響應(yīng)面法優(yōu)化納米SiOx/雞蛋清蛋白可食 性膜的琥珀酰化改性工藝

鄭 優(yōu)，汪學(xué)榮，陳厚榮，周 玲

（1.西南大學(xué)榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

響應(yīng)面法優(yōu)化納米SiOx/雞蛋清蛋白可食 性膜的琥珀酰化改性工藝

鄭 優(yōu)1，汪學(xué)榮1，陳厚榮2，周 玲1

（1.西南大學(xué)榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

目的：以雞蛋清蛋白為原料，制備納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜，研究琥珀酰化改性工藝對(duì)膜性能的影響。方法：以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為影響因素，以拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)為響應(yīng)值，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法，優(yōu)化可食性膜的琥珀酰化改性工藝。結(jié)果：建立了回歸模型，優(yōu)化琥珀酰化改性工藝為琥珀酸酐添加量0.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30，在此條件下可食性膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)的預(yù)測值分別為4.935 MPa、75.446%、3.499 g·mm/（m2·d·kPa）、0.874 g·mm/（m2·d），驗(yàn)證值為：（4.891±0.126）MPa、（73.560±4.329）%、（3.651±0.097）g·mm/（m2·d·kPa）、（0.914±0.008）g·mm/（m2·d），與之接近，優(yōu)化結(jié)果可靠。結(jié)論：琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜性能的主要因素。

雞蛋清蛋白；納米SiOx；可食性膜；響應(yīng)面；琥珀酰化

可食性膜是指以可食性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)[1]、多糖[2]等）為原料，添加增塑劑、增強(qiáng)劑、交聯(lián)劑等助劑，通過各種分子間的相互作用而形成的薄膜。雞蛋清蛋白是一種來源廣泛、營養(yǎng)豐富的蛋白質(zhì)，含有人體所必需的8種氨基酸，其中含硫氨基酸較多[3]。作為一種重要的食品加工原料，雞蛋清蛋白有許多重要的功能特性，如起泡性、凝膠性、溶解性和成膜性等。近年來，國內(nèi)外科技研究者已對(duì)其部分功能特性作了許多有益的研究[4-7]，但對(duì)雞蛋清蛋白成膜性能的研究鮮見報(bào)道。

近年來，國內(nèi)外的納米技術(shù)取得了較大發(fā)展，制備納米粒子的技術(shù)亦日趨成熟，將無機(jī)納米粒子應(yīng)用于醫(yī)學(xué)[8]、高分子材料[9]、傳感器等領(lǐng)域的研究也取得了長足發(fā)展。另外，納米技術(shù)也為可食性膜的制備提供了一種新方法。研究表明，納米微粒的加入能改善可食性膜的機(jī)械性能[10]、抗菌性能[11]及阻隔性能[12]。

可食性蛋白膜的機(jī)械性能和阻隔性能較差，其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用一定程度上受到了限制。近年來，國內(nèi)外學(xué)者已嘗試用各種改性手段（如物理改性[13]、化學(xué)改性[14]等）來改善蛋白膜的性能，但對(duì)可食性膜的化學(xué)改性方法主要為谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性[15-16]，對(duì)其進(jìn)行酰化改性的研究鮮見報(bào)道。同時(shí)，酰化改性處理多用于研究蛋白質(zhì)的凝膠性能[17]、溶解性能[18]及乳化性能[19]等，對(duì)蛋白質(zhì)成膜性能的研究較少。本研究以雞蛋清蛋白為原料，采用流延法制備分散均勻的納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜，并以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為因素，采用響應(yīng)面分析法對(duì)琥珀酰化改性工藝進(jìn)行優(yōu)化，探討各因素對(duì)膜性能的影響，以期為制備性能優(yōu)良的雞蛋清蛋白可食性膜提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有益參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞蛋清粉（BR級(jí)，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%）成都西亞化工股份有限公司；納米SiOx粉體（粒徑15～20 nm） 舟山明日納米材料技術(shù)有限公司；甘油、聚乙二醇400（均為分析純） 重慶市迎龍化工有限公司；環(huán)氧氯丙烷、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）（均為分析純） 成都市科龍化工試劑廠；色拉油 重慶永輝超市；琥珀酸酐、檸檬酸鈉、檸檬酸、2-乙氧基乙醇、氯化亞錫、無水乙醇、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）、茚三酮等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

