红薯淀粉可食用膜的工艺优化研究

2023-12-08任瑞珍

广东蚕业 2023年10期

任瑞珍赵瑛

（吕梁学院生命科学系山西吕梁 033001）

可食用膜是利用分子内和分子间的相互作用生成的一种多孔稳定的网络结构薄膜，具有可降解、可食用、绿色环保的优点与特性[1]。本文利用不同高分子材料的交联特性，研制出具有更优越性能的红薯淀粉可食用膜，从而开发红薯的多元化产品，扩大红薯的市场应用范围。

1 材料与方法

1.1 实验材料

山梨醇（食品级，山东绿健生物科技有限公司）；海藻酸钠（食品级，河南高宝实业有限公司）；柠檬酸（食品级，山东英轩实业股份有限公司）；红薯淀粉（食品级，新乡良润全谷物食品有限公司）。

1.2 实验设备

C21-RT2160型电磁炉（广东美的生活电器制造有限公司）；BS323S电子天平［赛多利斯科学仪器（北京）有限公司］；101-2A型电热鼓风干燥箱（北京中兴伟业仪器有限公司）；YT-PJ-400M型均质机（叶拓科技有限公司）；HH-6型数显恒温水浴锅（常州越新仪器制造有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 红薯淀粉可食用膜的制备

将水和红薯淀粉混合成淀粉乳，分别加入山梨醇、海藻酸钠、柠檬酸在均质机进行匀浆处理。将均质好的样液放入恒温水浴锅进行加热，糊化后，放置一段时间进行脱泡处理。将样液导入培养皿中，使样液铺满整个培养皿底部，而后放入鼓风干燥箱进行干燥，干燥结束后在干燥器中进行冷却。最后取出揭膜备用[2-4]。

1.3.2 单因素实验

（1）山梨醇使用量对红薯淀粉可食用膜感官评分的影响。

山梨醇使用量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（100 g水计），海藻酸钠使用量为1.4%，柠檬酸使用量为2.5%，淀粉糊化温度为75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后对其进行感官评分。

（2）海藻酸钠使用量对红薯淀粉可食用膜感官评分的影响。

海藻酸钠使用量分别为1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%（100 g水计），山梨醇使用量为0.6%，柠檬酸使用量为2.5%，淀粉糊化温度为75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后对其进行感官评分。

（3）柠檬酸使用量对红薯淀粉可食用膜感官评分的影响。

柠檬酸使用量分别为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%（100 g水计），山梨醇使用量为0.6%，海藻酸钠使用量为1.4%，淀粉糊化温度为75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后对其进行感官评分。

（4）淀粉糊化温度对红薯淀粉可食用膜感官评分的影响。

淀粉糊化温度分别为65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃，山梨醇使用量为0.6%，海藻酸钠使用量为1.4%，柠檬酸使用量为2.5%，按照1.3.1的方法制成膜后对其进行感官评分。

1.3.3 正交实验

在单因素实验基础上，确定山梨醇使用量、海藻酸钠使用量、柠檬酸使用量、淀粉糊化温度4个因素的较优取值范围，因为L9(34)正交无法对实验结果进行方差分析，也无法探究各因素间的交互作用，因此本实验中增加了空白列，进行五因素三水平的正交实验，评价指标为可食用淀粉膜的感官评分，每组试验进行3次重复，取平均值，并进行分析, 得出红薯淀粉可食用膜的最佳工艺条件。

1.3.4 感官评价可食用膜性能

将制备好的红薯淀粉可食用膜请8名专业的食品感官评定员按红薯淀粉可食用膜的感官评分标准进行评价，感官评分标准如表1所示[5-7]。

表1 感官评分标准

2 结果分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 山梨醇使用量的确定

由图1可知，红薯淀粉可食用膜的感官评分随着山梨醇使用量的不断增加而呈先增后减的趋势。感官评分越高，可食用膜性能越好。当山梨醇使用量为0.6%时，红薯淀粉可食用膜的感官评分最高，为95分，说明可食用膜性能得到了很大改善，这可能是因为山梨醇会与淀粉竞争形成氢键的羟基，使得键合作用变弱，软化了可食用膜的刚性结构，增加了延展性，此时可食用膜柔韧而富有光泽[8-11]；当山梨醇使用量小于0.6%时，由于淀粉膜的内部结构具有很强的分子间键合作用，因此膜的流动性很低，从而形成刚性结构，制备得到的可食用膜较脆硬，易断裂，没有达到增塑的效果[12-15]；当山梨醇的使用量大于0.6%时，结合的水分子增加，淀粉分子间的相互作用会大幅度下降，膜又变得黏软，力学性能下降，影响膜的感官评分，使感官评分逐渐降低。所以，选取0.4%、0.6%、0.8%三个水平进行正交实验来确定山梨醇的最优使用量。

