謝彩玲，梅小虎，郭艷峰

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東中山 528436；2.廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510663）

方便食品是指需簡單處理即可食用的產(chǎn)品，隨著食品加工技術(shù)的深入，方便食品的種類也越來越多。我國是方便食品消費大國，據(jù)統(tǒng)計，2018年我國方便食品消費占比已達(dá)全球市場的38.85%[1]，2020年，各種方便食品銷量持續(xù)增加，單方便面一種方便食品，銷售額同比增長11.5%[2]。方便食品消費量持續(xù)升高的同時，方便食品的包裝消耗量也不斷增加。方便食品一般有3個以上調(diào)料包，通常采用塑料薄膜包裝。塑料醬包雖小，但使用量大，同時塑料醬包在拆包時容易黏手，既不方便衛(wèi)生也不環(huán)保，是塑料污染的重要因素之一。塑料包裝降解一直是困擾環(huán)境治理的難題，因此開發(fā)免撕可食調(diào)料包裝袋，不僅可以改良當(dāng)前塑料醬包拆包易黏手的問題，還可以減少塑料污染，具有廣闊的市場前景。

生物高分子膜材料的研究是當(dāng)下熱點，具有綠色環(huán)保、可再生等優(yōu)點，淀粉是制膜常用多糖類材料，但僅用淀粉制膜往往力學(xué)強度不夠，容易破損。大豆發(fā)酵后的醬油渣含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[3-7]，尤其是膳食纖維含量很高。將醬油渣與淀粉共混制膜，加入甘油，采用流涎法,可得到具有一定力學(xué)強度的可食膜材料。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，對制備膜的氧氣阻隔性、水蒸氣透過性、溶解性、熱封性、阻油性、阻氧性等指標(biāo)進(jìn)行測定，為進(jìn)一步在方便食品調(diào)料包中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

醬油渣（佛山海天調(diào)味食品公司）；食用玉米淀粉（廣州福正東海食品公司）；丙三醇（分析純，天津富宇精細(xì)化工有限公司）；α-淀粉酶（美國Sigma公司）；蛋白酶（上海源聚生物科技有限公司）；葡萄糖苷酶（美國Sigma公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9055A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒有限公司；WH-A150型多功能粉碎機，南京好又多電器有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州澳華有限公司；高速數(shù)顯攪拌機，廈門博士達(dá)有限公司；CHY-C1型測厚儀，濟(jì)南蘭光機電有限公司；MED-01型包裝性能測試儀，濟(jì)南蘭光機電有限公司；BMT-60A型透濕杯，承德科承試驗機有限公司；CP114分析天平，美國奧豪斯公司；NOVA NANO SEM 450型掃描電子顯微鏡，美國FEI公司；GBB-A型熱封儀，廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 醬油渣預(yù)處理與可食膜制備

對醬油渣進(jìn)行預(yù)處理，脫除油脂和鹽后干燥，再用打粉機粉碎過200目篩備用。根據(jù)梅小虎等[8]的實驗方法，按照配方100 mL蒸餾水中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5%、醬油渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)27%、76 ℃干燥制膜，于干燥皿中平衡待測。

1.3.2 熱封工藝試驗

（1）可食膜熱封工藝單因素試驗。將可食膜裁剪成10.0 cm×10.0 cm，熱封初始條件為時間4 s、壓力0.4 MPa、溫度160 ℃，分別對溫度（120 ℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃和200 ℃）、時間（3 s、4 s、5 s、6 s和7 s）、壓力（0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa和 0.6 MPa）設(shè)計單因素試驗。單因素試驗以封合強度為指標(biāo)，每個因素平行5次。

（2）可食膜熱封工藝正交試驗。根據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計正交試驗，見表1，每組實驗平行5次。

（3）驗證試驗。根據(jù)正交實驗所得熱封最佳工藝封合可食膜，驗證封合強度。實驗重復(fù)3次。

1.3.3 性能檢測指標(biāo)

（1）溶解性。將醬油渣可食膜裁為10.0 cm×10.0 cm，置于100 ℃熱水中測試溶解度。

（2）內(nèi)容物流出時間。將醬油渣可食膜裁為10.0 cm×10.0 cm，封合為包裝袋，內(nèi)裝10.00 mL粉狀食品，將油包放置于100 ℃熱水中，測試包裝物從包裝釋放時間。

