肖力源 余國(guó)賢 雷晏琳 吳賀君 黎杉珊 羅擎英 申光輝 張志清(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,雅安 625014)
近年來(lái)隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的提高,天然可降解食品包裝材料逐漸成為研究熱點(diǎn),尤其天然高分子材料以其生物降解性、機(jī)械抵抗性和阻氧阻水等能力受到人們的關(guān)注[1]。其中食品包裝膜由于使用方便、價(jià)格便宜,占據(jù)了非常大的市場(chǎng)份額,科研人員研發(fā)了淀粉基質(zhì)、蛋白質(zhì)基質(zhì)以及復(fù)合基質(zhì)的各類包裝膜。玉米淀粉來(lái)源廣泛、成本低廉,是作為加工淀粉基質(zhì)包裝膜的主要基材之一。但是,利用玉米淀粉制作淀粉基膜普遍存在機(jī)械強(qiáng)度不足和阻水性能較差的問(wèn)題[2]。因此一些研究通過(guò)添加增塑劑、交聯(lián)劑或與其他天然高分子如殼聚糖、魔芋葡甘露聚糖(Konjac glucomannan,KGM)、海藻酸鈉、羧甲基纖維素等混合使用改善其性能。殼聚糖是幾丁質(zhì)經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到的一種天然高分子聚合物,本身具有良好的成膜性、生物相容性和生物降解性[3]。魔芋葡甘露聚糖是從魔芋莖塊中提取的,其含量大約占干魔芋塊莖的60%左右,具有獨(dú)特的理化性質(zhì),如保水性、增稠性、流變性、凝膠性和成膜性等。
Chen等[4]通過(guò)流延法制備豌豆淀粉/KGM復(fù)合膜,對(duì)膜的物性進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明淀粉分子與KGM間形成強(qiáng)烈氫鍵,混容性良好。當(dāng)KGM質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到70%,復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度從7.4 MPa提高到68.1 MPa,且其斷裂延伸率高于純豌豆淀粉膜測(cè)定結(jié)果。Jia等[5]將殼聚糖和KGM添加到蛋白膜中,發(fā)現(xiàn)由于殼聚糖與KGM更具親水性,KGM濃度增加減弱了蛋白膜的阻水性,說(shuō)明KGM的存在不利于殼聚糖與蛋白間的相容性。王虹霞等[6]采用溶液共混法制備不同質(zhì)量比的果膠/殼聚糖/魔芋膠復(fù)合膜,發(fā)現(xiàn)果膠、殼聚糖和魔芋膠分子間有很好的相容性并發(fā)生了一定相互作用,三相分子鏈相互纏繞,形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Ortega-Toro等[7]研究證明表面活性劑在純玉米淀粉基膜中形成游離聚合物和V型直鏈淀粉分子包合物,在無(wú)定形區(qū)產(chǎn)生間斷點(diǎn)。表面活性劑的加入使薄膜更柔軟,提高了耐機(jī)械性和延展性,但對(duì)光澤度和透明度影響不顯著。綜上,KGM已被用于復(fù)合膜的制備,且在多糖基膜中兼容強(qiáng)于蛋白基膜,表面活性劑用以改善玉米淀粉膜性能,但是玉米淀粉/殼聚糖/KGM三相復(fù)合膜的制備研究鮮見(jiàn),特別是表面活性劑對(duì)其物性的影響更少有研究報(bào)道。
多種成膜基材混合時(shí)可發(fā)生增效協(xié)同作用,在此基礎(chǔ)上本研究以玉米淀粉、殼聚糖和KGM為成膜基質(zhì),甘油為增塑劑,吐溫-80為表面活性劑,采用流延法制備玉米淀粉基復(fù)合膜,探討成膜基材對(duì)膜形成和性能的影響,并優(yōu)化成膜配方,以期制備出具有良好物理機(jī)械性能的食品包裝膜材料,豐富淀粉基膜種類和提供生產(chǎn)新型食品包裝膜的技術(shù)參考。
1.1 材料與試劑
玉米淀粉:重慶佳仙食品有限公司;殼聚糖(脫乙酰度≥90%):上海源葉生物科技有限公司;魔芋葡甘露聚糖(KGM):成都光禾商貿(mào)有限公司;丙三醇、冰乙酸、吐溫-80(均為分析純):成都科龍化工試劑廠。
1.2 儀器與設(shè)備
UV-3100紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):上海美普達(dá)儀器有限公司;PERME W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀:濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀:超技儀器有限公司;FJ200-SH數(shù)顯恒速高速分散均質(zhì)機(jī):上海壘固儀器有限公司;SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵:鞏義市英峪華科儀器廠;148-121型螺旋測(cè)微器:鄭州中天實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;玻璃成膜板(內(nèi)腔23 cm×28 cm):自制。
