不同粘合劑作用下包菜基可食性包裝紙的封合工藝研究

◎吉仙枝田偉偉

（1.三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院；2.三門峽職業(yè)技術(shù)學院學生處，河南三門峽4 7 2 0 0 0）

不同粘合劑作用下包菜基可食性包裝紙的封合工藝研究

◎吉仙枝1田偉偉2

（1.三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院；2.三門峽職業(yè)技術(shù)學院學生處，河南三門峽4 7 2 0 0 0）

分別選擇大豆蛋白和淀粉液為粘合劑，在包菜紙表面噴涂一層粘合劑溶液,制得大豆蛋白-包菜復合紙和淀粉-包菜復合紙后進行熱封合，研究選用不同粘合劑所得蔬菜復合紙的最佳熱封條件和封合性能。結(jié)果顯示:選用大豆蛋白液為粘合劑所得包菜復合紙,熱封合效果明顯優(yōu)于選擇淀粉為粘合劑的復合紙。

大豆蛋白；淀粉；包菜紙；熱封性能

隨著國民生活水平的日益提高和對環(huán)境問題的關(guān)注，食品包裝正在趨于環(huán)境友好、安全美觀、經(jīng)濟實用的方向發(fā)展。特別是食品安全意識的增強，促使人們對直接接觸食品的包裝材料提出了新的要求，綠色包裝成為一代新寵[1-3]。其中可食性包裝材料作為一種新型包裝材料因為可以很好地緩解環(huán)境壓力，特別是以蔬菜為原材料加工而成的蔬菜包裝紙，更是因其來源豐富，無毒可食兼具營養(yǎng)價值等特點成為了食品、藥品等重要行業(yè)產(chǎn)品包裝的理想材料[4-5]。

選擇包菜為基礎(chǔ)材料，制備得到了包菜紙[6]。因為單一蔬菜紙不適合熱封操作，在包裝領(lǐng)域的使用受到限制，這里選擇兩種天然可食性粘合劑，通過噴涂設備分別制得大豆蛋白-包菜復合蔬菜紙[7-8]和淀粉-包菜復合蔬菜紙[9]，使用封合設備對兩種復合蔬菜紙進行熱封[10]。首先研究封合溫度、淀粉粘合劑濃度及封合時間對封合效果的影響，以封合強度為指標尋找兩種復合蔬菜紙的最佳封合條件，再比較選用不同天然可食性粘合劑制得的復合蔬菜紙在其最佳熱封條件下所能達到的熱封強度，選擇更適合的天然粘合劑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

基材與試劑：新鮮包菜（采購于三門峽市菜市場）、大豆蛋白、CMC（羧甲基纖維素鈉）、淀粉、甘油等，均為食品級。

儀器：河南鄭州市烽火機械設備有限公司生產(chǎn)的ZH-24型快速打漿機；卡夫威爾杭州（實業(yè)）有限公司生產(chǎn)的YB-2426游標卡尺；瑞士華嘉（香港）有限公司生產(chǎn)的LabSwift-aw便攜式水分活度儀；美國Stable Micro System公司生產(chǎn)的TA.XT 2i質(zhì)構(gòu)分析儀；北京凱萊博儀器設備有限公司生產(chǎn)的DHG-9000電熱恒溫鼓風干燥箱；德國IKA生產(chǎn)的T18高速剪切分散機；耐高溫不粘烤盤；北京洋鑫利源噴霧科技有限公司生產(chǎn)的噴涂設備；溫州興業(yè)機械設備有限公司生產(chǎn)的FRD-系列多功能薄膜封口機；濟南天華檢測設備有限公司生產(chǎn)的YES-300D數(shù)顯式拉力試驗機。

