食品4域Science and Technology of Food Industry包裝與枇械呂醇對小戲理國成膜特性的場響李振華',王金水12,趙謀明2,王玲玲,王艷(1,.河南工業(yè)大學糧食學院,河南鄭州450052,2.華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州510640)饔:以小麥面筋蛋白(wG)為原料,研究了各因素對以乙二醇等方面上的應用。所以,如何提高和改善蛋白膜的防為增塑劑所制小麥面筋蛋白膜的各項性能(通透性、機械潮、防濕性能,是目前研究的重點和難點。本課題正性能)的影響?；诒菊n題研究的重點,僅以面筋蛋白膜透水率為指標進行正交實驗,最終得到最住成膜條件是基于此目的,進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%、反應溫度60究,研究了以乙二醇作為增塑劑時在小麥面筋蛋白透水率0638×10gm3s1Pa。成膜過程中的作用及對成膜特性的影響,在此基礎(chǔ)關(guān)讎調(diào):小麥面筋蛋白,可食性膜,乙二醇,通透性,機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 (WG)and1材料與方法plasticizer (glycol) were investigated in presepaper. The optimal conditions for the preparatio1.1材料與儀器of edible films in terms of water vaporpermeability (WP)were obtained: WG/glycol ratio谷朊粉市售;試劑均為分析純。3: 1, ethanol concentration 70%, temperature 60C25mm外徑千分尺上海量具刀具廠;TA-XT2iWP0638×10"gm.sPa型物性儀英國 Stable Micro Systems;zK-82B型真Key words: wheat gluten: edible film; glycol; barre空脫氣箱上海市實驗儀器總廠中圖分類號:TS2023文獻標識碼:A1.2實驗方法文章編號:10020306(2006)04-0152-041.2.1谷朊粉基本指標測定含水量測定:105℃恒重法(GB5497-85);粗蛋白含量測定:微量凱氏定氮法(GB/T5511-85),蛋白質(zhì)換算系數(shù)為570;粗脂肪目前,商業(yè)上大量使用的聚合包裝膜-塑料制品,含量測定:索氏提取法(GB5512-85);粗淀粉含量測因具有易于加工制造、強度大、成本低等優(yōu)點,在我國工農(nóng)業(yè)、生活用品等方面顯示出了其獨特的優(yōu)越定:1%鹽酸旋光法。性,但是其弊端也是顯而易見的。近年來,隨著人們1.2.2膜的制備將一定量的乙醇與蒸餾水的混合環(huán)保意識的增強,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焦的谷朊粉,均勻分散后再緩慢加入一定量的乙二醇點。但目前由植物蛋白制備的膜在商業(yè)上的應用攪拌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30min,然后將溶液置于真空干燥箱(OMPa)中脫氣薄膜,進行批量生產(chǎn)。究其原因主要是由于天然可食1 Omin,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性能指標1.2.3膜厚度(mm)的測定取一張膜隨機取6個點,用25mm外徑千分尺測其厚度,取平均值。收稿日期:200507-29作者簡介:李搛華(1980-),女,碩士,研究方向:食品生物技術(shù)。1.24膜透水率(gm-·sPa-)的測定將已制備基金項目:國家“十五”“科技攻關(guān)項目(2001504);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目置于干燥器中(RH=50%),定期檢測錐形瓶增重。按包裝與枇械食ol.27,No.042006下述公式計算膜的透水率: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·(P-P2)勢。這是因為添加乙二醇之后,蛋白質(zhì)分子間或分其中:WVP-透水率,g·ms-·Par;ΔW-一定時子內(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),這樣它必然會導致膜的阻水性、阻氧積,m2;T-時間間隔,s;(P1P2)-膜內(nèi)外水蒸汽分壓差性的降低(1680Pa)。