食品4Science and Technology of Food Industry包裝與枇械呂醇小喜面筋建成膜特性齡影李振華',王金水·2,趙謀明2,王玲玲',王艷1(1.河南工業(yè)大學(xué)糧食學(xué)院,河南鄭州450052,2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州510640)等方面上的應(yīng)用。所以,如何提高和改善蛋白膜的防要:以小麥面筋蛋白(WG)為原料,研究了各因素對(duì)以乙二醇為增塑劑所制小麥面筋蛋白膜的各項(xiàng)性能(通透性、機(jī)械潮、防濕性能,是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本課題正性能)的影響?；诒菊n題研究的重點(diǎn),僅以面筋蛋白膜透水率為指標(biāo)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),最終得到最佳成膜條件分是基于此目的,進(jìn)行了小麥面筋蛋白成膜特性的研別為:谷朊粉/乙二醇3:1、乙醇濃度70%、反應(yīng)溫度60°℃C究,研究了以乙二醇作為增塑劑時(shí)在小麥面筋蛋白透水梨0.638×10gm-s!Pa成膜過(guò)程中的作用及對(duì)成膜特性的影響,在此基礎(chǔ)關(guān)調(diào):小麥面筋蛋白,可食性膜,乙二醇,通透性,機(jī)械性能上確定改善膜的防潮防濕性能的最佳制備工藝條Abstract: The effects of many factors on properties(barrier件,以期為此方面研究提供技術(shù)支持。properties, and mechanical properties) of ediblefilms prepared with wheat gluten( NG )and1材料與方法plasticizer (glycol) were investigated in presentpaper, The optimal conditions for the preparation1.1材料與儀器谷朊粉市售;試劑均為分析純。permeability ( WP) were obtained: WG/glycol ratio1, ethanol concentration 70%, temperature 60C25mm外徑千分尺上海量具刀具廠;TA-XT2iWP0638×10gm:s-Pa型物性儀英國(guó) Stable Micro Systems;zK-82B型真Key words: wheat gluten; edible film; glycol; barrierproperties; mechanical properties空脫氣箱上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠。中圖分類號(hào);TS2023文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1.2實(shí)驗(yàn)方法文章編號(hào):10020306(2006)040152-041.2.1谷朊粉基本指標(biāo)測(cè)定含水量測(cè)定:105℃恒重法(GB5497-85);粗蛋白含量測(cè)定:微量凱氏定氮目前,商業(yè)上大量使用的聚合包裝膜-塑料制品,法(GBT5511-85),蛋白質(zhì)換算系數(shù)為5.70;粗脂肪因具有易于加工制造、強(qiáng)度大、成本低等優(yōu)點(diǎn),在我含量測(cè)定:索氏提取法(GB5512-85);粗淀粉含量測(cè)國(guó)工農(nóng)業(yè)、生活用品等方面顯示出了其獨(dú)特的優(yōu)越定:1%鹽酸旋光法。性,但是其弊端也是顯而易見(jiàn)的。近年來(lái),隨著人們1.2膜的制備將一定量的乙醇與蒸餾水的混合環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),以天然生物材料,特別是植物蛋白溶液置于250mL燒杯中,在攪拌狀態(tài)下加入一定量制成的可食用包裝膜逐漸成為眾多研究者矚目的集的谷朊粉,均勻分散后再緩慢加入一定量的乙二醇點(diǎn)-。但目前由植物蛋白制備的膜在商業(yè)上的應(yīng)用攪拌30min后用HCl調(diào)節(jié)其pH,再恒溫水浴攪拌還不夠廣泛,還不能大范圍地取代合成高分子塑料30mn,然后將溶液置于真空干燥箱(O.MPa)中脫氣溥膜,進(jìn)行批量生產(chǎn)。究其原因主要是由于天然可食1min,冷卻后倒膜。