甘油對明膠-普魯蘭多糖可食性材料性能的影響

高丹丹，張 超，馬 越，江連州，趙曉燕,*

(1.北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點實驗室，北京 100097；2.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

明膠可食性材料機械性能較高，且明膠價格低廉[1-2]，普魯蘭多糖可食性材料透明度高、阻油、阻氧性好[3-5]，研究將明膠與普魯蘭多糖復配成可食性材料，發(fā)現(xiàn)明膠-普魯蘭多糖復合可食性材料的柔韌性較差，限制了其工業(yè)化生產(chǎn)和應用，添加塑化劑是提高復合可食性材料機械性能最有效的措施之一。Jia Dongying等[6]對魔芋葡甘聚糖-殼聚糖-大豆分離蛋白可食性材料的研究和Li等[2]對明膠-魔芋葡甘聚糖可食性材料的研究均表明甘油是一種可以有效提高可食性材料機械性能的塑化劑。因此，本實驗在明膠-普魯蘭多糖可食性材料中添加甘油，以期提高可食性材料的性能，提高其作為食品包裝的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

普魯蘭多糖 天津實發(fā)中科百奧工業(yè)生物技術公司；明膠 滄州市金箭明膠有限公司；甘油 北京化工廠。

SM-112型測厚儀 日本Teclock公司；TA?XT plus物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司；PERMA TRAN-W Model 1/50 G水蒸汽透過率測試儀、OX-TRAN Model 2/61氧氣透過率測試儀 美國Mocon公司；CM3700d型色差儀 日本柯尼卡-美能達公司；DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 中國中興偉業(yè)儀器有限公司；BM-1型生物混合儀 日本Nihonseiki公司。

1.2 方法

1.2.1 可食性材料的制備

普魯蘭多糖溶液的質量濃度為2g/100mL，明膠溶液的質量濃度為5g/100mL，甘油溶液的質量濃度分別為1、2、3、4g/100mL，以不同的配比制備可食性材料。明膠溶解在90℃蒸餾水中，普魯蘭多糖溶解在60℃蒸餾水中，冷卻到室溫后添加甘油，攪拌均勻，－0.1MPa條件下脫氣，并傾倒在聚丙乙烯培養(yǎng)皿中干燥制備可食性材料，并將可食性材料貯藏于40℃和相對濕度50%的干燥器中。

1.2.2 厚度的測定

根據(jù)GB/T 6672—2001《塑料薄膜和薄片厚度測定》[7]，用測厚儀測定每個樣品厚度，均勻取13個點(其中1點為中心點)，以平均值作為可食性材料的厚度值。重復測定3次取平均值。

1.2.3 顏色的測定

應用CM3700d型色差儀，透光率模式下測試，測試時將標準白板墊于可食性材料下，其中，L*值表示亮度，所以L*值越大表明可食性材料透明度越高；a*值表示樣品的紅色程度，數(shù)值越大，紅色的傾向越大；b*值表示黃色的程度，b*值越大表示樣品越黃。

1.2.4 機械性能的測定

用TA?XT plus型物性測試儀測定樣品的抗拉強度(TS)和斷裂延伸率(E)，拉引速度設定為1mm/s，初始夾距設定為40mm。其計算參照公式(1)、(2)。

式中：F為可食性材料斷裂時的最大拉力/N；S為可食性材料的橫截面積/m2；L0為樣品的長度/mm；L1為斷裂時的長度/mm。

1.2.5 水蒸氣透過率的測定

根據(jù)ASTM f1249－2005《采用紅外傳感器測定塑料膜和塑料片水蒸氣通過率的方法》[8]，在23℃條件下，可食性材料兩側相對濕度分別設定為50%和15%，測試面積為5cm2，載氣為高純氮氣。

1.2.6 氧氣透過率的測定

根據(jù)ASTM D 3985－1995《采用電量傳感器測定塑料膜和塑料片氧氣通過率的方法》[9]，在23℃條件下，測試倉相對濕度控制在50%，測試面積為10cm2。吹掃氣體和測試氣體分別為高純氮氣(混有2%氫氣)和氧氣。

1.2.7 水溶性的測定

將樣品裁成2cm×2cm規(guī)格，置于已經(jīng)盛滿90℃水的培養(yǎng)皿中，以樣品溶解時間來評價其水溶性。

1.2.8 油脂阻隔能力的測定

按照谷宏等[10]的方法進行測定。油脂滲透系數(shù)(P0)作為可食性材料的油脂阻隔能力的指標。于試管內裝5mL色拉油，用圓形的樣品封住試管口，再放一張預先稱質量的濾紙片，室溫(25℃)條件下倒置放于50%相對濕度的干燥器中。每天記錄濾紙片的重量，持續(xù)一周。油脂滲透系數(shù)的計算參照公式(3)。

式中：P0為油脂滲透系數(shù)/(g/(m2·d))；Δm為質量變化/g；h為可食性材料厚度/mm；S為試管口面積/m2；t為測試時間/d。

2 結果與分析

2.1 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料機械性能的影響

圖1 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料機械性能的影響Fig.1 Effect of glycerol addition on mechanical properties of gelatinpullulan edible film

