本文摘要：摘要：目的通过对胡萝卜可食性食品包装膜的研究，希望寻找到无污染、价廉的环保材料，以替代塑料包装材料用于食品包装，并可增加蔬菜营养成分。方法以胡萝卜为原材料，添加羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠、甘油制备可食性膜，研究不同添加量对膜的抗拉强度、热
摘要：目的通过对胡萝卜可食性食品包装膜的研究，希望寻找到无污染、价廉的环保材料，以替代塑料包装材料用于食品包装，并可增加蔬菜营养成分。方法以胡萝卜为原材料，添加羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠、甘油制备可食性膜，研究不同添加量对膜的抗拉强度、热封强度、断裂伸长率以及阻隔性能的影响，以抗拉强度为主要指标，通过正交试验进行工艺优化，并进行验证试验，对力学性能和其他性能进行测定。结果每100mL蒸馏水中最佳添加量为：胡萝卜浆20、羧甲基纤维素2.5、海藻酸钠1.、甘油1.5mL，获得的可食性膜抗拉强度为5.71MPa，热封强度为3.84N/15.0mm，断裂伸长率为119.98%，透湿量为439.59g/·24h，透氧量为4.96cm/(m·24h·1kPa)，溶解时间为35s，膜平均厚度为0.183mm。结论根据实验结果，可以获得浅橙色、半透明、质地柔软均匀、平滑无气泡、具有一定强度和韧性、力学性能良好的可食性食品包装膜。
关键词：胡萝卜;可食性膜;工艺优化;力学性能
塑料被发明出来以后，已经广泛应用于各个领域，然而，塑料也给人类带来了不可忽视的灾害。国办发〔2007〕72号文件《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，就是为了限制和减少塑料袋的使用，遏制“白色污染”。
目前塑料是食品包装中应用最多的包装材料，食品包装废弃物对环境造成了很大污染[1]，不同的废弃物处理方式对水体、空气、土壤、经济环境和社会环境都造成了很大影响，而且包装材料中的化学物质会向食品中迁移，这也引起了食品安全问题，例如各类食品包装材料会造成塑化剂的摄入风险，塑料食品包装中的有毒物质、助剂、添加剂、油墨、溶剂都可能造成食品污染。
寻求能替代食品塑料包装的材料引起了越来越多的重视，可食性包装膜的研究也开展的越来越多。Gomaa等人[4]认为可食性膜的使用有助于解决环境问题，而且可以防止水分流失和微生物腐败，延长食品的货架期。Md等人[5]阐述了热带水果储存时因为对低温敏感，影响了依靠冷藏进行保鲜的效果，指出对水果进行可食性涂膜处理的方法，可以保持水分和色泽，延长储存期。Liu等人[6]利用水溶性大豆多糖具有良好的高水溶性和成膜性，可加工成可溶性袋用于速溶咖啡、椰子粉、奶粉的小包装。
De[7]对包装物影响蛋糕水分的流失率和微生物的生长做了研究，结果表明食用薄膜包覆的样品85天后没有菌类生长，也没有过度硬化，对水分的保持具有良好的作用。Li等人[8]研制了木薯淀粉添加羧甲基纤维素钠制成可食性薄膜，在添加益生菌后，复合膜的抗氧化性显著增强。Zareie等人[9]研制了添加壳聚糖的发酵大豆蛋白生物可食用复合膜，膜具有很强的抗氧化性和抗菌活性。Lin等人[10]制备的壳聚糖秋葵粉纳米硅复合膜具有良好的力学性能、阻隔性能和光学性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较强的抗菌活性。
国内研究人员利用天然可食性的材料，如蛋白质类、淀粉类、多糖类、脂肪类、纤维素类、蔬菜类基材，添加成膜剂以及增塑剂，制备成具有抗氧化性、韧性、透气性、透湿性且力学性能良好的可食性食品包装膜。任佳欣等[11]阐述了植物蛋白膜、动物蛋白膜、复合蛋白膜的作用及不同蛋白膜的优缺点及应用，并指出可以将蛋白可食性膜结合现代包装的新技术，如活性包装、气调包装、智能包装等，研制新型可食性蛋白膜，是未来可期的研究思路。淀粉因来源广泛、价格低廉，在可食性膜中是最早开始研究的，闫倩倩等[12]就淀粉膜的成膜机理及膜性能的影响因素做了阐述。徐忠等[13]就不同基材做食品内包装膜做了分析、阐述，指出膜性能受不同基材影响较大，应根据调味品的特点，制作专属调味品内包装膜。
冯军厂等[14]阐述了膳食纤维可食性包装膜的研究前景，指出利用膳食纤维不仅成本低，而且具有重要的生理功能。李鸿艳[1、陈秀宇[1等就可食性复合膜的性能表征和不同增塑剂的影响做了试验研究，海藻酸钠、甘油和山梨糖醇作为增塑剂均有较优表现。在可食性膜纸杯中还可以添加抑菌剂，例如添加了壳聚糖等抑菌剂的可食性膜可以对霉菌、酵母菌和其他致病菌具有抑制作用。研究者对不同基材、各种成膜剂、增塑剂以及膜的性能方面研究较多，但在给予可食性膜附加更多营养成分的研究上做的还比较少，添加蔬菜的可食性包装膜，除了具有安全、环保、成本低、食用方便的特点，还增加了蔬菜成分，保持了各种果蔬基材本身具有的颜色。
