玉米秸稈纖維素基保鮮膜制備條件優化

張麗恒，宋亭，方鑫碧，于潤眾*，張麗媛*

1. 黑龍江八一農墾大學食品學院（大慶 163319）；2. 黑龍江八一農墾大學信息與電氣工程學院（大慶 163319）

中國是農產品生產及消費大國，據悉年秸稈產量有10億噸，這些秸稈的處理成為需要解決的大問題[1]。秸稈的利用主要有秸稈還田、秸稈作飼料、秸稈作能源、秸稈作工業原料和秸稈栽培食用菌，但是仍有大部分秸稈未處理，秸稈作為一種可再生資源，含有豐富的纖維素、半纖維素和木質素（粗纖維含量達31%～41%），若能有針對性的開發利用各組分制備相應的產品，可提高秸稈的綜合利用率，促進農業的可持續發展，也能創造很大的社會效益。

新型功能性包裝膜成為研究的熱點，鮑文毅等[2]利用殼聚糖溶液包覆法制備纖維素膜，此膜具有良好的隔氧性和抑菌性；王楠等[3]利用豌豆淀粉制出可食用膜，降低塑料使用；孟令偉等[4]以白蘿卜渣為原料制得感官性狀及機械性能良好的膜；田莉雯等[5]以小麥淀粉和玉米淀粉為主要原料，制得復合膜，該膜拉伸強度為14～15 MPa、斷裂伸長率為30%～33%；魏曉奕等[6]用菠蘿葉為原料制得的纖維素膜，該膜具有良好的力學性能和微觀結構；朱昌嶺等[7]通過對淀粉基瓜爾膠可食用膜的研究得出淀粉溶液濃度8.0%、增稠劑含量2.0%（瓜爾膠∶CMC=2∶1）、甘油添加量2.5%時，膜的外觀柔韌有光澤綜合性能好。張華丹等[8]用多糖來制備可食用膜。張伸[9]在海藻酸鈉的基礎上對可食用抗菌膜的制備及性能進行研究。申志翔[10]用玉米-小麥淀粉復合制備出透明度機械性能等綜合能力較強的可食用膜。近年來，在殼聚糖膜、淀粉/蛋白質膜、多糖/脂質膜的研究方面初見成效，但對玉米秸稈纖維素制備功能性膜的研究少見報道。

采用玉米秸稈提取纖維素，并通過單因素和正交試驗的方法研究玉米秸稈纖維素、瓊脂、明膠、海藻酸鈉制備保鮮膜的最優條件，并對制備的保鮮膜的保鮮效果進行研究。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料、試劑

JJ-1精密定時電動攪拌器（江蘇省金壇市科興儀器廠）；HH-1數顯恒溫水浴鍋（金壇市科興儀器廠）；JD1000-2電子天平（0.001 g，沈陽龍騰電子有限公司）；WH數顯恒溫水浴振蕩器（常州市萬合儀器制造有限公司）。

玉米秸稈（農田收集）。

海藻酸鈉（天津市福晨化學試劑廠）；明膠（北京奧博星生物技術有限責任公司）；瓊脂（BIOFROXX）；次氯酸鈉（沈陽市華東試劑廠）；氫氧化鈉（天津市大茂化學試劑廠）；丙三醇（天津市大茂化學試劑廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 保鮮膜的制備

干燥潔凈的玉米秸稈粉碎過0.150 mm（100目）篩，取10 g過篩秸稈粉末，加200 mL蒸餾水，煮沸15 min，冷卻；按料液比1∶10 g/mL加入10% NaOH溶液，在70 ℃煮1 h；冷卻，過濾洗滌至中性，獲得粗秸稈纖維素。按粗秸稈纖維素∶次氯酸鈉∶水=1∶4∶7的比例混合，裝入錐形瓶，75 ℃，25 min，水浴振搖脫色；水洗5次，過濾，制得秸稈纖維素。秸稈纖維素冷凍24 h后50 ℃烘干，研缽磨碎過0.150 mm（100目）篩，將制得纖維素、瓊脂、海藻酸鈉、明膠按一定比例混合，加入200 mL蒸餾水，95 ℃下攪拌20 min。加入5 mL丙三醇，攪拌均勻，倒入玻璃板，去氣泡。常溫干燥后揭膜，制得的膜進行保鮮性和溶解性的測試。

圖1 制備保鮮膜試驗操作流程圖

1.2.2 保鮮性測定

取新鮮葡萄粒若干。用制備得到的保鮮膜包住葡萄粒3～4顆，設置對照組。室溫下分別靜置24，72，120和168 h，稱量各試驗組的質量并記錄。保鮮性用所測終質量-初質量表示。差值越小，則保鮮膜的保鮮性能越好。

1.2.3 溶解性測定

取20 g保鮮膜，分成4份，分別放入燒杯中；取2份，加入200 mL熱水，95 ℃水浴下攪拌，觀察膜的溶解情況，記錄溶解所需時間；取2份，加入200 mL蒸餾水，室溫下攪拌，觀察膜的溶解情況，記錄溶解所需時間。

