高粱醇溶蛋白/卡拉膠復(fù)合膜的制備與性能評(píng)價(jià)

◎ 宋雪健，曹家寶，王春圻，王洪江，李志江,3，徐瑋東，王欣卉，魏甜甜，文昌典，于金哲

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；4.黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025）

高粱籽粒中富含淀粉、蛋白質(zhì)及鈣、磷、鐵等微量元素，其中總蛋白質(zhì)的含量為6%～18%，且醇溶蛋白占總蛋白的77%～82%。高粱醇溶蛋白作為主要的儲(chǔ)存蛋白，其特殊的氨基酸組成，如谷氨酰胺、脯氨酸的存在，導(dǎo)致其不溶于水，但可溶于50%～90%的乙醇。高粱醇溶蛋白具有良好的理化特性和生物相容性，可作為其他活性組分的理想載體，同時(shí)在制備可降解包裝材料領(lǐng)域具有一定的發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳埃瑢?duì)玉米醇溶蛋白膜、小麥醇溶蛋白膜的研究較多，而對(duì)高粱醇溶蛋白膜的研究相對(duì)較少。通過對(duì)已報(bào)道的醇溶蛋白膜的相關(guān)研究推斷出，將高粱醇溶蛋白與增塑劑、增稠劑等成膜基材進(jìn)行混合后，可賦予高粱醇溶蛋白膜優(yōu)良特性。TAYLOR 等[1]從高粱麩皮中提取高粱醇溶蛋白制備成的薄膜具有較好機(jī)械性能和阻隔性能，可作為環(huán)保性的果蔬保鮮材料。HUANG 等[2]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)高粱醇溶蛋白/槲皮素復(fù)合膜進(jìn)行輻照處理后，可有效延長(zhǎng)鱈魚的貨架期。

卡拉膠無毒、無害，且具有親水性和凝膠性，在肉品、乳品、飲料等食品領(lǐng)域都有應(yīng)用[3]。卡拉膠作為新型、可替代傳統(tǒng)石油基的環(huán)保包裝材料備受關(guān)注。卡拉膠雖然具有一定的凝膠穩(wěn)定性，但單獨(dú)成膠時(shí)穩(wěn)定性差，凝膠水分容易析出，導(dǎo)致脆性變大，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要與其他物質(zhì)聯(lián)用，從而達(dá)到一定的應(yīng)用特性[4]。顏田田等[5]采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的卡拉膠與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%～2.5%）的甘油、山梨醇、丙二醇進(jìn)行共混制備復(fù)合膜，發(fā)現(xiàn)甘油/卡拉膠復(fù)合膜的理化性質(zhì)要優(yōu)于其他兩種增塑劑。雷會(huì)寧等[6]以大豆分離蛋白為基數(shù)，通過添加卡拉膠、40%的甘油進(jìn)行共混制備復(fù)合膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該復(fù)合膜比單一組分成膜更加均勻和致密。基于此，本研究采用高粱醇溶蛋白、卡拉膠及抗菌劑進(jìn)行復(fù)合來制備復(fù)合膜，以期為可降解包裝提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱醇溶蛋白，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院提供；卡拉膠，上海源葉生物科技有限公司；甘油，沈陽(yáng)華東試劑廠；納他霉素，南京森貝伽生物科技有限公司；乳酸鏈球菌素，南京森貝伽生物科技有限公司；無水乙醇，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XLW 型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；WGT-S 型透光/霧度測(cè)定儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；CR-400/410 色彩色差儀，柯尼卡美能達(dá)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 復(fù)合膜的制備

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%高粱醇溶蛋白，0.9%卡拉膠，2.3%甘油，共混于91.2%的乙醇中（濃度為85%），在80 ℃的水浴下共混20 min，待其溶解充分后，將2 份含有0.04%納他霉素和0.09%乳酸鏈球菌素的乙醇加入其中共混均勻，將成膜液倒置于玻璃板上（長(zhǎng)29 cm，寬23 cm），50 ℃條件下干燥2 h 即可得到復(fù)合膜。將得到的復(fù)合膜置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為20%～50%的條件下儲(chǔ)藏待用。

1.3.2 復(fù)合膜性能測(cè)試

（1）復(fù)合膜厚度的測(cè)試。根據(jù)GB/T 6672—2001的測(cè)試方法，在復(fù)合膜上隨機(jī)選取5 個(gè)點(diǎn)，其中1 個(gè)點(diǎn)為薄膜的中心點(diǎn)，利用螺旋測(cè)微器（0.001 mm）進(jìn)行測(cè)量，取平均值。

