乙二醇对小麦面筋蛋白成膜特性的影响

食品4Science and Technology of Food Industry包裝与枇械吕醇小喜面筋建成膜特性龄影李振华',王金水·2,赵谋明2,王玲玲',王艳1(1.河南工业大学粮食学院,河南郑州450052,2.华南理工大学轻工与食品学院,广东广州510640)等方面上的应用。所以,如何提高和改善蛋白膜的防要:以小麦面筋蛋白(WG)为原料,研究了各因素对以乙二醇为增塑剂所制小麦面筋蛋白膜的各项性能(通透性、机械潮、防湿性能,是目前研究的重点和难点。本课题正性能)的影响。基于本课题研究的重点,仅以面筋蛋白膜透水率为指标进行正交实验,最终得到最佳成膜条件分是基于此目的,进行了小麦面筋蛋白成膜特性的研别为:谷朊粉/乙二醇3:1、乙醇浓度70%、反应温度60°℃C究,研究了以乙二醇作为增塑剂时在小麦面筋蛋白透水梨0.638×10gm-s!Pa成膜过程中的作用及对成膜特性的影响,在此基础关调:小麦面筋蛋白,可食性膜,乙二醇,通透性,机械性能上确定改善膜的防潮防湿性能的最佳制备工艺条Abstract: The effects of many factors on properties(barrier件,以期为此方面研究提供技术支持。properties, and mechanical properties) of ediblefilms prepared with wheat gluten( NG )and1材料与方法plasticizer (glycol) were investigated in presentpaper, The optimal conditions for the preparation1.1材料与仪器谷朊粉市售;试剂均为分析纯。permeability ( WP) were obtained: WG/glycol ratio1, ethanol concentration 70%, temperature 60C25mm外径千分尺上海量具刀具厂;TA-XT2iWP0638×10gm:s-Pa型物性仪英国 Stable Micro Systems;zK-82B型真Key words: wheat gluten; edible film; glycol; barrierproperties; mechanical properties空脱气箱上海市实验仪器总厂。中图分类号;TS2023文献标识码:A1.2实验方法文章编号:10020306(2006)040152-041.2.1谷朊粉基本指标测定含水量测定:105℃恒重法(GB5497-85);粗蛋白含量测定:微量凯氏定氮目前,商业上大量使用的聚合包装膜-塑料制品,法(GBT5511-85),蛋白质换算系数为5.70;粗脂肪因具有易于加工制造、强度大、成本低等优点,在我含量测定:索氏提取法(GB5512-85);粗淀粉含量测国工农业、生活用品等方面显示出了其独特的优越定:1%盐酸旋光法。性,但是其弊端也是显而易见的。近年来,随着人们1.2膜的制备将一定量的乙醇与蒸馏水的混合环保意识的增强,以天然生物材料,特别是植物蛋白溶液置于250mL烧杯中,在搅拌状态下加入一定量制成的可食用包装膜逐渐成为众多研究者瞩目的集的谷朊粉,均匀分散后再缓慢加入一定量的乙二醇点-。但目前由植物蛋白制备的膜在商业上的应用搅拌30min后用HCl调节其pH,再恒温水浴搅拌还不够广泛,还不能大范围地取代合成高分子塑料30mn,然后将溶液置于真空干燥箱(O.MPa)中脱气溥膜,进行批量生产。究其原因主要是由于天然可食1min,冷却后倒膜。室温条件下放置24h后揭膜,之性高分子材料本身具有亲水性,制得的可食性膜的后置于RH=50%的干燥器中保存2d后测定膜的各阻湿性有限,这样就大大限制了它在食品和非食品项性能指标。1.2.3中国煤化工一张膜随机取6个点,H取平均值。收稿日期:2005-07-29CNMHG为测定叫将已制备作者简介:李振华(1980-),女,硕士,研究方向:食品生物技术基金项目:国家“十五”科技攻关项目(2001501A04);河南省高校好的膜密封于装有约5g千燥剂的锥形瓶口中,然后青年骨千教师基金資助项目置于干燥器中(RH=50%),定期检测锥形瓶增重。按2身數猪食品删业域包装与枇械Vol.27,No.04,2006下述公式计算膜的透水率:随着乙二醇在膜体系中含量的下降而呈下降趋WVP=(△W…X)/A·T·(P1-P2)势。