室溫條件下放置24h后揭膜,之性高分子材料本身具有親水性,制得的可食性膜的后置于RH=50%的干燥器中保存2d后測(cè)定膜的各阻濕性有限,這樣就大大限制了它在食品和非食品項(xiàng)性能指標(biāo)。1.2.3中國(guó)煤化工一張膜隨機(jī)取6個(gè)點(diǎn),H取平均值。收稿日期:2005-07-29CNMHG為測(cè)定叫將已制備作者簡(jiǎn)介:李振華(1980-),女,碩士,研究方向:食品生物技術(shù)基金項(xiàng)目:國(guó)家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001501A04);河南省高校好的膜密封于裝有約5g千燥劑的錐形瓶口中,然后青年骨千教師基金資助項(xiàng)目置于干燥器中(RH=50%),定期檢測(cè)錐形瓶增重。按2身數(shù)豬食品刪業(yè)域包裝與枇械Vol.27,No.04,2006下述公式計(jì)算膜的透水率:隨著乙二醇在膜體系中含量的下降而呈下降趨WVP=(△W…X)/A·T·(P1-P2)勢(shì)。這是因?yàn)樘砑右叶贾?蛋白質(zhì)分子間或分其中:WVP-透水率,g·m·s-·Pa';ΔW-一定時(shí)子內(nèi)本身的相互作用減弱了,軟化了小麥蛋白膜間間隔后錐形瓶增重,g;X-膜厚,m;A-錐形瓶口面的剛性結(jié)構(gòu),這樣它必然會(huì)導(dǎo)致膜的阻水性、阻氧積,m2;T-時(shí)間間隔,s;(P1-P2)-膜內(nèi)外水蒸汽分壓差性的降低。(1680Pa)。1.2.5機(jī)械性能的測(cè)定將薄膜剪成10mm×60mm的長(zhǎng)條固定在TA-XT2i型物性儀上測(cè)定膜的抗拉強(qiáng)度(TS,MPa)和延伸率(E,%),計(jì)算公式如下:TS=F/S;E=[(L-1)/Lbl×100%式中:F-膜斷裂時(shí)承受的最大拉力,N;S-膜的橫截面積,m2;谷朊粉/乙二醇比L-膜原來(lái)的長(zhǎng)度,mm;L1-膜斷裂時(shí)的長(zhǎng)度圖3谷朊粉/乙二醇比對(duì)膜抗拉強(qiáng)度的影響mm。1.26透氧性的測(cè)定計(jì)算公式為:OP=(O2l-21.0%)×Vxd(Ax1xPo×[O]b)其中:OP透氧系數(shù),mLmm·m2,(h)-4Pa;[O2l透氧瓶?jī)?nèi)氧氣濃度,%;V-透氧瓶容積,400mL;d-膜厚,mm;A-膜透氧的有效面積,m2;t-吸收氧氣的時(shí)間,h;Po-大氣壓強(qiáng),101325Pa;[O2-膜外氧氣濃谷朊粉/乙二醇比2結(jié)果與討論4谷朊粉/乙二醇比對(duì)膜延伸率的影響2.1谷朊粉與乙二醇之比(質(zhì)量比)對(duì)膜各性能的隨著乙二醇含量在膜體系中的減少,膜的抗拉影響強(qiáng)度不斷增大,延伸率不斷減小。這主要是因?yàn)楣入闷渌磻?yīng)條件:谷朊粉濃度10%,乙醇濃度粉蛋白中本身含有較多的分子內(nèi)及分子間二硫鍵60%,反應(yīng)溫度60℃,pH3未加乙二醇時(shí),蛋白分子間有較強(qiáng)的共價(jià)鍵力存在相互作用強(qiáng),聯(lián)結(jié)緊密;另外,小麥蛋白中含有大量的谷氨酸(約40%),蛋白之間有可能形成較多氫鍵1.85使鍵缺乏流動(dòng)性,形成的薄膜脆、粗糙。而乙二醇是相對(duì)分子質(zhì)量較小的親水性分子,故能與蛋白多聚體較好地互融門(mén)。因此,它可輕易插入蛋白分子鏈間與眾多酰胺基團(tuán)形成氫鍵,軟化了膜的剛性結(jié)構(gòu),從145而改善了膜的機(jī)械性能。長(zhǎng)1.25谷朊粉/乙二醇的比值太小膜太粘、太大又太脆,均沒(méi)有實(shí)際價(jià)值,所以綜合考慮選配比為3:1。谷朊粉/乙二醇比22乙醇濃度對(duì)膜各性能的影響圖1谷朊粉/乙二醇比對(duì)膜透水率的影響其它反應(yīng)條件:谷朊粉濃度10%,谷朊粉:乙0.l1醇=3:1,反應(yīng)溫度60℃,pH3。從圖5、圖6中可以看出,隨著乙醇濃度的增加膜的通透性呈上升趨勢(shì)。原因可能是麥醇溶蛋白能0070.05中國(guó)煤化工谷朊粉/乙二醇比CNMHG 80 10圖2谷朊粉/乙二醇比對(duì)膜透氧率的影響乙醇濃度(%)從圖1、圖2中可以看出,膜的透水率、透氧率都圖5乙醇濃度對(duì)膜透水率的影響2006年第食品計(jì)故Science and Technology of Food Industry包裝與枇械0.l0.05乙醇濃度(%)E圖6乙醇濃度對(duì)膜透氧率的影響充分溶解于乙醇中;而麥谷蛋白可溶于熱稀乙醇。