玉米醇溶蛋白吸管制备工艺的研究

姜福佳，尚熙龙，吴浩，王秀雅，梁春秀

（1.长春职业技术学院，吉林 长春 130033；2.吉林农业大学，吉林 长春 130033；3.长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130011）

吸管是吸取饮品时最常用的工具，吸管主要为聚丙烯（PP）吸管、聚乳酸（PLA）吸管、可降解树脂吸管、纸质吸管等。［1］吸管的主要成分是食品级的聚丙烯等胶质，无毒且能承受100℃的高温。但不法商家采用劣质低档的聚乙烯、聚氯乙烯、含双酚A以及回收来的塑料等工业原料作为主要成分制备吸管。在生活中我们最常用的是塑料吸管，制备塑料吸管中的双酚A普遍存在于矿泉水瓶、医疗器械以及食品包装内里，直接接触食物使其存在于食物中。软质塑料常添加的增塑剂在接触热水的情况下，会将有毒的化学物质会稀释到水中。另外，塑料的内部微观构造有很多的孔隙，其中隐藏着污物，清洗不净就会容易滋生细菌，存在严重的安全隐患。［2］2020年国家印发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，要求全国范围餐饮行业禁止使用不可降解的塑料吸管。“吸管禁塑令”发布后，国内众多餐饮企业用纸质吸管代替了塑料吸管。［3］然而，纸质吸管存在许多弊端，如硬度低、牢固力差以及价格昂贵等。因此研发出高质量且健康环保的吸管迫在眉睫。

玉米醇溶蛋白有良好的耐水性、耐热性和耐脂性，广泛应用于食品、造纸、医药等工业。醇溶蛋白中含有所必需的赖氨酸、精氨酸、组氨酸，能够及时补充营养。［4］本文研究的玉米醇溶蛋白吸管以玉米醇溶蛋白为原料，添加羟丙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、山梨醇、甘油等食品级辅料，按一定比例结合制备成可以食用的吸管，环保无污染、性质稳定、耐高温且可规模化生产，是一种理想的吸管产品。本产品成功解决了吸管存在致癌物质、不可降解、不耐高温、储存期短及成本高昂等问题。有利于改善吸管的性能，扩大吸管的应用范围、提高其商业价值，植物型吸管取代各种材质的吸管将是必然趋势。

一、材料与方法

（一）材料与仪器

玉米醇溶蛋白购于上海煜涛实业有限公司，CAS号：9010-66-6；无水乙醇，天津市富宇精细化工有限公司；丙三醇（甘油），国药集团化学试剂有限公司；羟丙基纤维素，市售，食品级；山梨醇，山东天力药业；聚乙烯吡咯烷酮，南京瑞泽精细化工有限公司。

AL204型电子天平，梅特勒—托利多（上海）有限公司；HH-6型数显温水浴锅，金坛市佳美仪器有限公司；ZS-2型超声波破碎仪，温州三和量具仪器有限公司；101型电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器厂；移液枪，上海荣泰生化工程有限公司。

（二）原料预处理

用乙醇浸提法［5］提取玉米黄粉中的醇溶蛋白，玉米黄粉中加入95%乙醇，置于磁力搅拌器上搅拌高效快速溶解，将溶液离心10min，收取上清液调至pH6.5，静置12h分离出醇溶蛋白沉淀，进行第2次离心，弃去上清液收集蛋白，冷冻干燥后即可得到醇溶蛋白。

（三）实验方法

1.实验流程

称取适量玉米醇溶蛋白，按照比例添加95%乙醇，经水浴加热处理后加入甘油、羟丙基纤维素及聚乙烯吡咯烷酮等辅料，混合均匀，经挤压成型、热风烘干、切割等流程制备吸管，最后检测其各项指标。

图1 吸管制备流程图

2.单因素试验方法

1）羟丙基纤维素对玉米醇溶蛋白吸管品质的影响

称取1.0g的醇溶蛋白，加入95%的乙醇溶液700µL，将其混合后放在40°C水浴摇床中完全搅拌，分别加入0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40g羟丙基纤维素，聚乙烯吡咯烷酮0.60g，山梨醇60µL，甘油50µL，使其与溶液充分溶解后，倒入模具，挤压成型后热风烘干，对吸管切割成型，检测玉米醇溶蛋白吸管的各项指标。

