可食性黃瓜膜的研制及性能分析

繆園欣，朱雨樹(shù)，尹茜，譚靜，李西玉，劉雨

（荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院，湖北荊門448000）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是葫蘆科一年生蔓生或攀援草本植物，屬于莖藤藥用的水果蔬菜兩用型食品，在我國(guó)種植范圍廣、產(chǎn)量大。中醫(yī)認(rèn)為，黃瓜具有清熱解毒、利水消腫、生津止渴、除濕降壓、減肥抗癌等功效，成分研究發(fā)現(xiàn)黃瓜富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且價(jià)格低廉具有很多利用優(yōu)勢(shì)[1-4]。在我國(guó)黃瓜以鮮果銷售為主，但其儲(chǔ)藏期較短、易腐爛，導(dǎo)致許多外觀差的黃瓜不能有效利用，其深加工產(chǎn)品較少，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[5]。近年來(lái)，由于食品包裝膜具有不污染環(huán)境的優(yōu)良性能，其高透明度對(duì)于包裝的美化也起到很好的作用，因此食品包裝膜在商品包裝中的地位越來(lái)越重要[6-11]。綠色環(huán)保的食品包裝膜將是包裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[12-16]。為了充分利用黃瓜資源，可通過(guò)制備可食性黃瓜膜對(duì)黃瓜進(jìn)行深加工，提高黃瓜附加值，盡可能提高黃瓜的利用率。本試驗(yàn)以黃瓜為原材料，甘油為增塑劑，海藻酸鈉、黃原膠、羧甲基纖維素鈉為增稠劑制備可食性黃瓜膜，并對(duì)所得膜的斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行研究，探究膜的最優(yōu)配方，以期為黃瓜的深加工提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃瓜：市售；海藻酸鈉（食品級(jí)）：青島明月海洋科技有限公司；黃原膠（食品級(jí)）：山東阜豐集團(tuán)有限公司；羧甲基纖維素鈉（食品級(jí)）：上海長(zhǎng)光企業(yè)發(fā)展有限公司；甘油（分析純）：山東魯力亞新材料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州金壇良友儀器有限公司；L18-Y22 高速破壁機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司；JMS系列膠體磨：廊坊市冠通機(jī)械有限公司；SHZ-3 循環(huán)水式多用真空泵：上海泉崢泵業(yè)廠；DHG-9053A 電熱鼓風(fēng)干燥箱：南京卓鼎干燥設(shè)備廠；玻璃皿：上海良晶玻璃儀器廠；293-151 螺旋測(cè)微器：東莞市廣豐計(jì)量?jī)x器有限公司；TA.XTC-20 質(zhì)構(gòu)儀：上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 可食性黃瓜膜制備工藝流程

材料選擇→切塊→熱燙→制漿→均質(zhì)細(xì)化→真空脫氣→鋪料成型→烘干揭膜

1.4 方法

1.4.1 試驗(yàn)過(guò)程

1.4.1.1 材料選擇

選擇色澤好、成熟、無(wú)蟲(chóng)害的黃瓜，從而保證試驗(yàn)可以達(dá)到較好的效果。

1.4.1.2 切塊用自來(lái)水清洗黃瓜并用刨刀刨去黃瓜表皮，再將其切成1 cm×1 cm 的小塊。

1.4.1.3 熱燙

為了使黃瓜中過(guò)氧化物酶以及多酚氧化酶的活性能夠降低，減少酶促褐變發(fā)生，達(dá)到護(hù)色的目的，將黃瓜小塊置于60 ℃純水中熱燙10 min 后[3]，撈起過(guò)篩除去其表面附帶水分，冷卻后再使用。

1.4.1.4 制漿

將黃瓜果肉放入破壁機(jī)中高速打漿，按照每瓶200 g 分裝于容器中。

1.4.1.5 均質(zhì)細(xì)化

先將海藻酸鈉、黃原膠、羧甲基纖維素鈉按不同比例溶解于適量的水中攪拌均勻，再將3 種增稠劑和甘油加入至打好的黃瓜漿料中，在常溫常壓下利用膠體磨對(duì)其進(jìn)行均質(zhì)，重復(fù)3 次，得到均勻漿料。

1.4.1.6 真空脫氣

在常溫、真空度為-0.095 MPa 條件下脫氣以除去溶解在漿料中的氣泡。

1.4.1.7 鋪料成型

將脫氣后的黃瓜漿料靜置10min，鋪至玻璃器皿上。

1.4.1.8 烘干揭膜

將鼓風(fēng)干燥設(shè)置為60 ℃和4 h，將干燥后的半成品取出并置于室溫（22 ℃～28 ℃）下冷卻，最后揭膜得到成品。

1.4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

調(diào)整海藻酸鈉添加量（以黃瓜漿料質(zhì)量計(jì)）為：0.20%、0.30%、0.40%、0.50%、0.60%，黃原膠添加量為：0.40%、0.50%、0.60%、0.70%、0.80%，羧甲基纖維素鈉添加量為：0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%，甘油添加量（以黃瓜漿料體積計(jì)） 為：0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%。采用單一變量控制法進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3 次，觀察各因素對(duì)成膜效果的影響。

