一種用于肉制品的單層復(fù)合指示膜的制備

孫帆 李百洋 張東娜 劉佳馨 李帥

摘要 為了進(jìn)一步研究可食膜的制備過程以及制備具有良好性能的可食膜，本文以玉米淀粉溶液和殼聚糖溶液為成膜基材，以甘油為增塑劑，并添加花青素作為功能物質(zhì)，制備得到可食膜，以機(jī)械性能、透光率、透油性作為考察指標(biāo)，確定其制備工藝為3%殼聚糖，4%淀粉，10%花青素溶液，3.38%甘油，在此條件下，膜性能最好，其透光率為24.40%，透油率2.6×10-3 g·mm/（cm2·d），抗拉強(qiáng)度為17.06 N，斷裂伸長(zhǎng)率為84%。

關(guān)鍵詞 玉米淀粉；殼聚糖；甘油；可食膜

中圖分類號(hào) TS206.4? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ?A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）03-0153-05

Preparation of A Single-layer Composite Indicator Film for Meat Products

SUN Fan? ?LI Baiyang? ?ZHANG Dongna? ?LIU Jiaxin? ?LI Shuai*

（College of Food Engineering，Jilin Agriculture Sciencal and Technology University， Changyi Jilin 132101）

Abstract In order to further study the preparation process of edible film and prepare edible film with good performance， the edible film was prepared with corn starch solution and chitosan solution as film-forming substrate， glycerol as plasticizer and anthocyanin as functional material. The preparation process was determined as follows： 3% chitosan， 4% starch， 10% anthocyanin，3.38% glycerol. The results showed that the edible film had the best properties， with light transmittance of 24.40%， oil permeability of 2.6×10-3 g·mm/（cm2·d）， tensile strength of 17.06 N and elongation at break of 84%.

Keywords corn starch; chitosan; glycerol; edible film

肉及肉制品富含水分，是微生物的“天然培養(yǎng)基”[1]。當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，人們開始關(guān)注食品品質(zhì)。因此，開發(fā)簡(jiǎn)單、快速、可靠、無創(chuàng)、無損的包裝技術(shù)來評(píng)價(jià)食品的新鮮度，對(duì)保障食品質(zhì)量安全、減少食品浪費(fèi)具有重要意義[2]。

淀粉、殼聚糖廣泛存在于自然界[3]，具有良好的成膜性和相容性，是一種理想的成膜基質(zhì)材料，添加花青素作為功能性物質(zhì)后，它能與肉類食品腐敗產(chǎn)生的氣體發(fā)生反應(yīng)，可根據(jù)肉色的視覺變化判斷食品的新鮮度和食用性。因此該研究選取殼聚糖和淀粉為成膜基材，以甘油為增塑劑，并添加花青素作為功能性物質(zhì)，制作可食性包裝膜，并對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，以期獲得具有優(yōu)良性能的可食性包裝膜。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

FA2104N電子天平（上海箐海儀器有限公司）；DHG-9023恒溫干燥箱（上海合恒儀器設(shè)備有限公司）；HH-1水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；TA-300W質(zhì)構(gòu)儀（江蘇省密朗德儀器有限公司）；722N分光光度儀（上海箐華科技儀器有限公司）；MS-H280磁力攪拌器（上海儀昕科學(xué)儀器有限公司）；成膜器（20 cm×20 cm），自制，有機(jī)玻璃。

1.2 試驗(yàn)材料與試劑

冰醋酸（天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）、玉米淀粉（吉林省杞參食品有限公司）、殼聚糖（脫乙酰度95.8%，濟(jì)南海得貝海洋生物制品有限公司）、甘油（天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）、桑葚花青素（西安圣青生物科技有限公司）、去離子水（電導(dǎo)率18.2 M[Ω]/cm，自制）。

1.3 可食膜制備方法

稱取3 g殼聚糖樣品加入1.5%的醋酸溶液中，制備3%殼聚糖溶液。稱取4 g淀粉加入去離子水得到4%的淀粉溶液。然后以150 r/min的速度混合，在80 ℃水中糊化30 min，以6∶4的體積比混合殼聚糖溶液和淀粉溶液。加入50%的甘油，100 ℃恒溫150 r/min，攪拌20 min，將制備好的成膜液置于80 mL燒杯中，加入10%的花青素溶液，加入6 mL成膜液，磁力攪拌15 min，過濾除去泡沫，即可成膜。成品自然干燥24 h，50 ℃干燥6 h。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 膜的厚度測(cè)定。千分尺測(cè)量3次取平均值。

1.4.2 透油性測(cè)試。向試管中加入5 mL沙拉油，試驗(yàn)?zāi)っ芊夂?，將其倒置在濾紙上，放置2 d，并稱量濾紙的質(zhì)量變化[4]，按下式計(jì)算透油性系數(shù)（Pod）：

Pod=[?m?FT/A?T] （1）

式中，[?m]——濾紙的質(zhì)量變化（g）；FT——膜厚（mm）；A——膜的表面積（m2）；T——放置時(shí)間（d）。

1.4.3 透光性測(cè)試。將膠片切成條（30 mm×10 mm）并牢固固定在比色槽中。在500 nm處測(cè)量光吸收值。根據(jù)以下公式將獲得的吸收值（A）轉(zhuǎn)換為透射率（T）。透射率越高，透明度越高[5]。

[T（%）=10-A×100] （2）

1.4.4 機(jī)械性能測(cè)試。測(cè)試指示膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率拉伸速度為100 mm/min，每個(gè)試樣取5個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)和分析，計(jì)算得出抗拉強(qiáng)度[6]。

