黄瓜(Cucumis sativus L.)是葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物,属于茎藤药用的水果蔬菜两用型食品,在我国种植范围广、产量大。中医认为,黄瓜具有清热解毒、利水消肿、生津止渴、除湿降压、减肥抗癌等功效,成分研究发现黄瓜富含多种营养物质,且价格低廉具有很多利用优势[1-4]。在我国黄瓜以鲜果销售为主,但其储藏期较短、易腐烂,导致许多外观差的黄瓜不能有效利用,其深加工产品较少,造成严重的资源浪费[5]。近年来,由于食品包装膜具有不污染环境的优良性能,其高透明度对于包装的美化也起到很好的作用,因此食品包装膜在商品包装中的地位越来越重要[6-11]。绿色环保的食品包装膜将是包装产业发展的必然趋势[12-16]。为了充分利用黄瓜资源,可通过制备可食性黄瓜膜对黄瓜进行深加工,提高黄瓜附加值,尽可能提高黄瓜的利用率。本试验以黄瓜为原材料,甘油为增塑剂,海藻酸钠、黄原胶、羧甲基纤维素钠为增稠剂制备可食性黄瓜膜,并对所得膜的断裂伸长率进行研究,探究膜的最优配方,以期为黄瓜的深加工提供试验数据参考。
黄瓜:市售;海藻酸钠(食品级):青岛明月海洋科技有限公司;黄原胶(食品级):山东阜丰集团有限公司;羧甲基纤维素钠(食品级):上海长光企业发展有限公司;甘油(分析纯):山东鲁力亚新材料有限公司。
HH-2 数显恒温水浴锅:常州金坛良友仪器有限公司;L18-Y22 高速破壁机:九阳股份有限公司;JMS系列胶体磨:廊坊市冠通机械有限公司;SHZ-3 循环水式多用真空泵:上海泉峥泵业厂;DHG-9053A 电热鼓风干燥箱:南京卓鼎干燥设备厂;玻璃皿:上海良晶玻璃仪器厂;293-151 螺旋测微器:东莞市广丰计量仪器有限公司;TA.XTC-20 质构仪:上海保圣实业发展有限公司。
材料选择→切块→热烫→制浆→均质细化→真空脱气→铺料成型→烘干揭膜
1.4.1 试验过程
1.4.1.1 材料选择
选择色泽好、成熟、无虫害的黄瓜,从而保证试验可以达到较好的效果。
1.4.1.2 切块用自来水清洗黄瓜并用刨刀刨去黄瓜表皮,再将其切成1 cm×1 cm 的小块。
1.4.1.3 热烫
为了使黄瓜中过氧化物酶以及多酚氧化酶的活性能够降低,减少酶促褐变发生,达到护色的目的,将黄瓜小块置于60 ℃纯水中热烫10 min 后[3],捞起过筛除去其表面附带水分,冷却后再使用。
1.4.1.4 制浆
将黄瓜果肉放入破壁机中高速打浆,按照每瓶200 g 分装于容器中。
1.4.1.5 均质细化
先将海藻酸钠、黄原胶、羧甲基纤维素钠按不同比例溶解于适量的水中搅拌均匀,再将3 种增稠剂和甘油加入至打好的黄瓜浆料中,在常温常压下利用胶体磨对其进行均质,重复3 次,得到均匀浆料。
1.4.1.6 真空脱气
在常温、真空度为-0.095 MPa 条件下脱气以除去溶解在浆料中的气泡。
1.4.1.7 铺料成型
将脱气后的黄瓜浆料静置10min,铺至玻璃器皿上。
1.4.1.8 烘干揭膜
将鼓风干燥设置为60 ℃和4 h,将干燥后的半成品取出并置于室温(22 ℃~28 ℃)下冷却,最后揭膜得到成品。
1.4.2 试验设计
1.4.2.1 单因素试验设计
调整海藻酸钠添加量(以黄瓜浆料质量计)为:0.20%、0.30%、0.40%、0.50%、0.60%,黄原胶添加量为:0.40%、0.50%、0.60%、0.70%、0.80%,羧甲基纤维素钠添加量为:0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%,甘油添加量(以黄瓜浆料体积计) 为:0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%。采用单一变量控制法进行单因素试验,每个试验重复3 次,观察各因素对成膜效果的影响。
1.4.2.2 正交试验设计