1.4.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以海藻酸鈉添加量（A）、黃原膠添加量（B）、甘油添加量（C）為試驗(yàn)因子，選擇膜的斷裂伸長(zhǎng)率為優(yōu)選指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，如表1 所示，重復(fù)3 次試驗(yàn)，取平均值進(jìn)行膜的性能分析。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.4.3 膜的性能測(cè)試指標(biāo)

1.4.3.1 感官評(píng)定

選擇10 名學(xué)生，從成膜性、表面性狀、色澤3 個(gè)方面對(duì)可食性黃瓜膜進(jìn)行感官評(píng)定。取平均值作為評(píng)定的分?jǐn)?shù)。膜的感官得分在80 以上，認(rèn)為其感官品質(zhì)好；得分在70 分～80 分，認(rèn)為其感官品質(zhì)良好；得分低于70 分則認(rèn)為感官品質(zhì)差。感官評(píng)分見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Criterion of sensory evaluation

1.4.3.2 斷裂伸長(zhǎng)率

參考GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第3 部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》的方法，對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。

A/%=[（L-L0）/L0]×100

式中：A 為斷裂伸長(zhǎng)率，%；L0為試樣測(cè)試前的長(zhǎng)度，mm；L 為試樣在斷裂時(shí)的長(zhǎng)度，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 海藻酸鈉添加量對(duì)膜性能的影響

不同添加量的海藻酸鈉對(duì)膜性能的影響結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 海藻酸鈉添加量對(duì)膜性能的影響Table 3 Effects of sodium alginate addition amount on film properties

依據(jù)表3 中測(cè)試數(shù)據(jù)能夠看出，隨著海藻酸鈉添加量的增大，可食性黃瓜膜感官品質(zhì)得分先增大后減小，在添加至一定量時(shí)其得分又有增加的趨勢(shì)，在海藻酸鈉添加量為0.30%時(shí)，可食性黃瓜膜的感官品質(zhì)得分最高。在本試驗(yàn)的過(guò)程中，添加劑海藻酸鈉的作用為增稠，在一定程度上使得膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，較強(qiáng)的陰荷性是海藻酸鈉所具有的一個(gè)性質(zhì)，并且大量的羥基都在其分子中，所以親水性很強(qiáng)。其1%濃度溶液的酸堿度（pH 值）為6～8，黏性在酸堿度（pH 值）6～9 時(shí)穩(wěn)定[17-18]，因此隨著海藻酸鈉添加量的增加，當(dāng)海藻酸鈉添加量大于等于0.40%，最后的成品可食性黃瓜膜會(huì)變得較脆，質(zhì)地疏松，不易揭膜。綜上，海藻酸鈉添加量為0.30%附近時(shí)滿足試驗(yàn)要求。

2.1.2 黃原膠添加量對(duì)膜性能的影響

不同添加量的黃原膠對(duì)膜性能的影響結(jié)果見(jiàn)表4。

依照表4 中數(shù)據(jù)得出，隨著黃原膠添加量的增加，可食性黃瓜膜感官品質(zhì)得分先升高后降低，最適宜的黃原膠添加量為0.50%，此時(shí)所得的成品可食性黃瓜膜成膜較為完整，幾乎無(wú)黏結(jié)，膜中氣泡極少，且無(wú)雜質(zhì)，顏色自然透明，色澤均一。當(dāng)黃原膠添加過(guò)量后，成品黃瓜膜在揭膜的過(guò)程中因質(zhì)地松散而無(wú)法得到完整的黃瓜膜。大分子結(jié)構(gòu)是黃原膠的一個(gè)物理性質(zhì)，同時(shí)又因?yàn)辄S原膠的膠體特性，當(dāng)其加入到黃瓜漿料中時(shí)，在水中會(huì)擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，緊接著便會(huì)乳化，從而形成黏稠膠體，而這種膠體是親水性的，并且穩(wěn)定。黃原膠添加量為0.40%～0.50%時(shí)，成膜效果較好，過(guò)量時(shí)在漿料中難以攪拌充分，黃原膠外層會(huì)因吸水而膨脹成團(tuán)，從而使得水分子不能進(jìn)入到里層，其作用的發(fā)揮便被限制[19]。綜上，黃原膠添加量在0.50%附近時(shí)滿足試驗(yàn)要求。

表4 黃原膠添加量對(duì)膜性能的影響Table 4 Effects of xanthan gum addition amount on film properties

2.1.3 甘油添加量對(duì)膜性能的影響

不同添加量的甘油對(duì)可食性黃瓜膜性能的影響結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 甘油添加量對(duì)膜性能的影響Table 5 Effects of glycerol addition amount on film properties

