMC的最佳添加量。
趙換英等人[21]研究了以海藻酸鈉作為成膜的主要材料，添加其他大分子組分制備復(fù)合膜，證實(shí)復(fù)合膜比單一的海藻酸鈉膜的機(jī)械強(qiáng)度提升，透氣率下降，膜性能得到了改善�？梢姾Ｔ逅徕c可以用于和其他成膜劑、增塑劑制備復(fù)合膜。隨著添加量的增加，膜抗拉強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度也隨之增加，但繼續(xù)增大添加量，組織質(zhì)地變得疏松，成膜性下降，因而膜厚度出現(xiàn)先升后降，這是因?yàn)楫?dāng)添加量過大時(shí)，個(gè)別測(cè)量點(diǎn)成膜很薄.
在添加量為1.2、1.4時(shí)，膜抗拉強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度最大，差異不顯著，1.4時(shí)略高，再繼續(xù)增大添加量，抗拉強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯，熱封強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度規(guī)律相似。對(duì)水蒸氣和氧氣的阻隔性能先增強(qiáng)、后下降，添加量超過1.4g之后，由于膜厚度不均勻、質(zhì)地疏松等因素，阻隔性能開始下降。斷裂伸長(zhǎng)率也呈逐漸下降趨勢(shì)，這可能是由于隨著添加量的增加，膜質(zhì)地變疏松，彈性下降。膜厚度變化不大，差異不顯著。綜合考慮，取1.4g為海藻酸鈉的最佳添加量。
3結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過工藝優(yōu)化，確定最佳的工藝參數(shù)為：100mL蒸餾水中添加量為胡蘿卜漿20，羧甲基纖維素2.5，海藻酸鈉1.6，甘油1.5mL，各因素差異顯著(<0.05)。驗(yàn)證試驗(yàn)得主要指標(biāo)的平均值為：膜厚度為0.183mm，抗拉強(qiáng)度為5.71MPa，熱封強(qiáng)度為3.84N/15.0mm，斷裂伸長(zhǎng)率為119.98%，透濕量為39.59g/·24h，透氧量為4.96cm/(m·24h·1kPa)，溶解時(shí)間為。
糧食生產(chǎn)論文： 供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革下加強(qiáng)糧食流通監(jiān)管思考
胡蘿卜漿和增塑劑、成膜劑的添加，對(duì)抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性、透濕性和氧氣的阻隔性能有顯著影響，對(duì)成膜厚度略有影響，但影響不顯著，適量的添加量可以增強(qiáng)膜的力學(xué)性能和膜的阻隔性能。而甘油的添加在成膜時(shí)可以改善膜液的流動(dòng)性，且能使膜變得柔軟，降低脆性，但添加過多會(huì)影響成膜性。
試驗(yàn)所成的膜呈現(xiàn)淺橙色，為半透明狀，質(zhì)感平滑，無(wú)氣泡，無(wú)卷曲，柔軟均勻，具有一定的強(qiáng)度和韌性，無(wú)異味，能快速溶解。將胡蘿卜漿、增塑劑、成膜劑等添加在可食性膜里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在獲得具有一定力學(xué)性能和阻隔性能的可食性膜的同時(shí)，附加了蔬菜的成分，以期將來(lái)嘗試添加更多種類的蔬菜制備可食性膜，并在其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面繼續(xù)做進(jìn)一步的研究。
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作者：潘旭琳，馬萍，劉偉，孟令偉
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