马铃薯淀粉—羧甲基淀粉钠可食膜配方优化

李大鹏 高玉荣

摘要：以抗拉伸强度和断裂伸长率为指标，进行马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜配方优化。通过单因素试验和正交试验优化，确定最优的马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜配方为马铃薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉钠添加量0.5%，甘油添加量1.75%。通过验证试验得出马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的抗拉伸强度为51.00 MPa，断裂伸长率为36.27%。

关键词：马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜；机械性能；配方优化

中图分类号：TS201 文献标志码：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.012

文章编号：1671-9646（2018）03a-0037-03

Abstract：The formula of PSt-CMS edible film was optimized with tensile strength and elongation at break. The optimization test of single factor and orthogonal determined the best PSt-CMS edible film formula is that potato starch adding 2.0%，sodium carboxymethyl starch adding 0.5%，glycerol adding 1.75%. We obtained that the tensile strength of PSt-CMS edible film was 51.00 MPa，the elongation at break was 36.27% through verification test.

Key words：potato starch-sodium carboxymethyl starch edible film；mechanical properties；formula optimization

可食膜在食品包裝中的应用前景广阔，不仅能通过浸、喷、煎等方式将膜液覆盖在食品上，也可以作为某些食品特殊成分，如抗氧化剂、防腐剂、色素、风味物质等的载体[1-2]。可食性包装膜可以广泛应用于水果蔬菜、肉类、烘烤类、调料包、冷冻食品等的包装中[3]。马铃薯淀粉基可食膜不仅能够快速降解，而且成本低廉，被认为是塑料包装的良好替代品。马铃薯淀粉膜在膜透明度和机械性能等方面都比谷物淀粉所成的膜好[4]，但以马铃薯淀粉作为单一膜的基材所制成的可食性包装膜，成膜性差[5]，为了使膜有更好的性能，可以在膜液中添加辅助剂。羧甲基淀粉钠是一种阴离子，也是淀粉醚类物质，具有亲水易糊化、凝沉性好、稳定等优点[6]。在马铃薯淀粉中添加羧甲基淀粉钠可克服单独用马铃薯淀粉制备可食膜的缺陷。目前，对马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的研究较少。

通过单因素试验研究了马铃薯淀粉添加量、羧甲基淀粉钠添加量、甘油添加量对马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的影响，并在此基础上，采用正交试验对马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜配方进行优化。

1 材料与方法

1.1 材料

马铃薯淀粉，北京奥博星性生物技术有限公司提供；羧甲基淀粉钠（CMS）、丙三醇，均为分析纯，天津市大茂化学试剂厂提供。

1.2 仪器设备

JJ-1A型精密增力电动搅拌器，金坛市科兴仪器厂产品；HWS24型电热恒温水浴锅，上海-恒科学仪器有限公司产品；DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱、BPH-9082型电热恒温培养箱，上海恒星科技有限公司产品；玻璃成膜器，20 cm×20 cm，实验室自制；XLW（B）型智能电子拉力试验机，济南兰光机电技术有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜制备方法

将称量好的马铃薯淀粉、羧甲基淀粉钠、甘油和水充分混合搅拌，放入40 ℃水浴锅中，用磁力搅拌器以转速500 r/min搅拌20 min，将水浴锅调至60 ℃继续搅拌20 min，升温至90 ℃后继续搅拌50 min。定容膜液为400 mL，流延至20 cm×20 cm玻璃成膜器中。在干燥箱中，于45 ℃条件下恒温干燥24 h后，取出冷却后揭膜，在阴凉湿润处保存备用。

1.3.2 可食膜制备的单因素试验

（1）马铃薯淀粉添加量对可食膜机械特性的影响的确定。在羧甲基淀粉钠和甘油添加量分别为2.0%的烧杯中添加马铃薯淀粉，其添加量分别为0， 1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%（W/V），按照1.3.1中的方法制备可食膜，测定其机械特性。

（2）羧甲基淀粉钠添加量对可食膜机械特性的影响的确定。马铃薯淀粉添加量2.0%，甘油添加量1.5%的烧杯中添加羧甲基淀粉钠，其添加量分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%（W/V），按照1.3.1中的方法制备可食膜，测定其机械特性。

（3）甘油添加量对可食膜机械特性的影响的确定。马铃薯淀粉添加量为2.0%，羧甲基淀粉钠添加量1.0%的烧杯中添加甘油，添加量分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%（V/V），按照1.3.1中的方法制备可食膜，测定其机械特性。

