CN103739883B - 一种紫薯淀粉可食用膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫薯淀粉可食用膜及其制备方法，所述的可食用膜包含以下质量分数的组分：干热变性紫薯淀粉20-90%、甘油0.1-30%和海藻酸钠0.1-20%，所述方法包括干热变性紫薯淀粉的制备和成膜步骤，该工艺简单、安全、成本低且无污染。本发明制得的可食用膜可塑性较强，能与普通塑料袋相媲美，同时耐水能力较好，能够适应水分含量大的食品，尤其是该膜的透明度，明显优于其它可食用膜，达到90%以上，具备果蔬涂膜保鲜、食品抗菌包装的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种紫薯淀粉可食用膜及其制备方法。
背景技术
淀粉是一种天然的高分子化合物，其产量大，且具有易生物降解、对环境无害等优点。紫薯是一类集营养、色泽和风味于一体的甘薯新品种，其淀粉纯度达到占干基的90%左右，因此，紫薯淀粉的有效提取能够为生产提供理想的原材料。但由于紫薯原淀粉自身特性的局限性，已不能完全适应于一定应用要求的产品，因此，对原淀粉进行变性处理，在固有特性的基础上改善某些功能，对紫薯淀粉的深加工具有重要的意义。
可食用膜作为一种新型包装材料，受到国内外学者和工业界的广泛关注。淀粉是研究开发最早和最多的成膜材料，高直链淀粉容易成膜，但天然淀粉形成可食用膜的物理和机械特性较差。
干热处理是一种淀粉物理改性的新方法，其通过在干燥环境下加热使得制备的淀粉达到无水或相对无水（含水量低于1%）的状态。相比其它的化学方法，干热变性的过程更加简单、安全、成本低，且无副产物。近年来的研究也表明，将淀粉与离子胶混合进行干热处理，使得制备的变性淀粉在结构、理化性质、食用品质等方面均得到明显的提高。
然而，紫薯淀粉与其它淀粉（例如大米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉和玉米淀粉）相比有其自身的诸多特点，化学组分、颗粒表面结构、结晶结构、凝胶质构、热力学性质和流变学特性均存在不同之处，例如紫薯淀粉独特地富含硒元素和花青素，紫薯淀粉糊化温度高、热稳定性和凝胶性好，而膨润性与溶解性差、透明度低。因此，常规的淀粉干热变性处理和成膜方法并不能很好地适用于紫薯淀粉。目前，关于紫薯淀粉与离子胶混合进行有效干热变性和成膜的研究尚处于空白。
例如，CN101319060A公开了一种干热变性大米淀粉的制备方法，该方法以大米淀粉为原料，加入离子胶，混合均匀后，在水分含量降低的条件下进行干热处理，工艺步骤为：(1)淀粉与离子胶的混合：将离子胶溶解在蒸馏水中，在离子胶溶液中加入大米淀粉，搅拌30分钟，使混合均匀，离子胶的用量为淀粉与离子胶总重量的约2%，所述离子胶选自黄原胶、海藻酸钠或瓜尔豆胶；(2)干燥：将大米淀粉与所述离子胶的混合液置于40℃的烘箱中烘干，至水分含量降到10%以下，研磨粉碎过筛；(3)干热处理：将过筛以后的大米淀粉与离子胶的混合粉末在130℃干热反应4小时，即得到干热离子胶变性大米淀粉；所述干热变性大米淀粉可用于制作可食用膜，其中以所述干热变性大米淀粉为原料，加入变性大米淀粉原料重量10%的甘油作为增塑剂，加入原料重量20倍量的水，搅拌均匀后，在95℃保持加热10分钟，冷却至40℃，真空脱气1h除去溶液中的气泡后将其涂抹于草莓、腰果、或杏仁的表面，室温下干燥12小时，形成可食用薄膜。在该专利文献中，是在干燥处理之前将离子胶如海藻酸钠加入淀粉中，即在干热变性处理过程中加入全部离子胶，而在膜液原料制备中不再加入离子胶，该方法获得的可食用薄膜抗拉强度较差，因此通常是将膜液直接包覆在食品表面，然后再进行干燥成膜。
