可食性黄瓜膜的研制及性能分析

缪园欣，朱雨树，尹茜，谭静，李西玉，刘雨

（荆楚理工学院生物工程学院，湖北荆门448000）

黄瓜（Cucumis sativus L.）是葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物，属于茎藤药用的水果蔬菜两用型食品，在我国种植范围广、产量大。中医认为，黄瓜具有清热解毒、利水消肿、生津止渴、除湿降压、减肥抗癌等功效，成分研究发现黄瓜富含多种营养物质，且价格低廉具有很多利用优势[1-4]。在我国黄瓜以鲜果销售为主，但其储藏期较短、易腐烂，导致许多外观差的黄瓜不能有效利用，其深加工产品较少，造成严重的资源浪费[5]。近年来，由于食品包装膜具有不污染环境的优良性能，其高透明度对于包装的美化也起到很好的作用，因此食品包装膜在商品包装中的地位越来越重要[6-11]。绿色环保的食品包装膜将是包装产业发展的必然趋势[12-16]。为了充分利用黄瓜资源，可通过制备可食性黄瓜膜对黄瓜进行深加工，提高黄瓜附加值，尽可能提高黄瓜的利用率。本试验以黄瓜为原材料，甘油为增塑剂，海藻酸钠、黄原胶、羧甲基纤维素钠为增稠剂制备可食性黄瓜膜，并对所得膜的断裂伸长率进行研究，探究膜的最优配方，以期为黄瓜的深加工提供试验数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄瓜：市售；海藻酸钠（食品级）：青岛明月海洋科技有限公司；黄原胶（食品级）：山东阜丰集团有限公司；羧甲基纤维素钠（食品级）：上海长光企业发展有限公司；甘油（分析纯）：山东鲁力亚新材料有限公司。

1.2 仪器与设备

HH-2 数显恒温水浴锅：常州金坛良友仪器有限公司；L18-Y22 高速破壁机：九阳股份有限公司；JMS系列胶体磨：廊坊市冠通机械有限公司；SHZ-3 循环水式多用真空泵：上海泉峥泵业厂；DHG-9053A 电热鼓风干燥箱：南京卓鼎干燥设备厂；玻璃皿：上海良晶玻璃仪器厂；293-151 螺旋测微器：东莞市广丰计量仪器有限公司；TA.XTC-20 质构仪：上海保圣实业发展有限公司。

1.3 可食性黄瓜膜制备工艺流程

材料选择→切块→热烫→制浆→均质细化→真空脱气→铺料成型→烘干揭膜

1.4 方法

1.4.1 试验过程

1.4.1.1 材料选择

选择色泽好、成熟、无虫害的黄瓜，从而保证试验可以达到较好的效果。

1.4.1.2 切块用自来水清洗黄瓜并用刨刀刨去黄瓜表皮，再将其切成1 cm×1 cm 的小块。

1.4.1.3 热烫

为了使黄瓜中过氧化物酶以及多酚氧化酶的活性能够降低，减少酶促褐变发生，达到护色的目的，将黄瓜小块置于60 ℃纯水中热烫10 min 后[3]，捞起过筛除去其表面附带水分，冷却后再使用。

1.4.1.4 制浆

将黄瓜果肉放入破壁机中高速打浆，按照每瓶200 g 分装于容器中。

1.4.1.5 均质细化

先将海藻酸钠、黄原胶、羧甲基纤维素钠按不同比例溶解于适量的水中搅拌均匀，再将3 种增稠剂和甘油加入至打好的黄瓜浆料中，在常温常压下利用胶体磨对其进行均质，重复3 次，得到均匀浆料。

1.4.1.6 真空脱气

在常温、真空度为-0.095 MPa 条件下脱气以除去溶解在浆料中的气泡。

1.4.1.7 铺料成型

将脱气后的黄瓜浆料静置10min，铺至玻璃器皿上。

1.4.1.8 烘干揭膜

将鼓风干燥设置为60 ℃和4 h，将干燥后的半成品取出并置于室温（22 ℃～28 ℃）下冷却，最后揭膜得到成品。

1.4.2 试验设计

1.4.2.1 单因素试验设计

调整海藻酸钠添加量（以黄瓜浆料质量计）为：0.20%、0.30%、0.40%、0.50%、0.60%，黄原胶添加量为：0.40%、0.50%、0.60%、0.70%、0.80%，羧甲基纤维素钠添加量为：0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%，甘油添加量（以黄瓜浆料体积计） 为：0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%。采用单一变量控制法进行单因素试验，每个试验重复3 次，观察各因素对成膜效果的影响。

