可食性綠豆淀粉膜制作工藝的研究

姬 娜 熊 柳 卜祥輝 孫慶杰

可食性綠豆淀粉膜制作工藝的研究

姬 娜 熊 柳 卜祥輝 孫慶杰

(青島農業大學食品科學與工程學院，青島 266109)

以綠豆淀粉為主要材料，甘油作為增塑劑，羧甲基纖維素(CMC)作為增強劑，以可食性膜厚度、抗拉強度、斷裂延伸率、阻水性為指標，研究了甘油添加量、CMC添加量、干燥溫度、干燥時間等因素對可食性淀粉膜性能的影響。結果表明以綠豆淀粉為成膜主體，配以0．4 g/g淀粉的甘油和0．06 g/g淀粉的CMC，在80℃烘干4 h，得到淀粉膜的抗拉強度為9．51 MPa，延伸率為114．55%，水滴滲透時間(Ts)為240．98 min/mm。

綠豆淀粉 甘油 羧甲基纖維素 可食性膜

可食性膜是指以天然可食性物質(如多糖、蛋白質等)為原料，添加可食的增塑劑、交聯劑等物質，通過不同分子間相互作用而形成的薄膜。可食性膜是一種無廢棄物的資源型包裝材料，可使資源得到最大限度的利用，同時又具有無毒、無害和無污染等特點。隨著人們環保意識和對健康要求的提高，這種新型的可食速溶、安全衛生又具有環保特點的可食型包裝材料將引起人們的廣泛關注，具有廣闊的應用前景。

可食薄膜是一種新型的、可取代塑料、無污染的食品內包裝材料［1－3］。以淀粉為基材的可食薄膜具有成本低，透明度高等優點越來越得到人們的重視。淀粉包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，一般直鏈淀粉含量高的淀粉制成的可食膜性質好。目前研究的淀粉可食膜多數是以玉米淀粉為基材，綠豆淀粉直鏈淀粉的含量比玉米淀粉含量高，由于直鏈淀粉含量越高做成的可食膜越好，因此，本研究以直鏈淀粉含量較高的綠豆淀粉為原料，研究在不同條件下淀粉的成膜特性，確定最佳干燥溫度、干燥時間、CMC用量，甘油用量，使淀粉膜在抗拉強度、延伸率、厚度、阻水性上有較大的改進，進而為工業化生產可食性淀粉膜提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

1．1．1 試驗材料及主要試劑

綠豆淀粉(直鏈淀粉含量經測定為46．66%):煙臺雙塔食品股份有限公司;甘油，羧甲基纖維素鈉(CMC)，氫氧化鈉，碘化鉀，乙醇，冰乙酸:均為分析純。

1．1．2 主要儀器

TA．XTplus物性儀:英國Stable Micro Systems公司;電熱恒溫水浴鍋:龍口市電爐制造廠;DHG－9070A電熱鼓風干燥箱:上海精宏試驗設備有限公司;分光光度計:上海光譜儀器有限公司;電子天平:北京賽多利斯儀器系統有限公司。

1．2 可食膜的制備

1．2．1 甘油添加量的選擇

準確稱取5 g綠豆淀粉6份，分別用100 mL去離子水溶解，分別加入甘油 0、1、2、3、4、5 g，CMC 0．3 g，糊化溫度95℃下保溫、攪拌30 min，延流涂膜，靜置10 min，80℃條件下烘烤4 h，存放后測其性能，每個樣品重復3次，取平均值。

1．2．2 CMC 添加量的選擇

準確稱取5 g綠豆淀粉5份，分別用100 mL去離子水溶解，分別加入 CMC 0．1、0．2、0．3、0．4、0．5 g，甘油2 g，糊化溫度95℃下保溫、攪拌30 min，延流涂膜，靜置10 min，80℃條件下烘烤4 h，存放后測其性能，每個樣品重復3次，取平均值。