1.3 研究方法
1.3.1 復(fù)合膜的制備
稱取一定量玉米淀粉(以100 mL蒸餾水質(zhì)量計(jì))于100 mL蒸餾水中,95 ℃恒溫水浴糊化15 min,備用;固定殼聚糖與KGM的總質(zhì)量為1.6 g,稱取一定比例的殼聚糖與KGM(分別以100 mL蒸餾水質(zhì)量計(jì)),殼聚糖溶于100 mL 1%乙酸溶液,KGM溶于100 mL蒸餾水,備用。將制備好的三種溶液混合,依次加入一定量丙三醇、吐溫-80(以膜液質(zhì)量百分比計(jì)),10 000 r/min均質(zhì)4 min,將混合膜液進(jìn)行真空脫氣。取排氣泡后的成膜液145 g于預(yù)先清洗干凈的玻璃板(23 cm×28 cm)流延成膜,60 ℃、10 h鼓風(fēng)干燥箱烘干揭膜,置于相對(duì)濕度(55±1)%、溫度(25±1)℃環(huán)境平衡48 h后測(cè)定性能[8]。
1.3.2 復(fù)合膜性能指標(biāo)測(cè)定
1.3.2.1 膜厚度的測(cè)定
根據(jù)GB/T 1040.3—2006的測(cè)試方法[9],將膜裁成150 mm×15 mm薄條,用螺旋測(cè)微器測(cè)量復(fù)合膜對(duì)角線端及中央各隨機(jī)一點(diǎn)厚度(每張膜隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)),單位為mm。
1.3.2.2 力學(xué)性能測(cè)定
在1.3.2.1測(cè)定的膜的基礎(chǔ)上,在TA-XT2i物性測(cè)試儀上測(cè)定薄膜的抗拉強(qiáng)度(tensile strength,TS)和斷裂伸長(zhǎng)率(elongation at break,EAB),設(shè)置測(cè)速為50 mm/min,初始距離為100 mm。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次取平均值。TS單位為MPa,EAB單位為%。
1.3.2.3 水蒸氣透過(guò)系數(shù)(water vapour permeability,WVP)測(cè)定
依據(jù)ASTM F 1249-90[10],使用PERME W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀測(cè)定復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù),每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次取平均值。單位為10-12gcm-1s-1Pa-1。
1.3.2.4 不透明度(Opacity)測(cè)定
將薄膜裁成12 mm×40 mm矩形,緊貼于比色皿一側(cè),在600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其不透明度,以空比色皿作為對(duì)照,測(cè)5個(gè)平行樣,單位為mm-1[11]。
Opacity=A600/x
(1)
式中:A600為樣品膜在600 nm下的吸光值;x為樣品膜厚度/mm。
1.3.2.5 物理性能綜合評(píng)分指標(biāo)計(jì)算
采用主成分分析降維處理將復(fù)合膜的各項(xiàng)物性指標(biāo)重新組合為幾個(gè)綜合指標(biāo),通過(guò)隸屬度綜合評(píng)分法確定復(fù)合膜的綜合評(píng)分。主成分分析利用降維的方法可以將所研究的對(duì)象或若干指標(biāo)重新組合成一組新的綜合指標(biāo)代替原來(lái)指標(biāo)變量。再根據(jù)實(shí)際需要,按設(shè)定的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率的臨界值,選取少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)所研究對(duì)象的簡(jiǎn)化與綜合評(píng)價(jià)[12]。