胡萝卜色彩鲜艳，颜色喜人，富含多种维生素，尤其富含胡萝卜素，在人体内可转化为维生素，是维生素的主要来源，其中最重要的β胡萝卜素具有促进生长发育、增强免疫力、保护视力等作用[1，但胡萝卜口感、味道一般，尤其是儿童，大多数不喜欢食用。目前对于胡萝卜的食用途径仅仅局限在餐桌上，探究将胡萝卜进行制浆，添加成膜剂和增塑剂，通过对膜的抗拉强度、热封强度、断裂伸长率、阻隔性能等进行研究，可以增加胡萝卜的食用途径，为在蔬菜基可食性膜的研究方面提供一定参考。
1材料与方法
1.1试验材料
胡萝卜，市售;羧甲基纤维素(CMC)，烟台市云科化学试剂有限公司;海藻酸钠，北京市通达化学试剂有限公司;甘油，山西天天食品添加剂有限公司，食品级。
1.2试验设备
JAR2140电子分析天平，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司;1012A电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司;DKS12电热恒温水浴锅，上海森信实验仪器有限公司;FK组织捣碎机，江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂;DJM50L胶体磨，上海东华高压均质机厂;螺旋测微器，无锡锡工量具有限公司;XLW智能电子拉力试验机，济南兰光机电技术有限公司;TSYT1L透湿性测试仪，济南兰光机电技术有限公司;BTYB1透气性测试仪，济南兰光机电技术有限公司。
1.3试验方法
1.3.1工艺流程
1.3.2操作要点胡萝卜清洗后切分成边长0mm左右的小块，沸水漂烫min至柔软，冷水冷却后沥干，按:1加蒸馏水，用组织捣碎机打浆30min，经均质机在转速6000r/min下均质10min，成均匀胡萝卜浆料。按照不同配比添加胡萝卜浆、CMC、海藻酸钠、甘油于100mL蒸馏水中，食用消泡剂按质量的0.5‰添加，75℃水浴加热30min，其间要不断搅拌，流延法涂膜于15mm×15mm玻璃板上，65℃烘干3h，冷却成型，水蒸汽回湿10，揭膜。
1.3.3指标测定
随机选择个点，按照GB/T66722001进行膜厚度测定，取平均值，结果准确到0.001mm;选取厚度平整的膜，裁取长0mm、宽15mm的试样条进行抗拉强度、热封强度测定，计算断裂伸长率;称量3g膜，放入100mL沸水中，搅拌至无碎片，记录时间，进行溶解性测定;裁取直径为100mm的试样，试样一侧保持恒定饱和蒸汽压，另一侧保持干燥，通过测定一定时间内透湿杯内蒸馏水蒸发减重的变化量，进行透湿性测定[78];裁取直径为100mm的试样，使试样两侧保持一定气体压差，通过测量低压侧气体压力变化，得出膜透气量。所有指标均取个试样进行测定，取平均值。
1.3.4试验方案设计
(1)单因素试验
100mL蒸馏水中分别添加胡萝卜浆料10、15、20、25、30，固定CMC2.0、海藻酸钠1.5、甘油1.5mL，进行指标测定。100mL蒸馏水中分别添加CMC1.0、1.5、2、2.5、3.0，固定胡萝卜浆料20、海藻酸钠1.4、甘油1.5mL，进行指标测定。100mL蒸馏水中分别添加海藻酸钠1.0、1.2、1.4、1.6、1.8，固定胡萝卜浆料20、CMC2.0、甘油1.5mL，进行指标测定。
胡萝卜浆可以改善膜的性能，对膜的机械性能和阻隔性能均有影响，随着添加量的增多，胡萝卜含的糖分会使液体的黏度上升，组织致密性也逐渐上升，抗拉强度随之增大，添加量为20g、25g时抗拉强度和热封强度均较高，差异不显著。随着添加量增加，膜液流动性变差，成膜厚度略有增大，差异不显著。
当添加量大于20g时，膜液黏度过大，流动性变差，成膜时厚度出现不均匀现象，薄弱处的机械性能随之下降，抗拉强度、热封强度也呈现出了先上升、再下降的趋势。添加量超过20g以后，因为膜组织致密增大，膜的弹性下降，再加上厚度不均匀，所以断裂伸长率下降较多，而且添加量超过20g以后，水蒸气和氧气在膜薄弱处的透过量会增多，而使阻隔性能下降。综合考虑，取20g为胡萝卜浆的最佳添加量。
2结果与分析
CM起到粘接剂的作用，使膜易于成型。黄超凡等人[20]研究了CMC、甘油制备可食性淀粉复合膜，确定适量的CMC可以提高膜的机械强度。CMC的添加量对膜的机械性能和阻隔性能均有影响，随着CMC添加量的增加，膜的结构变得更加致密，膜强度增加，抗拉强度、热封强度均逐渐增大，继续增加添加量，膜液流动性变差.