1．2．3 干燥溫度的選擇

準確稱取5 g綠豆淀粉5份，分別用100 mL去離子水溶解，分別加入CMC 0．3 g，甘油2 g，糊化溫度95℃下保溫、攪拌30 min，延流涂膜，靜置10 min，然后分別放入60、70、80、90、100 ℃條件下烘烤 4 h，存放后測其性能，每個樣品重復3次，取平均值。

1．2．4 干燥時間的選擇

準確稱取5 g綠豆淀粉5份，分別用100 mL去離子水溶解，分別加入CMC 0．3 g，甘油2 g，糊化溫度95℃下保溫、攪拌30 min，延流涂膜，靜置10 min，然后分別放入80℃條件下分別烘烤2、3、4、5、6 h存放后測其性能，每個樣品重復3次，取平均值。

1．3 膜性能的測定［4－7］

1．3．1 膜厚度測定

用螺旋測微儀在膜上均勻取5點，準確測量膜的厚度，取其平均值。每個樣品重復3次，取平均值。

1．3．2 抗拉強度的測定

將膜裁成8．0 cm×1．0 cm的條形，在物性測定儀上測定抗張強度，讀取膜破裂時的拉力F，取5個樣品的平均值，每個樣品重復3次，取平均值。

膜抗張強度:

式中:σ為抗張強度/MPa;F為膜所受拉力/N;S為膜的橫截面積/m2。

1．3．3 水滴滲透時間測定

將1滴水輕輕滴于一定厚度的膜上，記錄膜漏水所需的時間，則水滴滲透時間Ts的計算如下:Ts=時間(min)/膜厚(mm)。每個樣品重復3次，取平均值。

1．3．4 膜延伸率的測定

將膜裁成8．0 cm×1．0 cm的條形，均勻取樣品上5點，準確測量L(原長度)并求其平均值，在物性測定儀上讀取膜破裂時的L0(延伸長度)值，并按下式計算膜的延伸率。每個樣品重復3次，取平均值。

E=L0/L×100%

1．3．5 感官性質的測定

評定膜的狀態，包括膜色澤、返潮性、柔軟度等，并按狀態把色澤分為無色透明、淡黃較透明2個等級;返潮性分為不返潮、略返潮、返潮3個等級;柔軟度分為柔軟、非常柔軟、較硬、較硬較脆4個等級。

2 結果與分析

2．1 甘油添加量的確定

由表1可知，當不添加甘油時，所成的膜無色透明，質地干、硬、脆易斷，不容易揭膜，無法測量。隨甘油用量增加，膜厚度逐漸增大，延伸率逐漸增加，而抗拉強度呈現出先增大后減小的趨勢，并在甘油量為2 g處達到最大值。這是由于增塑劑甘油是小分子多元醇，在高溫和剪切力的作用下，可以逐步滲透到淀粉顆粒內部，破壞淀粉大分子的氫鍵作用，使淀粉分子由螺旋構象轉變為無規線團構象，從而更有利于淀粉分子之間相互作用，因此膜的抗張強度、延伸率均有增大趨勢，但甘油含量過高，對淀粉分子間羥基的破壞數量太多而使分子間作用力被大大削弱，膜中淀粉相對含量下降，削弱了分子間的相互作用，所得膜的致密性變差，因此拉伸強度會有下降的趨勢。本試驗表明，甘油含量以0．4 g/g淀粉為宜。

甘油是非常好的增塑劑，添加甘油可改善膜的性能，這與Talja等［8］的研究結果是一致的，Talja發現增塑劑的添加使膜的抗拉強度下降、斷裂伸長率增加、彈性增加，Bertuzzi等［9］認為增塑劑對淀粉膜的機械性能的影響主要是通過減少淀粉分子間的作用力，增加鏈移動性以減少結晶的形成、降低膜的抗張強度，并增加膜的彈性、伸展性，可防止膜的破裂。谷宏［10］等發現甘油的添加使膜的抗拉強度先增加后下降、斷裂伸長率逐漸增加;甘油作為淀粉膜的增塑劑可增加淀粉膜的柔韌性，但甘油含量過低時，不能夠起到相應的增塑效果，淀粉膜很脆。