1.2 實驗方法

1.2.1 包菜紙工藝流程

1.2.2 復合包菜紙工藝流程

包菜紙→噴涂大豆蛋白液（或淀粉液）→鼓風干燥→復合包菜紙

1.2.3 封合強度的測定方法

參照QBT2358-1998對復合包菜紙的封合強度進行測定。將復合包菜紙剪裁成長100mm，寬80mm的試樣，熱封前先將試樣的熱封部位用純凈水潤濕，再將噴涂有粘合劑的菜紙一面疊放，進行熱封操作。熱封所得可食性包裝袋要放置在23℃，恒定濕度50%的環(huán)境靜置約48h后，選用濟南天華檢測設備有限公司生產(chǎn)的YES-300D數(shù)顯式拉力試驗機依次測定不同粘合劑制得的復合包菜紙在不同封合溫度、噴涂使用的粘合劑濃度、封合時間條件的封合強度。初始間距設為100mm，拉伸速度為3mm/s。每種試樣平行測定10次，求平均值。

1.2.4 封合溫度對兩種復合包菜紙封合強度的影響

將淀粉粘合劑濃度為12%制得的淀粉-包菜復合紙試樣分別在70、90、110、130、150℃進行時間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

將大豆蛋白粘合劑濃度為20%制得的大豆蛋白-包菜復合紙試樣分別在70、90、110、130、150℃進行時間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

1.2.5 粘合劑濃度對兩種復合包菜紙封合強度的影響

將淀粉粘合劑濃度分別為6%、10%、12%、14%、16%制得的淀粉-包菜復合紙試樣在130℃進行時間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

將大豆蛋白粘合劑濃度分別為8%、12%、16%、20%、24%制得的大豆蛋白-包菜復合紙試樣在130℃進行時間為4s的熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

1.2.6 封合時間對兩種復合包菜紙封合強度的影響

選定封合時間分別為2s、3s、4s、5s、6s，將淀粉粘合劑濃度為12%制得的淀粉-包菜復合紙試樣在130℃進行熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

選定封合時間分別為2s、3s、4s、5s、6s，將大豆蛋白粘合劑濃度為20%制得的大豆蛋白-包菜復合紙試樣在130℃進行熱封合，并按照1.2.3中的操作測定封合強度。

1.2.7 最佳封合條件的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果分，以封合溫度、粘合劑濃度、封合時間為單因素，以封合強度為試驗指標，選擇L9(34)正交表進行正交試驗，確定最佳封合條件。兩種復合包菜紙的因素水平如表1、表2所示。

表1 大豆蛋白-包菜復合蔬菜紙正交因素水平表

表2 淀粉-包菜復合蔬菜紙正交因素水平表

2 結(jié)果與討論

淀粉-包菜復合紙測定結(jié)果見圖1。

大豆蛋白-包菜復合紙測定結(jié)果見圖2。

將圖1和圖2進行比較分析發(fā)現(xiàn)，同一封合溫度下平行測定10次，所測得大豆蛋白-包菜復合紙的封合強度較之淀粉-包菜復合紙封合強度的數(shù)值分布更為均勻。由圖1、圖2所得數(shù)據(jù)計算不同封合溫度下淀粉-包菜復合紙熱封強度的平均值，見表3。

由圖1、圖2和表3可知，在粘合劑濃度以及封合時間不變的情況下，兩種復合包菜紙的封合強度均伴隨封合溫度的升高，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，并在130℃時達到最大值。這是由于較高的溫度更有利于粘合劑中水分的迅速蒸發(fā)，使封口的定型固化更加容易；但溫度過高，復合包菜紙脆度增加，同時硬度也升高，致使封口處的平整和均勻受到影響，封合強度隨之降低[11]。因此，這兩種復合包菜紙的最佳封合溫度應設置在110℃-150℃之間。

2.2 兩種復合包菜紙粘合劑最佳濃度的確定

淀粉-包菜復合紙測定結(jié)果見圖3。

大豆蛋白-包菜復合紙測定結(jié)果見圖4。

將圖3和圖4進行比較分析發(fā)現(xiàn)，在相同的粘合劑濃度條件下平行測定10次，所測得大豆蛋白-包菜復合紙的封合強度較之淀粉-包菜復合紙封合強度的數(shù)值分布更為均勻。由圖3、圖4所得數(shù)據(jù)計算不同粘合劑濃度下兩種復合包菜紙熱封強度的平均值，見表4。