（3）阻油性。將醬油渣可食膜裁為10.0 cm×10.0 cm，封合為包裝袋，內(nèi)裝10.00 mL食用植物油，稱量記錄質(zhì)量。將油包下墊濾紙置于RH 50%的干燥器中，分別在1 d、3 d、5 d、7 d、9 d、12 d、15 d后稱量油包質(zhì)量。

（4）水蒸氣透過性。根據(jù)GB 1037—1988[9]方法，將干燥劑無水氯化鈣放置于30 mm×50 mm的稱量瓶中，膜試樣用密封蠟封口后稱重，將稱量瓶放于底部裝有去離子水的玻璃干燥器中平衡12 h取出稱量，再放回干燥器中，之后每間隔2 h稱量1次，共稱量5次。

（5）阻氧性。采用GB/T 5009.227—2016食品中過氧化值的測定[10]，通過測定包裝內(nèi)食用植物油過氧化值來表征膜的阻氧性能。醬油渣可食膜內(nèi)裝食用植物油后熱封，25℃ 50% RH環(huán)境下保存7 d后取出袋內(nèi)油脂，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

以上每組實驗平行5次。

1.3.4 性能測試

（1）醬油渣可食包裝膜的力學(xué)性能測定。以國標(biāo)GB/T 1040.3—2006[11]規(guī)定方法測試膜的抗拉強度和斷裂伸長率。將試樣裁成長150 mm、寬12 mm的條狀，于包裝性能測試儀上測量，夾具間初始距離90 mm，試驗速度100 mm/min。計算公式為：

式中：σ為抗拉強度，單位為MPa；F為膜所受拉力，單位為N；S為膜的橫截面積，單位為m2；E為斷裂伸長率；L0為夾具上固定的試樣長度，單位為m；L為膜斷裂時長度，單位為m。

（2）醬油渣可食包裝膜的掃描電鏡分析。將待測樣品于平臺固定，表面噴金，掃描電鏡放大300倍，觀察膜表面結(jié)構(gòu)。樣品測試前在RH 53%干燥皿中平衡48 h。

（3）醬油渣可食包裝膜的水蒸氣透過性能測定。水蒸氣透過性以水蒸氣透過系數(shù)表示，公式為：

式中：WVP為水蒸氣透過系數(shù)，單位為g·mm/（m2·h·kPa）；Δm為樣品質(zhì)量穩(wěn)定后增量；d為樣品厚度，單位為mm；A為封口面積，單位為m2；Δt為測試時間間隔，單位為h；ΔP為樣品兩邊水蒸氣壓力差，單位為kPa。

（4）醬油渣可食包裝膜的溶解性能測定。將10 cm×10 cm的可食膜包裝袋于105 ℃干燥至恒重，稱量記錄，溶于200 mL去離子水中，水溫90 ℃溶解1 h后過濾干燥至恒重，稱量記錄計算樣品溶解度。公式為：

式中：m1為樣品溶解前質(zhì)量，單位為g；m2為樣品溶解后質(zhì)量，單位為g。

（5）醬油渣可食包裝膜的封合強度測定。將封口處理后的醬油渣可食包裝袋裁剪，以封口處為中心，使試樣條展開長為100 mm、寬為15 mm。試樣條固定在包裝性能測試儀夾具上，間距60 mm，夾具移動速度300 mm/min，直至試樣條被拉斷，此時記錄的最大拉力（N/15 mm）即為醬油渣可食包裝膜的封合強度。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用Origin軟件作圖，SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行正交實驗設(shè)計及結(jié)果統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 醬油渣可食包裝膜力學(xué)性能

