可食性绿豆淀粉膜制作工艺的研究

姬 娜 熊 柳 卜祥辉 孙庆杰

可食性绿豆淀粉膜制作工艺的研究

姬 娜 熊 柳 卜祥辉 孙庆杰

(青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛 266109)

以绿豆淀粉为主要材料，甘油作为增塑剂，羧甲基纤维素(CMC)作为增强剂，以可食性膜厚度、抗拉强度、断裂延伸率、阻水性为指标，研究了甘油添加量、CMC添加量、干燥温度、干燥时间等因素对可食性淀粉膜性能的影响。结果表明以绿豆淀粉为成膜主体，配以0．4 g/g淀粉的甘油和0．06 g/g淀粉的CMC，在80℃烘干4 h，得到淀粉膜的抗拉强度为9．51 MPa，延伸率为114．55%，水滴渗透时间(Ts)为240．98 min/mm。

绿豆淀粉 甘油 羧甲基纤维素 可食性膜

可食性膜是指以天然可食性物质(如多糖、蛋白质等)为原料，添加可食的增塑剂、交联剂等物质，通过不同分子间相互作用而形成的薄膜。可食性膜是一种无废弃物的资源型包装材料，可使资源得到最大限度的利用，同时又具有无毒、无害和无污染等特点。随着人们环保意识和对健康要求的提高，这种新型的可食速溶、安全卫生又具有环保特点的可食型包装材料将引起人们的广泛关注，具有广阔的应用前景。

可食薄膜是一种新型的、可取代塑料、无污染的食品内包装材料［1－3］。以淀粉为基材的可食薄膜具有成本低，透明度高等优点越来越得到人们的重视。淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，一般直链淀粉含量高的淀粉制成的可食膜性质好。目前研究的淀粉可食膜多数是以玉米淀粉为基材，绿豆淀粉直链淀粉的含量比玉米淀粉含量高，由于直链淀粉含量越高做成的可食膜越好，因此，本研究以直链淀粉含量较高的绿豆淀粉为原料，研究在不同条件下淀粉的成膜特性，确定最佳干燥温度、干燥时间、CMC用量，甘油用量，使淀粉膜在抗拉强度、延伸率、厚度、阻水性上有较大的改进，进而为工业化生产可食性淀粉膜提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1．1 材料与仪器

1．1．1 试验材料及主要试剂

绿豆淀粉(直链淀粉含量经测定为46．66%):烟台双塔食品股份有限公司;甘油，羧甲基纤维素钠(CMC)，氢氧化钠，碘化钾，乙醇，冰乙酸:均为分析纯。

1．1．2 主要仪器

TA．XTplus物性仪:英国Stable Micro Systems公司;电热恒温水浴锅:龙口市电炉制造厂;DHG－9070A电热鼓风干燥箱:上海精宏试验设备有限公司;分光光度计:上海光谱仪器有限公司;电子天平:北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1．2 可食膜的制备

1．2．1 甘油添加量的选择

准确称取5 g绿豆淀粉6份，分别用100 mL去离子水溶解，分别加入甘油 0、1、2、3、4、5 g，CMC 0．3 g，糊化温度95℃下保温、搅拌30 min，延流涂膜，静置10 min，80℃条件下烘烤4 h，存放后测其性能，每个样品重复3次，取平均值。

1．2．2 CMC 添加量的选择

准确称取5 g绿豆淀粉5份，分别用100 mL去离子水溶解，分别加入 CMC 0．1、0．2、0．3、0．4、0．5 g，甘油2 g，糊化温度95℃下保温、搅拌30 min，延流涂膜，静置10 min，80℃条件下烘烤4 h，存放后测其性能，每个样品重复3次，取平均值。

1．2．3 干燥温度的选择

准确称取5 g绿豆淀粉5份，分别用100 mL去离子水溶解，分别加入CMC 0．3 g，甘油2 g，糊化温度95℃下保温、搅拌30 min，延流涂膜，静置10 min，然后分别放入60、70、80、90、100 ℃条件下烘烤 4 h，存放后测其性能，每个样品重复3次，取平均值。

1．2．4 干燥时间的选择

准确称取5 g绿豆淀粉5份，分别用100 mL去离子水溶解，分别加入CMC 0．3 g，甘油2 g，糊化温度95℃下保温、搅拌30 min，延流涂膜，静置10 min，然后分别放入80℃条件下分别烘烤2、3、4、5、6 h存放后测其性能，每个样品重复3次，取平均值。

1．3 膜性能的测定［4－7］

1．3．1 膜厚度测定

用螺旋测微仪在膜上均匀取5点，准确测量膜的厚度，取其平均值。每个样品重复3次，取平均值。

1．3．2 抗拉强度的测定

将膜裁成8．0 cm×1．0 cm的条形，在物性测定仪上测定抗张强度，读取膜破裂时的拉力F，取5个样品的平均值，每个样品重复3次，取平均值。

膜抗张强度:

