香蕉皮浆改性聚乙烯醇薄膜制备及对蛋糕包装保鲜的研究

杨福馨， 范 飞， 洗厉君，张炯炯， 丁晓彤，邱艳娜

(上海海洋大学 食品学院， 上海 201306)

·特色专栏·

香蕉皮浆改性聚乙烯醇薄膜制备及对蛋糕包装保鲜的研究

杨福馨， 范 飞， 洗厉君，张炯炯， 丁晓彤，邱艳娜

(上海海洋大学 食品学院， 上海 201306)

选择无毒、无腐蚀性且环境友好的亲水性高分子材料聚乙烯醇(PVA)作为成膜基材，在香蕉皮浆中加入纯PVA制成改性薄膜，常温下研究不同质量分数的香蕉皮浆改性薄膜的性能以及对无任何添加剂蛋糕的保鲜效果。实验选用了6个不同质量分数的香蕉皮浆改性薄膜和双层薄膜(改性PVA薄膜外层加上纯PVA外膜)对蛋糕进行包装，每隔2 d对蛋糕进行观察，对蛋糕的质量变化以及菌落总数进行测定，并分析其变质情况。结果表明，香蕉皮浆质量分数为2 %时，改性PVA薄膜拉伸强度最大；当香蕉皮浆质量分数为3 %时，吸水性降低，热封强度最大，其抗菌保鲜效果最优，其次是香蕉皮浆质量分数为2 %；而双层薄膜保鲜的效果比单层薄膜好，但是放置时间越长，蛋糕会越干、硬，品质下降严重。

香蕉皮； 蛋糕； 包装； 保鲜

Abstract：The non-toxic,non-corrosive and environmentally friendly hydrophilic polymer polyvinyl alcohol (PVA) was selected as the film-forming substrate,modified PVA films were prepared from banana peel pulp with pure PVA,the properties of modified film with different mass fraction and the fresh-keeping effect of cake without any additives at room temperature were studied.The cake was packed with 6 different mass fraction of banana peel modified film and double layer film (The modified PVA film was coated with pure PVA outer membrane).The cake was observed every 2 d,the quality of the cake and the total number of colonies were mea-sured and analyzed for its deterioration.The results showed that the modified film with mass fraction of banana peel was 2 %,which had the highest tensile strength.When the mass fraction of banana peel was 3 % ,the water absorption was reduced,the heat sealing strength was the biggest,the antibacterial and fresh preservation effect was the best,followed by the mass fraction of banana peel was 2 %.The effect of double layer film is better than that of single layer film,but the longer the placement,the cake more dry,hard,serious decline in quality.

Keywords：banana peel; cake; packaging; preservation

0 前言

香蕉是日常生活中很常见的一种水果，同时也是典型的热带水果。香蕉在我国的南部(云南、贵州、广西、广东、福建等地)被广泛种植[1]。随着这些年农业产业结构的调整，香蕉的产量得到了进一步增加，现在人们还逐渐把视线转向了香蕉皮的加工及深入利用[2]。香蕉皮中不仅富含酚类、有机酸(抑菌)、蛋白质、油脂、糖类、缩合鞣质等多种营养物质，同时还含有丰富的维生素、无机盐以及K、Mg、Ca、P等元素。这些功能性成分除了有药用价值以及增强人体机能的效果外，往往都有着较强的抗氧化能力以及抑菌能力[3]。利用这些特性，将香蕉皮进行加工并作为交联剂对PVA薄膜进行改性，提高薄膜包装时的抗菌效果，同时有一定增容效果[4]，并且可延长食品的保鲜时间以及产品货架期[5]。

蛋糕是以面粉、鸡蛋、牛奶、糖为原料烘焙而成的一种食品，因其质地松软、富有弹性且香味浓郁、口味丰富而备受消费者喜爱[6]。蛋糕是烘焙食品中含蛋量高的食品之一，但是烘焙食品基本上都面临保鲜这一问题，即不仅仅是要防止食物变质，还要在此基础上保证食品的色、香、味[7]，因此，通过提高包装材料的力学性能来保存食品，是一个十分值得关注的课题[8]。

本文利用香蕉皮中功能性成分的抗氧化活性以及抑菌功能，将香蕉皮除去果实，用打浆机打成浆(香蕉皮浆)后加入到聚乙烯醇胶中进行混合改性，之后制成香蕉皮浆改性PVA薄膜。使用制成的薄膜对蛋糕进行包装，通过改变改性PVA薄膜原料中香蕉皮浆的质量分数，以及采用单、双层PVA改性薄膜包裹蛋糕，观察薄膜对于蛋糕的保鲜效果。