根據(jù)制膜工藝得到醬油渣可食包裝膜，力學(xué)性能見表2。

表2 醬油渣可食包裝膜力學(xué)性能表

2.2 掃描電鏡分析

醬油渣可食包裝膜掃描電鏡結(jié)果如圖1所示。圖1a是醬油渣可食包裝膜的樣品，醬油渣可食包裝膜呈棕黃色且表面有小顆粒觸感；圖1b是掃描電鏡300倍下的膜表面，可見分散不均勻物質(zhì)，造成膜表面不平整，其余部分膜更加平整致密，表現(xiàn)出力學(xué)強度大于一般純淀粉膜[12]。由于纖維素與淀粉分子存在相同的結(jié)構(gòu)單元，相互間可以通過氫鍵作用連接，同時纖維素也能改變淀粉分子內(nèi)部的氫鍵作用強度，但由于粉碎過篩后的醬油渣纖維不能完全溶解，因此影響淀粉分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶解部分醬油渣纖維加強了與淀粉分子間連接，導(dǎo)致包裝膜在水蒸氣阻隔和氧氣阻隔性能表現(xiàn)不佳。

圖1 醬油渣可食包裝膜與掃描電鏡圖

2.3 熱封工藝單因素試驗分析

2.3.1 熱封溫度對封合強度的影響

熱封溫度對包裝膜封合強度的影響如圖2所示，在封合時間4 s，封合壓強0.4 MPa下，隨溫度升高，封口處強度先增大后減小，在160 ℃條件達(dá)到最大值（1.98±0.12）N/15 mm，溫度超過180 ℃封口處被燒焦斷根，無法測定封合強度。醬油渣可食包裝膜以淀粉為成膜基材，由于淀粉不具有熱塑性，兩界面不能像傳統(tǒng)塑料通過熔融-融結(jié)過程封合[12]，可食膜的封合是依靠在高溫條件下，水分轉(zhuǎn)移至封合界面中間的縫隙，封口處淀粉吸水產(chǎn)生黏性，外加壓力使可食膜的兩面黏合，待溫度降低，封口凝固產(chǎn)生一定的封合強度。可見，適宜的溫度是封口處粘合的關(guān)鍵，溫度太低，水分不足以充分轉(zhuǎn)移到封合界面，溫度太高，水分來不及轉(zhuǎn)移就被蒸發(fā)，導(dǎo)致封合處燒焦斷裂。因此選擇160 ℃作為包裝膜熱封溫度。

圖2 不同熱封溫度對包裝膜封合強度的影響

2.3.2 熱封時間對封合強度的影響

熱封時間對包裝膜封合強度的影響如圖3所示，封合溫度160 ℃，壓強0.4 MPa條件下，隨封合時間的延長，封口處強度先增大后減小，封合5 s時強度最大，為（2.11±0.14）N/15 mm。膜中的水分及時轉(zhuǎn)移至封合界面是封合的關(guān)鍵，時間過短時，水分轉(zhuǎn)移不充分封合界面黏度不夠；隨時間延長，足夠的水分使膜兩面產(chǎn)生足夠黏度，施加外力后冷卻凝固，封口強度更高；但時間過長，封口處的水分不斷蒸發(fā)產(chǎn)生氣泡和皺褶，導(dǎo)致強度降低。因此熱封時間選擇5 s。

圖3 不同熱封時間對包裝膜封合強度的影響

2.3.3 熱封壓力對封合強度的影響

在封合溫度160 ℃，封合5 s條件下，不同壓強下膜的封合強度如圖4所示。隨著封合時壓強增大，封口處強度不斷增大，在0.6 MPa時達(dá)到最大3.20 N/15 mm，0.7 MPa時壓強過大，封口處破裂。外加壓力是膜封合的另一關(guān)鍵因素，膜中水分在高溫下轉(zhuǎn)移至封合界面產(chǎn)生粘性，若不加外力，兩面膜暫時被粘在一起并不牢固，隨著壓力增大，兩面膜充分接觸，冷卻后封合強度逐漸增大，過高的壓強使封口受到機械作用過大而破裂。因此，選擇0.6 MPa作為封合壓強。

圖4 不同熱封壓強對包裝膜封合強度的影響

2.4 熱封工藝正交試驗分析

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇封合時的溫度、時間、壓強為因素A、B、C，以封合強度為指標(biāo)，進(jìn)行L9（33）正交試驗得到醬油渣可食膜的最佳熱封工藝條件，結(jié)果和分析見表3。