（2）復(fù)合膜機(jī)械性能的測(cè)試。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)量參照GB/T 1040.3—2006，測(cè)量3 次取平均值，下同。

（3）復(fù)合膜光學(xué)性能的測(cè)試。透光率和霧度測(cè)量參照GB/T 2410—2008，光澤度測(cè)定參照GB/T 12032—2005。

采用色差計(jì)對(duì)復(fù)合膜的L*值、a*值、b*值進(jìn)行測(cè)試。以標(biāo)準(zhǔn)白板為色差測(cè)定的空白參比。根據(jù)公式（1）計(jì)算得出薄膜的總色差值（?E）。標(biāo)準(zhǔn)卡的L*=94.30、a*=0.31、b*0.3。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合膜厚度測(cè)試

由表1知，實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合膜厚度為（0.192±0.013）mm。唐燕等[7]利用6.0 g 的高粱醇溶蛋白，0.8%丁香酚及1.48 g 增塑劑（聚乙二醇和甘油的體積比為1∶1）制備的復(fù)合膜厚度為（136.11±9.75）μm，二者的厚度較為接近。

表1 復(fù)合膜厚度測(cè)試結(jié)果表（單位：mm）

2.2 復(fù)合膜機(jī)械性能測(cè)試

復(fù)合膜的機(jī)械性能是評(píng)價(jià)其應(yīng)用能力的重要體現(xiàn)。復(fù)合膜的機(jī)械性能是其在外界作用力條件下保證膜結(jié)構(gòu)完整性的最重要的性質(zhì)，直接體現(xiàn)出復(fù)合膜的應(yīng)用能力。如表2所示，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度為（3.92±0.04）MPa，要明顯高于鄭虹等[8]利用6∶4 的明膠蛋白和殼聚糖制備的復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度（1.80 MPa）。

表2 復(fù)合膜的機(jī)械性能測(cè)試數(shù)據(jù)表

2.3 復(fù)合膜光學(xué)性能測(cè)試

復(fù)合膜的光學(xué)性能如表3所示，由于成膜基質(zhì)帶有一定的顏色，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合膜的透光率相對(duì)較低，僅為7.40%±0.60%。研究發(fā)現(xiàn)，紫外線的存在會(huì)導(dǎo)致食品在儲(chǔ)藏中發(fā)生氧化變質(zhì)，因此對(duì)紫外線的控制可減少食品的脂質(zhì)氧化，延長(zhǎng)食品貨架期[9]。而實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合膜因其透光率低、霧度較大，可滿足應(yīng)用于對(duì)紫外線敏感的食品包裝。光澤度是用于評(píng)價(jià)復(fù)合膜表面平整度的重要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合膜光澤度為（17.13±2.43）Gs。顏色作為食品包裝材料的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響消費(fèi)者了對(duì)食品的接受程度，實(shí)驗(yàn)制備復(fù)合膜的總色差為56.98±0.57，今后可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)成膜基質(zhì)進(jìn)行脫色處理。

表3 復(fù)合膜的光學(xué)性能表

3 結(jié)論

高粱在釀酒發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有高粱醇溶蛋白的廢棄殘?jiān)@些殘?jiān)鶗?huì)被用于飼料或者丟棄，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。而對(duì)高粱醇溶蛋白的利用，可以增加高粱的綜合利用率。實(shí)驗(yàn)采用5.5%高粱醇溶蛋白，0.9%卡拉膠，2.3%甘油制備的復(fù)合膜，其抗拉強(qiáng)度為（3.92±0.04）MPa，遮光率較為突出，在對(duì)紫外線敏感的食品包裝上具有一定的應(yīng)用能力。今后高粱醇溶蛋白包裝材料可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究。①對(duì)成膜基質(zhì)各個(gè)組分間成膜機(jī)理進(jìn)行研究，提升膜的綜合性能。②對(duì)高粱醇溶蛋白膜中抗菌劑的遷移機(jī)制進(jìn)行研究，增加復(fù)合膜的長(zhǎng)久抑菌功能拓寬應(yīng)用能力。③高粱醇溶蛋白膜的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室，就規(guī)模化生產(chǎn)及降低成產(chǎn)成本是亟待解決的問題。