在非专利文献“干热变性淀粉可食用膜的研究”，食品与机械，第24卷第6期，2008年11月，第24卷第6期，2008年11月，7-11页中，公开了一种干热变性淀粉可食用膜的制备方法，其中选择糯米淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉为原料，研究了在不同离子胶存在下的干热变性淀粉-羧甲基纤维素钠膜的抗拉强度和延伸率，具体步骤包括：将离子胶例如羧甲基纤维素钠、黄原胶或海藻酸钠溶解在蒸馏水中，加入淀粉，搅拌混合均匀，调节pH值，置于烘箱干燥至水分含量降到一定值，研磨粉碎过筛，在一定温度下下干热反应一定时间，制得变性淀粉，然后用所述制得的干热变性淀粉制备变性淀粉-羧甲基纤维素钠膜，发现羧甲基纤维素钠和黄原胶在抗拉强度和延伸率方面或者在阻水、阻氧性能方面均明显优于海藻酸钠。在该文献中，使用羧甲基纤维素钠与变性淀粉进行成膜。然而，本发明人发现，羧甲基纤维素钠并不适合于紫薯淀粉成膜，将该方法应用于紫薯淀粉成膜时膜的抗拉强度和透明度均比较差。
CN101906220A公开了一种可食性淀粉基食品包装膜的制备方法，所述膜包括：稳定化降解淀粉20%-80%、增塑剂5%-50%、润滑剂0.01%-20%、增强剂0.5%-50%和稳定剂0.01%-15%；其制作步骤如下：1)物料的混合：将经过稳定化的降解淀粉和增强剂加入高速混合机中，充分搅拌至均匀；然后将混匀的增塑剂、润滑剂和稳定剂原料边搅拌边缓慢加入到高速混合机中，混合均匀即可；2)造粒：上述混合均匀的物料使用同向或逆向双螺杆造粒机，各区温度在50-220°C之间，螺杆转速在10-300转/min，将粉状物料加工成直径为0.1-5mm的热塑性淀粉颗粒；3)挤出流延制膜：将热塑性淀粉颗粒加入到单螺杆挤出机中，各区温度在40-190°C之间，螺杆转速在10-300转/min，将淀粉颗粒流延成厚度为0.01-0.5mm厚的薄膜。在该文献中，所述的降解淀粉稳定化的方法是指羟丙基化、乙酰化、磷酸酯化、脂肪酸酯化、羧甲基化、阳离子化、甲基化或琥珀酰化，而不是采用干热变性处理，另外还加有润滑剂、稳定剂等组分，工艺过程复杂，并且难以满足高品质可食用膜的指标要求。
非专利文献“食品胶对甘薯淀粉膜性能的响应面法优化实验”，谌小立等，食品科学，第31卷第4期，2010年公开了一种甘薯淀粉膜的制备方法，其中造膜方法包括：搅拌质量分数为4%的甘薯淀粉悬液20min→逐渐加热至100℃使淀粉糊化(约30min)→加入一定量甘油和一定量的食品胶继续搅拌15min→取100mL倾注于有机玻璃板(23cm×28cm)上→在50℃条件下干燥4h→揭膜→保存备用。在该文献中，淀粉原料未经干热变性处理，膜的抗拉强度和透明度都比较差。
因此，需要一种具有高抗拉强度和透明度的紫薯淀粉可食用膜及适合其的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紫薯淀粉可食用膜及其制备方法，该工艺简单、安全、成本低且无污染；制得的可食用膜可塑性较强，能与普通塑料袋相媲美，同时耐水能力较好，能够适应水分含量大的食品，尤其是该膜的透明度，明显优于其它可食用膜，达到90%以上，具备果蔬涂膜保鲜、食品抗菌包装的应用价值。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种紫薯淀粉可食用膜包含以下质量分数的组分：干热变性紫薯淀粉20-90%、甘油0.1-30%和海藻酸钠0.1-20%。