这是因为添加乙二醇之后,蛋白质分子间或分其中:WVP-透水率,g·m·s-·Pa';ΔW-一定时子内本身的相互作用减弱了,软化了小麦蛋白膜间间隔后锥形瓶增重,g;X-膜厚,m;A-锥形瓶口面的刚性结构,这样它必然会导致膜的阻水性、阻氧积,m2;T-时间间隔,s;(P1-P2)-膜内外水蒸汽分压差性的降低。(1680Pa)。1.2.5机械性能的测定将薄膜剪成10mm×60mm的长条固定在TA-XT2i型物性仪上测定膜的抗拉强度(TS,MPa)和延伸率(E,%),计算公式如下:TS=F/S;E=[(L-1)/Lbl×100%式中:F-膜断裂时承受的最大拉力,N;S-膜的横截面积,m2;谷朊粉/乙二醇比L-膜原来的长度,mm;L1-膜断裂时的长度图3谷朊粉/乙二醇比对膜抗拉强度的影响mm。1.26透氧性的测定计算公式为:OP=(O2l-21.0%)×Vxd(Ax1xPo×[O]b)其中:OP透氧系数,mLmm·m2,(h)-4Pa;[O2l透氧瓶内氧气浓度,%;V-透氧瓶容积,400mL;d-膜厚,mm;A-膜透氧的有效面积,m2;t-吸收氧气的时间,h;Po-大气压强,101325Pa;[O2-膜外氧气浓谷朊粉/乙二醇比2结果与讨论4谷朊粉/乙二醇比对膜延伸率的影响2.1谷朊粉与乙二醇之比(质量比)对膜各性能的随着乙二醇含量在膜体系中的减少,膜的抗拉影响强度不断增大,延伸率不断减小。这主要是因为谷朊其它反应条件:谷朊粉浓度10%,乙醇浓度粉蛋白中本身含有较多的分子内及分子间二硫键60%,反应温度60℃,pH3未加乙二醇时,蛋白分子间有较强的共价键力存在相互作用强,联结紧密;另外,小麦蛋白中含有大量的谷氨酸(约40%),蛋白之间有可能形成较多氢键1.85使键缺乏流动性,形成的薄膜脆、粗糙。而乙二醇是相对分子质量较小的亲水性分子,故能与蛋白多聚体较好地互融門。因此,它可轻易插入蛋白分子链间与众多酰胺基团形成氢键,软化了膜的刚性结构,从145而改善了膜的机械性能。长1.25谷朊粉/乙二醇的比值太小膜太粘、太大又太脆,均没有实际价值,所以综合考虑选配比为3:1。谷朊粉/乙二醇比22乙醇浓度对膜各性能的影响图1谷朊粉/乙二醇比对膜透水率的影响其它反应条件:谷朊粉浓度10%,谷朊粉:乙0.l1醇=3:1,反应温度60℃,pH3。从图5、图6中可以看出,随着乙醇浓度的增加膜的通透性呈上升趋势。原因可能是麦醇溶蛋白能0070.05中国煤化工谷朊粉/乙二醇比CNMHG 80 10图2谷朊粉/乙二醇比对膜透氧率的影响乙醇浓度(%)从图1、图2中可以看出,膜的透水率、透氧率都图5乙醇浓度对膜透水率的影响2006年第食品计故Science and Technology of Food Industry包裝与枇械0.l0.05乙醇浓度(%)E图6乙醇浓度对膜透氧率的影响充分溶解于乙醇中;而麦谷蛋白可溶于热稀乙醇。尤04050607080其是在乙醇浓度较高时,两种蛋白更是不能充分融反应温度(℃)合,这样形成的蛋白膜网状结构就不致密,从而导致图9反应温度对膜透水率的影响膜的阻气性下降。但乙醇浓度也不能太低,否则会在0.14实验过程中产生许多泡沫,影响膜的最终性能。0.120.10E0080.06020406080100反应温度(℃)乙醇浓度(%图10反应温度对膜透氧率的影响图7乙醇浓度对膜抗拉强度的影响醇=3:1,乙醇浓度60%,pH3。从图9、图10中可以看出,在一定成膜温度范围内,膜的透水率和透氧率都随着温度的升高而不断减小。究其原因,这主要是因为加热使蛋白质大分子从原来有序的紧密结构变为无秩序的松散结构,使母0.5原来藏在分子内部的巯基和疏水性氨基酸侧链残基03等暴露在分子表面,从而有利于蛋白质分子内和分子间相互作用,形成更为坚固的网络结构;另外,较高的温度也促进了蛋白质中巯基和二硫键的交换反乙醇浓度(%)应,使成膜二硫键的联结增多。但加热温度也不能过图8乙醇浓度对膜延伸率的影响高,否则会因蛋白质分子过度变性,而造成分子断图7、图8显示了膜的抗拉强度(TS)先增大后减裂,不利于网络结构的形成,导致透水率和透氧率又小;延伸率(E)呈增大趋势。这可能主要是因为乙醇会重新上升。浓度对膜机械性能的影响主要是通过影响面筋中两种主要蛋白一麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的溶解度来实现的,而对小麦蛋白膜的抗拉强度贡献较大的可能是麦谷蛋白。这主要是因为麦谷蛋白不仅具有较高的分子量,还存在分子间二硫键,导致了分子间的缠结和交联现象,使形成的膜具有更高强度。对小麦蛋据0.5白膜的延伸率贡献更大的可能是麦醇溶蛋白。