成型条件对模压大豆蛋白塑料碟子性能的影响研究

朱 双

(北海职业学院海洋食品研发中心，广西 北海 536000)

0 引言

随着食品外卖行业的快速发展，传统塑料餐具在食品包装等领域的应用越发广泛，但传统塑料餐具产生的大量垃圾却一直无法得到妥善解决。例如传统塑料餐具在自然环境中很难降解，对其进行填埋和焚烧等常规处理会浪费大量土地资源并极易造成环境污染，因此寻找环境友好的生物降解材料替代品已迫在眉睫[1-4]。大豆蛋白塑料是以大豆蛋白为原料，通过一系列的改性处理，采用模压、挤出等方法制备而成的可再生、可降解的植物资源降解材料，因此国内外文献中有大量关于大豆蛋白塑料的研究报道[1]。但通过查阅国内外文献资料，关于模压大豆蛋白塑料碟子制备及其成型条件优化的研究，鲜有报道。

鉴于此，本论文中以商业化大豆分离蛋白为原料，经丙三醇增塑改性处理后，采用模压成型工艺制备出模压大豆蛋白塑料碟子，并研究了成型温度和成型时间对模压大豆蛋白塑料碟子的力学性能和吸水率的影响，为模压大豆蛋白塑料餐具的工业化生产提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料与试剂

大豆分离蛋白、丙三醇、氢氧化钠、盐酸等。

1.1.2 仪器设备

电脑伺服系统拉力试验机、平板模压硫化机、电子天平、冰箱、烘箱、自制模具、裁样机等。

1.2 方法

1.2.1 模压豆大豆蛋白塑料碟子的制备

将商业化大豆分离蛋白和质量分数为30%的丙三醇在研钵中充分研磨30 min后，取出后装入聚乙烯袋中密封，之后置于低温冰箱冷藏室内静置48 h，冷藏室温度设定为4 ℃[1]。称取静置后的商业化大豆分离蛋白和丙三醇混合物，放入自制模压碟子模具中，设置平板硫化机模压温度、模压时间和模压压力。当平板硫化机上、下模压板达到设定温度且稳定时，将装有已称入商业化大豆分离蛋白和丙三醇混合物的自制模具，移至平板硫化机上下板之间，启动模压程序。不同成型温度参数条件为：128 ℃，134 ℃，140 ℃，146 ℃，152 ℃，成型时间6 min，成型压力20 Mpa。不同成型时间参数条件为：3 min，4 min，5 min，6 min，7 min，成型温度140 ℃，成型压力20 MPa。模压成型结束后，将模具冷却后脱模，得到模压大豆蛋白塑料碟子实验产品。最后，将在不同成型温度和成型时间条件下经模压成型得到的模压大豆蛋白塑料碟子产品，用拆样机裁样，然后用剪刀去除在模压过程中产生的多余边角，用100目、600目的砂纸将其打磨成长75 mm，宽5 mm，厚1.2 mm，形状为哑铃型的测试样条，待力学性能测试和吸水性能测试时使用。

1.2.2 力学性能测试

为测试大豆蛋白塑料碟子的力学性能，将待测试模压大豆蛋白塑料碟子样条放置在温度为25 ℃，相对湿度为50%的干燥器中达48 h进行静置处理。测试前，使用游标卡尺准确测量每根样条的长度、宽度，并将所测数值输入电脑伺服系统拉力机的测试软件中，测试时十字头速度设置为10 mm/min。之后，进行力学性能测试，力学性能测试以5个样为一组，得到样品的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能数据，测试结果取5个样的平均值[2]。

1.2.3 吸水率的测定

按照ASTMD570- 81(1993)，将模压大豆蛋白塑料碟子样条置于烘箱中，温度设置为50 ℃，连续烘24 h后取出并立即放入干燥器中冷却片刻，用电子天平准确称量(N1)，然后分别在25 ℃水中浸泡2 h和24 h，到达时间时用镊子迅速取出并用干燥的白砂布擦干塑料样条表面附着的水分，再次用电子天平准确称量样条(浸泡2 h时为N2，浸泡24 h时为N3)[4]。模压大豆蛋白塑料碟子2 h吸水率和24吸水率的计算公式参考邹文中等人的文献[4]。