制备如上所述的紫薯淀粉可食用膜的方法包括以下步骤：
（1）干热变性紫薯淀粉的制备：将黄原胶溶解于蒸馏水中，充分搅拌，加入紫薯淀粉，搅拌混合均匀，调节混合液的pH值为4-12；将该混合液倾倒至平盘中并干燥至水分含量10wt.%以下，然后研磨粉碎过筛，将混合粉末进行干热处理；其中黄原胶用量为紫薯淀粉和黄原胶总重量的0.5-2.5%；
（2）原料混合：取步骤（1）的干热变性紫薯淀粉，用蒸馏水溶解成3-5wt.%的淀粉乳，加入甘油，于水浴锅加热搅拌，然后加入海藻酸钠，再加热搅拌至完全糊化，制得膜液；
（3）脱气：将膜液静置于水浴锅中消泡脱气；
（4）延流：一次性称取膜液倾倒至铺展板上充分延流，然后平放静置；
（5）干燥成膜：将铺展板平放于烘箱中干燥成膜，控制膜厚度为0.05-0.06mm。
步骤（1）混合液的干燥温度为30-55℃，时间为9-14h。
步骤（1）混合粉末的烘干温度为120-160℃，时间为1-4h。
步骤（1）过筛的目数为80~160目。
步骤（2）水浴锅温度为80-100℃，前后两次加热搅拌的时间依次为5~15min和15~30min。
步骤（3）水浴锅温度为40-60℃，消泡时间为5-20min。
步骤（4）中单位面积铺展板上的膜液量为1.25L/m2~2.25L/m2。
步骤（5）中干燥温度为60-110℃，时间为0.5-3h。
在本发明的紫薯淀粉可食用膜的制备中，发明人发现黄原胶和海藻酸钠与干热变性前的紫薯淀粉和干热变性后的紫薯淀粉的相互作用关系呈现出很大差异，例如交联性能，只有在干热变性时加入黄原胶、然后在膜液原料混合中加入海藻酸钠才能够获得优异的膜性能例如抗拉强度和透明度（透光率%）。如前文所述，这在现有技术中不存在相应的记载以及技术启示或教导，如背景技术中所提及，现有技术中给出的技术启示或教导是在膜液中不加入离子胶、或者是使用羧甲基纤维素钠而不使用海藻酸钠，换言之，现有技术中给出了与本发明技术方案相背离的技术教导。据推测，本发明产生上述效果的可能原因是紫薯淀粉在干热过程中更容易与还原胶发生良好的交联，并且这种交联并没有不利地影响交联后的紫薯淀粉后续在膜液原料制备和成膜过程中与海藻酸钠的进一步交联，而是提供了更为有利的促进作用。此外，海藻酸钠与淀粉、纤维素等不同，它具有羧基，亲水性强，并且是线状高分子，另外，紫薯淀粉中的直链淀粉含量高达40%左右，显著高于马铃薯淀粉和玉米淀粉等，这些都可能有利于紫薯淀粉先后与黄原胶和海藻酸钠形成强结构的多孔网络结构的薄膜，并且透明度高。
本领域已知的是，离子胶为数众多，包含多种类别，其选择方式并无固定规律可循，发明人经过大量筛选最终发现，选择海藻酸钠和黄原胶组合，可取得优异很多的透明度，可能是海藻酸钠和黄原胶在和紫薯淀粉的相互作用中产生了协同增效作用，例如上述组合在透明度性能方面明显优于羧甲基纤维素钠和黄原胶组合以及羟丙基羧甲基纤维素和黄原胶，这是预先所未预料到的。
紫薯淀粉中的直链淀粉含量高达40%左右，通过本发明的制备方法，以其为基质制备可食用膜，其各方面性能均得到明显的改善，具备果蔬涂膜保鲜、食品抗菌包装的应用价值。
本发明的显著优点在于：工艺过程简单、安全、成本低且无污染，生产的可食用膜的可塑性较强，耐水能力较好且透明度明显优于其它可食用膜，达到90%以上，在果蔬涂膜保鲜、食品抗菌包装方面具备良好的应用价值。
具体实施方式
通过以下具体实施例和对比例，进一步描述本发明，但是实施例仅用于说明，并不能限制本发明的范围。
实施例1
