＊李亞楠 侯夢(mèng)瑤 郭興峰 曹樂樂

（聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 山東 252000）

1.引言

隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注食品安全問題，塑料包裝材料由于價(jià)格低廉、耐用、易延展等優(yōu)點(diǎn)深受廣大群眾的喜愛，并已應(yīng)用到生活中的方方面面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)使用的各種塑料袋總量每天多達(dá)20億個(gè)，塑料包裝的過度使用引發(fā)的環(huán)境問題也愈發(fā)嚴(yán)重，甚至已經(jīng)造成“白色污染”[1]。除此之外，塑料中還含有雙酚A、鄰苯二甲酸酯等化學(xué)物質(zhì)，不僅危害人體及動(dòng)物的身體健康、還污染水體、土壤、空氣等。因此，不僅為了人類身體健康，也為緩解環(huán)境污染、化石燃料告急等情況，開發(fā)出安全、環(huán)保、可降解包裝材料迫在眉睫。

可溶性大豆多糖（Soluble Soybean Polysaccharide，SSPS），又稱水溶性大豆多糖，屬于酸性多糖類物質(zhì)，是由豆渣經(jīng)過脫脂、提取、滅菌和干燥等多種工藝制作而成[2]，主要組成包括半乳糖，阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖[3]等，SSPS常作為優(yōu)秀的食品添加劑，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)；SSPS還可用于食品特性的改善、保鮮膜包裝材料、膳食纖維補(bǔ)充劑[4]、酸性飲料穩(wěn)定劑[5]、優(yōu)越的成膜性能[6-7]等。甘油是一種小分子的多羥基化合物，具有極強(qiáng)的增塑作用[8]；與其他增塑劑相比，甘油分子量低，價(jià)格較低廉，增塑效果更明顯。因此，本文以甘油為增塑劑，探究其用量對(duì)SSPS成膜性能的影響，以期為新型綠色包裝的深入研究及發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.材料與方法

(1)主要試劑與儀器

可溶性大豆多糖購(gòu)于山東聚源生物科技有限公司。氯化鈉、無水氯化鈣（顆粒）、氯化鎂、氯化鋇、甘油、乙醇購(gòu)于天津市大茂化學(xué)試劑廠。真空干燥箱、磁力攪拌器、手持色差儀、厚度儀。

(2)SSPS基膜的制備

采用流延成膜法，將SSPS溶于蒸餾水，在50℃恒溫水浴中攪拌得濃度為0.1g/mL的水溶液，然后分別加入25%、30%、35%、40%、45%、50%的甘油（以SSPS干基物質(zhì)為基準(zhǔn)），繼續(xù)攪拌得均一溶液，將溶液緩慢傾倒于成膜模具中，于真空干燥箱中，50℃干燥12h。依據(jù)甘油添加量所得膜分別記為1，2，3，4，5，6。在各項(xiàng)性能測(cè)定前將SSPS膜試樣置于相對(duì)濕度75%RH的環(huán)境中恒濕24h。

(3)膜性能的測(cè)定

①色度。用手持色度儀測(cè)定膜試樣L、a、b值，總色差ΔE可由公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

其中：Ls、ɑs、bs分別為不同甘油添加量的膜材料的亮度值、紅綠指數(shù)及藍(lán)綠指數(shù)；L0、ɑ0、b0分別為未添加甘油的SSPS膜材料的亮度值、紅綠指數(shù)及藍(lán)綠指數(shù)。

②阻濕性能。水蒸氣透過系數(shù)（WVP，g·m-1·s-1·Pa-1）可用來評(píng)價(jià)膜材料的阻濕性能[9]。選用錐形瓶為透濕杯測(cè)定膜的WVP。選用無水CaCl2（顆粒）作為干燥介質(zhì)，使用前于（105±2）℃下恒重。測(cè)試前，用厚度儀在SSPS膜上隨機(jī)測(cè)10個(gè)點(diǎn)厚度，并取平均值。稱取適量無水CaCl2至錐形瓶中，添加至距瓶口1～2cm處，在干燥箱中恒重后用熱熔膠將SSPS膜試樣封在錐形瓶的瓶口，放置在0% RH的干燥器中干燥12h，測(cè)定初始質(zhì)量。然后，將密封好的錐形瓶放置于75% RH的環(huán)境中，每隔12h測(cè)定其質(zhì)量，測(cè)試時(shí)間為7d。WVP可由公式（2）計(jì)算：

其中：WVP為水蒸氣透過系數(shù)（g·m-1·s-1·Pa-1）；Δm為透過膜的水蒸氣的質(zhì)量（g）；T為測(cè)試樣品膜的平均厚度（mm）；△t為測(cè)試時(shí)間（s）；S為水蒸氣透過膜的面積為9.07cm2；△P為樣品膜兩側(cè)的壓力差1753.55Pa。

③吸濕性能。將15mm×15mm的SSPS膜試樣放置于（105±2）℃的鼓風(fēng)干燥箱中恒重，將其冷卻至室溫后稱重，記為m0。然后置于不同水分活度（0.33、0.75和0.90）中，每隔一天取出稱其質(zhì)量，直至連續(xù)兩天質(zhì)量變化不超過0.1%，此時(shí)則認(rèn)為達(dá)到平衡。