根据单因素试验结果,以海藻酸钠添加量(A)、黄原胶添加量(B)、甘油添加量(C)为试验因子,选择膜的断裂伸长率为优选指标,进行三因素三水平正交试验,如表1 所示,重复3 次试验,取平均值进行膜的性能分析。
表1 正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of the orthogonal test
水平因素A 海藻酸钠添加量/%C 甘油添加量/%1 0.20 0.40 0.20 2 0.30 0.50 0.30 3 0.40 0.60 0.40 B 黄原胶添加量/%
1.4.3 膜的性能测试指标
1.4.3.1 感官评定
选择10 名学生,从成膜性、表面性状、色泽3 个方面对可食性黄瓜膜进行感官评定。取平均值作为评定的分数。膜的感官得分在80 以上,认为其感官品质好;得分在70 分~80 分,认为其感官品质良好;得分低于70 分则认为感官品质差。感官评分见表2。
表2 感官评价标准
Table2 Criterion of sensory evaluation
项目 标准 分值成膜性(40 分)成膜完整,不黏结,均匀一致 36~40成膜较完整,少量黏结,较均匀 21~35成膜不完整,大量黏结,不均匀 10~20表面性状(30 分)表面平整,极少气泡,无杂质 26~30表面较平整,少量气泡,无杂质 16~25表面不平整,较多气泡,少许杂质 10~15色泽(30 分)颜色自然,较透明,色泽均一 26~30颜色自然,透明,色泽较均一 16~25颜色不自然,微许透明,色泽不均一 10~15
1.4.3.2 断裂伸长率
参考GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的测定第3 部分:薄膜和薄片的试验条件》的方法,对断裂伸长率进行测量计算。
A/%=[(L-L0)/L0]×100
式中:A 为断裂伸长率,%;L0 为试样测试前的长度,mm;L 为试样在断裂时的长度,mm。
2.1.1 海藻酸钠添加量对膜性能的影响
不同添加量的海藻酸钠对膜性能的影响结果见表3。
表3 海藻酸钠添加量对膜性能的影响
Table 3 Effects of sodium alginate addition amount on film properties
注:同列试验结果后不同小写字母代表邓肯氏新复极差法测验差异显著(P <0.05)。
海藻酸钠添加量/%断裂伸长率A/%0.20 成膜较完整,表面较平整,少量气泡,色泽较均一感官性质 感官得分62 18.34±0.91b 0.30 成膜完整,表面平整,极少气泡,色泽自然83 21.49±1.48a 0.40 成膜较完整,表面平整,极少气泡,色泽较均一74 14.10±1.23d 0.50 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一78 16.69±1.45bc 0.60 成膜较完整,表面较平整,色泽较自然均一80 13.67±1.31d
依据表3 中测试数据能够看出,随着海藻酸钠添加量的增大,可食性黄瓜膜感官品质得分先增大后减小,在添加至一定量时其得分又有增加的趋势,在海藻酸钠添加量为0.30%时,可食性黄瓜膜的感官品质得分最高。在本试验的过程中,添加剂海藻酸钠的作用为增稠,在一定程度上使得膜的内部结构更加紧密,较强的阴荷性是海藻酸钠所具有的一个性质,并且大量的羟基都在其分子中,所以亲水性很强。其1%浓度溶液的酸碱度(pH 值)为6~8,黏性在酸碱度(pH 值)6~9 时稳定[17-18],因此随着海藻酸钠添加量的增加,当海藻酸钠添加量大于等于0.40%,最后的成品可食性黄瓜膜会变得较脆,质地疏松,不易揭膜。综上,海藻酸钠添加量为0.30%附近时满足试验要求。
2.1.2 黄原胶添加量对膜性能的影响
不同添加量的黄原胶对膜性能的影响结果见表4。