采用SPSS軟件先將復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度4個(gè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化,再降維計(jì)算對(duì)應(yīng)的權(quán)重。運(yùn)用隸屬度綜合評(píng)分法[8,13]將這4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)分,TS和EAB預(yù)期越大越好,按正效應(yīng)公式(2)計(jì)算,WVP和不透明度預(yù)期越小越好,按負(fù)效應(yīng)公式(3)計(jì)算。
正效應(yīng)P=(Ai-Amin)/(Amax-Amin)
(2)
負(fù)效應(yīng)P=(Amax-Ai)/(Amax-Amin)
(3)
式中:P為隸屬度,Ai為指標(biāo)值,Amin為相同指標(biāo)最小值,Amax為相同指標(biāo)最大值。
復(fù)合膜的物理性能綜合得分(S)按式(4)計(jì)算[13]。
S=aP1+bP2+cP3+dP4
(4)
式中a、b、c、d分別為TS、EAB、WVP和不透明度的權(quán)重,P1、P2、P3、P4分別為TS、EAB、WVP和不透明度的隸屬度。所有指標(biāo)實(shí)驗(yàn)得分重復(fù)3次,結(jié)果取平均值。
1.3.3 各成膜基材對(duì)復(fù)合膜性能的影響
考察殼聚糖與葡甘露聚糖質(zhì)量比、玉米淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、吐溫-80質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)淀粉基可降解膜性能的影響,按1.3.1工藝條件制備復(fù)合膜,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1,固定水平為殼聚糖與KGM質(zhì)量比1.0:0.6,玉米淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%,甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%,吐溫-80質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。
表1 單因素實(shí)驗(yàn)水平表
1.3.4 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用SPSS設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)L9(34),選取淀粉質(zhì)量百分濃度(A)、殼聚糖:KGM(B)、甘油質(zhì)量百分濃度(C)和吐溫-80質(zhì)量百分濃度(D)為實(shí)驗(yàn)因素,以物性綜合評(píng)分為響應(yīng)值,因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。
表2 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平表
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示,使用SPSS 20、Origin 9進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用方差分析(ANOVA)顯著性差異(P<0.05),評(píng)價(jià)不同平均值之間的差異性。
2.1 成膜基材對(duì)復(fù)合膜性能的影響
2.1.1 殼聚糖與KGM質(zhì)量比對(duì)復(fù)合膜性能影響
圖1為殼聚糖與KGM質(zhì)量比對(duì)復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度的影響。當(dāng)降低殼聚糖濃度,提高KGM濃度,復(fù)合膜TS逐漸增加,當(dāng)殼聚糖與KGM質(zhì)量比為1.0:0.6時(shí)達(dá)到最大;殼聚糖/KGM/淀粉復(fù)合膜的EAB均比殼聚糖/淀粉復(fù)合膜低,但在(32.98±1.08)%以上。Jia等[6]固定大豆分離蛋白添加量,提高殼聚糖與KGM質(zhì)量比,同樣發(fā)現(xiàn)TS降低EAB增加的結(jié)果。KGM和淀粉分子鏈間存在協(xié)同增效作用[4],這可能改善淀粉/KGM相鄰分子鏈的運(yùn)動(dòng)并影響淀粉分子重結(jié)晶[14],從而改善復(fù)合膜的TS和EAB。未添加KGM的淀粉/殼聚糖膜的WVP為(1.79±0.02)×10-12gcm-1s-1Pa-1,隨KGM比例增加,復(fù)合膜WVP增加。Jia等[6]研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白含量固定,復(fù)合膜的WVP隨KGM濃度的降低和殼聚糖濃度的增加而增加,這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反,可能是蛋白與多糖兩種成膜基質(zhì)具有不同生物性質(zhì)造成的結(jié)果。