1 实验部分

1.1实验原料

新鲜香蕉：购买于农工商超市，提前预定；

PVA母粒：中国石化上海石油化工股份有限公司；

蛋糕：购于学校食堂的原味蛋糕；

试剂：香蕉皮浆改性PVA溶液、生理盐水，实验室现用现自配；

平板计数琼脂(PCA)：杭州微生物试剂有限公司。

1.2仪器和设备

集热式恒温加热磁力搅拌器：DF-101S，河南省予华仪器有限公司；

环带式自动充气封口包装机：DBF-1000，常州振华包装机械有限公司；

智能电子拉力试验机：XLW(EC)，济南兰光机电技术有限公司；

塑料薄膜封口机：PFS-300， 浙江江南实业有限公司；

电子天平：UTP-31，上海花湖电器有限公司；

透光率/雾度测定仪：WGT-S，上海精科仪器公司；

安全智能型反压高温蒸煮锅：R2011-0134，北京发恩科贸有限公司；

拍击式无菌均质器：JX-05，上海净信实业发展有限公司；

移液枪：AP34042，上海一恒科学仪器有限公司；

电热恒温培养箱：HPX-9052MBE，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；

电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9023A，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3香蕉皮浆改性PVA薄膜的制备

制备流程：① 将香蕉皮去除果肉之后剪碎放入打浆机中打浆→② 称取所需质量的香蕉皮浆，加入聚乙烯醇胶中→③ 再次打浆混合→④ 涂膜[9]→⑤ 对成品进行筛选处理。其中：

步骤②是先按照配方制备聚乙烯醇胶，在加入香蕉皮浆之前放在磁力搅拌机中恒温搅拌(温度低于制胶温度)，以保证胶的流动性；

步骤⑤是由于制备薄膜原料只需要小样，且此次实验使用的是手工涂膜的方法，这样的制作方法难免会出现薄膜大小不一以及小破损的情况，所以对于制作出来的成品要进行筛选，挑选出较为完整的薄膜，将边缘修剪平整，待包装蛋糕时进一步剪裁。

1.4香蕉皮浆改性PVA薄膜性能测定

随着包装工艺技术的不断发展，对于包装材料的要求也越来越高，单纯的聚乙烯醇材料已经不能满足使用要求，这就催生了种类繁多的聚乙烯醇改性包装材料。对于聚乙烯醇的改性目的是使其包装性能进一步优化。经过改性剂特殊处理后的聚乙烯醇薄膜能改善其耐水性，并提高了其热稳定性和部分力学性能[10]。

1.4.1 吸水性能测试

参考GB/T 1034—1998进行实验：将经过烘干的样品完全浸入水中或放置于相对湿度为50 %的空气中，在规定温度下经过一定时间后，测量样品的质量变化。每种薄膜测试三次，取平均值。

1.4.2 拉伸性能测试

依据蒋硕等[11]的方法，将薄膜裁剪成15 mm×120 mm(宽×长)的长条状，使用电脑测控抗张实验机测试抗拉强度以及断裂伸长率。设定夹距为50 mm，速度为50 mm/min。抗拉强度用式(1)表示：

Ts=F/S

(1)

式中，Ts为抗拉强度，MPa；F表示样品断裂时所承受的最大张力，N；S为试样横截面积，m2，每个样品测试10次，取平均值。

1.4.3 热封性能测试

根据文献[12]修改如下：热封强度是指裁成规定规格的热封样品在断裂时测得的最大荷载，单位为MPa。在相同的压力、封口速度(6 m/min)下，封口温度为170 ℃，测定试样的拉伸强度。

1.4.4 透光率/雾度测试

依据李喜宏等[13]的方法，每种薄膜取一张，每张薄膜裁剪一份尺寸为50 mm×50 mm的样品，共裁剪6份样品，用夹具夹住，使薄膜平整，利用透光度/雾度测定仪测定样品，将多次测量得到透光度与雾度记录下来，取算数平均值作为测量结果。

1.4.5 蛋糕质量变化的测定

将包装袋制成后的尺寸大约为10 cm×8 cm ，包裹切块大小均匀的蛋糕。分别用从市场上购买的蛋糕包装袋(以下简称为市购袋)、香蕉皮浆改性PVA薄膜和双层薄膜(将内膜的香蕉皮浆改性PVA薄膜和外膜的聚乙烯醇薄膜重合后进行热封制袋)包装新鲜蛋糕[14]。