2．2 CMC添加量的確定

由表2可知，加入0．1 g CMC/g淀粉時，體系黏度過大，無法自由流動，故不適于延流涂膜。當CMC用量為0．06 g/g淀粉時，膜的綜合性質量最佳。這是因為隨著CMC用量的增加，單位體積中的線性結構增多，膜的抗拉強度變大，延伸率變大。但是，當CMC用量超過0．3 g后，由于線性分子間作用強，會有更多的水分被擠出，使柔軟度下降，延伸率下降，而且膜液黏度增大，增強劑難以均勻分散，膜的結構缺乏均一性，線性分子間會產生類似淀粉老化作用而產生的結晶區，造成膜性質有所下降。本試驗證明，CMC含量以0．06 g/g淀粉為宜。

表1 甘油含量對綠豆淀粉膜性質的影響

表2 CMC含量對綠豆淀粉膜性質的影響

CMC是非常好的增強劑，0．06 g/g淀粉可改善膜的性能，這與胡新宇等［4］的研究發現是一致的，認為羧甲基纖維素鈉作為增強劑能使可食性淀粉膜的抗拉強度提高。陳志周等［11］發現膜液中加入CMC也能使大豆分離蛋白膜的抗拉強度增大極顯著。

2．3 干燥溫度的確定

由表3可知，80℃下成膜效果最好。溫度較低(60～70℃)時，甘油結合了過多水分，導致膜中淀粉相對減少，膜致密性下降，結構疏松，使抗拉強度下降，Ts(水滴滲透時間)數值小。溫度較高(90～100℃)時，由于水分蒸發較快，甘油與水之間的氫鍵未充分形成，導致膜含水量過少，質地硬脆。溫度高時，分子運動加劇，不利于分子間結合與定向，剛性結構差，故抗拉強度下降，數值也小，高溫也會使膜材輕微焦化，呈淡黃色，膜外觀差。60℃時，不能烘干，局部成為黏糊狀相比之下，成膜溫度以80℃為宜。同一干燥溫度下，直鏈淀粉含量高則抗拉強度高，延伸率低，透水性高的規律依然存在。

胡新宇等［4］認為80～85℃下成膜效果最好，溫度低時膜中含水量多，膜的抗拉強度小，溫度過高時不利于分子間結合，膜的抗拉強度小，并且溫度過高膜的色澤會因焦化而改變。

2．4 干燥時間的確定

由表4可知，加熱2 h不能烘干，局部成為黏糊狀，而加熱3 h時大部分已經成膜，局部還為黏糊狀，4 h以上時完全成膜。隨著加熱時間的延長，膜的抗拉強度和延伸率先增大后減小。這是因為延長干燥時間有助于提高淀粉分子間相互作用的幾率，使膜基質在形成過程中可以充分伸展，從而形成定向、有序排列，有利于使膜形成更致密均勻的網絡結構，因而機械性能得到改善，抗張強度和斷裂伸長率均得到提高。但隨著干燥時間的進一步增加，淀粉分子間的作用力也進一步加強，分子鏈的流動性降低，因而斷裂伸長率又逐漸減小，并且膜含水量降低使其質地硬脆。6 h時相對含水量較低，延伸率幾乎喪失，因此干燥時間以4 h為宜。

2．5 正交試驗測定

由表5可以看出，影響綠豆淀粉膜的抗拉強度、延伸率和水滴滲透時間4因素中C＞B＞A＞D，綠豆膜的最佳制作條件為A2B2C2D2，即甘油添加量為0．4 g/g淀粉，CMC添加量為0．06g/g淀粉，烘干溫度為80℃，時間為4 h。此時，得到的綠豆淀粉膜的抗拉強度為9．51 MPa，延伸率為114．55%，水滴滲透時間為240．98 min/mm。由于正交試驗的最優組合與最佳結果相一致，因此，不需要做驗證性試驗。而以玉米淀粉為成膜主體，甘油添加量為0．4 g/g淀粉，CMC 添加量為 0．06 g/g淀粉，80 ℃烘干4 h，測得玉米淀粉膜的抗拉強度為8．91 MPa，延伸率為145．56%，水滴滲透時間(Ts)為254．04 min/mm。因此，采用綠豆淀粉制取的可食膜比玉米淀粉可食膜具有更高的抗拉強度，成膜特性更好。