式中:σ为抗张强度/MPa;F为膜所受拉力/N;S为膜的横截面积/m2。

1．3．3 水滴渗透时间测定

将1滴水轻轻滴于一定厚度的膜上，记录膜漏水所需的时间，则水滴渗透时间Ts的计算如下:Ts=时间(min)/膜厚(mm)。每个样品重复3次，取平均值。

1．3．4 膜延伸率的测定

将膜裁成8．0 cm×1．0 cm的条形，均匀取样品上5点，准确测量L(原长度)并求其平均值，在物性测定仪上读取膜破裂时的L0(延伸长度)值，并按下式计算膜的延伸率。每个样品重复3次，取平均值。

E=L0/L×100%

1．3．5 感官性质的测定

评定膜的状态，包括膜色泽、返潮性、柔软度等，并按状态把色泽分为无色透明、淡黄较透明2个等级;返潮性分为不返潮、略返潮、返潮3个等级;柔软度分为柔软、非常柔软、较硬、较硬较脆4个等级。

2 结果与分析

2．1 甘油添加量的确定

由表1可知，当不添加甘油时，所成的膜无色透明，质地干、硬、脆易断，不容易揭膜，无法测量。随甘油用量增加，膜厚度逐渐增大，延伸率逐渐增加，而抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势，并在甘油量为2 g处达到最大值。这是由于增塑剂甘油是小分子多元醇，在高温和剪切力的作用下，可以逐步渗透到淀粉颗粒内部，破坏淀粉大分子的氢键作用，使淀粉分子由螺旋构象转变为无规线团构象，从而更有利于淀粉分子之间相互作用，因此膜的抗张强度、延伸率均有增大趋势，但甘油含量过高，对淀粉分子间羟基的破坏数量太多而使分子间作用力被大大削弱，膜中淀粉相对含量下降，削弱了分子间的相互作用，所得膜的致密性变差，因此拉伸强度会有下降的趋势。本试验表明，甘油含量以0．4 g/g淀粉为宜。

甘油是非常好的增塑剂，添加甘油可改善膜的性能，这与Talja等［8］的研究结果是一致的，Talja发现增塑剂的添加使膜的抗拉强度下降、断裂伸长率增加、弹性增加，Bertuzzi等［9］认为增塑剂对淀粉膜的机械性能的影响主要是通过减少淀粉分子间的作用力，增加链移动性以减少结晶的形成、降低膜的抗张强度，并增加膜的弹性、伸展性，可防止膜的破裂。谷宏［10］等发现甘油的添加使膜的抗拉强度先增加后下降、断裂伸长率逐渐增加;甘油作为淀粉膜的增塑剂可增加淀粉膜的柔韧性，但甘油含量过低时，不能够起到相应的增塑效果，淀粉膜很脆。

2．2 CMC添加量的确定

由表2可知，加入0．1 g CMC/g淀粉时，体系黏度过大，无法自由流动，故不适于延流涂膜。当CMC用量为0．06 g/g淀粉时，膜的综合性质量最佳。这是因为随着CMC用量的增加，单位体积中的线性结构增多，膜的抗拉强度变大，延伸率变大。但是，当CMC用量超过0．3 g后，由于线性分子间作用强，会有更多的水分被挤出，使柔软度下降，延伸率下降，而且膜液黏度增大，增强剂难以均匀分散，膜的结构缺乏均一性，线性分子间会产生类似淀粉老化作用而产生的结晶区，造成膜性质有所下降。本试验证明，CMC含量以0．06 g/g淀粉为宜。

表1 甘油含量对绿豆淀粉膜性质的影响

表2 CMC含量对绿豆淀粉膜性质的影响

CMC是非常好的增强剂，0．06 g/g淀粉可改善膜的性能，这与胡新宇等［4］的研究发现是一致的，认为羧甲基纤维素钠作为增强剂能使可食性淀粉膜的抗拉强度提高。陈志周等［11］发现膜液中加入CMC也能使大豆分离蛋白膜的抗拉强度增大极显著。

2．3 干燥温度的确定

由表3可知，80℃下成膜效果最好。温度较低(60～70℃)时，甘油结合了过多水分，导致膜中淀粉相对减少，膜致密性下降，结构疏松，使抗拉强度下降，Ts(水滴渗透时间)数值小。温度较高(90～100℃)时，由于水分蒸发较快，甘油与水之间的氢键未充分形成，导致膜含水量过少，质地硬脆。温度高时，分子运动加剧，不利于分子间结合与定向，刚性结构差，故抗拉强度下降，数值也小，高温也会使膜材轻微焦化，呈淡黄色，膜外观差。60℃时，不能烘干，局部成为黏糊状相比之下，成膜温度以80℃为宜。同一干燥温度下，直链淀粉含量高则抗拉强度高，延伸率低，透水性高的规律依然存在。

胡新宇等［4］认为80～85℃下成膜效果最好，温度低时膜中含水量多，膜的抗拉强度小，温度过高时不利于分子间结合，膜的抗拉强度小，并且温度过高膜的色泽会因焦化而改变。