操作方法如下：

(1) 在电子天平上放上称量纸，去皮；

(2) 将买好的蛋糕切成15 g以上的小块，置于称量纸上，记下质量为m3；

(3) 测定质量后，对蛋糕进行包装，等待之后的菌落总数测定；

(4) 在进行菌落测定时，打开包装，将蛋糕取出放在称量纸上，用电子天平称取质量，记为m4。

数据结果见式(2)：

失重Δm=m3-m4

(2)

式中，m3为包装前的质量，g；m4为包装一定天数后的质量，g。

1.4.6 蛋糕的菌落总数测定

根据文献[15]进行实验，检验流程：10 g样品+90 mL灭菌生理盐水→制成 1∶10 均匀稀释液→10倍稀释，制成1∶100、1∶1 000 等不同稀释度的样品液→倒在平板后在(30±1) ℃条件下培养 (48±2) h→选择菌落数在30～300 之间的平板计数。依据GB 7099—2003《蛋糕、面包卫生标准》，对于热加工蛋糕，其菌落总数应小于1.5×103CFU/g。

2 结果与讨论

2.1吸水性能分析

对于蛋糕包装来说，保持蛋糕含水量的稳定很重要。水分减少虽然能一定程度抑制细菌的生长，但也会明显影响蛋糕的口感，因此包装材料的吸水性对蛋糕具有一定影响。表1所示为香蕉皮浆改性PVA薄膜的吸水性能。

表1 香蕉皮浆改性PVA薄膜的吸水性能

由表1可知，不同质量分数的香蕉皮浆，其改性PVA薄膜的吸水前后质量并不相同。对照组(未添加香蕉皮浆的纯PVA薄膜：质量分数为0 %香蕉皮浆)吸水量为0.275 g,而香蕉皮浆质量分数为3 %的薄膜其吸水量最少为0.123 g，其次是香蕉皮浆质量分数为4 %与5 %。与对照组相比，添加一定质量分数的香蕉皮浆可使薄膜吸水量降低，有益于蛋糕的口感和品质。

2.2拉伸性能分析

拉伸强度是塑料薄膜的一个常见力学指标，它表示了薄膜达到断裂时可以承受的最大拉伸应力。表2所示为香蕉皮浆改性PVA薄膜的拉伸强度。

表2 香蕉皮浆改性PVA薄膜的拉伸强度

从表2可以看出：纯PVA薄膜拉伸强度较大，其次是香蕉皮浆质量分数为2 %和3 %的改性PVA薄膜；香蕉皮浆质量分数为1 %时，拉伸强度最小，为8.50 MPa；当香蕉皮浆质量分数大于2 %，拉伸强度降低，说明只有在一定的香蕉皮浆质量分数下，能与聚乙烯醇具有很好的相容性，香蕉皮浆质量分数过高会影响聚乙烯醇的结构特性，使其强度降低。

2.3热封性能测试

热封强度表示封口性能,热封强度是指一定热封温度下热封后所能承受的最大值。热封强度是一个重要的指标,它表明了封口所能承受内容物的质量。图1所示为不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜的热封强度。

随着香蕉皮浆质量分数的增加，改性聚乙烯醇薄膜热封强度先下降后升高，最后不断降低，香蕉皮浆质量分数为3 %的改性聚乙烯醇的热封强度达到最佳。在一定热封温度下，当香蕉皮浆质量分数低于1 %或高于3 %时，改性聚乙烯醇薄膜热封强度下降较快，可能香蕉皮浆质量分数增加使聚乙烯醇性质改变，使其热封性质发生改变。但继续增加香蕉皮浆质量分数，改性聚乙烯醇薄膜热封强度增加，说明适度浓度增强分子间强度，改性聚乙烯醇薄膜之间结合能力强度增大，从而使得热封强度增强。

图1 不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜的热封强度

2.4透光率/雾度分析

对于透明塑料来说，透光率和雾度是影响薄膜对商品展示效果的一个很重要的指标。其中透光率表示薄膜的透明度，而雾度则表示透过薄膜观察物体时的浑浊度，图2所示为不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜的透光率/雾度。

图2 不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜的透光率/雾度

包装薄膜的透光度越高，同时雾度越低，其包装的产品展示效果就越好。从图2可以看出，与对照组(雾度为14 %)相比，香蕉皮浆改性PVA薄膜的透光率下降缓慢，但雾度都有所提高，香蕉皮浆质量分数为5 %时，雾度为26.61 %,与对照组相比显著增大。雾度对于产品的展示效果都不是很理想，但是对产品氧化保护具有一定作用。