1.3.3 可食膜制备的正交试验

根据单因素试验确定的马铃薯淀粉、羧甲基淀粉钠、甘油添加量的基础上，进行三因素三水平正交试验。

1.3.4 可食膜机械性能测定

在可食性膜上随机取5个点，用螺旋测微器测定厚度，将可食膜切割成70 mm×20 mm（长×宽）的长条试样，智能电子拉力试验机速度为25 mm/min测定可食膜的抗拉伸强度（TS）和断裂伸长率（E）[7]。

2 结果与分析

2.1 可食膜制备的单因素试验

2.1.1 马铃薯淀粉添加量对可食膜机械性能影响

马铃薯淀粉添加量对可食膜机械性能影响见图1。

由图1可以看出，当马铃薯淀粉添加量在0～ 5.0%时，随马铃薯淀粉添加量增加，TS先增大后减小，E先快速减小后缓慢增加。综合考虑TS和E这 2个指标，确定马铃薯淀粉的适宜添加量为2.0%。

2.1.2 羧甲基淀粉钠添加量对可食膜机械性能影响

羧甲基淀粉钠添加量对可食膜机械性能影响见图2。

由图2可以看出，当羧甲基淀粉钠添加量在0～ 2.5%時，TS和E先增加后减小。当羧甲基淀粉钠添加量为1.0%时，马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的TS达到最大，同时E处于较高水平，因此确定羧甲基淀粉钠的适宜添加量为1.0%。

2.1.3 甘油添加量对可食膜机械性能影响

甘油添加量对PSt-CMS可食膜机械性能影响见图3。

由图3可以看出，当甘油添加量在0～2.5%时，随着甘油添加量增加，TS先增加后减小，E逐渐增加后略减小。综合考虑马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的TS和E这2个指标，初步确定甘油的适宜添加量为1.5%。

2.2 正交试验结果及分析

2.2.1 正交试验设计

试验因素水平见表1。

2.2.2 正交试验结果及分析

正交试验结果见表2。

（1）TS正交试验结果分析。

TS正交试验结果分析见表3。

由表3可知，对TS影响最大的是马铃薯淀粉添加量，对TS影响因素的主次排序是马铃薯淀粉添加量>羧甲基淀粉钠添加量>甘油添加量。以TS为优选指标，则应选择A1B1C2。

（2）E正交试验结果分析。

E正交试验结果分析见表4。

由表4可知，对E影响最大的是甘油添加量，对E影响因素的主次排序是甘油添加量>马铃薯淀粉添加量>羧甲基淀粉钠添加量。以E为优选指标，则应选择A3B1C3。

综合2个指标，马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的最优配方为马铃薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉钠添加量0.5%，甘油添加量1.75%。

2.2.3 验证试验

以正交试验确定的最优配方进行3次平行试验。

验证试验见表5。

根据表5验证试验，马铃薯淀粉-羧甲基淀粉可食膜的TS为51.00 MPa，E为36.27%。优于正交试验的9组试验结果，因此马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的最优配方为马铃薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉钠添加量0.5%，甘油添加量1.75%。

3 结论

（1）马铃薯淀粉添加量、羧甲基淀粉钠添加量、甘油添加量对马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的机械性能影响显著。

（2）以抗拉伸强度和断裂伸长率为指标，通过正交试验确定马铃薯淀粉-羧甲基淀粉钠可食膜的最优配方为马铃薯淀粉添加量2.0%，羧甲基淀粉钠添加量0.5%，甘油添加量1.75%，此时可食膜抗拉伸强度51.00 MPa，抗拉伸强度36.27%。

参考文献：

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刘晓杰，刘洁，刘亚伟，等. 淀粉基可食膜传质特性的研究进展[J]. 食品工业，2015（1）：248-251.

骆扬. 食品可食膜包装的应用前景分析[J]. 中国包装工业，2014（8）：7-8.

王新伟，刘欢，马中苏. 壳聚糖、玉米淀粉、明胶、胡萝卜可食性膜的性能[J]. 吉林大学学报（工学版），2011（3）：887-892.

李欣欣，马中苏，杨圣岽. 可食膜的研究与应用进展[J]. 安徽农业科学，2012（22）：438-441.

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中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 1040.3—2006 塑料拉伸性能的测定第3 部分： 薄塑和薄片的试验条件[S]. 北京： 中国标准出版社，2006.