2）聚乙烯吡咯烷酮对醇溶蛋白吸管品质的影响

称取1.0g的醇溶蛋白，加入95%的乙醇溶液700µL，将其混合后放在40°C水浴摇床中完全搅拌，分别加入0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80g的聚乙烯吡咯烷酮，羟丙基纤维素0.25g，山梨醇60µL，甘油50µL，均充分混匀后，倒入模具，挤压成型后热风烘干，对吸管进行切割成型，检测玉米醇溶蛋白吸管的各项指标。

3）山梨醇对玉米醇溶蛋白吸管品质的影响

称取1.0g的醇溶蛋白，加入95%的乙醇溶液700µL，将其混合后放在40°C水浴摇床中完全搅拌，分别加入30、40、50、60、70、80、90µL山梨醇，聚乙烯吡咯烷酮0.60g，羟丙基纤维素0.25g，甘油50µL，均充分混匀后，倒入模具，挤压成型后热风烘干，对吸管进行切割成型，检测玉米醇溶蛋白吸管的各项指标。

4）甘油对玉米醇溶蛋白吸管品质的影响

称取1.0g的醇溶蛋白，加入95%的乙醇溶液700µL，将其混合后放在40°C水浴摇床中完全搅拌，分别加入35、40、45、50、55、60、65µL甘油，聚乙烯吡咯烷酮0.60g，羟丙基纤维素0.25g，山梨醇60µL，均充分混匀后，倒入模具，挤压成型后热风烘干，对吸管进行切割成型，检测玉米醇溶蛋白吸管的各项指标。

5）乙醇对玉米醇溶蛋白吸管品质的影响

称取1.0g的醇溶蛋白，分别加入65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%乙醇溶液700µL，将其混合后放在40°C水浴摇床中完全搅拌，再加入聚乙烯吡咯烷酮0.60g，羟丙基纤维素0.25g，甘油50µL，山梨醇60µL，均充分混匀后，倒入模具，挤压成型后热风烘干，对吸管进行切割成型，检测玉米醇溶蛋白吸管的各项指标。

3.拉伸强度指标检测

随机抽取100支吸管进行拉伸强度的力学性能指标检测，检测方法参照国标发《GB/T1040—1》进行测定。［6］

4.常规性能指标检测

1）感官检测

随机抽取100支吸管进行感官检测，在自然光下，目测吸管的外观和颜色，进行评分。要求吸管管壁及切口平滑规整，无特殊性异味，颜色均匀且无色斑污点，无气泡、毛刺、凹陷、穿孔等缺陷，100支吸管中合格数量应≥95支。检测方法参照国标法《GB/T24693-2009》进行测定。［7］

2）长度偏差

用刻度分度为1mm的直尺测量吸管的长度，按照公式（1）计算吸管的长度偏差，吸管长度偏差应≤±2%。检测方法参照国标法《GB/T24693-2009》进行测定。［7］

式中：

ΔL-长度偏差，%；

L-长度偏差，实测长度，单位为毫米（mm）；

L0-长度偏差，产品标称长度，单位为毫米（mm）。

3）外径偏差

用精度为0.02mm的游标卡尺测量吸管的外径尺寸，按照公式（2）计算吸管的外径偏差，吸管外径偏差应≤±4%。检测方法参照国标法《GB/T24693-2009》进行测定。［7］

式中：

ΔD-外径偏差，%；

D-实测外径，单位为毫米（mm）；

D0–产品标称外径，单位为毫米（mm）。

4）壁厚均匀度

用精度为0.01mm测厚仪在吸管的同一截面圆周上测量最大壁厚和最小壁厚，吸管同一截面上最大壁厚和最小壁厚差应≤1.2%。检测方法参照国标法《GB/T24693-2009》进行测定。［7］

5）质量检测

随机抽取300支吸管进行质量检测，将吸管分成3组，每组100支，用精度不低于0.1g的分析天平称量出三组吸管的质量。按照公式（3）计算吸管的质量偏差，结果取3组试验结果平均值，100只吸管总质量偏差≤±5%。检测方法参照国标法《GB/T24693-2009》进行测定。［7］

式中：

ΔG–质量偏差，%；

G-实测100支吸管的质量，单位为克（g）；

G0–产品要求100支吸管质量，单位为克（g）。

5.正交试验

在单因素试验结果的基础上，以羟丙基纤维素（A）、聚乙烯吡咯烷酮（B）、山梨醇（C）、甘油（D）四个影响因素作为自变量，进行四因素三水平正交试验，并检测各项指标，正交试验因素水平设计如表1所示。