依照表4 中数据得出,随着黄原胶添加量的增加,可食性黄瓜膜感官品质得分先升高后降低,最适宜的黄原胶添加量为0.50%,此时所得的成品可食性黄瓜膜成膜较为完整,几乎无黏结,膜中气泡极少,且无杂质,颜色自然透明,色泽均一。当黄原胶添加过量后,成品黄瓜膜在揭膜的过程中因质地松散而无法得到完整的黄瓜膜。大分子结构是黄原胶的一个物理性质,同时又因为黄原胶的胶体特性,当其加入到黄瓜浆料中时,在水中会扩散开来,紧接着便会乳化,从而形成黏稠胶体,而这种胶体是亲水性的,并且稳定。黄原胶添加量为0.40%~0.50%时,成膜效果较好,过量时在浆料中难以搅拌充分,黄原胶外层会因吸水而膨胀成团,从而使得水分子不能进入到里层,其作用的发挥便被限制[19]。综上,黄原胶添加量在0.50%附近时满足试验要求。
表4 黄原胶添加量对膜性能的影响
Table 4 Effects of xanthan gum addition amount on film properties
注:同列试验结果后不同小写字母代表邓肯氏新复极差法测验差异显著(P<0.05)。
黄原胶添加量/% 感官性质 感官得分断裂伸长率A/%0.40 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一72 9.00±1.42b 0.50 成膜较完整,表面平整,色泽自然均一87 8.98±1.39b 0.60 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一79 10.15±1.17b 0.70 成膜较完整,表面较平整,少量气泡,色泽较均一66 7.98±1.21b 0.80 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一64 16.62±1.00a
2.1.3 甘油添加量对膜性能的影响
不同添加量的甘油对可食性黄瓜膜性能的影响结果见表5。
表5 甘油添加量对膜性能的影响
Table 5 Effects of glycerol addition amount on film properties
注:同列试验结果后不同小写字母代表邓肯氏新复极差法测验差异显著(P<0.05)。
甘油添加量/%断裂伸长率A/%0.10 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一感官性质 感官得分69 9.59±0.741b 0.20 成膜较完整,表面较平整,色泽较均一71 10.58±1.042b 0.30 成膜较完整,少量气泡,色泽较均一77 14.74±0.624a 0.40 成膜较完整,表面较平整,色泽较自然72 10.89±1.186b 0.50 成膜较完整,表面较平整,色泽较自然74 10.98±1.457b
在以甘油添加量为变量的单因素试验过程中,依照表5 中测试的数据,可得到随着甘油添加量的增加,成品可食性黄瓜膜的感官得分先升高后降低。甘油添加量在0.30%时成膜效果较好。当甘油加入到黄瓜浆料中时,可提高黄瓜膜的柔韧性,使得在成品揭膜时,可被完整地揭下,但是若甘油添加量过量,在溶解过程中,容易使黄瓜浆料结块,造成搅拌不均匀,而且在倒入成膜器皿中时,难以铺垫平整,从而直接影响最后的成膜效果。一方面,甘油使膜的致密性得以增强,那么其断裂伸长率从而可以提高,另一方面,则是因为亲水性是甘油的特性之一,过量甘油的添加会破坏大分子之间氢键的形成,不利于构成膜的结构,导致最后膜的形成质地疏松,效果较差[20]。综上,甘油添加量在0.30%附近时满足试验要求。
2.1.4 羧甲基纤维素钠添加量对膜性能的影响
不同添加量的羧甲基纤维素钠对膜性能的影响结果如表6 所示。
表6 羧甲基纤维素钠添加量对膜性能的影响
Table 6 Effects of carboxy methyl cellulose sodium(CMC)addition amount on film properties
