紅薯淀粉可食用膜的工藝優(yōu)化研究

任瑞珍 趙 瑛

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系 山西呂梁 033001）

可食用膜是利用分子內(nèi)和分子間的相互作用生成的一種多孔穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)薄膜，具有可降解、可食用、綠色環(huán)保的優(yōu)點與特性[1]。本文利用不同高分子材料的交聯(lián)特性，研制出具有更優(yōu)越性能的紅薯淀粉可食用膜，從而開發(fā)紅薯的多元化產(chǎn)品，擴大紅薯的市場應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

山梨醇（食品級，山東綠健生物科技有限公司）；海藻酸鈉（食品級，河南高寶實業(yè)有限公司）；檸檬酸（食品級，山東英軒實業(yè)股份有限公司）；紅薯淀粉（食品級，新鄉(xiāng)良潤全谷物食品有限公司）。

1.2 實驗設(shè)備

C21-RT2160型電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；BS323S電子天平［賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司］；101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；YT-PJ-400M型均質(zhì)機（葉拓科技有限公司）；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州越新儀器制造有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 紅薯淀粉可食用膜的制備

將水和紅薯淀粉混合成淀粉乳，分別加入山梨醇、海藻酸鈉、檸檬酸在均質(zhì)機進行勻漿處理。將均質(zhì)好的樣液放入恒溫水浴鍋進行加熱，糊化后，放置一段時間進行脫泡處理。將樣液導(dǎo)入培養(yǎng)皿中，使樣液鋪滿整個培養(yǎng)皿底部，而后放入鼓風(fēng)干燥箱進行干燥，干燥結(jié)束后在干燥器中進行冷卻。最后取出揭膜備用[2-4]。

1.3.2 單因素實驗

（1）山梨醇使用量對紅薯淀粉可食用膜感官評分的影響。

山梨醇使用量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（100 g水計），海藻酸鈉使用量為1.4%，檸檬酸使用量為2.5%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對其進行感官評分。

（2）海藻酸鈉使用量對紅薯淀粉可食用膜感官評分的影響。

海藻酸鈉使用量分別為1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%（100 g水計），山梨醇使用量為0.6%，檸檬酸使用量為2.5%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對其進行感官評分。

（3）檸檬酸使用量對紅薯淀粉可食用膜感官評分的影響。

檸檬酸使用量分別為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%（100 g水計），山梨醇使用量為0.6%，海藻酸鈉使用量為1.4%，淀粉糊化溫度為75 ℃，按照1.3.1的方法制成膜后對其進行感官評分。

（4）淀粉糊化溫度對紅薯淀粉可食用膜感官評分的影響。

淀粉糊化溫度分別為65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃，山梨醇使用量為0.6%，海藻酸鈉使用量為1.4%，檸檬酸使用量為2.5%，按照1.3.1的方法制成膜后對其進行感官評分。

1.3.3 正交實驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，確定山梨醇使用量、海藻酸鈉使用量、檸檬酸使用量、淀粉糊化溫度4個因素的較優(yōu)取值范圍，因為L9(34)正交無法對實驗結(jié)果進行方差分析，也無法探究各因素間的交互作用，因此本實驗中增加了空白列，進行五因素三水平的正交實驗，評價指標(biāo)為可食用淀粉膜的感官評分，每組試驗進行3次重復(fù)，取平均值，并進行分析, 得出紅薯淀粉可食用膜的最佳工藝條件。

1.3.4 感官評價可食用膜性能

將制備好的紅薯淀粉可食用膜請8名專業(yè)的食品感官評定員按紅薯淀粉可食用膜的感官評分標(biāo)準(zhǔn)進行評價，感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[5-7]。

表1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

2.1 單因素實驗結(jié)果分析

2.1.1 山梨醇使用量的確定

由圖1可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評分隨著山梨醇使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢。感官評分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)山梨醇使用量為0.6%時，紅薯淀粉可食用膜的感官評分最高，為95分，說明可食用膜性能得到了很大改善，這可能是因為山梨醇會與淀粉競爭形成氫鍵的羥基，使得鍵合作用變?nèi)?，軟化了可食用膜的剛性結(jié)構(gòu)，增加了延展性，此時可食用膜柔韌而富有光澤[8-11]；當(dāng)山梨醇使用量小于0.6%時，由于淀粉膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有很強的分子間鍵合作用，因此膜的流動性很低，從而形成剛性結(jié)構(gòu)，制備得到的可食用膜較脆硬，易斷裂，沒有達到增塑的效果[12-15]；當(dāng)山梨醇的使用量大于0.6%時，結(jié)合的水分子增加，淀粉分子間的相互作用會大幅度下降，膜又變得黏軟，力學(xué)性能下降，影響膜的感官評分，使感官評分逐漸降低。所以，選取0.4%、0.6%、0.8%三個水平進行正交實驗來確定山梨醇的最優(yōu)使用量。