表3 醬油渣可食膜熱封工藝正交試驗及結(jié)果

分析表3中極差R值大小可知，影響可食膜封合強度的3個因素中主次順序為溫度＞時間＞壓強；比較k值大小確定影響熱封強度的因素最優(yōu)組合為A2B2C3，即溫度160 ℃、時間5 s、壓強0.6 MPa，經(jīng)方差分析可知熱封溫度和時間對可食膜的封合強度有顯著性影響（P＜0.05）。綜合直觀分析和方差分析結(jié)果，選擇熱封溫度160 ℃、時間5 s、壓強0.6 MPa為最佳熱封條件。

根據(jù)試驗得到最佳熱封工藝做驗證試驗，得到可食膜的封合強度分別為3.10 N/15 mm、2.78 N/15 mm、3.44 N/15 mm，平均值3.11 N/15 mm，包裝膜順利封合，且封合處平整牢固。

2.5 溶解性與內(nèi)容物溶出時間分析

表4是醬油渣可食膜在沸水中溶解情況?？梢园l(fā)現(xiàn)，膜在沸水中吸水溶脹，施加外力即可輕易戳破，而隨時間延長，可食膜在水中的自然溶解度不斷增加，2.5 min后達(dá)到32.38%，剩余物質(zhì)可以食用也可用餐具撈出。將裝有內(nèi)容物的包裝袋置于沸水中，1.5 min后內(nèi)容物即可自然溶出。

表4 醬油渣可食膜在沸水中的溶解度

2.6 水蒸氣透過性分析

可食膜材料的水蒸氣透過系數(shù)與包裝內(nèi)油脂的過氧化值如圖5所示。由圖可知，醬油渣可食膜的水蒸氣透過系數(shù)為（1.087±0.078）g·mm/（m2·h·kPa），水蒸氣透過性是評價膜材料阻隔性能的重要指標(biāo)，WVP值越大表示膜的水蒸氣阻隔性能越差，醬油渣可食包裝膜中存在未充分溶解的醬油渣纖維，影響淀粉分子間相互作用，導(dǎo)致阻隔性能變差。對貨架期較短的方便食品，膜的阻隔性基本滿足要求。對長貨架期方便食品，這一問題可通過將所有調(diào)料包密封在高阻隔性復(fù)合材料包裝袋內(nèi)來解決，食用時只需要撕開一個調(diào)料外包裝即可，減少了塑料材料的用量，同時也更加方便衛(wèi)生。

圖5 可食膜水蒸氣透過系數(shù)與包裝油脂過氧化值

2.7 阻油性分析

醬油渣可食膜內(nèi)裝食用植物油封合后的質(zhì)量損失如圖6所示。由圖可知，包裝膜封裝食用油15 d后質(zhì)量損失（16.8±0.60）mg，損失率為0.19%，外表無油滲出，包裝完好。淀粉與醬油渣纖維的多羥基在成膜過程中通過氫鍵作用發(fā)生重排，由于羥基是極性基團(tuán)，膜結(jié)構(gòu)具有較好的阻油性。

圖6 可食膜內(nèi)裝食用油及油包質(zhì)量損失

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)研究了淀粉基醬油渣可食膜的包裝性能。研究表明，在160 ℃、5 s、0.6 MPa條件下，封合強度最大可達(dá)3.11 N/15 mm，封口平整牢固。醬油渣可食膜在沸水中2.5 min，自然溶解率32.38%，內(nèi)裝食品1.5 min可自然溶出，剩余包裝材料食用無異感，亦可用餐具撈出丟棄；內(nèi)裝食用植物油封合15 d質(zhì)量損失率為0.19%，外表無油脂滲出，封口完好，可用于油性醬料包裝。可食膜的水蒸氣透過系數(shù)為（1.087±0.078）g·mm（/m2·h·kPa），水蒸氣阻隔性能較差，只適合作為短期方便食品使用，若需用于長貨架期食品調(diào)料包裝，則可通過將所有調(diào)料包放入高阻隔包裝袋來解決。

該包裝膜具有方便、衛(wèi)生、減少塑料膜用量等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用市場。但包裝膜氣體和水蒸氣阻隔性能、力學(xué)性能與封口強度都還有待提高，需要通過進(jìn)一步的配方改進(jìn)與工藝優(yōu)化來解決與完善。