結(jié)晶度高低會(huì)影響聚合物膜的阻水效果,聚合物結(jié)晶度越高,則阻水性越好[15]。三相共混膜結(jié)構(gòu)致密度可能較兩相共混膜低,因此淀粉/殼聚糖/KGM膜與淀粉/殼聚糖膜相比WVP要高。另一方面聚合物中長(zhǎng)鏈大分子的取向也可降低薄膜的透過(guò)率[15],淀粉分子羥基與KGM/殼聚糖分子羥基或氨基通過(guò)氫鍵相互作用,增塑劑和表面活性劑穿插于聚合物大分子鏈中,使得水分子需要經(jīng)過(guò)更為曲折的路徑才能透過(guò)薄膜。不透明度隨殼聚糖與KGM質(zhì)量比減少呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),原因與前述結(jié)晶度提高一致,但當(dāng)質(zhì)量比為0.8:0.8時(shí)不透明度增加,這是由于干燥過(guò)程中各底物沉降速度不一,淀粉/殼聚糖/KGM復(fù)合膜出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象造成透明度下降。綜合分析以殼聚糖與KGM質(zhì)量比為1.0:0.6為可能的最佳比例。
圖1 殼聚糖與KGM質(zhì)量比對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響
2.1.2 玉米淀粉對(duì)復(fù)合膜性能影響
圖2為玉米淀粉質(zhì)量百分濃度對(duì)復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度的影響。隨著玉米淀粉濃度增加,復(fù)合膜的TS和不透明度逐漸增大,EAB和WVP逐漸降低。這是由于淀粉糊化后發(fā)生凝沉,原無(wú)定形區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶區(qū)[16]。復(fù)合膜中淀粉含量增大,氫鍵作用形成的結(jié)晶區(qū)增多[17],因此TS逐漸提高至(24.49±0.89)MPa。淀粉分子鏈間的氫鍵作用越強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密,相互約束導(dǎo)致聚合物鏈的活動(dòng)性減弱,因此EAB由(42.35±1.52)%逐漸下降至(6.24±0.59)%。淀粉成膜過(guò)程中所形成的結(jié)晶區(qū)具有較大的密度,水蒸氣在穿過(guò)膜的過(guò)程中需要繞過(guò)微晶區(qū),穿行線路比較曲折[15],降低了其穿行速率,同時(shí)也阻礙光透過(guò),所以WVP逐漸降低,不透明度升高。綜合分析以玉米淀粉10%為可能的最佳配比濃度。
圖2 玉米淀粉質(zhì)量百分濃度對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響
2.1.3 甘油對(duì)復(fù)合膜性能影響
圖3為甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度的影響。膜的TS隨甘油的增加從(33.31±1.91)MPa降低至(5.25±0.06)MPa,而EAB隨甘油的增加從(2.53±0.33)%逐漸增大至(90.78±0.46)%,具有良好增塑作用。這是因?yàn)橛H水性甘油將水分子保持在膜基質(zhì)中,水分子不僅與聚合物的羥基直接作用,還存在于聚合物鏈與甘油分子之間。分子鏈間間距增大[18],提高膜的柔韌性和EAB,也會(huì)降低TS和水蒸氣阻隔性能[19]。WVP隨甘油濃度增加而提高,當(dāng)甘油添加量為1.25%時(shí)達(dá)到最大值(3.33±0.01)×10-12gcm-1s-1Pa-1。Ghasemlou等[20]同樣發(fā)現(xiàn)在開(kāi)菲爾多糖膜中加入甘油能使水分子更易擴(kuò)散并產(chǎn)生較高的WVP。復(fù)合膜的不透明度與材料的結(jié)晶度正相關(guān),這是由于甘油分子親水性羥基與淀粉/KGM羥基形成新的氫鍵,削弱了淀粉/殼聚糖/KGM間氫鍵的作用,破壞淀粉分子的結(jié)晶結(jié)構(gòu),使復(fù)合膜的結(jié)晶度下降,從而使膜結(jié)構(gòu)的致密性變差,故復(fù)合膜的不透明度隨甘油的加入而降低[21]。綜合分析甘油0.75%為可能的最佳配比濃度。
圖3 甘油質(zhì)量百分濃度比對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響
2.1.4 吐溫-80對(duì)復(fù)合膜性能影響