手持式測厚儀（精度0.001 mm） 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；PB-10s精密pH計(jì) 德國賽多利斯公司；DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；90-2型定時(shí)恒溫磁力攪拌器、SZ-2自動(dòng)雙重純水蒸餾器 上海滬西分析儀器廠；JH-721型可見分光光度計(jì) 上海現(xiàn)科 儀器有限公司；透析袋（截留相 對(duì)分子質(zhì)量14 000） 上海源葉生物科技有限公司；KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；JJ-1型増力電動(dòng)攪拌機(jī) 金壇市富華儀器有限公司；XYW（L）-PC智能電子拉力測試機(jī) 濟(jì)南蘭光機(jī)電發(fā)展有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 雞蛋清蛋白琥珀酰化反應(yīng)工藝流程

準(zhǔn)確稱取8 g雞蛋清粉溶于水中，配成懸浮液，在一定的溫度下分批等量緩慢加入一定量的琥珀酸酐并磁力攪拌，反應(yīng)過程中用1 mol/L的NaOH溶液維持一定的pH值，一定反應(yīng)時(shí)間后取出置于透析袋中透析（4 ℃、24 h），透析后液體取出備用。

1.3.2 琥珀酰化度測定

先配制茚三酮溶液，然后采用茚三酮比色法測定雞蛋清蛋白的酰基化程度。將反應(yīng)后的雞蛋清配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液，均勻攪拌后量取1 mL于錐形瓶中，加入1 mL配好的茚三酮溶液，迅速搖勻并以錫箔紙密封，置于沸水浴中加熱5 min后取出通過冷水浴降溫，冷卻后加入100 mL蒸餾水?dāng)嚢钃u勻，以茚三酮與蒸餾水的混合溶液作空白，在30 min內(nèi)用玻璃比色皿測量其在580 nm波長處的吸光度。吸光度表明茚三酮溶液與游離氨基的反應(yīng)程度。酰化度的計(jì)算公式為：

1.3.3 納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的制備工藝流程

在按照1.3.1節(jié)方法透析后的液體中加入0.1 g納米SiOx，超聲分散均勻后，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.090%增塑劑甘油/聚乙二醇400（體積比3∶1）、0.550%增強(qiáng)劑CMC-Na和0.710%交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷，加入適量蒸餾水，攪拌使其充分溶解并定容至100 mL，在攪拌狀態(tài)下60 ℃水浴30 min，過濾，超聲波脫氣，冷卻，量取一定量的脫氣液于塑料板上流延成膜，將塑料板放入60 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥直至揭膜，之后貯存在裝有飽和硝酸鎂溶液（相對(duì)濕度為50%）的干燥器中均衡48 h，待測。

1.3.4 膜性能測定

1.3.4.1 膜厚

用測厚儀在待測膜上隨機(jī)取5 點(diǎn)測定，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，膜厚單位為mm。

1.3.4.2 拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率

參照GB/T 13022—91《塑料薄膜拉伸性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定，用智能電子拉力測試機(jī)測定。采用啞鈴Ⅱ形試樣測試，試樣寬度6 mm、標(biāo)距25 mm、實(shí)驗(yàn)速率50 mm/min，每個(gè)試樣均作3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別按式（2）、（3）計(jì)算[20]：

式中：TS為拉伸強(qiáng)度/MPa；p為試樣斷裂時(shí)的最大負(fù)荷/N；b為試樣寬度/mm；d為試樣厚度/mm。

式中：E為斷裂伸長率/%；L0為試樣原始標(biāo)線距離/mm；L為試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間距離/mm。

1.3.4.3 水蒸氣透過系數(shù)