注:同列试验结果后不同小写字母代表邓肯氏新复极差法测验差异显著(P<0.05)。
羧甲基纤维素钠添加量/%断裂伸长率A/%0.10 成膜较完整,表面较平整,色泽自然 74 16.11±1.27b 0.20 成膜完整,表面较平整,色泽自然 78 21.47±1.60a 0.30 成膜较完整,表面较平整,色泽自然透明感官性质 感官得分80 18.04±1.05b 0.40 成膜较完整,表面较平整,色泽自然均一72 16.54±0.68b 0.50 成膜较完整,表面平整少量气泡,色泽自然70 16.85±0.85b
在以羧甲基纤维素钠添加量为变量的单因素试验过程中,随着羧甲基纤维素钠添加量的增加,成品可食性黄瓜膜的感官得分先升高后降低,且当羧甲基纤维素钠添加量为0.30%时成膜效果最好。此增稠剂是属于阴离子型的,并且还是线性高分子物质[21]。羧甲基纤维素钠在增稠、稳定、吸水等方面具有比较大的优势。其在水中时会渐渐扩散开来,从而形成可见透明的胶状液体,这是由于羧甲基纤维素钠与水之间的氢键不断的增加,从而构成稳定且又紧密的三维结构,使得整个黄瓜浆料的体系黏度增大,但羧甲基纤维素钠的添加量过量时,其分子间的间隙变大,反而影响了成膜的效果。综上,羧甲基纤维素钠添加量在0.30%附近时满足试验结果。
试验过程中发现,使用3 种增稠剂时浆料过于黏稠,将黄原胶、海藻酸钠进行复合增稠,浆料黏稠度适中,所得黄瓜膜的感官品质最佳,因此选取黄原胶、海藻酸钠作进一步分析。为了确定最佳制膜参数,以黄原胶添加量、海藻酸钠添加量、甘油添加量为试验因素,以膜的断裂伸长率为试验指标,进行L9(33)正交试验。正交试验结果与极差分析见表7。
表7 正交试验结果与极差分析
Table 7 Orthogonal test results and range analysis
试验号 A 海藻酸钠添加量断裂伸长率A/%1 1 1 1 13.04 B 黄原胶添加量C 甘油添加量2 8.82 3 1 3 3 7.69 2 1 2 2 8.62 5 2 2 3 10.64 4 2 1 1 7.55 7 3 1 3 16.00 6 2 3 1 9.09 9 3 3 2 20.00 8 3 2 K1 29.559 37.664 29.682 K2 26.806 28.553 37.444 K3 45.091 35.239 34.331极差R 6.095 3.037 2.588最优水平 A3 B1 C2主次因素 A>B>C最优组合 A3B1C2
由表7 极差分析结果可知,使膜断裂伸长率受到影响的因素主次顺序为:海藻酸钠添加量、黄原胶添加量、甘油添加量。当以膜断裂伸长率高为优选指标时,从K 值得出可食性黄瓜膜的最佳制作工艺配方为A3B1C2(海藻酸钠添加量为0.40%,黄原胶添加量为0.40%,甘油添加量为0.30%),而正交试验最优组合为A3B3C2(第9 组),故在此基础上进行验证试验。经验证后,组合A3B1C2 的膜断裂伸长率优于组合A3B3C2,为21.72%,且所制得的黄瓜膜感官评分为89 分,其色泽均匀嫩绿、质地透明平整。因此可食性黄瓜膜的最佳制作工艺配方为A3B1C2,即海藻酸钠添加量为0.40%,黄原胶添加量为0.40%,甘油添加量为0.30%。
本试验以黄瓜为主要原料,根据单因素试验以及正交试验探讨可食性黄瓜膜的制备工艺。正交试验结果表明,影响可食性黄瓜膜的因素主次顺序为:海藻酸钠添加量>黄原胶添加量>甘油添加量,得出最优配方为:海藻酸钠添加量0.40%,黄原胶添加量0.40%,甘油添加量0.30%,此时膜的感官得分为89分,断裂伸长率21.72%,该条件下所得的黄瓜膜在成膜性、表面性状、色泽方面均较佳。本研究制备的可食性黄瓜膜具有安全、无污染等特点,可为黄瓜在食品工业领域的开发提供理论依据。
[1] 洺宽.黄瓜的营养与保健功效[J].吉林蔬菜,2010(2):42.