圖4為吐溫-80質(zhì)量百分濃度對(duì)復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度的影響。TS與EAB均隨吐溫-80的添加呈先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)吐溫-80添加量為0.25%時(shí),TS增加到最大值(16.87±0.80)MPa;添加量0.30%時(shí)EAB達(dá)到最大值(66.70±2.73)%。吐溫作為一種表面活性劑同時(shí)具有親水和疏水端。親水基團(tuán)使其溶解在水中并與淀粉/殼聚糖/KGM相互作用,可能導(dǎo)致淀粉/殼聚糖/KGM的相互作用降低。而其疏水基團(tuán)和相對(duì)較大的膠束或單個(gè)分子聚集阻礙了聚合物鏈間的作用力,從而降低聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性[22]。Saurabh等[23]研究發(fā)現(xiàn)添加少量吐溫-80使瓜爾豆膠/蜂膠膜基質(zhì)間具有更好的相容性,表現(xiàn)為TS和EAB均增加,而隨著吐溫-80添加量繼續(xù)增加,造成聚合物鏈間自由空間擴(kuò)大[24],相容性被破壞,TS和EAB降低。膜的WVP隨吐溫-80質(zhì)量百分濃度的增加而逐漸降低,這與薄膜基質(zhì)內(nèi)晶體形成有關(guān)[5]。吐溫-80在膜共混物基質(zhì)中充分分散后,晶體穿插于聚合物網(wǎng)絡(luò)形成水蒸氣透過(guò)的曲折路徑,增加了有效擴(kuò)散路徑長(zhǎng)度,從而降低WVP。不透明度隨著吐溫-80質(zhì)量百分濃度的增加逐漸升高,當(dāng)質(zhì)量百分濃度為0.35%時(shí)達(dá)到最大值(5.91±0.06)mm-1。Zobel等[25]認(rèn)為表面活性劑能以納米級(jí)單個(gè)分子或膠束溶解在成膜液中,與直鏈淀粉通過(guò)相互作用/絡(luò)合形成牢固的單鏈V型螺旋結(jié)構(gòu)破壞直鏈淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu),形成更多各向異性的區(qū)域[26],阻止光透過(guò)。綜合分析吐溫-80添加量0.25%為可能的最佳配比濃度。
圖4 吐溫-80質(zhì)量百分濃度對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響
2.2 復(fù)合膜物性綜合評(píng)分分析
應(yīng)用主成分分析法來(lái)確定膜各性能指標(biāo)的權(quán)重,從4個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中各抽取2組數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,利用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析,以復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度四種物理性能指標(biāo)為分析對(duì)象,相關(guān)成分特征值、貢獻(xiàn)率及特征向量見(jiàn)表4和表5。結(jié)果表明前2個(gè)主成分的特征值均大于1,第1主成分貢獻(xiàn)率可反應(yīng)復(fù)合膜物理性能的51.098%,第2主成分貢獻(xiàn)率可反應(yīng)43.132%,其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到94.230%。根據(jù)主成分分析法的一般原理及累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的原則[8],說(shuō)明其基本綜合了復(fù)合膜物理性能指標(biāo)的全部部分信息,可以用來(lái)替代TS、EAB、WVP和不透明度四個(gè)指標(biāo)。根據(jù)表5結(jié)果得到主成分線性方程:Z1=-0.631X1+0.672X2-0.052X2+0.383X4,Z2=0.278X1-0.141X2-0.733X2+0.605X4。結(jié)合各主成分的特征根、方差貢獻(xiàn)率和特征向量,計(jì)算復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度四個(gè)指標(biāo)經(jīng)歸一化后的權(quán)重分別為0.158、0.220、0.267和0.355。結(jié)合式(2)、式(3)和式(4)得到復(fù)合膜物性綜合評(píng)分為:S=0.158P1+0.220P2+0.267P3+0.355P4。
表3 主成分分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表4 相關(guān)成分的特征值及貢獻(xiàn)率