2 结果与分析

2.1 成型温度对模压大豆蛋白塑料碟子力学性能的影响

在模压成型温度分别为128 ℃、134 ℃、140 ℃、146 ℃、152 ℃温度时(成型时间6 min，成型压力20 MPa)，将对经丙三醇增塑的商业化大豆分离蛋白用自制碟子模具进行模压成型，制成模压大豆蛋白塑料碟子，所得成型温度对大豆蛋白塑料碟子拉伸强度、断裂伸长率、断裂能的影响见表1。由表1所示，随着成型温度从128 ℃升到140 ℃，模压大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能分别从4.18 MPa、126.64%和0.98 kJ/m2升至5.04 MPa、166.25%和1.55 kJ/m2，达到最大值。此后，随着成型温度增加，大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能下降。

表1 成型温度对大豆蛋白塑料碟子力学性能的影响

2.2 成型温度对大豆蛋白塑料碟子吸水率的影响

在模压成型温度分别为128 ℃、134 ℃、140 ℃、146 ℃、152 ℃温度时，所得成型温度对模压大豆蛋白塑料碟子的2 h和24 h吸水率的影响见表2。由表2可见，随着成型温度从128 ℃升到140 ℃，模压大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率分别从173.09%和260.97%降至151.79%和220.78%。此后，随着成型温度增加，大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率下降。综合考虑力学性能和吸水率的实验结果，可知成型温度为140 ℃时，模压大豆蛋白塑料碟子具有最佳的力学性能和耐水性。

表2 成型温度对大豆蛋白塑料碟子吸水率的影响

2.3 成型时间对大豆蛋白塑料碟子力学性能的影响

在模压成型时间分别为3 min、4 min、5 min、6 min和7 min时(成型温度140 ℃，成型压力20 MPa)，所得成型时间对大豆蛋白塑料碟子拉伸强度、断裂伸长率和断裂能的影响见表3。由表3所示，随着成型时间从3 min延长到5 min，模压大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能分别从4.49 MPa、112.20%和1.08 kJ/m2升至5.11 MPa、158.90%和1.74 kJ/m2，达到最大值。此后，随着成型时间延长到7 min，大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能下降。

表3 成型时间对大豆蛋白塑料碟子力学性能的影响

表4 成型时间对大豆蛋白塑料碟子吸水率的影响

2.4 成型时间对大豆蛋白塑料碟子吸水率的影响

在模压成型时间分别为3 min、4 min、5 min、6 min和7 min时(成型温度140 ℃，成型压力20 MPa)，所得成型时间对大豆蛋白塑料碟子2 h和24 h吸水率的影响见表4。由表4可见，随着成型时间从3 min延长到5 min，模压大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率分别从176.84%和320.66%降至158.81%和239.14%。此后，随着成型时间延长到7 min，大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率下降。综合考虑力学性能和吸水率的实验结果，可知成型时间为5 min时，模压大豆蛋白塑料碟子具有最佳的力学性能和耐水性。

3 结论

1)当成型温度为140 ℃时，模压大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能分别为5.04 MPa、166.25%和1.55 kJ/m2，达到最大值；此时，模压大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率分别为151.79%和220.78%，达到最小值。

2)当成型时间为5 min时，模压大豆蛋白塑料碟子的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能分别为5.11 MPa、158.90%和1.74 kJ/m2，达到最大值；此时，模压大豆蛋白塑料碟子的2 h吸水率和24 h吸水率分别为158.81%和239.14%，达到最小值。

3)综上所述，制备模压大豆蛋白塑料碟子的最佳成型条件为成型温度140 ℃、成型时间5 min。