尤04050607080其是在乙醇濃度較高時(shí),兩種蛋白更是不能充分融反應(yīng)溫度(℃)合,這樣形成的蛋白膜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就不致密,從而導(dǎo)致圖9反應(yīng)溫度對(duì)膜透水率的影響膜的阻氣性下降。但乙醇濃度也不能太低,否則會(huì)在0.14實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生許多泡沫,影響膜的最終性能。0.120.10E0080.06020406080100反應(yīng)溫度(℃)乙醇濃度(%圖10反應(yīng)溫度對(duì)膜透氧率的影響圖7乙醇濃度對(duì)膜抗拉強(qiáng)度的影響醇=3:1,乙醇濃度60%,pH3。從圖9、圖10中可以看出,在一定成膜溫度范圍內(nèi),膜的透水率和透氧率都隨著溫度的升高而不斷減小。究其原因,這主要是因?yàn)榧訜崾沟鞍踪|(zhì)大分子從原來(lái)有序的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o(wú)秩序的松散結(jié)構(gòu),使母0.5原來(lái)藏在分子內(nèi)部的巰基和疏水性氨基酸側(cè)鏈殘基03等暴露在分子表面,從而有利于蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間相互作用,形成更為堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);另外,較高的溫度也促進(jìn)了蛋白質(zhì)中巰基和二硫鍵的交換反乙醇濃度(%)應(yīng),使成膜二硫鍵的聯(lián)結(jié)增多。但加熱溫度也不能過(guò)圖8乙醇濃度對(duì)膜延伸率的影響高,否則會(huì)因蛋白質(zhì)分子過(guò)度變性,而造成分子斷圖7、圖8顯示了膜的抗拉強(qiáng)度(TS)先增大后減裂,不利于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,導(dǎo)致透水率和透氧率又小;延伸率(E)呈增大趨勢(shì)。這可能主要是因?yàn)橐掖紩?huì)重新上升。濃度對(duì)膜機(jī)械性能的影響主要是通過(guò)影響面筋中兩種主要蛋白一麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的溶解度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,而對(duì)小麥蛋白膜的抗拉強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大的可能是麥谷蛋白。這主要是因?yàn)辂湽鹊鞍撞粌H具有較高的分子量,還存在分子間二硫鍵,導(dǎo)致了分子間的纏結(jié)和交聯(lián)現(xiàn)象,使形成的膜具有更高強(qiáng)度。對(duì)小麥蛋據(jù)0.5白膜的延伸率貢獻(xiàn)更大的可能是麥醇溶蛋白。當(dāng)乙醇濃度為60%左右時(shí),兩種蛋白都能較好地溶解TS、E均達(dá)到最大,而隨著乙醇濃度繼續(xù)增大,兩種5060708090蛋白的溶解度都受到了限制,表現(xiàn)為T(mén)S減小、E基本不變。中國(guó)煤化工度的影響綜合考慮乙醇濃度取60%。CNMHG莫的抗拉強(qiáng)度逐漸23反應(yīng)溫度對(duì)膜各性能的影響增加。這是因?yàn)榧訜岣淖兞说鞍踪|(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),使巰其它反應(yīng)條件:谷朊粉濃度10%,谷朊粉:乙二基和疏水側(cè)鏈暴露出來(lái),干燥時(shí),伸展了的蛋白質(zhì)大l542教期包裝與枇械食品4Vol.27,No.04,2006表2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)號(hào)透水率123456789KKKkk222333B1231231231.633324591.5851.61423.02反應(yīng)溫度(℃2.456圖12反應(yīng)溫度對(duì)膜延伸率的影響7.l175.6745.6586518分子彼此靠近并通過(guò)二硫鍵和疏水鍵連接起來(lái),使5682最終得到的膜的強(qiáng)度增大。圖12反應(yīng)了延伸率的變2.3721.891化趨勢(shì)。綜合考慮,溫度取60℃。