注:僅提取特征值>1的主成分因子。
表5 前2個(gè)主成分的特征向量
2.3 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果
在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,對(duì)玉米淀粉質(zhì)量百分濃度(A)、殼聚糖與KGM質(zhì)量比(B)、甘油質(zhì)量百分濃度(C)和吐溫-80質(zhì)量百分濃度(D)進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表6所示。用SPSS軟件進(jìn)行方差分析結(jié)果見(jiàn)表7。
根據(jù)極差Rj大小可以看出D為對(duì)復(fù)合膜物理性能影響最重要因素,然后依次為A、B、C。方差分析結(jié)果表明玉米淀粉、殼聚糖與KGM質(zhì)量比、甘油和吐溫-80對(duì)復(fù)合膜綜合評(píng)分影響均極顯著。極差分析結(jié)合方差分析結(jié)果如下:對(duì)于因素A,其對(duì)復(fù)合膜綜合評(píng)分影響排第2位,此時(shí)取A2為好;對(duì)于因素B,其對(duì)復(fù)合膜綜合評(píng)分影響排第3位,此時(shí)取B2為好;對(duì)于因素C,其對(duì)復(fù)合膜綜合評(píng)分影響排第4位,此時(shí)取C1為好;對(duì)于因素D,其對(duì)復(fù)合膜綜合評(píng)分影響排第1位,此時(shí)取D3為好。極差與方差分析得出實(shí)驗(yàn)較優(yōu)條件為A2B2C1D3,即玉米淀粉質(zhì)量百分濃度為10%,殼聚糖與KGM質(zhì)量比為1.0:0.6,甘油質(zhì)量百分濃度為0.50%,吐溫-80質(zhì)量百分濃度為0.30%時(shí)復(fù)合膜配方最優(yōu)。此條件下制備復(fù)合膜的TS為(22.53±0.16)MPa,EAB為(20.07±1.18)%,WVP為(1.87±0.01)×10-12gcm-1s-1Pa-1,不透明度為(4.13±0.07)mm-1。復(fù)合膜物理性能綜合分為0.76,高于9組正交實(shí)驗(yàn)的評(píng)分結(jié)果,與淀粉/殼聚糖復(fù)合膜評(píng)分(0.47)相比提高了62%,其中TS提高了399.56%,EAB下降了77.11%,WVP下降了40.82%,不透明度下降了19.75%。
表6 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
表7 方差分析表
注:**表示P<0.01,相關(guān)性極顯著;*表示P<0.05相關(guān)性顯著。
玉米淀粉、殼聚糖與KGM質(zhì)量比、甘油和吐溫-80對(duì)復(fù)合膜TS、EAB、WVP和不透明度4個(gè)指標(biāo)具有不同影響:增加淀粉和KGM占比可提高膜的TS;增加甘油可提高膜的EAB,阻水率顯著降低;合適配比的吐溫-80可以增強(qiáng)膜的TS和EAB,隨著添加量增加顯著提高膜的不透明度。結(jié)合主成分分析法和隸屬度綜合評(píng)分法確定復(fù)合膜性能指標(biāo)的綜合分,TS、EAB、WVP和不透明度四個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)重分別為0.158、0.220、0.267和0.355。分析了各因素對(duì)復(fù)合膜物理性能綜合評(píng)分影響主次順序?yàn)橥聹?80添加量、玉米淀粉添加量、殼聚糖與KGM質(zhì)量比、甘油添加量。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合膜制備的最佳配方參數(shù)為殼聚糖與KGM質(zhì)量比1.0:0.6、玉米淀粉10%、甘油0.50%、吐溫-80 0.30%,對(duì)應(yīng)復(fù)合膜的TS、EAB、WVP和不透明度分別為(22.53±0.16)MPa、(20.07±1.18)%、(1.87±0.01)×10-12gcm-1s-1Pa-1、(4.13±0.07)mm-1。KGM和吐溫-80的合理使用增強(qiáng)了玉米淀粉基膜的聚合度,為其在食品包裝等領(lǐng)域進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。同時(shí)本研究制備的復(fù)合膜具有較好的抗拉強(qiáng)度和不透油性,但是水蒸氣阻隔性能較差,因此不適用于表面含水或者含水率高的食品,可應(yīng)用于面包、糕點(diǎn)類食品的環(huán)保包裝材料。
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