1.2.5機械性能的測定將薄膜剪成10mm×60mm的長條固定在TA-XT2型物性儀上測定膜的抗拉強度(TS,MPa)和延伸率(E,%),計算公式如下:TS=F/S;E=(L1-1)/1×100%式中:F-膜斷裂時承受的最大拉力,N;S-膜的橫截面積,m2;谷朊粉/乙二醇比L-膜原來的長度,mm;L1-膜斷裂時的長度圖3谷朊粉/乙二醇比對膜抗拉強度的影響1.26透氧性的測定計算公式為:0.8OP=(O2l-21.0%)×Vxd(Ax1xPo×[O]b)其中OP-透氧系數(shù), mLmm.m2.(h)2.Pa-2;O2透氧瓶內(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-吸收氧氣的時間,h;P-大氣壓強,101325Pa;[O2}b-膜外氧氣濃谷朊粉/乙二醇比2結(jié)果與討論圖4谷朊粉/乙二醇比對膜延伸率的影響2.1谷朊粉與乙二醇之比(質(zhì)量比)對膜各性能的隨著乙二醇含量在膜體系中的減少,膜的抗拉影響強度不斷增大,延伸率不斷減小。這主要是因為谷朊其它反應條件: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%,反應溫度60℃,pH3。未加乙二醇時,蛋白分子間有較強的共價鍵力存在,相互作用強,聯(lián)結(jié)緊密;另外,小麥蛋白中含有大量2.05的谷氨酸(約40%),蛋白之間有可能形成較多氫鍵,使鍵缺乏流動性團,形成的薄膜脆、粗糙。而乙二醇是相對分子質(zhì)量較小的親水性分子,故能與蛋白多聚1.65體較好地互融門。因此,它可輕易插入蛋白分子鏈間,與眾多酰胺基團形成氫鍵,軟化了膜的剛性結(jié)構(gòu),從x145而改善了膜的機械性能。1.25谷朊粉/乙二醇的比值太小膜太粘、太大又太脆,均沒有實際價值,所以綜合考慮選配比為3:1。谷朊粉/乙二醇比22乙醇濃度對膜各性能的影響圖1谷朊粉/乙二醇比對膜透水率的影響其它反應條件:谷朊粉濃度10%,谷朊粉乙二0.l1醇=3:1,反應溫度60℃,pH3。從圖5、圖6中可以看出,隨著乙醇濃度的增加0.09膜的通透性呈上升趨勢。原因可能是麥醇溶蛋白能0.07目、0050.03谷朊粉/乙二醇比20406100圖2谷朊粉/乙二醇比對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乙醇濃度對膜透水率的影響食品鐘越Science and Technology of Food Industry包裝與枇械0.l0.05。乙醇濃度(%)圖6乙醇濃度對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304050607080其是在乙醇濃度較高時,兩種蛋白更是不能充分融反應溫度(℃)合,這樣形成的蛋白膜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就不致密,從而導致圖9反應溫度對膜透水率的影響膜的阻氣性下降。但乙醇濃度也不能太低,否則會在0.14實驗過程中產(chǎn)生許多泡沫,影響膜的最終性能0.1220趙試城008020406080100反應溫度(℃)乙醇濃度(%圖10反應溫度對膜透氧率的影響圖7乙醇濃度對膜抗拉強度的影響醇=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0.8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,這主要是因為加熱使蛋白質(zhì)大分子從原來有序的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o秩序的松散結(jié)構(gòu),使量0.5原來藏在分子內(nèi)部的巰基和疏水性氨基酸側(cè)鏈殘基等暴露在分子表面,從而有利于蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分0.2子間相互作用,形成更為堅固的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu);另外,較020406080100高的溫度也促進了蛋白質(zhì)中巰基和二硫鍵的交換反乙醇濃度(%)應,使成膜二硫鍵的聯(lián)結(jié)增多。但加熱溫度也不能過圖8乙醇濃度對膜延伸率的影響高,否則會因蛋白質(zhì)分子過度變性,而造成分子斷圖7、圖8顯示了膜的抗拉強度(TS)先增大后減裂,不利于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成,導致透水率和透氧率又小;延伸率(E)呈增大趨勢。這可能主要是因為乙醇會重新上升。濃度對膜機械性能的影響主要是通過影響面筋中兩種主要蛋白-麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的溶解度來實現(xiàn)的,而對小麥蛋白膜的抗拉強度貢獻較大的可能s1.5是麥谷蛋白。這主要是因為麥谷蛋白不僅具有較高的分子量,還存在分子間二硫鍵,導致了分子間的纏結(jié)和交聯(lián)現(xiàn)象,使形成的膜具有更高強度。對小麥蛋白膜的延伸率貢獻更大的可能是麥醇溶蛋白。