參照GB 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸汽性試驗(yàn)方法：杯式法》的規(guī)定，采用擬杯子法測定。常溫下膜一側(cè)以烘干的無水氯化鈣維持水蒸氣分壓為0 kPa，即相對(duì)濕度為0，膜另一側(cè)相對(duì)濕度為65%（以飽和NaNO2溶液保持），按式（4）計(jì)算[21]：

式中：W V P為水蒸氣透過系數(shù)/（g·m m/（m2·d·kPa））；ΔW為時(shí)間T內(nèi)水蒸氣透過量/g；FT為膜厚/mm；S為膜面積/m2；T為測試時(shí)間/d，本實(shí)驗(yàn)為2 d；Δ PV為膜兩側(cè)水蒸氣壓差/kPa。

1.3.4.4 透油系數(shù)

將5 mL色拉油加入試管中，以待測膜封口，倒置于濾紙上，在密閉環(huán)境中放置2 d，稱量濾紙質(zhì)量的變化[22]，按式（5）計(jì)算：

式中：PO為透油系數(shù)（g·mm/（m2·d））；ΔW為時(shí)間T內(nèi)濾紙質(zhì)量的變化/g；FT為膜厚/mm；S為膜面積/m2；T為測試時(shí)間/d，本實(shí)驗(yàn)為2 d。

1.3.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為試驗(yàn)因素，研究這4 個(gè)因素對(duì)膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)的影響效果。試驗(yàn)均作3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)及透油系數(shù)為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面分析軟件，制定四因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Design-Expert軟件（Version 8.05 Stat-Ease Inc. MN，USA）對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸和方差分析（P＜0.05），每個(gè)實(shí)驗(yàn)處理均做3 個(gè)平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 琥珀酸酐添加量對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，其中一份作為對(duì)照。固定反應(yīng)時(shí)間為30 min、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同琥珀酸酐添加量（0、0.32、0.64、0.96、 1.28、1.60 g）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖1、2所示，酰化度的測定結(jié)果如圖3所示。

圖1 琥珀酸酐添加量對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.1 Effect of different dosages of succinic anhydride on mechanical properties of films

圖2 琥珀酸酐添加量對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.2 Effect of different dosages of succinic anhydride on barrier properties of films

圖3 琥珀酸酐添加量對(duì)雞蛋清蛋白酰化度的影響Fig.3 Effect of different dosages of succinic anhydride on succinylation degree of egg albumin

由圖3可以看出，隨著琥珀酸酐添加量的增加，雞蛋清蛋白的酰化度不斷增加。由圖1可以看出，膜的拉伸強(qiáng)度在琥珀酸酐添加量為0～0.64 g的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值4.620 MPa，在0.64～1.60 g的范圍內(nèi)不斷減小。膜的斷裂伸長率在添加量為0～0.96 g的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值67.200%，在0.96～1.60 g的范圍內(nèi)不斷減小。由圖2可看出，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)在添加量為0～0.64 g的范圍內(nèi)不斷降低并分別達(dá)最小值3.870 g·mm/（m2·d·kPa）和0.962 g·mm/（m2·d）。因此確定最佳的琥珀酸酐添加量為0.64 g，此時(shí)雞蛋清蛋白的酰化度為79.8%，說明雞蛋清蛋白的酰化改性改善了膜的各項(xiàng)性能。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液5 份，固定琥珀酸酐添加量為0.64 g、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同反應(yīng)時(shí)間（10、20、30、40、50 min）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖4、5所示，酰化度的測定結(jié)果如圖6所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.4 Effect of reaction time on mechanical properties of films

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.5 Effect of reaction time on barrier properties of films

