提高麥醇蛋白含量改良谷朊粉可食性膜性能的研究

張春紅，孫婧，常南，許嬌，崔里剛

(遼寧省沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽，110161)

谷朊粉是一種質優價廉、來源豐富的植物蛋白。谷朊粉中含有2種蛋白質，即麥醇溶蛋白(Gli)和麥谷蛋白(Glu)，麥醇溶蛋白具有延伸性、麥谷蛋白具有黏彈性，能與水形成三維網狀的結構，有良好成膜性［1］。谷朊粉膜是一種可食性薄膜，具有韌性較強，半透明，良好的隔絕O2和CO2能力，但防潮防濕性能及機械性能較差。

針對谷朊粉可食性膜機械性能和阻水性能較差的缺點，本文以谷朊粉為原料，通過適當添加麥醇蛋白來提高谷朊粉中麥醇蛋白含量，旨在提高谷朊粉可食性膜的機械性和阻水性，探索麥醇蛋白的最佳添加量，并應用正交試驗分析確定最佳成膜條件。

1 材料與方法

1.1 主要材料

谷朊粉:河南蓮花味精股份有限公司;麥醇溶蛋白:實驗室自制;無水乙醇、甘油、NaOH:分析純。

1.2 主要儀器與設備

微控電子萬能實驗機，中國科學院長春科新試驗儀器研究所;恒溫磁力攪拌器，常州國華電器有限公司;HH-數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;DHG-9246A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗儀器設備有限公司。

1.3 膜的制備

取一定比例的谷朊粉與麥醇溶蛋白共混，加入20%甘油(甘油/干基，g/g)，溶于體積分數為60%乙醇溶液中，調節膜液pH值11，磁力攪拌30 min，水浴反應30 min，真空脫氣，流延成膜，60℃下干燥2 h，揭膜，放于相對濕度±50%室溫環境下保存2 d，待測。

1.4 膜性能的測定方法

1.4.1 膜厚度測定

用螺旋測微器在制好的膜上隨機取5個點，測厚度，取平均值。

1.4.2 拉伸強度(TS)

測定方法參照參考文獻［2］。

1.4.3 水蒸氣透過系數(WVP)

根據GB1037－1988，采用擬杯子法，其單位以(g·mm)∕(m2·d·kPa)表示。

1.4.4 膜透光率測定

測定方法參照參考文獻［3］。

1.4.5 膜水溶性測定

測定方法參照參考文獻［3］。

2 結果與討論

2.1 不同谷朊粉膜的性能比較

選擇4種不同廠家生產的谷朊粉制膜，然后測定膜性能進行比較，結果見表1。

表1 不同谷朊粉膜性能比較

由表1可以看出，不同谷朊粉在同一條件下所成的膜質量存在差異。分析認為，谷朊粉中麥醇溶蛋白具有延伸性，麥谷蛋白具有黏彈性，二者相互交聯在一定條件下成膜，不同質量谷朊粉中麥醇蛋白和麥谷蛋白比例不同，因此薄膜的性能不同。

2.2 麥醇蛋白添加量的確定

圖1 麥醇添加量對膜厚度的影響

圖2 麥醇添加量對膜拉伸強度和水蒸氣透過性的影響

圖3 麥醇添加量對膜溶水率的影響

圖4 麥醇添加量對膜透光率的影響

由圖1～圖4可知，隨著麥醇溶蛋白添加量的增加，膜的厚度呈現先減小后增加的趨勢;WVP先降低后有所上升;TS先增強，當麥醇蛋白添加到一定比例后TS有所下降;膜溶水率呈先下降后上升的趨勢，添加比例為2∶1時溶水率最低;而蛋白膜的透光率隨著麥醇蛋白的添加而升高。

試驗中還發現，當麥醇蛋白添加量為谷朊粉的一半時，膜液中開始有沉淀析出，膜厚度增加，膜表面不光滑。綜合考慮，確定谷朊粉與麥醇蛋白最佳質量比為 3∶1。

分析認為，麥醇溶蛋白與麥谷蛋白在一定體積的乙醇溶液中充分交聯形成致密的三維網絡結構，麥醇蛋白含量增加，增強了分子間相互交聯作用，使膜的TS提高、WVP和水溶性下降。填充的麥谷蛋白相對減少，使膜透光率提高，所成膜較薄。當醇溶蛋白含量過多，填充的麥谷蛋白不足會導致結構松散使其機械強度下降、WVP和溶水率上升，并有大量固體析出使其厚度增加。

2.3 改良膜最佳成膜條件的確定

2.3.1 乙醇濃度對膜阻水性和機械性能的影響

圖5 乙醇體積分數對膜性能的影響

由圖5可知，隨乙醇體積分數的增大，改良膜的WVP呈現先下降后上升的趨勢，而膜的TS隨乙醇體積分數的增加先上升再下降，當乙醇體積分數在65%時，膜性能最好。分析其原因可能是由于原料中谷蛋白和醇溶蛋白的溶解特性不同，當乙醇達到最佳濃度時，蛋白質之間緊密交聯，形成牢固網狀結構，此時膜性能最好。