當乙醇濃度為60%左右時,兩種蛋白都能較好地溶解TS、E均達到最大,而隨著乙醇濃度繼續(xù)增大,兩種蛋白的溶解度都受到了限制,表現(xiàn)為TS減小、E基反應溫度(℃)本不變。圖11反應溫度對膜抗拉強度的影響綜合考慮乙醇濃度取60%。圖11反映了隨溫度的升高,膜的抗拉強度逐漸23反應溫度對膜各性能的影響增加。這是因為加熱改變了蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),使巰其它反應條件:谷朊粉濃度10%,谷朊粉之乙二基和疏水側(cè)鏈暴露出來,干燥時,伸展了的蛋白質(zhì)大包裝與枇械食品Vol.27,No.04,2006表2正交實驗結(jié)果實驗號透水率012331.6332.36524591.585456789KKKkB12312312333222.568反應溫度(℃圖12反應溫度對膜延伸率的影響7.l175.67456586.5187004分子彼此靠近并通過二硫鍵和疏水鍵連接起來,使8.0495.6826639最終得到的膜的強度增大。圖12反應了延伸率的變721.8912.173化趨勢。213綜合考慮,溫度取60℃。0.8l304780.44324對所制膜透水率進行正交實驗優(yōu)選方案AC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反應溫度60℃。低,但卻引起了阻氣性、抗拉強度的降低。在實際應表1四因素三水平L(3)正交設計用中應視具體情況綜合考慮,選擇適當類型適當用因素水平谷朊粉:乙二醇乙醇濃度(%)反應溫度(℃)參考文獻3.5:1[羅學剛國內(nèi)外可食性包裝膜研究進展門]中國包裝,1999195):102-103選擇谷朊粉:乙二醇比值A(chǔ)、乙醇濃度B、反應溫[2]王海鷗可食性膜及其在食品工業(yè)中的應用食品與機度C進行三因素三水平正交實驗,按四因素三水平械200254-5L(34)正交表設計,實驗結(jié)果如表2所示[3]袁海淘,芮漢明,等.可食性膜研究進展糧油科技,2002通過正交實驗可知,當谷朊粉與乙二醇質(zhì)量比102:17~18為3.5:1、乙醇濃度60%、反應溫度60℃時,所制膜的A4 Mahmoud R, Savely P a. Mechanical properties and透水率最小,為1.585×10"gm2sPa。water vapor transferability through whey protein films[J]. Dairy通過極差分析可知,優(yōu)選方案為A1BC1,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%、反應溫度5] Wall S, Beck with A C. Relationship between structure60℃,各因素對膜透水率影響的重要性次序為:A(谷 and rheological properties of gluten protein[J]. Cereal Sci1969朊粉與乙二醇質(zhì)量比)>B(乙醇濃度)>C(反應溫度)。14(1):16.經(jīng)過驗證實驗,得到優(yōu)選方案下膜的透水率為6] Perez- Gago m i, Krochta M. Denaturation time and0.638×10"°g·m1.s-Pa2。temperature effects on solubility, lensile propertie3結(jié)論oxygen permeability of whey protein edible films[J).Food3.1膜透水率與透氧率變化趨勢基本相同,隨谷朊006675710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 F. Temperature effect大;隨溫度升高而呈先減小后增加的趨勢。其中谷朊 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;Se1995821214抗拉強度變化趨勢為:隨谷朊粉/乙二醇質(zhì)量比增大8 asatity R,Sc D. The chemistry of cereal proteins而增大;隨乙醇濃度增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨 CRC Press Inc, Boca Raton, Flot94勢;隨溫度升高而增加。延伸率變化趨勢為:隨谷朊19] Sanchez A C, Popinear, Y, Mangavel, Cet al. Effect of粉/乙二醇質(zhì)量比增大而減小;隨乙醇濃度增大而增different plasticizers on the mechanical and surface properties大;隨溫度升高而減小of wheat gliadin films[JL. J Agric Food Chem, 1998, 46: 453932隨乙二醇的加入,面筋蛋白膜的脆性會有所降454