由圖4、5可以看出，在反應(yīng)時(shí)間少于40 min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增大并達(dá)最大值4.660 MPa，反應(yīng)時(shí)間超過40 min后，拉伸強(qiáng)度有所降低。膜的斷裂伸長率在反應(yīng)時(shí)間為10～30 min的范圍內(nèi)不斷增大并達(dá)到最大值66.100%，在30～50 min的范圍內(nèi)不斷減小。膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)在反應(yīng)時(shí)間為10～40 min時(shí)不斷降低并分別達(dá)最小值3.790 g·mm/（m2·d·kPa）和0.948 g·mm/（m2·d）。而由圖6可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，雞蛋清蛋白的酰化度不斷增加。考慮膜的各項(xiàng)性能，確定最佳的反應(yīng)時(shí)間為40 min，此時(shí)雞蛋清蛋白的酰化度為80.7%。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，固定琥珀酸酐添加量為0.64 g、反應(yīng)時(shí)間為40 min、反應(yīng)pH值為8.0，考察不同反應(yīng)溫度（20、25、30、35、40、45 ℃）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖7、8所示，酰化度的測定結(jié)果如圖9所示。

圖7 反應(yīng)溫度對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.7 Effect of reaction temperature on mechanical properties of films

圖8 反應(yīng)溫度對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.8 Effect of reaction temperature on barrier properties of films

圖9 反應(yīng)溫度對(duì)雞蛋清蛋白酰化度的影響Fig.9 Effect of reaction temperature on succinylation degree of egg albumin

由圖9可知，反應(yīng)溫度對(duì)雞蛋清蛋白酰化度的影響不大。由圖7可看出，膜的拉伸強(qiáng)度在反應(yīng)溫度為20～35 ℃時(shí)緩慢上升并達(dá)最大值4.870 MPa，在反應(yīng)溫度高于35℃之后不斷下降；膜的斷裂伸長率在反應(yīng)溫度為20～40 ℃時(shí)不斷增大并達(dá)峰值72.900%，但與35 ℃時(shí)的數(shù)據(jù)72.400%差異不顯著，在溫度高于40 ℃后有所下降。由圖8可知，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均呈先下降后上升的趨勢，并在反應(yīng)溫度為35 ℃時(shí)達(dá)最低值3.570 g·mm/（m2·d·kPa）和0.893 g·mm/（m2·d）。因此選擇35 ℃為最適的反應(yīng)溫度，此時(shí)雞蛋清蛋白酰化度為81.3%。

2.4 反應(yīng)pH值對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能的影響

按上述方法制備膜液6 份，固定琥珀酸酐添加量0.64 g、反應(yīng)時(shí)間40 min、反應(yīng)溫度35 ℃，考察不同反應(yīng)pH值（7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5）對(duì)膜性能的影響，結(jié)果如圖10、11所示，酰化度的測定結(jié)果如圖12所示。

圖10 反應(yīng)pH值對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.10 Effect of pH value on mechanical properties of films

圖11 反應(yīng)pH值對(duì)膜阻隔性能的影響Fig.11 Effect of pH value on barrier properties of films

圖12 反應(yīng)pH值對(duì)雞蛋清蛋白酰化度的影響Fig.12 Effect of pH value on succinylation degree of egg albumin

由圖10可看出，在反應(yīng)pH值低于8.5時(shí)，膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均隨pH值的增大而增大，并在pH值為8.5時(shí)分別達(dá)峰值4.88 MPa和75.5%，但與pH值為8.0時(shí)的數(shù)據(jù)4.85 MPa和72.4%無顯著性差異；在pH值為8.5～9.5時(shí)膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均不斷降低。由圖11可知，在pH值為7.0～8.5時(shí)，膜的水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均逐漸降低，并在pH值為8.5時(shí)分別達(dá)最小值3.540 g·mm/（m2·d·kPa）和0.886g·mm/（m2·d），但與pH值為8.0時(shí)的數(shù)據(jù)3.580 g·mm /（m2·d·kPa）和0.894 g·mm/（m2·d）差異不顯著。綜合考慮膜的性能，確定pH 8.0～8.5為最佳反應(yīng)pH值，此時(shí)的酰化度約為81.0%，與前面所測酰化度相似，證明一定程度的酰化改性可以提高膜的性能。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.5.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以琥珀酸酐添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及反應(yīng)pH值為自變量，以拉伸強(qiáng)度（Y1）、斷裂伸長率（Y2）、水蒸氣透過系數(shù)（Y3）和透油系數(shù)（Y4）為響應(yīng)值，對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的琥珀酰化改性工藝進(jìn)行優(yōu)化。因素水平表見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels used in response surface design