0.8130.4780.443優(yōu)選方案A1C124對(duì)所制膜透水率進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)為:谷朊粉:乙二醇3:1、乙醉濃度60%注:透水率單位是x10"gm2s-Pa反應(yīng)溫度60℃低,但卻引起了阻氣性、抗拉強(qiáng)度的降低。在實(shí)際應(yīng)表1四因素三水平L4(34)正交設(shè)計(jì)用中應(yīng)視具體情況綜合考慮,選擇適當(dāng)類型、適當(dāng)用因素量的增塑劑。水平谷朊粉乙二醇乙醇濃度(%)反應(yīng)溫度(℃)參考文獻(xiàn)3:l3.5:1[羅學(xué)剛國(guó)內(nèi)外可食性包裝膜研究進(jìn)展J中國(guó)包裝,199195):102~103.選擇谷朊粉乙二醇比值A(chǔ)、乙醇濃度B、反應(yīng)溫[2]王海鷗可食性膜及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用幾食品與機(jī)度C進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn),按四因素三水平械,2002(54-5L(34)正交表設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。3]袁海淘,芮漢明,等.可食性膜研究進(jìn)展J糧油科技,2002,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)可知,當(dāng)谷朊粉與乙二醇質(zhì)量比0a2為3.5:1、乙醇濃度60%、反應(yīng)溫度60℃時(shí),所制膜的{4」 Mahmoud F, Savelo p a. Mechanical properties and透水率最小,為1.585×10"gm1.slPa'。water vapor transferability through whey protein films[J]. Dairy通過(guò)極差分析可知,優(yōu)選方案為ABC1,即谷朊Sci,1992,75(3:942-946.粉與乙二醇質(zhì)量比為3:1、乙醇濃度70%、反應(yīng)溫度{5] Wall J SBeck with A C. Relationship between structure60℃,各因素對(duì)膜透水率影響的重要性次序?yàn)?A(谷 and rheological properties of gluten protein[J].Cereal Sci,,1969,朊粉與乙二醇質(zhì)量比)>B(乙醇濃度)>C(反應(yīng)溫度)。141}16.經(jīng)過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到優(yōu)選方案下膜的透水率為6] Perez- Gago M B, Krochta JM. Denaturation time and0638×10"°g·m1.s-Pa2。properties, and3結(jié)論oxygen permeability offilms[J. Food Sci.3.1膜透水率與透氧率變化趨勢(shì)基本相同,隨谷朊200166705710粉/乙二醇質(zhì)量比增大而減小;隨乙醇濃度增大而增[71 Gennadios A, Weller C LTestin I. Temperature effect大;隨溫度升高而呈先減小后增加的趨勢(shì)。其中谷朊 on oxygen permeability of edible protein- based Films[J].Food粉與乙二醇質(zhì)量比是影響膜透水率的最重要因素Sci.1993.58:212~214,抗拉強(qiáng)度變化趨勢(shì)為:隨谷朊粉/乙二醇質(zhì)量比增大S] Lasatity R Sc D. The chemistry of cereal proteins[M而增大;隨乙醇濃度增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);隨溫度升高而增加。延伸率變化趨勢(shì)為:隨谷朊9 Sanchez A C. Popinear, Y. Mangave,Ceta.eetr粉/乙二醇質(zhì)量比增大而減小;隨乙醇濃度增大而增中國(guó)煤化工 and surace properties大;隨溫度升高而減小。of wheChem,199846:4539~CNMHG32隨乙二醇的加入,面筋蛋白膜的脆性會(huì)有所降4544l55200年第04期