在以甘油添加量為變量的單因素試驗(yàn)過(guò)程中，依照表5 中測(cè)試的數(shù)據(jù)，可得到隨著甘油添加量的增加，成品可食性黃瓜膜的感官得分先升高后降低。甘油添加量在0.30%時(shí)成膜效果較好。當(dāng)甘油加入到黃瓜漿料中時(shí)，可提高黃瓜膜的柔韌性，使得在成品揭膜時(shí)，可被完整地揭下，但是若甘油添加量過(guò)量，在溶解過(guò)程中，容易使黃瓜漿料結(jié)塊，造成攪拌不均勻，而且在倒入成膜器皿中時(shí)，難以鋪墊平整，從而直接影響最后的成膜效果。一方面，甘油使膜的致密性得以增強(qiáng)，那么其斷裂伸長(zhǎng)率從而可以提高，另一方面，則是因?yàn)橛H水性是甘油的特性之一，過(guò)量甘油的添加會(huì)破壞大分子之間氫鍵的形成，不利于構(gòu)成膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最后膜的形成質(zhì)地疏松，效果較差[20]。綜上，甘油添加量在0.30%附近時(shí)滿足試驗(yàn)要求。

2.1.4 羧甲基纖維素鈉添加量對(duì)膜性能的影響

不同添加量的羧甲基纖維素鈉對(duì)膜性能的影響結(jié)果如表6 所示。

表6 羧甲基纖維素鈉添加量對(duì)膜性能的影響Table 6 Effects of carboxy methyl cellulose sodium（CMC）addition amount on film properties

在以羧甲基纖維素鈉添加量為變量的單因素試驗(yàn)過(guò)程中，隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加，成品可食性黃瓜膜的感官得分先升高后降低，且當(dāng)羧甲基纖維素鈉添加量為0.30%時(shí)成膜效果最好。此增稠劑是屬于陰離子型的，并且還是線性高分子物質(zhì)[21]。羧甲基纖維素鈉在增稠、穩(wěn)定、吸水等方面具有比較大的優(yōu)勢(shì)。其在水中時(shí)會(huì)漸漸擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，從而形成可見(jiàn)透明的膠狀液體，這是由于羧甲基纖維素鈉與水之間的氫鍵不斷的增加，從而構(gòu)成穩(wěn)定且又緊密的三維結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)黃瓜漿料的體系黏度增大，但羧甲基纖維素鈉的添加量過(guò)量時(shí)，其分子間的間隙變大，反而影響了成膜的效果。綜上，羧甲基纖維素鈉添加量在0.30%附近時(shí)滿足試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 正交試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，使用3 種增稠劑時(shí)漿料過(guò)于黏稠，將黃原膠、海藻酸鈉進(jìn)行復(fù)合增稠，漿料黏稠度適中，所得黃瓜膜的感官品質(zhì)最佳，因此選取黃原膠、海藻酸鈉作進(jìn)一步分析。為了確定最佳制膜參數(shù)，以黃原膠添加量、海藻酸鈉添加量、甘油添加量為試驗(yàn)因素，以膜的斷裂伸長(zhǎng)率為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析見(jiàn)表7。

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析Table 7 Orthogonal test results and range analysis

由表7 極差分析結(jié)果可知，使膜斷裂伸長(zhǎng)率受到影響的因素主次順序?yàn)椋汉Ｔ逅徕c添加量、黃原膠添加量、甘油添加量。當(dāng)以膜斷裂伸長(zhǎng)率高為優(yōu)選指標(biāo)時(shí)，從K 值得出可食性黃瓜膜的最佳制作工藝配方為A3B1C2（海藻酸鈉添加量為0.40%，黃原膠添加量為0.40%，甘油添加量為0.30%），而正交試驗(yàn)最優(yōu)組合為A3B3C2（第9 組），故在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證后，組合A3B1C2的膜斷裂伸長(zhǎng)率優(yōu)于組合A3B3C2，為21.72%，且所制得的黃瓜膜感官評(píng)分為89 分，其色澤均勻嫩綠、質(zhì)地透明平整。因此可食性黃瓜膜的最佳制作工藝配方為A3B1C2，即海藻酸鈉添加量為0.40%，黃原膠添加量為0.40%，甘油添加量為0.30%。

3結(jié)論

本試驗(yàn)以黃瓜為主要原料，根據(jù)單因素試驗(yàn)以及正交試驗(yàn)探討可食性黃瓜膜的制備工藝。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響可食性黃瓜膜的因素主次順序?yàn)椋汉Ｔ逅徕c添加量＞黃原膠添加量＞甘油添加量，得出最優(yōu)配方為：海藻酸鈉添加量0.40%，黃原膠添加量0.40%，甘油添加量0.30%，此時(shí)膜的感官得分為89分，斷裂伸長(zhǎng)率21.72%，該條件下所得的黃瓜膜在成膜性、表面性狀、色澤方面均較佳。本研究制備的可食性黃瓜膜具有安全、無(wú)污染等特點(diǎn)，可為黃瓜在食品工業(yè)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。