2 結果與分析

2.1 增稠劑添加水平的選擇

2.1.1 明膠添加水平的選擇

設定明膠選取量試驗：取5個50 mL的燒杯編號1～5，加20 mL蒸餾水，分別在5個燒杯中加0.4%，0.5%，0.6%，0.7%和0.8%的明膠，在95 ℃下溶解攪拌，觀察粘稠度，可發現明膠添加量越多則黏稠度越高，但是兩兩相鄰組間的區別不是極其明顯，所以選擇可看出黏稠度有所區別的3組。

根據5個試驗組所得的情況選定明膠添加量為0.4%，0.6%和0.8%。

2.1.2 海藻酸鈉添加水平的選擇

設定海藻酸鈉選取量試驗：取5個50 mL的燒杯編號1～5，加20 mL蒸餾水，分別在5個燒杯中加0.4%，0.5%，0.6%，0.7%和0.8%的海藻酸鈉，在95 ℃下溶解攪拌。由于海藻酸鈉在高于80 ℃后黏稠度會下降，所以用玻璃棒蘸取海藻酸鈉溶液，觀察凝固速度，最后選定海藻酸鈉添加量為0.5%，0.6%和0.7%。

2.1.3 瓊脂添加水平的選擇

設定瓊脂選取量試驗，取5個50 mL的燒杯編號1～5，加20 mL蒸餾水，分別在5個燒杯中加0.4%，0.5%，0.6%，0.7%和0.8%的瓊脂，在95 ℃下溶解攪拌，觀察黏稠度，選定瓊脂添加量為0.4%，0.6%和0.8%。

2.2 正交試驗

為確定纖維素、瓊脂、海藻酸鈉、明膠4個因素的最佳參數組合，在單因素試驗的基礎上選擇最合適的因素水平，進行L9(34)正交試驗。因素水平表如表1所示，試驗設計如表2所示。

表1 因素水平表 單位：%

表2 正交試驗設計表

2.2.1 不同處理下降解膜的保鮮度的結果與分析

不同纖維素、瓊脂、海藻酸鈉、明膠的添加水平下，室溫下靜置不同時間時，保鮮膜的保鮮度測定結果如表3所示。

表3 不同添加水平在不同放置時間下可降解膜的保鮮度 單位：g

根據終質量-初質量可知，在丙三醇5 mL、蒸餾水200 mL、攪拌速度320 r/min、攪拌時間20 min、攪拌溫度95 ℃條件下，纖維素含量0.8%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.5%、明膠含量0.6%時質量損失最少；纖維素含量1.0%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.6%、明膠含量0.4%時質量損失最大。

根據v=（t0-t1）/t0，可知在丙三醇5 mL、蒸餾水200 mL、攪拌速度320 r/min、攪拌時間20 min、攪拌溫度95 ℃條件下，纖維素含量0.8%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.5%、明膠含量0.6%時質量改變速率最?。焕w維素含量1.0%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.6%、明膠含量0.4%時質量改變速率最大。

2.2.2 商品膜的保鮮度的結果與分析

從超市購買某品牌保鮮膜，作為對照組，試驗方法同上，測定其對葡萄粒的保鮮情況，結果如表4所示。

表4 商品膜的保鮮結果

根據終質量-初質量可知，商品膜保鮮性能好。在丙三醇5 mL、蒸餾水200 mL、攪拌速度320 r/min、攪拌時間20 min、攪拌溫度95 ℃條件下，纖維素含量0.8%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.5%、明膠含量0.6%時所制備的保鮮膜與該商品膜保鮮性能相近。

2.2.3 無膜保鮮的葡萄粒保鮮度的結果與分析

以葡萄粒自然放置室溫，檢測其在不同時間下失重的結果，作為試驗的陰性對照組，結果如表5所示。

表5 無膜包裝葡萄的保鮮度結果

根據終質量-初質量可知，無膜保鮮的葡萄質量損失大。制備的保鮮膜在保鮮度測定中損失量均小于無膜組，所以制備的保鮮膜都有一定的保鮮性能。

2.2.4 溶解度結果與分析

正交試驗不同組別下制得的可降解膜分別在室溫條件下和95 ℃熱水中的溶解度結果，見表6。

表6 各試驗組可降解膜的溶解度結果

結果表明，保鮮膜在熱水中的溶解速度快于在冷水中的溶解速度；各組別在95 ℃情況下溶解所需時間相差不多；制得的保鮮膜在常溫下溶解度低，即使在攪拌的情況下也需要48 h以上；在丙三醇5 mL、蒸餾水200 mL、攪拌速度320 r/min、攪拌時間20 min、攪拌溫度95 ℃條件下，纖維素含量0.8%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.5%、明膠含量0.6%時制備的保鮮膜溶解性最低。

3 結論

1) 在丙三醇5 mL、蒸餾水200 mL、攪拌速度320 r/min、攪拌時間20 min、攪拌溫度95 ℃條件下，保鮮膜的最佳配比為纖維素含量0.8%、瓊脂含量0.8%、海藻酸鈉含量0.5%、明膠含量為0.6%。

2) 該條件下制得的保鮮膜黏度適中，保鮮度最高，溶解度最低。