[2] 汤虎,徐志宏,孙智达,等.可食性膜的研究现状与展望[J].农产品加工学刊,2007,91(2):20-25.
[3] 户超,李保国,吴酉芝,等.鼓风干燥机制备黄瓜粉的工艺实验研究[J].食品工业科技,2010(9):226-228.
[4] 吕慧芳,刘四运,王俊良.黄瓜的保健价值及机理研究进展[J].吉林蔬菜,2012(3):57-58.
[5] 吴小波,周海霞.河南省黄瓜生产现状与发展方向[J].农业科技通讯,2014(3):22-23.
[6] 林伟静,刘红芝,刘丽,等.可食性花生蛋白膜研究进展[J].中国粮油学报,2015,30(1):140-146.
[7] 邓扬悟,田少君.大豆分离蛋白的成膜性研究[J].郑州工程学院学报,2004,25(2):17-21.
[8] 师雯.可食性膜在包装中的应用[J].中国包装工业,2006(4):43-44.
[9] 李爱珍,邵秀芝,张建华.可食性包装膜的研究进展及其发展前景[J].包装与食品机械,2009,27(1):54-57.
[10] 蒋春啟,周然.可食性包装膜及其制备工艺优化研究[J].湖北农业科学,2017,56(21):4119-4123.
[11] 禾.绿色环保是食品包装膜发展必然趋势[J].福建轻纺,2015(6):26-27.
[12] 吴贺君,胡彪,董知韵,等.可食性西瓜皮基膜制备与性能分析[J].食品与生物技术学报,2018,37(10):1091-1098.
[13] 雷晏琳,朱芮,赵茂洁,等.柚子皮基可食性膜的制备及性能研究[J].核农学报,2019,33(2):290-296.
[14] 徐中岳,何小维,罗志刚,等.多糖可食性包装膜的研究进展[J].食品研究与开发,2008,29(7):179-182.
[15] 王新伟,孙秀秀,贺连斌,等.可食性果蔬纸的研究进展[J].中国农业科技导报,2010,12(3):34-38.
[16] WANG X,SUN X,LIU H,et al.Barrier and mechanical properties of carrot puree films[J].Food & Bioproducts Processing,2011,89(2):149-156.
[17] 陈辉, 黄惠华.菠萝皮渣羧甲基纤维素/海藻酸钠复合水凝胶珠固定化菠萝蛋白酶的制备及稳定性研究[J]. 食品工业科技,2020,41(6):131-134,141.
[18] 陈晓欣,黄金桦,苟琼友.载柚皮素的海藻酸钠/壳聚糖复合水凝胶[J].纺织科技进展,2020(1):33-36.
[19] 王珂,杨波,杨光,等.改性黄原胶酯化条件的优化及结构的表征[J].工业微生物,2020(1):20-25.
[20] 王宗胜,李少路,张克明,等.超支化聚缩水甘油的合成及性能[J].功能高分子学报,2019,32(4):507-512.
[21] 王璐,叶玉稳,胡国华.葵盘果胶与羧甲基纤维素钠复配及其在果酱中的应用[J].食品科学技术学报,2019,37(6):116-123.
Study on the Preparation and Properties of Edible Cucumber Film
缪园欣,朱雨树,尹茜,等.可食性黄瓜膜的研制及性能分析[J].食品研究与开发,2021,42(7):147-151.
MIAO Yuanxin,ZHU Yushu,YIN Xi,et al. Study on the Preparation and Properties of Edible Cucumber Film [J]. Food Research and Development,2021,42(7):147-151.