当超过2.0g时，抗拉强度、热封强度均下降，这是因为当添加量逐渐加大时，膜内部形成气泡且不容易脱出，脱气变得困难，对膜的力学性能影响较大，在添加量为1.5、2.时，热封强度较高，差异不显著。膜厚度略呈增加趋势，差异不显著。在添加量为1.5g、2.0g时，断裂伸长率最高，差异不显著。在2.0g、2.5g时，水蒸气和氧气透过量差别不大，再继续增大添加量，内部气泡会影响其阻隔性能。综合考虑，取2.0g为CMC的最佳添加量。
赵换英等人[21]研究了以海藻酸钠作为成膜的主要材料，添加其他大分子组分制备复合膜，证实复合膜比单一的海藻酸钠膜的机械强度提升，透气率下降，膜性能得到了改善。可见海藻酸钠可以用于和其他成膜剂、增塑剂制备复合膜。随着添加量的增加，膜抗拉强度、热封强度也随之增加，但继续增大添加量，组织质地变得疏松，成膜性下降，因而膜厚度出现先升后降，这是因为当添加量过大时，个别测量点成膜很薄.
在添加量为1.2、1.4时，膜抗拉强度和热封强度最大，差异不显著，1.4时略高，再继续增大添加量，抗拉强度下降趋势明显，热封强度和抗拉强度规律相似。对水蒸气和氧气的阻隔性能先增强、后下降，添加量超过1.4g之后，由于膜厚度不均匀、质地疏松等因素，阻隔性能开始下降。断裂伸长率也呈逐渐下降趋势，这可能是由于随着添加量的增加，膜质地变疏松，弹性下降。膜厚度变化不大，差异不显著。综合考虑，取1.4g为海藻酸钠的最佳添加量。
3结语
经过工艺优化，确定最佳的工艺参数为：100mL蒸馏水中添加量为胡萝卜浆20，羧甲基纤维素2.5，海藻酸钠1.6，甘油1.5mL，各因素差异显著(<0.05)。验证试验得主要指标的平均值为：膜厚度为0.183mm，抗拉强度为5.71MPa，热封强度为3.84N/15.0mm，断裂伸长率为119.98%，透湿量为39.59g/·24h，透氧量为4.96cm/(m·24h·1kPa)，溶解时间为。
粮食生产论文： 供给侧结构性改革下加强粮食流通监管思考
胡萝卜浆和增塑剂、成膜剂的添加，对抗拉强度等力学性、透湿性和氧气的阻隔性能有显著影响，对成膜厚度略有影响，但影响不显著，适量的添加量可以增强膜的力学性能和膜的阻隔性能。而甘油的添加在成膜时可以改善膜液的流动性，且能使膜变得柔软，降低脆性，但添加过多会影响成膜性。
试验所成的膜呈现浅橙色，为半透明状，质感平滑，无气泡，无卷曲，柔软均匀，具有一定的强度和韧性，无异味，能快速溶解。将胡萝卜浆、增塑剂、成膜剂等添加在可食性膜里进行实验研究，在获得具有一定力学性能和阻隔性能的可食性膜的同时，附加了蔬菜的成分，以期将来尝试添加更多种类的蔬菜制备可食性膜，并在其营养价值方面继续做进一步的研究。
参考文献
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作者：潘旭琳，马萍，刘伟，孟令伟
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