④溶脹性能。將SSPS膜試樣裁為直徑15mm的圓片，在（105±2）℃的鼓風(fēng)干燥箱中恒重冷卻后，稱重記為m0，在室溫下，分別浸于20mL的10%乙醇和95%乙醇中，在2min、5min、10min、20min、60min時(shí)，將SSPS膜試樣取出，用濾紙小心擦去表面液體，稱重記為mt，當(dāng)溶脹度不再增加時(shí)，達(dá)到溶脹平衡，此時(shí)的溶脹度為平衡溶脹度SDt(%)。在溶脹過程中，t時(shí)刻的溶脹度由公式（3）計(jì)算：

其中，SDt(%)為平衡溶脹度；m0是試樣的初始質(zhì)量，g；mt是t時(shí)刻試樣的質(zhì)量，g。

3.結(jié)果與討論

(1)色度

不同甘油添加量的SSPS膜的色度參數(shù)如表1所示。甘油添加量為40%的膜試樣如圖1所示。

表1 不同甘油添加量的SSPS膜的色度參數(shù)及照片

圖1 甘油添加量40%的SSPS膜的照片

由表1可知：亮度L*在87～90，總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，紅綠指數(shù)（a*）和黃藍(lán)指數(shù)（b*）無明顯變化規(guī)律，總色差△E，總體是先增大后減小的趨勢(shì)，甘油添加量為30%的△E最大，當(dāng)甘油添加量在25%～50%，膜試樣△E變化量都在2～5之內(nèi)且均未超過5，因此肉眼看不出顏色變化[10]，由此得出，甘油添加量的大小對(duì)膜色度的影響甚微。

(2)阻濕性能

膜材料的水蒸氣透過系數(shù)如圖2所示。

圖2 SSPS膜的水蒸氣透過系數(shù)

由圖2可知：隨著甘油添加量的增加，SSPS膜水蒸氣透過系數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，但總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。這是因?yàn)楦视偷奶砑邮筍SPS鏈間的空隙增加，破壞了膜材料的致密性，因此水蒸氣更容易透過膜。當(dāng)甘油添加量為50%時(shí)，水蒸氣透過系數(shù)稍有降低，這是因?yàn)楦视吞砑恿窟^多，膜試樣黏度太大，不利于水蒸氣的滲透。

(3)吸濕性能

SSPS膜試樣在水分活度為0.33、0.75環(huán)境中的吸濕曲線分別如圖3（a，b）所示。由圖3（a，b）可知：甘油用量由25%增加至50%，膜試樣質(zhì)量整體均呈現(xiàn)先增大后不變的趨勢(shì)，在兩天左右基本達(dá)到平衡，且甘油添加量為45%的膜試樣在兩個(gè)吸濕環(huán)境中質(zhì)量變化均最大，與水蒸氣透過系數(shù)趨勢(shì)相同，在此添加量下，膜材料的吸濕性能最佳。

圖3 SSPS膜在水分活度為0.33（a）和0.75（b）環(huán)境中的吸濕曲線

SSPS膜試樣在水分活度為0.90的環(huán)境中均軟爛無法夾起，導(dǎo)致吸濕性能無法測(cè)定，這是因?yàn)镾SPS的溶解度較大，其在濕度太大的環(huán)境中迅速吸收大量水分導(dǎo)致其溶解，破碎。

(4)溶脹性能

SSPS膜材料在10%乙醇中幾乎全部溶解，無法測(cè)定數(shù)據(jù)。這是因?yàn)镾SPS溶解度較大，在10%乙醇中，迅速吸收大量水分導(dǎo)致其溶解，破碎。

SSPS膜材料在95%乙醇中的溶脹曲線如圖4所示。由圖4可知：隨著甘油用量由25%增加至50%，膜試樣的溶脹度在總體上均呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，膜試樣在20min時(shí)均達(dá)到平衡，達(dá)到平衡的時(shí)間相對(duì)較短，隨著甘油添加量的增加，膜試樣的溶脹曲線并未呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律，表明甘油的添加對(duì)SSPS基膜的溶脹度影響不大。

圖4 溶脹曲線

4.結(jié)論

以可溶性大豆多糖為成膜基質(zhì)，研究甘油用量對(duì)其成膜性能的影響。結(jié)果顯示，甘油添加量的多少對(duì)膜色度的變化不是很明顯；甘油添加量越多，SSPS膜水蒸氣透過系數(shù)也在逐漸增大，但當(dāng)甘油添加量為50%的時(shí)候，水蒸氣透過系數(shù)變??；在溶脹性能的測(cè)定中，SSPS膜在10%乙醇溶液中均溶解，在95%乙醇溶液中，膜試樣溶脹度總體呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，但總體變化不大；SSPS膜在不同水分活度環(huán)境中吸濕時(shí)，其質(zhì)量均先增加后不變直至達(dá)到平衡，且平衡時(shí)間均為兩天，且當(dāng)甘油量添加較多時(shí)，膜的吸濕性能好，綜上所述，當(dāng)甘油添加量為40%時(shí)，SSPS基膜各項(xiàng)性能相對(duì)較好。研究結(jié)果為新型包裝材料的深入研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。