從我們對萊考夫量尺隱喻思想的闡述可以看到，量尺隱喻很像對象建構(gòu)隱喻，但是萊考夫指出，二者是不同的。物理線段是非常特殊的“建構(gòu)對象”。他們是線性的，并且是連續(xù)的。量尺隱喻是有數(shù)字標明長度的線段(物理線段)的混合物，萊考夫稱其為數(shù)字/物理線段混合物(Number/Physical Segment blend)。[2]70

圖1 淀粉-包菜復合蔬菜紙封合溫度對熱封強度的影響

圖2 大豆蛋白-包菜復合蔬菜紙封合溫度對熱封強度的影響

表3 兩種復合包菜紙在不同溫度下的熱封強度平均值

圖3 淀粉粘合劑濃度對熱封強度的影響

圖4 大豆蛋白粘合劑濃度對熱封強度的影響

由圖3、圖4和表4可知，在封合溫度以及封合時間不變的情況下，兩種復合包菜紙的封合強度均伴隨所使用粘合劑濃度的升高，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。大豆蛋白-包菜復合紙在大豆蛋白粘合劑濃度20%時達到最大封合強度。淀粉-包菜復合紙在淀粉粘合劑濃度12%時達到最大封合強度。這是由于粘合劑溶液被均勻噴涂到包菜紙表面上之后，粘合劑本身的特點使得具有了一定濕度和粘稠度的復合包菜紙可以相互比較牢固地粘合，提高了封合面的封合強度。但當隨著粘合劑濃度的增大，粘合劑溶液的粘稠度持續(xù)升高，噴涂到包菜紙上的均勻度開始下降，致使封合強度減小。因此，粘合劑的最佳使用的濃度，大豆蛋白粘合劑應設定在16%-24%之間，淀粉粘合劑應設定在10%-14%之間。

2.3 兩種復合包菜紙最佳封合時間的確定

淀粉-包菜復合紙測定結(jié)果見圖5。

大豆蛋白-包菜復合紙測定結(jié)果見圖6。

將圖5和圖6進行比較分析發(fā)現(xiàn)，在相同的封合時間下平行測定10次，所測得大豆蛋白-包菜復合紙的封合強度較之淀粉-包菜復合紙封合強度的數(shù)值分布更為均勻。由圖5、圖6所得數(shù)據(jù)計算不同封合時間下兩種復合包菜紙熱封強度的平均值，見表5。

表4 兩種復合包菜紙不同粘合劑濃度下的熱封強度平均值

圖5 淀粉-包菜復合蔬菜紙封合時間對熱封強度的影響

圖6 大豆蛋白-包菜復合蔬菜紙封合時間對熱封強度的影響

由圖5、圖6和表5可知，在粘合劑濃度以及封合溫度不變的情況下，兩種復合包菜紙的封合強度均伴隨封合時間的延長，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。大豆蛋白-包菜復合紙在封合時間為5s時達到最大封合強度。淀粉-包菜復合紙在封合時間為4s時達到最大封合強度。這是由于當封合時間較短時，噴涂有粘合劑的復合包菜紙封合面受熱時間較短，粘合劑中的水分未能蒸發(fā)完全，致使封合后的復合包菜紙冷卻后，封口處易出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，封合強度受到影響。但伴隨封合時間的延長，粘合劑中水分會出現(xiàn)過度蒸發(fā)的現(xiàn)象，封合效果會受到影響，同時降低封合強度。所以，選擇合適的封合時間能夠充分融合包菜紙中原有的粘結(jié)劑和后期噴涂的粘合劑，促使封合強度顯著提高。綜上所述，大豆蛋白-包菜復合紙的最佳封合時間應控制在4s-6s之間，淀粉-包菜復合紙的最佳封合時間應控制在3s-5s之間。