抗拉強(qiáng)度以[σt]表示，按公式（3）計(jì)算：

[σt=pbd] （3）

式中，[p]為最大負(fù)荷，N；[b]為試樣寬度，mm；[d]為試樣厚度，mm。

斷裂伸長(zhǎng)率以[ε]表示，按公式（4）計(jì)算[7]。

[ε（%）=L-L0L0×100] （4）

式中，[L0]為樣品原始標(biāo)記距離，mm；L為試樣斷裂或屈服時(shí)標(biāo)記之間的距離，mm。

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選取殼聚糖含量、甘油含量和干燥溫度3個(gè)因素，選取透光率、透油率、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率為響應(yīng)值，采用3因素3水平的響應(yīng)面分析方法，因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1.1 殼聚糖含量對(duì)可食膜性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖1～4。由圖可知，殼聚糖是甲殼素脫乙酰化的產(chǎn)物。殼聚糖含有大量的氨基異構(gòu)體，易于結(jié)構(gòu)修飾。其濃度與黏度成正比，黏度與時(shí)間成反比。因此，應(yīng)在氣泡形成后立即使用薄膜制備溶液[8]。用低濃度殼聚糖制備的膜易碎，不易剝離，而高濃度的殼聚糖只能形成小而硬的碎片。殼聚糖膜對(duì)空氣中的油滴具有親脂性，而殼聚糖膜對(duì)水中的油滴具有疏水性[9]。隨著殼聚糖的加入，可食性薄膜的拉伸強(qiáng)度先增大后減小。添加淀粉后，殼聚糖的羥基與淀粉的羧基和氨基形成化學(xué)鍵，提高了可食性膜的拉伸強(qiáng)度。由此可知，殼聚糖含量在3%左右時(shí)，透油率和透光率較低，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較高。

2.1.2 甘油含量對(duì)可食膜性能的影響。

甘油含有大量親水性羥基，吸水性強(qiáng)，對(duì)食用膜有良好的保濕效果，作為增塑劑可與其他物質(zhì)良好交聯(lián)，但動(dòng)作強(qiáng)度和動(dòng)作集中度之間有很大的關(guān)系[10]。由圖5～8可知，當(dāng)甘油含量在3.38%左右時(shí)，透光率、透油率相對(duì)較小，抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)較大。

2.1.3 干燥溫度對(duì)可食膜性能的影響。由圖9～12可知，溫度在一定范圍內(nèi)對(duì)其組分的化學(xué)鍵沒有影響，即對(duì)食用薄膜的性能沒有顯著影響。從圖中可以看出，溫度對(duì)薄膜的透明度和滲透性均沒有顯著影響，但對(duì)拉伸度和斷裂速率影響不大。因此，干燥溫度的變化對(duì)成膜無明顯影響。

3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

選取殼聚糖含量（A）、甘油含量（B）、干燥溫度（C）為自變量，透光率、透油率、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率為響應(yīng)值，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

通過響應(yīng)面分析，可得到透光率（Y1）、透油率（Y2）、抗拉強(qiáng)度（Y3）、斷裂伸長(zhǎng)率（Y4）對(duì)殼聚糖含量、甘油含量、干燥溫度三因素的回歸方程如表4所示。

由響應(yīng)面分析可知，透光率、透油率、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率中二次回歸模型P值均小于0.000 1，表明該試驗(yàn)的二次模型呈現(xiàn)極顯著狀態(tài)，失擬項(xiàng)P值均呈現(xiàn)極不顯著狀態(tài)。同時(shí)對(duì)二次回歸方程進(jìn)行方差分析，R2分別為0.996 2、0.997 7、0.975 1、0.983 5；R2Adj分別為0.991 4、0.994 7、0.943 0、0.962 2；R2pred分別為0.955 1、0.971 5、0.694 2、0.806 2。由此表明，透光率、透油率、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率與模型的預(yù)測(cè)結(jié)果具有較好的一致性。因此，該試驗(yàn)可靠。

以透光率和透油率取最小值，斷裂伸長(zhǎng)率和和抗拉強(qiáng)度取最大值為尋優(yōu)目標(biāo)，應(yīng)用響應(yīng)面分析法對(duì)因素綜合尋優(yōu)。優(yōu)化結(jié)果殼聚糖含量為3.0%，甘油含量為3.38%時(shí)，模型預(yù)測(cè)得出可食膜透光率為24.72%，透油率為2.68×103 g·mm/（cm2·d），抗拉強(qiáng)度為17.27 N，斷裂伸長(zhǎng)率為85.40%。按照上述優(yōu)化結(jié)果材料配比進(jìn)行可食膜的制備以及性能測(cè)定，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，測(cè)得平均透光率為24.40%，透油率為2.6×103 g·mm/（cm2·d），抗拉強(qiáng)度為17.06 N，斷裂伸長(zhǎng)率為84%。透光率相對(duì)誤差最小為1.31%，透油率相對(duì)誤差最大為2.98%，說明試驗(yàn)結(jié)果可用。

4 結(jié)論

綜上所述，以玉米淀粉溶液和殼聚糖溶液為成膜基材，以甘油為增塑劑制備可食膜，可確定可食膜的制備最佳條件為3%殼聚糖，4%淀粉，10%花青素溶液，3.38%甘油，在該條件下，其透光率為24.40%，透油率2.6×103 g·mm/（cm2·d），抗拉強(qiáng)度為17.06 N，斷裂伸長(zhǎng)率為84%，此時(shí)膜的性能最好。

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（責(zé)編：王 菁）

基金項(xiàng)目 吉林省大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（S20211 1439087）。

作者簡(jiǎn)介 孫帆（2001—），女，黑龍江七臺(tái)河人。研究方向：食品質(zhì)量與安全。

李帥*通信作者

收稿日期 2022-04-26