图1 山梨醇使用量对可食用膜感官评分的影响

2.1.2 海藻酸钠使用量的确定

由图2可知，红薯淀粉可食用膜的感官评分随着海藻酸钠使用量的不断增加而呈先增后减的趋势。感官评分越高，可食用膜性能越好。当海藻酸钠使用量为1.4%时，红薯淀粉可食用膜的感官评分最高，为94分，说明在此条件下可食用膜的性能最好，膜质柔韧，光滑而富有光泽，质地均匀，易揭膜；当海藻酸钠使用量小于1.4%时，随着海藻酸钠使用量的不断增加，感官评分逐渐升高，这是因为海藻酸钠可以与淀粉糊化暴露的羟基形成分子间氢键，从而提高膜的柔韧性[16-19]；当海藻酸钠使用量超过1.4%以后，膜液黏度增加，不易形成膜，增强组分不能均匀分布，导致膜的厚度不均匀，分子之间较强的作用力使得膜内的水分被挤压出来，膜的质地更加坚硬[20-22]，影响膜的感官评分，使感官评分逐渐降低。所以，选取1.2%、1.4%、1.6%三个水平进行正交实验来确定海藻酸钠的最优使用量。

图2 海藻酸钠使用量对可食用膜感官评分的影响

2.1.3 柠檬酸使用量的确定

由图3可知，红薯淀粉可食用膜的感官评分随着柠檬酸使用量的不断增加而呈先增后减的趋势。感官评分越高，可食用膜性能越好。当柠檬酸使用量为2.5%时，红薯淀粉可食用膜的感官评分最高，为93分，说明在此条件下可食用膜的性能最好，膜质均匀光滑，富有弹性，表面完整；当柠檬酸使用量小于2.5%时，随着柠檬酸添加量的不断增加，感官评分逐渐升高，这是因为柠檬酸可以减弱分子间的氢键作用，使膜质变得柔软而具有韧性[23-25]；当柠檬酸使用量超过2.5%以后，过量的柠檬酸会引起淀粉分子水解，降低膜的机械性能，影响膜的感官评分，使感官评分逐渐降低[26]。所以，选取2.0%、2.5%、3.0%三个水平进行正交实验来确定柠檬酸的最优使用量。

图3 柠檬酸使用量对可食用膜感官评分的影响

2.1.4 淀粉糊化温度的确定

由图4可知，当淀粉糊化温度为75 ℃时，红薯淀粉可食用膜的感官评分最高，为90分，说明在此条件下可食用膜的性能最好，膜光滑而富有弹性，质地均匀，易揭膜；当淀粉糊化温度低于75 ℃时，随着淀粉糊化温度的不断升高，感官评分逐渐升高，这是因为改良剂都有很好的吸水能力，导致可食用膜中淀粉含量减少，导致膜结构疏松，膜中心呈黏稠状[27-29]；当淀粉糊化温度高于75 ℃以后，由于水分蒸发较快，改良剂与水之间的氢键未能充分形成，导致可食用膜含水量减少，质地脆硬，很难揭膜，并且高温会使成膜材料轻微焦化，呈焦黄色[30]，影响膜的感官评分，使感官评分逐渐降低。所以，选取70 ℃、75 ℃、80 ℃三个水平进行正交实验来确定最优的淀粉糊化温度。

图4 淀粉糊化温度对可食用膜感官评分的影响

2.2 正交实验结果分析

五因素三水平的正交因素水平表，如表2所示。

表2 正交实验因素水平表

由表3得知，在红薯淀粉可食用膜的制备过程中，因素C柠檬酸使用量对红薯淀粉可食用膜的感官评分影响最大。4个单因素对红薯淀粉可食用膜感官评分影响的主次顺序为C＞A＞D＞B，即柠檬酸使用量＞山梨醇使用量＞淀粉糊化温度＞海藻酸钠使用量。红薯淀粉可食用膜的最佳制备工艺为:A2B2C2D2，即山梨醇使用量0.6%，海藻酸钠使用量1.4%，柠檬酸使用量2.5%，淀粉糊化温度75 ℃。