2.4 兩種復合包菜紙最佳封合條件的確定

按照1.2.3和1.2.7操作，兩種復合包菜紙的試驗結(jié)果分別見表6和表7。

由表6中，以封合強度為指標得出的極差分析結(jié)果表明，實驗選取的三個因素對封合強度的影響力主次關(guān)系為：大豆蛋白粘合劑的濃度＞封合溫度＞封合時間，最優(yōu)條件組合為：A2B2C2，即封合溫度為130℃，大豆粘合劑濃度為20%，封合時間為5s。因該組合未出現(xiàn)在正交試驗中，補做該組合實驗一次。組合所按照最優(yōu)實驗條件，進行驗證實驗，得出的封合強度是254.31N/m，驗證試驗符合分析結(jié)果。可見，大豆蛋白-包菜復合紙的最佳封合條件是封合溫度為130℃，大豆蛋白粘合劑濃度為20%，封合時間為5s，此時封合強度較高，封合效果最好。

由表7中，以封合強度為指標得出的極差分析結(jié)果表明，實驗選取的三個因素對封合強度的影響力主次關(guān)系為：淀粉粘合劑的濃度＞封合時間＞封合溫度，最優(yōu)條件組合為：A2B2C2，即封合溫度為130℃，淀粉粘合劑濃度為12%，封合時間為4s。因參照最優(yōu)實驗體系進行驗證實驗，得出的封合強度是242.37N/m，驗證試驗符合分析結(jié)果。可見，淀粉-包菜復合紙的最佳封合條件是封合溫度為130℃，淀粉粘合劑濃度為12%，封合時間為4s，此時封合強度較高，封合效果最好。

表5 兩種復合包菜紙在不同封合時間下的熱封強度平均值

表6 大豆蛋白-包菜復合蔬菜紙封合條件優(yōu)化正交實驗結(jié)果

表7 淀粉-包菜復合蔬菜紙封合條件優(yōu)化正交實驗結(jié)果

3 結(jié)論

1）.通過單因素試驗，研究封合溫度、粘合劑濃度、封合時間對兩種復合包菜紙封合強度的影響，分別得到：大豆蛋白-復合包菜紙在封合過程中，封合溫度適宜范圍是110℃-150℃，大豆蛋白粘合劑濃度適宜范圍是16%-24%，封合時間適宜范圍是4s-6s；淀粉-復合包菜紙在封合過程中，封合溫度適宜范圍是110℃-150℃，淀粉粘合劑濃度適宜范圍是10%-14%，封合時間適宜范圍是3s-5s。

2）.以封合溫度、粘合劑濃度、封合時間為正交實驗因素，以封合強度為試驗指標，確定最佳封合條件，結(jié)果顯示：大豆蛋白-復合包菜紙的最佳封合條件為噴涂濃度20%的大豆蛋白粘合劑，130℃溫度下進行5s的熱封合；淀粉-復合包菜紙的最佳封合條件為噴涂濃度12%的淀粉粘合劑，130℃溫度下進行4s的熱封合。

3）.分別按照最佳封合條件進行實驗后，所得的封合強度比較結(jié)果為：選用大豆蛋白做為粘合劑比選用淀粉溶液做為粘合劑所得的復合包菜紙封合強度高，且封合面粘合均勻，效果更好。

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（責任編輯 卞建寧）

Sealing Process Research of Edible Wrapping Cabbage Paper in Different Binder Effect

Ji Xianzhi1Tian Weiwei2
（1.College of Food and Architecture Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000; 2.Students' Affairs Division Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000,China）

Choose the soybean protein and starch solid as the blinder,respectively,the soybean protein-baggage composite paper and the starch-cabbage composite paper were obtained by the way that sprayed the blinder separately on the baggage paper surface.Through the heat-sealing method,studied the best heat-sealing condition and properties of the composite paper in different blinder effect.It showed that the heat-sealing effect of the soybean-protein blinder was superior to the starch.

Soybean protein;Starch;Cabbage paper;Heat-sealing property

TB484.1

：B

：1671-9123（2016）01-0131-06

2015-12-21

三門峽職業(yè)技術(shù)學院項目(SZY-2014-016)

吉仙枝（1979-），女，河南義馬人，三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院講師。