2．4 干燥时间的确定

由表4可知，加热2 h不能烘干，局部成为黏糊状，而加热3 h时大部分已经成膜，局部还为黏糊状，4 h以上时完全成膜。随着加热时间的延长，膜的抗拉强度和延伸率先增大后减小。这是因为延长干燥时间有助于提高淀粉分子间相互作用的几率，使膜基质在形成过程中可以充分伸展，从而形成定向、有序排列，有利于使膜形成更致密均匀的网络结构，因而机械性能得到改善，抗张强度和断裂伸长率均得到提高。但随着干燥时间的进一步增加，淀粉分子间的作用力也进一步加强，分子链的流动性降低，因而断裂伸长率又逐渐减小，并且膜含水量降低使其质地硬脆。6 h时相对含水量较低，延伸率几乎丧失，因此干燥时间以4 h为宜。

2．5 正交试验测定

由表5可以看出，影响绿豆淀粉膜的抗拉强度、延伸率和水滴渗透时间4因素中C＞B＞A＞D，绿豆膜的最佳制作条件为A2B2C2D2，即甘油添加量为0．4 g/g淀粉，CMC添加量为0．06g/g淀粉，烘干温度为80℃，时间为4 h。此时，得到的绿豆淀粉膜的抗拉强度为9．51 MPa，延伸率为114．55%，水滴渗透时间为240．98 min/mm。由于正交试验的最优组合与最佳结果相一致，因此，不需要做验证性试验。而以玉米淀粉为成膜主体，甘油添加量为0．4 g/g淀粉，CMC 添加量为 0．06 g/g淀粉，80 ℃烘干4 h，测得玉米淀粉膜的抗拉强度为8．91 MPa，延伸率为145．56%，水滴渗透时间(Ts)为254．04 min/mm。因此，采用绿豆淀粉制取的可食膜比玉米淀粉可食膜具有更高的抗拉强度，成膜特性更好。

表3 干燥温度对绿豆淀粉膜性质的影响

表4 干燥时间对绿豆淀粉膜性质间的影响

表5 正交试验结果

3 结论

甘油是非常好的增塑剂，CMC是非常好的增强剂，经试验可知，配以0．4 g/g淀粉的甘油和0．06 g/g淀粉的CMC，在最适温度为80℃和干燥时间为4 h条件下可生产出最佳的可食性绿豆淀粉膜。由于绿豆淀粉的直链淀粉含量高，故绿豆淀粉膜具有较强的抗拉强度和延伸率，可广泛用于豆粉、调料粉等粉料的包装。

［1］罗学刚．国内外可食性包装膜研究进展［J］．中国包装，1999，19(5):102 －103

［2］John M Krochta．Edible and biodegradable polymer films:challenges and opportunities［B］．Institute of Food Technologists，1997，51(2):61 －74

［3］Debeaufort F，Quezada － Gallo JA，Voilley A．Edible films and coatings:tomorrow's packaging:a review［J］Critical Reviews Food Science，1998，38(4):299 －313

［4］胡新宇，李新华．可食性淀粉膜制备材料与工艺的研究［N］．沈阳农业大学学报，2000，31(3):267－271

［5］张平安，艾志录，李梦琴，等．可食性玉米淀粉膜制作工艺的研究［J］．粮油加工，2005(2):82－85

［6］刘通讯．可食性褐藻酸膜的成膜特性及其应用的研究［J］．食品工业科技，1996(4):4－9

［7］Ho J Bae，Dong S Cha，William S Whiteside，et al．Film and pharmaceutical hard capsule formation properties of mung bean，water chestnut，and sweet potato starches［J］．Food Chemistry，2008，106:96 －105

［8］Talja R A，Helen H，Roos Y H，et al．Effect of various polyols and polyol contents on physical and mechanical properties of potato starch － based films［J］．Carbohydrate Polym2007，67(3):288－295

［9］Bertuzzi M A，Castro Vidaurre E F，Armada M，et al．Water vapor permeability of edible starch based films［J］．J Food Eng2007，80(3):972 －978

［10］谷宏．高直链玉米淀粉可食性膜的研制［J］．包装工程，2007(5):15－17

［11］陈志周．增强剂和交联剂对大豆分离蛋白膜性能的影响［J］．前沿科技，2004，4(2):21 －23．

Study on Processing Tech－nology of Edible Mung Bean Starch Film

Ji Na Xiong Liu Bu Xianghui Sun Qingjie
(College of Food Science＆ Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109)

The effects of mung bean starch，glycerin content，CMCcontent，drying temperature and drying time on film characteristic were studied in this paper．The film properties were determined with thickness，tensile strength，elongation at break，and barrier of moisture．The results showed that mung bean starch，with 0．4 g glycerol per gram starch and 0．06 g CMC per gram starch，was the main part of film formation，which was dried at 80 ℃ for four hours．The tensile strength of mung bean starch film was 9．51 MPa，the elongation at break was 114．55%，and the barrier of moisture was 240．98 min/mm．

mung bean starch，glycerin，CMC，edible film

S511

A

1003－0174(2012)01－0103－05

青岛农业大学高层次人才启动基金(630511)

2011－03－22

姬娜，女，1987年出生，硕士，粮油深加工

孙庆杰，男，1970年出生，博士，教授，粮食、油脂与蛋白质工程