壳聚糖可食性膜的制备

◎ 高 朋

（永吉县粮食标准质量服务中心，吉林 永吉 132200）

壳聚糖是自然界中存在的仅次于纤维素的第二大碱性生物多糖，具有良好的成膜性、生物相容性、生物可降解性等优良特性[1-4]。直链淀粉形成的膜连贯、强度高、无毒、无味，可作为包装保鲜食品的基材；而支链淀粉形成的膜结构脆、强度差，遇水溶解，它是一种天然多糖聚合物，具有来源广泛、价格便宜等优点[5-6]。超声方法是利用超声空化、机械效应和热效应来加速细胞内有效物质的释放、溶解和扩散，是一种常用的提取制备方法[7]。可食性膜主要是指以天然可食性物质（如壳聚糖、淀粉、明胶等）为原料，通过包裹、浸渍、涂布、喷洒等形式覆盖于食品表面（或内部）的一层由可食性物质组成的薄膜，具有可食性、生物相容性、无毒无污染等优点[8-10]。

1 材料与方法

1.1 试验仪器

试验所用到仪器设备如表1所示。

表1 试验仪器与设备表

1.2 材料与试剂

壳聚糖、黄原胶、淀粉、无菌纯净水等，试剂均为分析纯试剂，吉林农业科技学院理化实验室提供。

1.3 壳聚糖可食性膜的制备

1.3.1 工艺流程

壳聚糖可食性膜制备工艺流程：黄原胶、淀粉、壳聚糖→调配→搅拌→加热→调节pH→超声→真空抽气→倒膜→干燥→均湿→揭膜→放置48 h→膜性能测试。

1.3.2 壳聚糖可食性膜的制备工艺

单因素及正交试验考察壳制备工艺中壳聚糖添加量、黄原胶添加量、淀粉添加量、超声时间4个因素对可食性膜的影响，从而进一步确定可食性膜的最佳制备工艺条件。

（1）单因素试验。选取壳聚糖添加量、黄原胶添加量、淀粉添加量和超声时间4个试验考查因素，以抗拉强度、感官评分为考察目标，通过散点折线图进行分析，对可食性膜的制备做初步探索。

（2）正交试验。以单因素试验作为考察基础，采用L9（34）正交设计，研究壳聚糖可食性膜的最优制备工艺参数。

1.4 膜性能的测试

1.4.1 感官测定

颜色：利用肉眼对待测膜进行评价，可根据颜色深浅判断膜的透光性；柔软度：利用手的触感及肉眼观察对待测膜禁行感官评分；膜完整性：利用肉眼进行观察，可根据待测膜的形状对膜进行感官评分。壳聚糖可食性膜的感官评分标准如表2所示。

表2 壳聚糖可食性膜的感官评分标准表

1.4.2 物理评价指标

抗拉强度（TS）测定：将膜裁剪切成100 mm宽20 mm的长条，用拉力试验机测定，记录膜破裂时的抗拉力，根据式（1）计算：

式中：TS-抗拉强度（N·mm-2即MPa）；F-试样断裂时承受的最大张力（N）；S-试样的截面积（mm2）。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖可食性膜的制备单因素试验

2.1.1 壳聚糖添加量对成膜性的影响

准确称量0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%和1.6%的壳聚糖，用纯净水进行溶解，分别加入黄原胶、淀粉、搅拌25 min，然后用纯净水定容至50 mL，在超声波清洗机里水浴条件70～80 ℃超声12 min，取出放入蒸发皿中继续在水浴锅里加热15 min，在玻璃板上进行泼膜，置于50～60 ℃的恒温干燥箱中干燥16～17 h取出，室温干燥48 h后测定膜的性能，结果见图1。

图1 壳聚糖添加量对成膜性的影响图

由图1可以看出，壳聚糖添加量在1%～1.4%时，可食性膜的抗拉强度和感官评分同时呈依次上升状态，这是由于随着壳聚糖添加量增多，可食性膜的抗拉强度上升至最大值，而膜的颜色完整性也越来越好；在连续增加到1.6%时，可食性膜的抗拉强度反而下降，可能是因为壳聚糖过多导致的，导致可食性膜弹性变差，膜完整性变差。因此选择添加量1.2%、1.4%、1.6%这3个水平进行正交试验。