（1）淀粉制备：将0.4g黄原胶溶解于80mL蒸馏水中，搅拌15min，然后在黄原胶溶液中加入39.6g紫薯淀粉，搅拌20min使之混合均匀，调节混合液的pH值为6；将混合粉末倾倒至平盘中置于45℃的烘箱干燥13h（水分含量10%以下），研磨粉碎过100目筛，然后将混合粉末置于130℃的烘箱干热处理3h。
（2）原料混合：取3.99g干热变性紫薯淀粉，用100mL蒸馏水溶解成淀粉乳，加入1.52g甘油，于95℃的水浴锅加热搅拌10min，然后加入0.6g海藻酸钠，再加热搅拌20min至完全糊化。
（3）脱气：将膜液静置于50℃的水浴锅消泡10min。
（4）延流：一次性称取35mL膜液倾倒至聚乙烯板上充分延流，然后平放静置5min。所述的单位面积聚乙烯板的膜液量为1.75L/m2。
（5）干燥成膜：将聚乙烯板平放于80℃的烘箱中干燥1.5h即可揭膜，所成膜的厚度控制在0.05mm～0.06mm。
实施例2
（1）淀粉制备：将0.2g黄原胶溶解于80mL蒸馏水中，搅拌15min，然后在黄原胶溶液中加入39.8g紫薯淀粉，搅拌20min使之混合均匀，调节混合液的pH值为8；将混合粉末倾倒至平盘中置于45℃的烘箱干燥13h（水分含量10%以下），研磨粉碎过100目筛，然后将混合粉末置于120℃的烘箱干热处理4h。
（2）原料混合：取4.21g干热变性紫薯淀粉，用100mL蒸馏水溶解成淀粉乳，加入1.54g甘油，于95℃的水浴锅加热搅拌10min，然后加入0.45g海藻酸钠，再加热搅拌20min至完全糊化。
（3）脱气：将膜液静置于50℃的水浴锅消泡10min。
（4）延流：一次性称取35mL膜液倾倒至聚乙烯板上充分延流，然后平放静置5min。所述的单位面积聚乙烯板的膜液量为1.75L/m2。
（5）干燥成膜：将聚乙烯板平放于80℃的烘箱中干燥1.5h即可揭膜。所成膜的厚度控制在0.05mm～0.06mm。
实施例3
（1）淀粉制备：将0.6g黄原胶溶解于80mL蒸馏水中，搅拌15min，然后在黄原胶溶液中加入39.4g紫薯淀粉，搅拌20min使之混合均匀，调节混合液的pH值为6；将混合粉末倾倒至平盘中置于45℃的烘箱干燥13h（水分含量10%以下），研磨粉碎过100目筛，然后将混合粉末置于120℃的烘箱干热处理3h。
（2）原料混合：取3.50g干热变性紫薯淀粉，用100mL蒸馏水溶解成淀粉乳，加入1.52g甘油，于95℃的水浴锅加热搅拌10min，然后加入0.75g海藻酸钠，再加热搅拌20min至完全糊化。
（3）脱气：将膜液静置于50℃的水浴锅消泡10min。
（4）延流：一次性称取35mL膜液倾倒至聚乙烯板上充分延流，然后平放静置5min。所述的单位面积聚乙烯板的膜液量为1.75L/m2。
（5）干燥成膜：将聚乙烯板平放于80℃的烘箱中干燥1.5h即可揭膜。所成膜的厚度控制在0.05mm～0.06mm。
对比例1
重复实施例1，不同之处在于调换黄原胶和海藻酸钠的加入顺序，即在紫薯淀粉的干热变性过程中加入海藻酸钠，在膜液原料的制备中加入黄原胶。
对比例2
重复实施例1，不同之处在于在紫薯淀粉的干热变性过程中加入黄原胶和海藻酸钠，在膜液原料的制备中不再加入黄原胶或海藻酸钠，即仅仅在干热变性过程中加入离子胶。
表1
对比例3
重复实施例1，不同之处在于将海藻酸钠替换为羧甲基纤维素钠。
对比例4
重复实施例1，不同之处在于将海藻酸钠替换为羟丙基羧甲基纤维素。
表2
由表1和2清楚地可以看出，只有在紫薯淀粉干热变性时加入黄原胶、且然后在膜液原料混合中加入海藻酸钠才能够获得优异的膜性能例如抗拉强度和透明度（透光率%）。另外，当使用羧甲基纤维素钠或羟丙基羧甲基纤维素时，制得的膜的抗拉强度和透明度均比较差。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。