1.4.2.2 正交试验设计

根据单因素试验结果，以海藻酸钠添加量（A）、黄原胶添加量（B）、甘油添加量（C）为试验因子，选择膜的断裂伸长率为优选指标，进行三因素三水平正交试验，如表1 所示，重复3 次试验，取平均值进行膜的性能分析。

表1 正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.4.3 膜的性能测试指标

1.4.3.1 感官评定

选择10 名学生，从成膜性、表面性状、色泽3 个方面对可食性黄瓜膜进行感官评定。取平均值作为评定的分数。膜的感官得分在80 以上，认为其感官品质好；得分在70 分～80 分，认为其感官品质良好；得分低于70 分则认为感官品质差。感官评分见表2。

表2 感官评价标准Table2 Criterion of sensory evaluation

1.4.3.2 断裂伸长率

参考GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的测定第3 部分：薄膜和薄片的试验条件》的方法，对断裂伸长率进行测量计算。

A/%=[（L-L0）/L0]×100

式中：A 为断裂伸长率，%；L0为试样测试前的长度，mm；L 为试样在断裂时的长度，mm。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 海藻酸钠添加量对膜性能的影响

不同添加量的海藻酸钠对膜性能的影响结果见表3。

表3 海藻酸钠添加量对膜性能的影响Table 3 Effects of sodium alginate addition amount on film properties

依据表3 中测试数据能够看出，随着海藻酸钠添加量的增大，可食性黄瓜膜感官品质得分先增大后减小，在添加至一定量时其得分又有增加的趋势，在海藻酸钠添加量为0.30%时，可食性黄瓜膜的感官品质得分最高。在本试验的过程中，添加剂海藻酸钠的作用为增稠，在一定程度上使得膜的内部结构更加紧密，较强的阴荷性是海藻酸钠所具有的一个性质，并且大量的羟基都在其分子中，所以亲水性很强。其1%浓度溶液的酸碱度（pH 值）为6～8，黏性在酸碱度（pH 值）6～9 时稳定[17-18]，因此随着海藻酸钠添加量的增加，当海藻酸钠添加量大于等于0.40%，最后的成品可食性黄瓜膜会变得较脆，质地疏松，不易揭膜。综上，海藻酸钠添加量为0.30%附近时满足试验要求。

2.1.2 黄原胶添加量对膜性能的影响

不同添加量的黄原胶对膜性能的影响结果见表4。

依照表4 中数据得出，随着黄原胶添加量的增加，可食性黄瓜膜感官品质得分先升高后降低，最适宜的黄原胶添加量为0.50%，此时所得的成品可食性黄瓜膜成膜较为完整，几乎无黏结，膜中气泡极少，且无杂质，颜色自然透明，色泽均一。当黄原胶添加过量后，成品黄瓜膜在揭膜的过程中因质地松散而无法得到完整的黄瓜膜。大分子结构是黄原胶的一个物理性质，同时又因为黄原胶的胶体特性，当其加入到黄瓜浆料中时，在水中会扩散开来，紧接着便会乳化，从而形成黏稠胶体，而这种胶体是亲水性的，并且稳定。黄原胶添加量为0.40%～0.50%时，成膜效果较好，过量时在浆料中难以搅拌充分，黄原胶外层会因吸水而膨胀成团，从而使得水分子不能进入到里层，其作用的发挥便被限制[19]。综上，黄原胶添加量在0.50%附近时满足试验要求。

表4 黄原胶添加量对膜性能的影响Table 4 Effects of xanthan gum addition amount on film properties