2.3.2 pH值對膜阻水性和機械性能的的影響

圖6 pH值對膜性能的影響

由圖6可知，隨膜液 pH值的增大，改良膜的WVP先下降后上升;TS隨膜液pH的升高呈上升的趨勢。隨pH值增大蛋白膜的顏色逐漸加深，綜合考慮確定最佳pH值為10～11。這是由于適度堿處理使蛋白質亞基解離，分子變性，分子內部的疏水基團、巰基暴露出來，有利于致密網絡結構的形成，從而使蛋白膜機械性能和WVP達到最佳狀態。

2.3.3 甘油添加量對膜阻水性和機械性能的影響

圖7 甘油添加量對膜性能的影響

由圖7可知，隨甘油添加量的增大，改良膜的WVP上升，TS下降。當甘油添加量較低時所成膜易碎，不能揭完整膜。綜合考慮，適宜的甘油添加量為20%。分析認為，甘油能和水分子形成氫鍵，通過減少聚合物相鄰鏈間的分子內相互作用來降低膜的脆性及易碎性，降低分子間的交聯程度，使蛋白膜的網絡由緊密變為松散，導致WVP的上升、TS降低。

2.3.4 溫度對膜阻水性和機械性能的影響

圖8 溫度對膜性能的影響

由圖8可知，改良膜的WVP隨熱處理溫度增加先下降后上升。當溫度超過60℃，機械性能趨于平緩并有所下降。綜合考慮，適宜的熱處理溫度為60℃。分析認為，這可能是由于適當的加熱會使蛋白的多肽鏈展開，使內部的巰基和疏水性基團暴露出來，巰基氧化而形成二硫鍵，使膜的網絡結構更致密，從而阻水性和機械性能得到提高。

2.3.5 正交試驗

選取影響谷朊粉改良膜性能的4個主要因素，以水蒸氣透過率和抗拉強度為指標進行正交試驗，結果見表2。

表2 正交試驗分析表

從表2中看出，影響改良膜的水蒸氣透過率和拉伸強度的主次順序分別為:甘油添加量＞乙醇體積分數＞pH值＞預熱處理溫度，甘油添加量＞pH值＞乙醇濃度＞預熱處理溫度。改良膜水蒸氣透過率為指標的最佳工藝條件為A3B3C3D1，而以拉伸強度為指標的最佳工藝條件為A3B4C3D1。綜合考慮，確定最佳的成膜條件為pH值11、熱處理溫度60℃、乙醇體積分數65%、甘油添加量為15%。

2.4 改良蛋白膜與谷朊粉膜性能的比較。

表3 改良膜與單組分膜性能的比較

由表3可知，改良谷朊粉蛋白膜的水蒸氣透過率比對照降低了13.3%，拉伸強度提高了52.5%，透光率提高了46.4%，水溶性降低了32.7%。

3 結論

(1)通過單因素試驗分析，確定谷朊粉與添加麥醇蛋白的最佳質量比為3∶1。

(2)對正交試驗結果采用極差分析，確定影響改良膜綜合性能的主要因素按影響程度大小依次為:甘油添加量＞pH值＞乙醇體積分數＞預熱處理溫度。

(3)通過單因素與正交試驗確定，改良膜的最佳成膜條件為pH值11、熱處理溫度60℃、乙醇體積分數為65%、甘油添加量為15%。

(4)在最佳成膜條件下制備可食性谷阮粉膜，改良膜的水蒸氣透過率為5.92 g·mm/(kPa·d·m2)，比對照降低了13.3%;拉伸強度為4.59 Mpa，比對照提高了52.5%;透光率為43.2%，比對照提高了46.4%;水溶性為22.9%，比對照降低了32.7%。

［1］ 彭海萍，彭鳳霞.可食性小麥蛋白膜的研究［J］.現代商貿工業，2003(3):42－44.

［2］ 李超，李強，李夢琴，等.制膜條件對可食性小麥面筋蛋白膜機械性能的影響［J］.廣州食品工業科技，2004，20(4):8－11.

［3］ 車曉彥，張春紅，李達.可食性谷朊粉蛋白膜最佳成膜條件的研究［J］.糧油加工，2006(12):78－82.

［4］ 李振華，王金水，趙謀明，等.對以甘油為增塑劑所制小麥面筋蛋白膜特性的研究［J］.糧食加工，2005(6):50－54.

［5］ 董超華，徐如宏，張慶勤.小麥醇溶蛋白和谷蛋白研究進展［J］.山地農業生物學報，2003，22(2):164－168.

［6］ Schofield J D，Booth M R.Wheat proteins and their technological significance［A］.Dvelelopments in food protein［C］.Applied Science Publication Ltd，(UK):Barking，Esses，1983:1 －65.

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