表3 干燥溫度對綠豆淀粉膜性質的影響

表4 干燥時間對綠豆淀粉膜性質間的影響

表5 正交試驗結果

3 結論

甘油是非常好的增塑劑，CMC是非常好的增強劑，經試驗可知，配以0．4 g/g淀粉的甘油和0．06 g/g淀粉的CMC，在最適溫度為80℃和干燥時間為4 h條件下可生產出最佳的可食性綠豆淀粉膜。由于綠豆淀粉的直鏈淀粉含量高，故綠豆淀粉膜具有較強的抗拉強度和延伸率，可廣泛用于豆粉、調料粉等粉料的包裝。

［1］羅學剛．國內外可食性包裝膜研究進展［J］．中國包裝，1999，19(5):102 －103

［2］John M Krochta．Edible and biodegradable polymer films:challenges and opportunities［B］．Institute of Food Technologists，1997，51(2):61 －74

［3］Debeaufort F，Quezada － Gallo JA，Voilley A．Edible films and coatings:tomorrow's packaging:a review［J］Critical Reviews Food Science，1998，38(4):299 －313

［4］胡新宇，李新華．可食性淀粉膜制備材料與工藝的研究［N］．沈陽農業大學學報，2000，31(3):267－271

［5］張平安，艾志錄，李夢琴，等．可食性玉米淀粉膜制作工藝的研究［J］．糧油加工，2005(2):82－85

［6］劉通訊．可食性褐藻酸膜的成膜特性及其應用的研究［J］．食品工業科技，1996(4):4－9

［7］Ho J Bae，Dong S Cha，William S Whiteside，et al．Film and pharmaceutical hard capsule formation properties of mung bean，water chestnut，and sweet potato starches［J］．Food Chemistry，2008，106:96 －105

［8］Talja R A，Helen H，Roos Y H，et al．Effect of various polyols and polyol contents on physical and mechanical properties of potato starch － based films［J］．Carbohydrate Polym2007，67(3):288－295

［9］Bertuzzi M A，Castro Vidaurre E F，Armada M，et al．Water vapor permeability of edible starch based films［J］．J Food Eng2007，80(3):972 －978

［10］谷宏．高直鏈玉米淀粉可食性膜的研制［J］．包裝工程，2007(5):15－17

［11］陳志周．增強劑和交聯劑對大豆分離蛋白膜性能的影響［J］．前沿科技，2004，4(2):21 －23．

Study on Processing Tech－nology of Edible Mung Bean Starch Film

Ji Na Xiong Liu Bu Xianghui Sun Qingjie
(College of Food Science＆ Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109)

The effects of mung bean starch，glycerin content，CMCcontent，drying temperature and drying time on film characteristic were studied in this paper．The film properties were determined with thickness，tensile strength，elongation at break，and barrier of moisture．The results showed that mung bean starch，with 0．4 g glycerol per gram starch and 0．06 g CMC per gram starch，was the main part of film formation，which was dried at 80 ℃ for four hours．The tensile strength of mung bean starch film was 9．51 MPa，the elongation at break was 114．55%，and the barrier of moisture was 240．98 min/mm．

mung bean starch，glycerin，CMC，edible film

S511

A

1003－0174(2012)01－0103－05

青島農業大學高層次人才啟動基金(630511)

2011－03－22

姬娜，女，1987年出生，碩士，糧油深加工

孫慶杰，男，1970年出生，博士，教授，糧食、油脂與蛋白質工程