Claims (10)
1.一种紫薯淀粉可食用膜，其特征在于：所述的可食用膜包含以下质量分数的组分：干热变性紫薯淀粉20-90%、甘油0.1-30%和海藻酸钠0.1-20%；
制备方法包括以下步骤：
（1）干热变性紫薯淀粉的制备：将黄原胶溶解于蒸馏水中，充分搅拌，加入紫薯淀粉，搅拌混合均匀，调节混合液的pH值为4-12；将该混合液倾倒至平盘中并干燥至水分含量10wt.%以下，然后研磨粉碎过筛，将混合粉末进行干热处理；其中黄原胶用量为紫薯淀粉和黄原胶总重量的0.5-2.5%；
（2）原料混合：取步骤（1）的干热变性紫薯淀粉，用蒸馏水溶解成3-5wt.%的淀粉乳，加入甘油，于水浴锅加热搅拌，然后加入海藻酸钠，再加热搅拌至完全糊化，制得膜液；
（3）脱气：将膜液静置于水浴锅中消泡脱气；
（4）延流：一次性称取膜液倾倒至铺展板上充分延流，然后平放静置；
（5）干燥成膜：将铺展板平放于烘箱中干燥成膜，控制膜厚度为0.05-0.06mm。
2.根据权利要求1所述的紫薯淀粉可食用膜，其特征在于：所述的可食用膜包含以下质量分数的组分：干热变性紫薯淀粉30-80%、甘油1-25%和海藻酸钠1-15%。
3.一种制备如权利要求1所述的紫薯淀粉可食用膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）干热变性紫薯淀粉的制备：将黄原胶溶解于蒸馏水中，充分搅拌，加入紫薯淀粉，搅拌混合均匀，调节混合液的pH值为4-12；将该混合液倾倒至平盘中并干燥至水分含量10wt.%以下，然后研磨粉碎过筛，将混合粉末进行干热处理；其中黄原胶用量为紫薯淀粉和黄原胶总重量的0.5-2.5%；
（2）原料混合：取步骤（1）的干热变性紫薯淀粉，用蒸馏水溶解成3-5wt.%的淀粉乳，加入甘油，于水浴锅加热搅拌，然后加入海藻酸钠，再加热搅拌至完全糊化，制得膜液；
（3）脱气：将膜液静置于水浴锅中消泡脱气；
（4）延流：一次性称取膜液倾倒至铺展板上充分延流，然后平放静置；
（5）干燥成膜：将铺展板平放于烘箱中干燥成膜，控制膜厚度为0.05-0.06mm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）混合液的干燥温度为30-55℃，时间为9-14h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）混合粉末的烘干温度为120-160℃，时间为1-4h。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）过筛的目数为80~160目。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（2）水浴锅温度为80-100℃，前后两次加热搅拌的时间依次为5~15min和15~30min。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（3）水浴锅温度为40-60℃，消泡时间为5-20min。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（4）中单位面积铺展板上的膜液量为1.25L/m2~2.25L/m2。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（5）中干燥温度为60-110℃，时间为0.5-3h。
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