2.5蛋糕质量变化的测定

蛋糕失重多少反映包装材料对产品阻隔和保护效果，蛋糕质量减少会影响其本身的口味及硬度，从表3、4中能够可以看出，不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜和市购袋对蛋糕失重的影响，其中双层薄膜为改性PVA薄膜的外层加上纯PVA薄膜。

表3 单层包装的蛋糕质量的失重 g

表4 双层包装的蛋糕质量的失重 g

对数据进行比较，市购袋对蛋糕的失重具有一定的保护作用。由于PVA具有吸湿性，对蛋糕的失重具有一定影响。单层香蕉皮浆改性PVA薄膜包装的蛋糕失重量较大，纯PVA薄膜吸水量最大，每次称量都比其他组的失重较多，第6天吸水量最大为1.98 g，而添加香蕉皮浆薄膜包装的蛋糕失重较少，说明一定程度可降低薄膜的吸水性。同时对单、双层包装进行对比后得知，双层包装的蛋糕失重相对减少，可能双层薄膜增大了阻隔性，减少蛋糕中水分向空气中散失，进而使蛋糕失重量减少。

2.6蛋糕的菌落总数测试

由于环境、蛋糕的营养物质等适应微生物的生长，而包装材料具有抑菌效果，能够很好延长蛋糕的货架期。图3、4反映了不同质量分数的香蕉皮浆改性PVA薄膜的单、双层薄膜包装对蛋糕菌落总数的影响。

从图3、4中可以看出，菌落总数总体显上升趋势。单层薄膜包装的蛋糕在第4天其菌落总数上升坡度增大，而双层薄膜包装的蛋糕在第8天以后菌落总数陡升。单层薄膜包装的蛋糕第4天时，其包装样品的菌落总数低于1.5×103CFU/g，质量分数为2%和3%香蕉皮浆改性薄膜具有相对较好的抑菌作用；而市购袋包装蛋糕菌落总数明显升高；第4天以后所有包装的蛋糕菌落总数都超过1.5×103CFU/g。双层薄膜包装的蛋糕到了第8天，其包装样品的菌落总数还没有超过1.5×103CFU/g，且质量分数为3 %的香蕉皮浆改性PVA薄膜具有最佳的抑菌效果。因此双层薄膜更能对蛋糕起着保护作用，对延长蛋糕货架期具有重要作用。从数据分析来看，在双层薄膜包装中，质量分数为3 %和4 %的香蕉皮浆改性PVA薄膜，其保鲜效果较好。

图3 单层薄膜包装的蛋糕菌落总数

图4 双层薄膜包装的蛋糕菌落总数

3 结论

通过对香蕉皮浆改性PVA薄膜的力学性能和光学性能测试得知，与其他香蕉皮浆的质量分数相比，当香蕉皮浆的质量分数为3 %时，可改善薄膜雾度、拉伸强度等性能。在常温下分别采用单层薄膜和双层薄膜对蛋糕进行包装，综合10 d的观察数据得知：香蕉皮浆质量分数为3 %的香蕉皮浆改性PVA薄膜各项性能最好，其次是香蕉皮浆质量分数为4 %的薄膜；双层薄膜包装的效果比单层薄膜包装好，对延长蛋糕货架期具有重要意义。

由此得出结论，香蕉皮浆改性PVA薄膜虽然能起到一定的保鲜效果，但在常温下对蛋糕的保鲜能力仍然有限。应该对薄膜的制备工艺以及包装方式进行改进，例如对香蕉皮进行萃取、在制膜前进行脱泡处理、选择充气包装等。

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StudyonPreparationofBananaPeelModifiedPolyvinylAlcoholFilmandPreservationofCakePackaging

YANGFu-xin，FANFei，XIANLi-jun,ZHANGJiong-jiong，DINGXiao-tong，QIUYan-na

(College of Food Science and Technology， Shanghai Ocean University，Shanghai 201306， China)

TQ 325.9

A

1009-5993(2017)03-0047-06

2017-05-25)

国家863项目(2012AA0992301)；上海市科委工程中心建设(11DZ2280300)；上海市助推计划资助项目(2013CL1312HY)；上海市产学研资助项目(15cxy69)；上海高校一流学科项目资助(A2-2019-14-0003)

杨福馨(1958—)，男，教授，主要从事包装工程理论与技术方面的研究。