圖1 山梨醇使用量對可食用膜感官評分的影響

2.1.2 海藻酸鈉使用量的確定

由圖2可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評分隨著海藻酸鈉使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢。感官評分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)海藻酸鈉使用量為1.4%時，紅薯淀粉可食用膜的感官評分最高，為94分，說明在此條件下可食用膜的性能最好，膜質(zhì)柔韌，光滑而富有光澤，質(zhì)地均勻，易揭膜；當(dāng)海藻酸鈉使用量小于1.4%時，隨著海藻酸鈉使用量的不斷增加，感官評分逐漸升高，這是因為海藻酸鈉可以與淀粉糊化暴露的羥基形成分子間氫鍵，從而提高膜的柔韌性[16-19]；當(dāng)海藻酸鈉使用量超過1.4%以后，膜液黏度增加，不易形成膜，增強組分不能均勻分布，導(dǎo)致膜的厚度不均勻，分子之間較強的作用力使得膜內(nèi)的水分被擠壓出來，膜的質(zhì)地更加堅硬[20-22]，影響膜的感官評分，使感官評分逐漸降低。所以，選取1.2%、1.4%、1.6%三個水平進行正交實驗來確定海藻酸鈉的最優(yōu)使用量。

圖2 海藻酸鈉使用量對可食用膜感官評分的影響

2.1.3 檸檬酸使用量的確定

由圖3可知，紅薯淀粉可食用膜的感官評分隨著檸檬酸使用量的不斷增加而呈先增后減的趨勢。感官評分越高，可食用膜性能越好。當(dāng)檸檬酸使用量為2.5%時，紅薯淀粉可食用膜的感官評分最高，為93分，說明在此條件下可食用膜的性能最好，膜質(zhì)均勻光滑，富有彈性，表面完整；當(dāng)檸檬酸使用量小于2.5%時，隨著檸檬酸添加量的不斷增加，感官評分逐漸升高，這是因為檸檬酸可以減弱分子間的氫鍵作用，使膜質(zhì)變得柔軟而具有韌性[23-25]；當(dāng)檸檬酸使用量超過2.5%以后，過量的檸檬酸會引起淀粉分子水解，降低膜的機械性能，影響膜的感官評分，使感官評分逐漸降低[26]。所以，選取2.0%、2.5%、3.0%三個水平進行正交實驗來確定檸檬酸的最優(yōu)使用量。

圖3 檸檬酸使用量對可食用膜感官評分的影響

2.1.4 淀粉糊化溫度的確定

由圖4可知，當(dāng)?shù)矸酆瘻囟葹?5 ℃時，紅薯淀粉可食用膜的感官評分最高，為90分，說明在此條件下可食用膜的性能最好，膜光滑而富有彈性，質(zhì)地均勻，易揭膜；當(dāng)?shù)矸酆瘻囟鹊陀?5 ℃時，隨著淀粉糊化溫度的不斷升高，感官評分逐漸升高，這是因為改良劑都有很好的吸水能力，導(dǎo)致可食用膜中淀粉含量減少，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)疏松，膜中心呈黏稠狀[27-29]；當(dāng)?shù)矸酆瘻囟雀哂?5 ℃以后，由于水分蒸發(fā)較快，改良劑與水之間的氫鍵未能充分形成，導(dǎo)致可食用膜含水量減少，質(zhì)地脆硬，很難揭膜，并且高溫會使成膜材料輕微焦化，呈焦黃色[30]，影響膜的感官評分，使感官評分逐漸降低。所以，選取70 ℃、75 ℃、80 ℃三個水平進行正交實驗來確定最優(yōu)的淀粉糊化溫度。

圖4 淀粉糊化溫度對可食用膜感官評分的影響

2.2 正交實驗結(jié)果分析

五因素三水平的正交因素水平表，如表2所示。

表2 正交實驗因素水平表

由表3得知，在紅薯淀粉可食用膜的制備過程中，因素C檸檬酸使用量對紅薯淀粉可食用膜的感官評分影響最大。4個單因素對紅薯淀粉可食用膜感官評分影響的主次順序為C＞A＞D＞B，即檸檬酸使用量＞山梨醇使用量＞淀粉糊化溫度＞海藻酸鈉使用量。紅薯淀粉可食用膜的最佳制備工藝為:A2B2C2D2，即山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。

表3 L18(35)正交實驗結(jié)果

由表4可知，淀粉糊化溫度的顯著性小于0.05，山梨醇使用量、檸檬酸使用量的顯著性小于0.01，說明在紅薯淀粉可食用膜的生產(chǎn)工藝條件中山梨醇使用量、檸檬酸使用量對可食用膜感官評分具有極顯著影響，淀粉糊化溫度對可食用膜感官評分具有顯著影響。

表4 正交實驗感官評分方差分析表

2.3 驗證實驗

正交實驗的結(jié)果表明紅薯淀粉可食用膜最佳工藝條件為：A2B2C2D2，在此條件下進行3次平行實驗。驗證結(jié)果如表5所示。

表5 驗證實驗結(jié)果

由表5可知，紅薯淀粉可食用膜的最佳工藝條件為山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。該組合實驗在最佳工藝條件下，感官評分達到最高分，表明其性能優(yōu)于單因素實驗以及其他正交實驗結(jié)果，取得了預(yù)期效果。

3 結(jié)論

通過單因素和正交實驗，紅薯淀粉可食用膜的最優(yōu)制備工藝：山梨醇使用量0.6%，海藻酸鈉使用量1.4%，檸檬酸使用量2.5%，淀粉糊化溫度75 ℃。此工藝參數(shù)下，可食用膜的感官評分為95分，膜的顏色呈白色，色澤均勻，柔軟光滑，彈性十足，可食，入口即化，略微有紅薯的香味。