谷朊粉與其制備蛋白膜性能的相關性研究

張亞茹 王六強 李曉娟 黃雅露 張春紅

(沈陽農業大學食品學院，沈陽 110866)

谷朊粉與其制備蛋白膜性能的相關性研究

張亞茹 王六強 李曉娟 黃雅露 張春紅

(沈陽農業大學食品學院，沈陽 110866)

選取國內10種市售谷朊粉分別制備蛋白膜，分析谷朊粉的主要品質及蛋白膜的性能，通過相關性分析及逐步回歸分析研究谷朊粉與蛋白膜品質之間的相關關系。相關分析表明：谷朊粉的巰基含量、溶解性、麥醇溶蛋白含量、吸水率、粗蛋白含量、水分含量、泡沫穩定性與膜的透光率、水溶性、阻氧性、水蒸氣透過率及拉伸強度呈顯著(P<0.05)或極顯著相關(P<0.01)。逐步回歸分析得出谷朊粉的粗蛋白含量、巰基含量、麥醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性對膜性能的影響較大。

谷朊粉 蛋白膜 品質 相關性

谷朊粉膜是一種以谷朊粉為原料，添加一定的增塑劑干燥后得到的可食性蛋白膜。其制備方法主要有2種，澆鑄法是將成膜溶液傾倒到模具里干燥后形成可以揭下的薄膜；涂布或噴霧法是將成膜溶液涂布或噴霧于食品上，在食品表面形成薄膜[1-2]。該膜具有良好的柔韌性和阻隔性，能延長食品的保質期，可被生物降解，無污染，可替代化學合成材料應用于食品包裝。

由于谷朊粉的原料和生產工藝不同，不同企業生產的谷朊粉品質存在差異[3-4]。目前，對谷朊粉膜的研究主要集中在成膜條件的優化[5-7]、膜的性能改善[8-10]、成膜機理[11]研究及膜的應用[12]等方面。關于原料谷朊粉品質對蛋白膜性能影響的研究報道較少。本研究選用10種具有代表性的市售谷朊粉為試材，分別制備蛋白膜，通過相關性分析及逐步回歸分析，建立谷朊粉品質與蛋白膜性能之間的關系，為企業選取合適的谷朊粉制備蛋白膜，提高膜的性能提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

不同來源的10種谷朊粉及其生產企業見表1。

大豆色拉油：秦皇島金海糧油工業有限公司。

表1 不同來源的10種谷朊粉及其生產企業

1.2 儀器和設備

T18分散機：德國IKA公司；紫外/可見分光光度計(Uitrospace2100pro)：Biochrom有限公司；SZF-06A粗脂肪測定儀：上海新嘉電子有限公司；CHY-C2薄膜測厚儀：濟南蘭光機電技術有限公司：電子拉力試驗機：廣州標際包裝設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 谷朊粉理化指標及功能性的測定

水分測定：參照GB 5009.3—2010；灰分測定：參照GB/T 5505—2008；粗蛋白質測定：參照GB/T 5511—2008；粗脂肪測定：參照GB/T 5512—2008；粗細度測定：參照GB/T 5507—2008；谷朊粉二硫鍵及巰基含量測定：Ellman’s試劑比色法[13]；麥醇溶蛋白含量測定：參照司學芝[14]的方法；溶解性的測定：雙縮脲法[15]；持水力的測定：差量法[16]；吸水率的測定：參照GB/T 21924—2008；持油力的測定：差量法[16]；起泡性及泡沫穩定性測定：攪打法[17]。

1.3.2 谷朊粉膜制備方法[11]

取一定量谷朊粉，溶于體積分數為45%乙醇溶液中(料液比1∶10)，加入20%甘油(以蛋白質計)，調節膜液pH 12，60 ℃磁力攪拌30 min，60 ℃恒溫水浴反應30 min，真空脫氣消泡。取一定量成膜液倒入玻璃板上，60 ℃干燥1.5 h，揭膜，放于相對濕度50%、室溫環境下保存48 h，待測。

1.3.3 膜性能的測定

水溶性的測定：105 ℃恒重法[18]；透光率的測定：比色法[6]；水蒸氣透過系數(WVP)的測定：參照GB 1037—1988 塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法(杯式法)。阻氧性的測定：參照Shiyi等[19]方法；拉伸強度測定：參照GB 13022—1991。取厚度均勻的薄膜，將其裁剪為100 mm×15 mm，利用微控電子萬能試驗機進行測定，試驗速度為50 mm/min。