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Scheme and experimental results for response surface design

2.5.2 回歸模型建立及顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，獲得膜拉伸強(qiáng)度（Y1）、斷裂伸長率（Y2）、水蒸氣透過系數(shù)（Y ）和透油系數(shù)（Y）的回歸方程如下：

表3 拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的回歸模型方差分析Table 3 Analysis E,, WVP andd OOPP

由表3可以看出，4 個(gè)響應(yīng)值的模型回歸均極顯著（P＜0.001），且失擬項(xiàng)在P=0.05水平上不顯著（P＞0.05），4 個(gè)模型的校正決定系數(shù)R2Adj分別為0.911 1、0.938 6、0.949 4和0.944 4，這表明4 個(gè)模型的擬合度均較好，分別能夠解釋91.11%、93.86%、94.94%和94.44%響應(yīng)值的變化，因此這4 個(gè)模型能很好地分別用于預(yù)測琥珀酰化改性條件對(duì)膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的影響。同時(shí)，這4 個(gè)模型均具有較低的離散系數(shù)（變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）值分別為1.04%、0.87%、1.17%、1.24%），說明整個(gè)試驗(yàn)具有較好的精確度和可靠性。

膜的各性能指標(biāo)的回歸方程系數(shù)及顯著性分析如表4所示。

表4 各性能指標(biāo)的回歸方程系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Significance test of the regression coefficients of film properties

2.5.3 響應(yīng)面分析

從表4可以看出，琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜拉伸強(qiáng)度的主要因素，膜拉伸強(qiáng)度的響應(yīng)面見圖13。當(dāng)琥珀酸酐添加量一定時(shí)，膜拉伸強(qiáng)度隨pH值的增大先上升后下降；固定反應(yīng)pH值時(shí)膜拉伸強(qiáng)度亦隨琥珀酸酐添加量的增加先升后降。在琥珀酸酐添加量0.48～0.80 g、反應(yīng)pH 8.2～8.6時(shí)的響應(yīng)面存在極值，二者的交互作用顯著。

由表4可知，反應(yīng)pH值是影響膜斷裂伸長率的主要因素，膜斷裂伸長率的響應(yīng)面見圖14、15。從結(jié)果來看，響應(yīng)值隨著反應(yīng)pH值變化幅度較大，而反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)響應(yīng)值的影響較小。從圖14、15均可看出，反應(yīng)時(shí)間或反應(yīng)溫度不變時(shí)，隨著反應(yīng)pH值的增大膜的斷裂伸長率不斷上升，均表現(xiàn)為響應(yīng)面曲線較陡，二者的交互作用顯著，且兩個(gè)響應(yīng)面均存在極大值。

從表4可看出，琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值均是影響膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的主要因素，膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的響應(yīng)面見圖16、17。當(dāng)反應(yīng)pH值在較低水平時(shí)，琥珀酸酐添加量對(duì)水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)的影響較顯著，膜水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù)均隨著琥珀酸酐添加量的增大而顯著下降。在琥珀酸酐添加量0.32～0.64 g、反應(yīng)pH 8.0～8.4時(shí)的響應(yīng)面坡面極陡，且響應(yīng)面存在極小值，兩者的交互作用顯著。

圖13 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響Fig.13 Effects of succinic anhydride dosage and pH value on TS

圖14 反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)pH值對(duì)斷裂伸長率的影響Fig.14 Effect of reaction time and pH value on E

圖15 反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值對(duì)斷裂伸長率的影響Fig.15 Effect of reaction temperature and pH on E

圖16 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)水蒸氣透過系數(shù)的影響Fig.16 Effect of succinic anhydride dosage and pH on WVP

圖17 琥珀酸酐添加量、反應(yīng)pH值對(duì)透油系數(shù)的影響Fig.17 Effect of succinic anhydride dosage and pH value on OP