当乙醇浓度为60%左右时,两种蛋白都能较好地溶解TS、E均达到最大,而随着乙醇浓度继续增大,两种5060708090蛋白的溶解度都受到了限制,表现为TS减小、E基本不变。中国煤化工度的影响综合考虑乙醇浓度取60%。CNMHG莫的抗拉强度逐渐23反应温度对膜各性能的影响增加。这是因为加热改变了蛋白质的三级结构,使巯其它反应条件:谷朊粉浓度10%,谷朊粉:乙二基和疏水侧链暴露出来,干燥时,伸展了的蛋白质大l542教期包裝与枇械食品4Vol.27,No.04,2006表2正交实验结果实验号透水率123456789KKKkk222333B1231231231.633324591.5851.61423.02反应温度(℃2.456图12反应温度对膜延伸率的影响7.l175.6745.6586518分子彼此靠近并通过二硫键和疏水键连接起来,使5682最终得到的膜的强度增大。图12反应了延伸率的变2.3721.891化趋势。综合考虑,温度取60℃。0.8130.4780.443优选方案A1C124对所制膜透水率进行正交实验基本参数为:谷朊粉:乙二醇3:1、乙醉浓度60%注:透水率单位是x10"gm2s-Pa反应温度60℃低,但却引起了阻气性、抗拉强度的降低。在实际应表1四因素三水平L4(34)正交设计用中应视具体情况综合考虑,选择适当类型、适当用因素量的增塑剂。水平谷朊粉乙二醇乙醇浓度(%)反应温度(℃)参考文献3:l3.5:1[罗学刚国内外可食性包装膜研究进展J中国包装,199195):102~103.选择谷朊粉乙二醇比值A、乙醇浓度B、反应温[2]王海鸥可食性膜及其在食品工业中的应用几食品与机度C进行三因素三水平正交实验,按四因素三水平械,2002(54-5L(34)正交表设计,实验结果如表2所示。3]袁海淘,芮汉明,等.可食性膜研究进展J粮油科技,2002,通过正交实验可知,当谷朊粉与乙二醇质量比0a2为3.5:1、乙醇浓度60%、反应温度60℃时,所制膜的{4」 Mahmoud F, Savelo p a. Mechanical properties and透水率最小,为1.585×10"gm1.slPa'。water vapor transferability through whey protein films[J]. Dairy通过极差分析可知,优选方案为ABC1,即谷朊Sci,1992,75(3:942-946.粉与乙二醇质量比为3:1、乙醇浓度70%、反应温度{5] Wall J SBeck with A C. Relationship between structure60℃,各因素对膜透水率影响的重要性次序为:A(谷 and rheological properties of gluten protein[J].Cereal Sci,,1969,朊粉与乙二醇质量比)>B(乙醇浓度)>C(反应温度)。141}16.经过验证实验,得到优选方案下膜的透水率为6] Perez- Gago M B, Krochta JM. Denaturation time and0638×10"°g·m1.s-Pa2。properties, and3结论oxygen permeability offilms[J. Food Sci.3.1膜透水率与透氧率变化趋势基本相同,随谷朊200166705710粉/乙二醇质量比增大而减小;随乙醇浓度增大而增[71 Gennadios A, Weller C LTestin I. Temperature effect大;随温度升高而呈先减小后增加的趋势。其中谷朊 on oxygen permeability of edible protein- based Films[J].Food粉与乙二醇质量比是影响膜透水率的最重要因素Sci.1993.58:212~214,抗拉强度变化趋势为:随谷朊粉/乙二醇质量比增大S] Lasatity R Sc D. The chemistry of cereal proteins[M而增大;随乙醇浓度增大而呈现先增大后减小的趋势;随温度升高而增加。延伸率变化趋势为:随谷朊9 Sanchez A C. Popinear, Y. Mangave,Ceta.eetr粉/乙二醇质量比增大而减小;随乙醇浓度增大而增中国煤化工 and surace properties大;随温度升高而减小。of wheChem,199846:4539~CNMHG32随乙二醇的加入,面筋蛋白膜的脆性会有所降4544l55200年第04期