表1 玉米醇溶蛋白吸管制备工艺正交试验因素水平设计

二、结果与分析

（一）单因素试验结果分析

1.羟丙基纤维素对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

羟丙基纤维素具有良好的热塑性、粘结性及乳胶稳定性，在医药上主要用作片剂粘合剂和增粘剂。［8］本文使用羟丙基纤维素作为制备吸管的粘合剂，研究其对吸管拉伸强度的影响。如图2所示，玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度随着羟丙基纤维素含量的增加而增强，当羟丙基纤维素为0.25g时效果最佳，达到68MPa，当羟丙基纤维素含量超过0.25g时，拉伸强度逐渐降低。

图2 羟丙基纤维素对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

2.聚乙烯吡咯烷酮对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

聚乙烯吡咯烷酮具有良好的食物安全性，在食品药品加工方面主要作为成膜剂、润滑剂、澄清剂和稳定剂。［9］本文使用聚乙烯吡咯烷酮作为制备吸管的成膜剂，与醇溶蛋白融合后可较快成膜，并检测其对硬胶囊拉伸强度的影响。如图3所示，玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度随着聚乙烯吡咯烷酮含量的增加而增强，当羟丙基纤维素为0.5g时效果最佳，达到71MPa，当聚乙烯吡咯烷酮含量超过0.5g时，拉伸强度逐渐降低。

图3 聚乙烯吡咯烷酮对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

3.山梨酸对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

山梨醇用于食品调湿剂、保香剂及抗氧化剂。［10］本文使用山梨醇作为制备吸管的抗氧化剂，检测其对硬胶囊拉伸强度的影响。如图4所示，玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度随着山梨醇含量的增加而增强，当羟丙基纤维素为60µL时效果最佳，达到69MPa，当山梨醇含量超过60µL时，拉伸强度逐渐降低。

图4 山梨醇对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

4甘油对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

甘油在食品加工业中通常用作于运动食品和代乳品中的甜味剂和保湿剂。［11］本文使用甘油作为吸管的保湿剂，使吸管在储存及使用过程中不会轻易碎裂，并检测其对吸管拉伸强度的的影响。如图5所示，玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度随着甘油含量的增加而增强，当羟丙基纤维素为50µL时效果最佳，达到71MPa，当甘油含量超过50µL时，拉伸强度逐渐降低。

图5 甘油对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

5.乙醇浓度对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

乙醇是最常用的溶剂，由于玉米醇溶蛋白不溶于水而溶于乙醇的性质，本文选用不同浓度的乙醇作为溶剂溶解玉米醇溶蛋白，并研究其对吸管拉伸强度的影响，如图6所示，玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度随着乙醇浓度的增加而增强且呈浓度依赖性，当羟丙基纤维素为95%时效果最佳，达到70MPa，乙醇浓度变化对玉米蛋白吸管的拉伸强度影响不大。

图6 乙醇浓度对玉米醇溶蛋白吸管拉伸强度的影响

（二）正交实验结果分析

由表2可以看出，4个因素对玉米醇溶蛋白吸管拉伸轻度的影响大小依次为聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素、山梨醇和甘油，在4个因素中聚乙烯吡咯烷酮影响最为显著。在正交实验设计范围中，经综合考虑，优化得到最佳条件为羟丙基纤维素0.25g、聚乙烯吡咯烷酮0.60g、山梨醇60µL、甘油50µL。

表2 玉米醇溶蛋白吸管制备工艺正交试验设计与原理

（三）玉米醇溶蛋白吸管各项指标

按照国标法对玉米醇溶蛋白吸管进行各项指标检测，结果如表3所示，感官分数为98分，长度偏差为1.0%、外径偏差为1.4%，壁厚均匀度为3.2%，质量偏差为4.8%，以上结果均符合国标《GB/T1040-1》的检测要求。

表3 玉米醇溶蛋白吸管各项指标检测

三、结论

本研究在不同因素条件下制备玉米醇溶蛋白吸管，通过单因素试验优化制备工艺，得出最佳条件为羟丙基纤维素0.25g、聚乙烯吡咯烷酮0.60g、山梨醇60µL、甘油50µL。通过对各项指标进行检测，结果发现醇溶蛋白吸管的拉伸强度、感官分数、长度偏差、外径偏差及质量偏差均符合检测指标要求。

玉米醇溶蛋白吸管应用广泛，原料绿色健康，环保无污染，且各项指示均优于传统吸管，可以作为一种新型绿色健康的吸管应用于日常生活。