1.4 統計分析方法

試驗數據均3次測量取平均值，數據處理采用Excel 2003及SPSS 17.0[20]。

2 結果與分析

2.1 谷朊粉的基本成分及功能性分析

GB/T 21924—2008要求一級谷朊粉的含水量不低于8%，二級不高于10%；一級谷朊粉的粗脂肪和灰分質量分數均不高于1.0%，二級不高于2.0%；一級谷朊粉的粗蛋白質質量分數不低于85%，二級不低于80%；一級谷朊粉的吸水率不低于170%，二級不低于160%。由表2可知，10種谷朊粉樣品的水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白含量和吸水率指標均符合谷朊粉國標要求。不同谷朊粉的灰分、巰基、二硫鍵含量、溶解性、起泡性及泡沫穩定性等指標變異系數較大，說明不同企業生產的谷朊粉品質不同，且品質之間的差異比較大。因此，本研究選用的10種谷朊粉具有一定的代表性。

2.2 不同谷朊粉成膜性比較

以10種谷朊粉為原料，在相同的條件下制備蛋白膜，比較不同膜液的特性及谷朊粉的成膜性，結果見表3。由表3可知，10種谷朊粉的膜液性質及成膜性之間差異較大。3號谷朊粉的溶解性最好，其次是5號和8號，其他幾種谷朊粉溶解性相對較差，內有不溶解的絮狀沉淀，這與谷朊粉的溶解性排序基本一致。3、5、7、8、9和10號成膜液的黏度較大。膜液經過干燥后，揭膜難易程度也不同，其中3、8及10號膜光滑，容易揭膜，4號和6號膜質較脆，不易揭膜。受谷朊粉顏色的影響，膜的顏色基本偏黃色，其中4號和9號膜顏色較深，影響膜的外觀。

表3 不同谷朊粉成膜性比較

2.3 不同谷朊粉膜功能性描述性統計

由表4可知，不同膜的透光率、油脂過氧化值及水蒸氣透過系數變異系數較大，說明不同谷朊粉制備蛋白膜的性質差異較大。

表4 不同谷朊粉膜功能性描述性統計

2.4 不同谷朊粉膜性能指標間的相關性分析

由表5可知，膜的水溶性與拉伸強度呈極顯著負相關，與水蒸氣透過系數呈極顯著正相關；膜的油脂過氧化值與水蒸氣透過系數極呈顯著正相關；膜的拉伸強度與水蒸氣透過系數呈顯著負相關。說明所選用的指標之間具有較好的相關性。

表5 不同谷朊粉膜性能之間相關性分析

2.5 不同谷朊粉膜性能的綜合評價

采用熵權法對膜性能的5個指標進行客觀賦權，然后運用Topsis法對膜性能進行客觀的綜合評價。經計算透光率、水溶性、油脂過氧化值、拉伸強度及水蒸氣透過系數權重分別為0.19、0.27、0.22、0.17和0.16。基于熵權法賦權，采用Topsis法客觀評價谷朊粉膜的性能，結果見表6。由表6可知，5號膜的綜合品質最好，其次是8號及6號，4號膜的綜合品質最差。利用主成分分析方法對10種谷朊粉的品質進行綜合評價時，排在前2位的分別是8號和5號谷朊粉，說明品質好的谷朊粉具有良好的成膜性，制成蛋白膜的性能也較好。

表6 不同谷朊粉膜Topsis綜合評價結果

注：Di+、Di-分別表示每個評價對象與最優方案和最劣方案之間的距離；Ci表示各評價指標與最優方案和最劣方案的接近程度。

2.6 谷朊粉品質與蛋白膜性能之間的相關性分析

對蛋白膜的性能與谷朊粉品質之間進行相關性分析，結果見表7。由表7可知，谷朊粉品質與膜性能之間存在較好的相關性。谷朊粉中粗蛋白含量與膜的油脂過氧化值呈極顯著負相關，與水蒸氣透過系數呈顯著負相關；谷朊粉中水分含量與膜的油脂過氧化值呈極顯著正相關，與水蒸氣透過系數呈顯著正相關。分析原因認為，谷朊粉中粗蛋白含量高，水分含量低，谷朊粉的品質相對較好，制成膜的阻隔性能良好。谷朊粉中巰基含量與膜的透光率呈極顯著正相關。分析原因認為，當谷朊粉中巰基含量高時，二硫鍵含量相對較少，形成膜的致密程度較差，膜的透光率較高。谷朊粉中麥醇溶蛋白含量與膜的拉伸強度呈極顯著正相關，與膜水溶性呈極顯著負相關，與膜水蒸氣透過系數呈顯著負相關。這可能是因為谷朊粉吸水時，水分子與蛋白質分子中的親水基團相互作用形成濕面筋，其中的麥谷蛋白形成蛋白網絡，麥醇溶蛋白通過非共價鍵結合在麥谷蛋白中，形成較緊密的三維結構，使其具有一定的黏彈性，延伸性及成膜性。在一定范圍內，麥醇溶蛋白含量越高，膜的致密性越好。