2.1.2 黄原胶添加量对成膜性的影响

以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%黄原胶添加量进行试验，研究相同条件下不同浓度的黄原胶浓度对膜性能的影响，测定相应膜的性能，根据其性能指标筛选出最佳的黄原胶添加量，结果如图2所示。

图2 黄原胶添加量对成膜性的影响图

由图2可以看出，黄原胶添加量在0.2%～0.3%时，可食性膜的抗拉强度和感官评分同时呈上升状态，但是升至最大值之后再继续添加黄原胶直至0.4%时，可食性膜抗拉强度和感官评分都下降。因此选择0.2%、0.3%、0.4%这3个水平进行正交试验。

2.1.3 淀粉添加量对成膜性的影响

以1.5%、2%、2.5%、3.0%、3.5%和4%的淀粉添加量进行试验，研究相同条件下不同淀粉添加量对成膜性能的影响，测定相应性能，根据其性能筛选出最佳淀粉添加量，结果如图3所示。

图3 淀粉添加量对成膜性的影响图

由图3可以看出，淀粉添加至2.5%～3.0%时，可食性膜的抗拉强度和感官评分同时呈上升状态，但上升至最大值再继续增加淀粉添加量直至3.5%时，因淀粉的物理性质导致抗拉强度和感官评价都降低。因此选择2.5%、3%、3.5%这3个水平进行正交试验。

2.1.4 超声时间对成膜性的影响

以3 min、6 min、9 min、12 min、15 min和18 min超声时间进行试验，研究相同条件下不同超声时间对膜性能的影响，测定相应膜性能，根据其性能指标筛选出最佳条件，结果如图4所示。

图4 超声时间对成膜性的影响图

由图4可以看出，超声时间在9～15 min时，可食性膜的抗拉强度和感官评分呈上升状态，随超声时间延长，使可食性膜的抗拉强度和感官评分上升至最大值，在继续延长超声时间直至18 min时，可食性膜抗拉强度和感官评分下降。因此选择12 min、15 min、18 min这3个水平进行正交试验。

2.2 正交试验确定最优工艺条件

2.2.1 正交试验表的设计

以单因素试验作为考察基础，采用L9（34）正交设计，研究壳聚糖可食性膜的最优制备工艺参数。试验因素水平的设计见表3。

表3 正交试验因素水平表

2.2.2 正交试验结果表

按上文正交试验水平因素设计进行正交试验，结果如表4所示。

由表4中结果可知，影响可食性膜制备的因素影响大小顺序是A＞C＞D＞B，即主要因素是壳聚糖添加量，其次是淀粉添加量、超声时间、黄原胶添加量。由正交表可知，可食性膜的制备最佳工艺参数为A2B2C3D2，与表4正交试验最佳组合A2B3C1D2不吻合，需要对比验证，以确定最佳的制膜条件。验证结果如表5所示。

表4 L9（34）正交试验结果表

表5 验证试验结果表

验证试验结果表明，组合A2B2C3D2的壳聚糖可食性膜抗拉强度与组合A2B3C1D2相差不大，根据操作方便、经济实惠、节省开支等既定条件，从而确定可食性膜最佳制备条件为A2B2C3D2，即最佳制备工艺条件为壳聚糖添加量为1.4%，黄原胶添加量0.3%，淀粉添加量为3.5%，超声时间为15 min。综合各方面因素，此制备条件下得到的可食性膜较优。

3 结论

将壳聚糖制成具有保鲜功能的可食性膜。以单因素试验为考察基础，筛选出壳聚糖添加量、黄原胶添加量、淀粉添加量、超声时间4个因素进行正交试验，试验结果表明，制备可食性膜的最佳工艺条件为壳聚糖添加量1.4%、黄原胶添加量0.3%、淀粉添加量3.5%、超声时间为15 min。而且壳聚糖可食性膜与化学合成的塑料保鲜膜相比具有独特优势，因其主要成分为天然物质，容易降解，有利于环保，因此能够代替塑料保鲜膜的理想材料，具有广阔的应用前景。