2.5.4 琥珀酰化改性工藝的優(yōu)化與驗(yàn)證

利用Design-Expert軟件，通過對(duì)4 個(gè)回歸方程進(jìn)行聯(lián)合求解，得納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的最大值分別為4.935 MPa、75.446%，水蒸氣透過系數(shù)的最小值為3.499 g·mm/（m2·d·kPa），透油系數(shù)的最小值為0.874 g·mm/（m2·d）。此時(shí)的琥珀酰化改性工藝為：琥珀酸酐添加量0.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30。為了進(jìn)一步驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性和有效性，在最佳琥珀酰化改性工藝下制備蛋白膜，并進(jìn)行性能測定，膜各性能指標(biāo)分別為拉伸強(qiáng)度（4.891±0.126） MPa、斷裂伸長率（73.560±4.329）%、水蒸氣透過系數(shù)（3.651±0.097） g·mm/（m2·d·kPa）、透油系數(shù)（0.914±0.008） g·mm/（m2·d），與預(yù)測值相近，可見回歸模型能很好地預(yù)測膜的性能，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

琥珀酰化改性處理對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜性能有較大的影響。琥珀酸酐添加量和反應(yīng)pH值是影響膜性能的主要因素。通過單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析法對(duì)納米SiOx/雞蛋清蛋白可食性膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水蒸氣透過系數(shù)和透油系數(shù) 4 個(gè)響應(yīng)值建立了數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其琥珀酰化改性工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到的最優(yōu)琥珀酰化改性工藝為：琥珀酸酐添加量0.70 g、反應(yīng)時(shí)間40.35 min、反應(yīng)溫度34.87 ℃、反應(yīng)pH 8.30，在此條件下各性能的預(yù)測值為4.935 MPa、75.446%、3.499 g·mm/（m2·d·kPa）、0.874 g·mm/（m2·d），驗(yàn)證值為：（4.891±0.126）MPa、（73.560±4.329）%、（3.651±0.097）g·mm/（m2·d·kPa）、（0.914±0.008） g·mm/（m2·d）。所得的回歸模型擬合程度良好，并具有較好的預(yù)測性，優(yōu)化結(jié)果可靠。

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Optimization of Succinylation Modification Conditions of Nano-SiOx/Albumin Edible Film by Response Surface Methodology

ZHENG You1, WANG Xue-rong1, CHEN Hou-rong2, ZHOU Ling1
(1. Rongchang Campus, Southwest University, Chongqing 402460, China; 2. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

Purpose: Nano-SiOx/albumin edible films were prepared with egg albumin. The effects of succinylation modification on properties of edible films were studied. Methods: The tensile strength (TS), elongation at break (E), water vapor permeability (WVP) and oil permeability (OP) of edible films were investigated separately as a function of succinic anhydride addition, reaction time, reaction temperature and pH value by response surface methodology to establish the optimal succinylation modification conditions. Results: Regression models describing TS, E, WVP and OP were established. The optimal succinylation modification conditions were determined to be reaction at 34.87 ℃ for 40.35 min at pH 8.30 in the presence of 0.70 g of succinic anhydride. Under these conditions, the experimental TS, E, WVP and OP of edible films were (4.891±0.126) MPa, (73.560 ± 4.329)%, (3.651 ± 0.097) g mm/(m2d kPa) and (0.914±0.008) g mm/(m2d), respectively, close to the predicted values (4.935 MPa, 75.446%, 3.499 g mm/(m2d kPa) and 0.874 g mm/(m2d), respectively). Thus, the optimal conditions were reliable. Conclusion: Succinic anhydride addition and pH value were the main factors which influence film properties.

egg albumin; nano-SiOx; edible film; response surface methodology; succinylation

TS206.4

A

1002-6630（2014）18-0032-08

10.7506/spkx1002-6630-201418007

2013-12-31

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（XDJK2010C013）

鄭優(yōu)（1989—），女，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：zhengyou1989@163.com