包裝可食性材料的機械性能包括抗拉強度和斷裂延伸率[11]，由圖1可知，明膠-普魯蘭多糖可食性材料的抗拉強度為(97.72±6.47)MPa，斷裂延伸率為(4.81±0.80)%。復合可食性材料抗拉強度隨甘油添加量的增加而降低，最低達到(6.94±0.72)MPa。斷裂延伸率隨著甘油添加量的增加而降低。甘油添加量為4g/100mL時，斷裂延伸率達到最大值，為(155.90±4.19)MPa，比不添加甘油的復合可食性材料提高了31倍。這是因為甘油對于明膠-普魯蘭多糖復合可食性材料來說是一種比較有效的塑化劑，甘油會降低聚合物鏈間的分子間力，增加自由體積，從而提高復合可食性材料的柔韌性。這個結果低于聚氯乙烯(240%)[11]，高于低密度聚乙烯(95%)[12]。

2.2 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料阻隔性能的影響

圖2 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料阻隔性能的影響Fig.2 Effect of glycerol addition on barrier properties of gelatinpullulan edible film

由圖2可知，不添加甘油的復合可食性材料水蒸氣透過率為(95.20±6.75)(g·m)/(m2·d)，添加甘油后，復合可食性材料的水蒸氣透過率隨著甘油添加量的增加而逐漸上升。這是因為甘油的添加，會使聚合物分子之間的相互作用力減弱，自由體積相應增加，使水蒸氣分子更容易透過復合可食性材料，從而水蒸氣透過率增加[4,6]。甘油的添加會使明膠-普魯蘭多糖的氧氣透過率先逐漸降低，在甘油2g/100mL時達到最低，為0.15mL/(m2·d)，這可能是因為在此條件下甘油與聚合物之間有較好的相容性，各組分之間的相互作用最強烈，使得在甘油添加量為2g/100mL時復合可食性材料的氧氣透過率達到最低。然后隨著甘油添加量的進一步增加，復合可食性材料的氧氣透過率逐漸上升，這可能是因為甘油添加量過大破壞了聚合物之間的相互作用，使得分子之間的緊密度降低，導致氧氣透過率的上升。但是本實驗研究的復合可食性材料氧氣透過率值都較低，接近于最低檢測線，這主要還是因為普魯蘭多糖是一種阻氧性較好的聚合物[13-14]。Gounga等[5]的乳清分離蛋白-普魯蘭多糖復合可食性材料和肖茜[15]的普魯蘭多糖-海藻酸鈉-羧甲基纖維素復合可食性材料也有類似的結果。

油脂滲透系數(shù)測定結果顯示所有明膠-普魯蘭多糖可食性材料的油脂滲透系數(shù)均未檢出，這是由普魯蘭和明膠致密的結構決定的，明膠通過分子間和分子內的折疊提供了緊密的結構，而普魯蘭多糖賦予結構一定內聚力[16]。因此，甘油的添加對復合可食性材料的阻油性無顯著影響。

2.3 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料顏色的影響

表1 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料顏色的影響Table1 Effect of glycerol addition on color of gelatin-pullulan edible film

包裝可食性材料的顏色是影響消費者選擇產(chǎn)品的主要因素之一，可食性材料透明程度越高，就越能反應被包裝食品的色澤和外觀。由表1可知，L*值隨著甘油添加量的增加而增大，當甘油添加量為4g/100mL時L*值最大，說明復合可食性材料的透明度逐漸增大。隨著甘油添加量的增加而逐漸降低，b*值有所降低，當甘油添加量為4g/100mL時復合可食性材料的b*值最小。這是因為明膠呈淺黃色，甘油添加量的增加使復合可食性材料中的明膠相對含量降低，所以黃色越來越淺，b*值越來越小；當甘油添加量為2g/100mL時，復合可食性材料的b*值也相對最小，這可能是因為甘油添加量為2g/100mL時與明膠-普魯蘭多糖的相容性最好。總體來說，可食性材料的L*值都較高，b*值都較低，屬于透明型包裝可食性材料。

2.4 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料水溶性的影響

圖3 甘油添加量對明膠-普魯蘭多糖可食性材料溶水時間的影響Fig.3 Effect of glycerol addition on water soluble time of gelatin-pullulan edible film

由圖3可知，隨著甘油添加量的逐漸增加，復合可食性材料的溶水時間降低。一方面是由于原料都為親水性物質，另一方面甘油的親水性也較強，當置于水中時，會降低聚合物鏈間的分子間力，增加自由體積，使樣品更易擴散到水中。所有可食性材料的溶水時間都少于25s，低于魔芋葡甘聚糖-明膠復合可食性材料(35s)[7]。

3 結 論

甘油的添加有效提高復合可食性材料的機械性能，并且改善復合可食性材料的阻氧性、透明度和水溶性，但提高復合可食性材料的阻水性。普魯蘭多糖-明膠復合可食性材料均為水溶性，其透明度、機械強度、阻氧、阻油性都較高，可以根據(jù)其特征，將其作為食品的內包裝應用在速食方便面調味包、速溶咖啡等領域。

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