谷朊粉的溶解性與膜的透光率呈顯著正相關。分析原因認為，不同谷朊粉在干燥過程中受熱程度和蛋白質變性程度不同，溶解性好的谷朊粉制備的膜表面比較光滑，膜的透光率較好。谷朊粉的吸水率與膜的水溶性和水蒸氣透過系數呈極顯著負相關，與油脂過氧化值呈顯著負相關，與拉伸強度呈顯著正相關。谷朊粉的泡沫穩定性與膜的油脂過氧化值和水蒸氣透過系數呈顯著負相關。這可能是因為谷朊粉的泡沫穩定性與其吸水率呈顯著正相關，而如前所述，谷朊粉的吸水率與膜的水蒸氣透過系數呈極顯著負相關，與膜的油脂過氧化值呈顯著負相關。

表7 谷朊粉品質與蛋白膜性能之間的相關性分析

2.7 谷朊粉品質與蛋白膜性能之間的回歸分析

對不同膜性能與谷朊粉品質之間進行逐步回歸分析，結果見表8。

表8 谷朊粉品質與蛋白膜性能之間的回歸分析

由表8可知，每個回歸方程的F值及復相關系數R都達到極顯著水平，說明這些方程是符合數學分析要求的，通過這些方程可以很好地說明自變量與因變量之間的動態關系。從回歸方程可以看出，谷朊粉的粗蛋白含量、巰基含量、麥醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性對膜性能的影響較大。其中膜的透光率受巰基含量及溶解性影響較大；膜的水溶性受谷朊粉的吸水率及起泡性的影響較大；膜的油脂過氧化值受谷朊粉中粗蛋白含量影響較大；膜的拉伸強度受谷朊粉中麥醇溶蛋白含量影響較大；膜的水蒸氣透過系數受谷朊粉的吸水率影響較大。

3 結論

3.1 選取的10種谷朊粉品質之間差異性較大，以它們為原料進行研究具有一定的代表性。

3.2 膜的性能與谷朊粉品質之間具有較好的相關性。膜的透光率與谷朊粉中巰基含量呈極顯著正相關；與溶解性呈顯著正相關。膜的水溶性與谷朊粉中麥醇溶蛋白含量及吸水率呈極顯著負相關。膜的油脂過氧化值與谷朊粉中水分含量呈極顯著正相關，與粗蛋白含量呈極顯著負相關，與谷朊粉的吸水率及泡沫穩定性呈顯著負相關。膜的拉伸強度與谷朊粉中麥醇溶蛋白含量呈極顯著正相關；與吸水率呈顯著正相關。膜的水蒸氣透過系數與谷朊粉中水分含量呈顯著正相關，與粗蛋白含量、麥醇溶蛋白含量及泡沫穩定性呈顯著負相關；與吸水率呈極顯著負相關。

3.3 逐步回歸分析表明各方程的F值及復相關系數R均達到極顯著水平。從入選回歸方程的各項指標來看，膜的品質受谷朊粉的粗蛋白、巰基、麥醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性的影響較大。建議在制備蛋白膜時，選用上述指標好的谷朊粉作為生產原料。

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Correlation Between Wheat Gluten and the Properties of Protein Films

Zhang Yaru Wang Liuqiang Li Xiaojuan Huang Yalu Zhang Chunhong

(College of Food，Shenyang Agriculture University，Shenyang 110866)

In order to study the processing adaptability of different gluten, ten kinds of wheat gluten in China were prepared for protein films respectively. The main quality of wheat gluten and the properties of films were analyzed. The relationship of the quality index between wheat gluten and the films were studied by correlation and stepwise regression analysis. The results of correlation analysis showed that the effects of the Sh radical content, solubility, content of wheat gliadin, water absorption, crude protein content, moisture content, foam stability in wheat gluten to the light transmittance, solubility resistance of oxygen, water vapor permeability and tensile strength on tne quality of films were significant(P<0.05)or extremely significant(P<0.01). The result of stepwise regression analysis showed that crude protein content, hydrosulfuryl content, content of wheat gliadin, solubility, water absorption and foaming of the wheat gluten were significant impact to the overall performance of the films.

wheat gluten, protein films, quality, correlation

TB484

A

1003-0174(2016)02-0018-05

鄭州市科技創新體系建設計劃(N2013NC1072)

2014-07-20

張亞茹，女，1991年出生，碩士，植物蛋白質

張春紅，女，1968年出生，副教授，植物蛋白質、酶工程