2.1.3 甘油添加量对膜性能的影响

不同添加量的甘油对可食性黄瓜膜性能的影响结果见表5。

表5 甘油添加量对膜性能的影响Table 5 Effects of glycerol addition amount on film properties

在以甘油添加量为变量的单因素试验过程中，依照表5 中测试的数据，可得到随着甘油添加量的增加，成品可食性黄瓜膜的感官得分先升高后降低。甘油添加量在0.30%时成膜效果较好。当甘油加入到黄瓜浆料中时，可提高黄瓜膜的柔韧性，使得在成品揭膜时，可被完整地揭下，但是若甘油添加量过量，在溶解过程中，容易使黄瓜浆料结块，造成搅拌不均匀，而且在倒入成膜器皿中时，难以铺垫平整，从而直接影响最后的成膜效果。一方面，甘油使膜的致密性得以增强，那么其断裂伸长率从而可以提高，另一方面，则是因为亲水性是甘油的特性之一，过量甘油的添加会破坏大分子之间氢键的形成，不利于构成膜的结构，导致最后膜的形成质地疏松，效果较差[20]。综上，甘油添加量在0.30%附近时满足试验要求。

2.1.4 羧甲基纤维素钠添加量对膜性能的影响

不同添加量的羧甲基纤维素钠对膜性能的影响结果如表6 所示。

表6 羧甲基纤维素钠添加量对膜性能的影响Table 6 Effects of carboxy methyl cellulose sodium（CMC）addition amount on film properties

在以羧甲基纤维素钠添加量为变量的单因素试验过程中，随着羧甲基纤维素钠添加量的增加，成品可食性黄瓜膜的感官得分先升高后降低，且当羧甲基纤维素钠添加量为0.30%时成膜效果最好。此增稠剂是属于阴离子型的，并且还是线性高分子物质[21]。羧甲基纤维素钠在增稠、稳定、吸水等方面具有比较大的优势。其在水中时会渐渐扩散开来，从而形成可见透明的胶状液体，这是由于羧甲基纤维素钠与水之间的氢键不断的增加，从而构成稳定且又紧密的三维结构，使得整个黄瓜浆料的体系黏度增大，但羧甲基纤维素钠的添加量过量时，其分子间的间隙变大，反而影响了成膜的效果。综上，羧甲基纤维素钠添加量在0.30%附近时满足试验结果。

2.2 正交试验

试验过程中发现，使用3 种增稠剂时浆料过于黏稠，将黄原胶、海藻酸钠进行复合增稠，浆料黏稠度适中，所得黄瓜膜的感官品质最佳，因此选取黄原胶、海藻酸钠作进一步分析。为了确定最佳制膜参数，以黄原胶添加量、海藻酸钠添加量、甘油添加量为试验因素，以膜的断裂伸长率为试验指标，进行L9（33）正交试验。正交试验结果与极差分析见表7。

表7 正交试验结果与极差分析Table 7 Orthogonal test results and range analysis

由表7 极差分析结果可知，使膜断裂伸长率受到影响的因素主次顺序为：海藻酸钠添加量、黄原胶添加量、甘油添加量。当以膜断裂伸长率高为优选指标时，从K 值得出可食性黄瓜膜的最佳制作工艺配方为A3B1C2（海藻酸钠添加量为0.40%，黄原胶添加量为0.40%，甘油添加量为0.30%），而正交试验最优组合为A3B3C2（第9 组），故在此基础上进行验证试验。经验证后，组合A3B1C2的膜断裂伸长率优于组合A3B3C2，为21.72%，且所制得的黄瓜膜感官评分为89 分，其色泽均匀嫩绿、质地透明平整。因此可食性黄瓜膜的最佳制作工艺配方为A3B1C2，即海藻酸钠添加量为0.40%，黄原胶添加量为0.40%，甘油添加量为0.30%。

3结论

本试验以黄瓜为主要原料，根据单因素试验以及正交试验探讨可食性黄瓜膜的制备工艺。正交试验结果表明，影响可食性黄瓜膜的因素主次顺序为：海藻酸钠添加量＞黄原胶添加量＞甘油添加量，得出最优配方为：海藻酸钠添加量0.40%，黄原胶添加量0.40%，甘油添加量0.30%，此时膜的感官得分为89分，断裂伸长率21.72%，该条件下所得的黄瓜膜在成膜性、表面性状、色泽方面均较佳。本研究制备的可食性黄瓜膜具有安全、无污染等特点，可为黄瓜在食品工业领域的开发提供理论依据。