张春红，孙婧，常南，许娇，崔里刚

(辽宁省沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳，110161)

谷朊粉是一种质优价廉、来源丰富的植物蛋白。谷朊粉中含有2种蛋白质，即麦醇溶蛋白(Gli)和麦谷蛋白(Glu)，麦醇溶蛋白具有延伸性、麦谷蛋白具有黏弹性，能与水形成三维网状的结构，有良好成膜性［1］。谷朊粉膜是一种可食性薄膜，具有韧性较强，半透明，良好的隔绝O2和CO2能力，但防潮防湿性能及机械性能较差。

针对谷朊粉可食性膜机械性能和阻水性能较差的缺点，本文以谷朊粉为原料，通过适当添加麦醇蛋白来提高谷朊粉中麦醇蛋白含量，旨在提高谷朊粉可食性膜的机械性和阻水性，探索麦醇蛋白的最佳添加量，并应用正交试验分析确定最佳成膜条件。

1 材料与方法

1.1 主要材料

谷朊粉:河南莲花味精股份有限公司;麦醇溶蛋白:实验室自制;无水乙醇、甘油、NaOH:分析纯。

1.2 主要仪器与设备

微控电子万能实验机，中国科学院长春科新试验仪器研究所;恒温磁力搅拌器，常州国华电器有限公司;HH-数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司;DHG-9246A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验仪器设备有限公司。

1.3 膜的制备

取一定比例的谷朊粉与麦醇溶蛋白共混，加入20%甘油(甘油/干基，g/g)，溶于体积分数为60%乙醇溶液中，调节膜液pH值11，磁力搅拌30 min，水浴反应30 min，真空脱气，流延成膜，60℃下干燥2 h，揭膜，放于相对湿度±50%室温环境下保存2 d，待测。

1.4 膜性能的测定方法

1.4.1 膜厚度测定

用螺旋测微器在制好的膜上随机取5个点，测厚度，取平均值。

1.4.2 拉伸强度(TS)

测定方法参照参考文献［2］。

1.4.3 水蒸气透过系数(WVP)

根据GB1037－1988，采用拟杯子法，其单位以(g·mm)∕(m2·d·kPa)表示。

1.4.4 膜透光率测定

测定方法参照参考文献［3］。

1.4.5 膜水溶性测定

测定方法参照参考文献［3］。

2 结果与讨论

2.1 不同谷朊粉膜的性能比较

选择4种不同厂家生产的谷朊粉制膜，然后测定膜性能进行比较，结果见表1。

表1 不同谷朊粉膜性能比较

由表1可以看出，不同谷朊粉在同一条件下所成的膜质量存在差异。分析认为，谷朊粉中麦醇溶蛋白具有延伸性，麦谷蛋白具有黏弹性，二者相互交联在一定条件下成膜，不同质量谷朊粉中麦醇蛋白和麦谷蛋白比例不同，因此薄膜的性能不同。

2.2 麦醇蛋白添加量的确定

图1 麦醇添加量对膜厚度的影响

图2 麦醇添加量对膜拉伸强度和水蒸气透过性的影响

图3 麦醇添加量对膜溶水率的影响

图4 麦醇添加量对膜透光率的影响

由图1～图4可知，随着麦醇溶蛋白添加量的增加，膜的厚度呈现先减小后增加的趋势;WVP先降低后有所上升;TS先增强，当麦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趋势，添加比例为2∶1时溶水率最低;而蛋白膜的透光率随着麦醇蛋白的添加而升高。

试验中还发现，当麦醇蛋白添加量为谷朊粉的一半时，膜液中开始有沉淀析出，膜厚度增加，膜表面不光滑。综合考虑，确定谷朊粉与麦醇蛋白最佳质量比为 3∶1。

分析认为，麦醇溶蛋白与麦谷蛋白在一定体积的乙醇溶液中充分交联形成致密的三维网络结构，麦醇蛋白含量增加，增强了分子间相互交联作用，使膜的TS提高、WVP和水溶性下降。填充的麦谷蛋白相对减少，使膜透光率提高，所成膜较薄。当醇溶蛋白含量过多，填充的麦谷蛋白不足会导致结构松散使其机械强度下降、WVP和溶水率上升，并有大量固体析出使其厚度增加。

2.3 改良膜最佳成膜条件的确定

2.3.1 乙醇浓度对膜阻水性和机械性能的影响

图5 乙醇体积分数对膜性能的影响

由图5可知，随乙醇体积分数的增大，改良膜的WVP呈现先下降后上升的趋势，而膜的TS随乙醇体积分数的增加先上升再下降，当乙醇体积分数在65%时，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，当乙醇达到最佳浓度时，蛋白质之间紧密交联，形成牢固网状结构，此时膜性能最好。

2.3.2 pH值对膜阻水性和机械性能的的影响

图6 pH值对膜性能的影响

由图6可知，随膜液 pH值的增大，改良膜的WVP先下降后上升;TS随膜液pH的升高呈上升的趋势。随pH值增大蛋白膜的颜色逐渐加深，综合考虑确定最佳pH值为10～11。这是由于适度碱处理使蛋白质亚基解离，分子变性，分子内部的疏水基团、巯基暴露出来，有利于致密网络结构的形成，从而使蛋白膜机械性能和WVP达到最佳状态。

2.3.3 甘油添加量对膜阻水性和机械性能的影响

图7 甘油添加量对膜性能的影响

由图7可知，随甘油添加量的增大，改良膜的WVP上升，TS下降。当甘油添加量较低时所成膜易碎，不能揭完整膜。综合考虑，适宜的甘油添加量为20%。分析认为，甘油能和水分子形成氢键，通过减少聚合物相邻链间的分子内相互作用来降低膜的脆性及易碎性，降低分子间的交联程度，使蛋白膜的网络由紧密变为松散，导致WVP的上升、TS降低。

2.3.4 温度对膜阻水性和机械性能的影响

图8 温度对膜性能的影响

由图8可知，改良膜的WVP随热处理温度增加先下降后上升。当温度超过60℃，机械性能趋于平缓并有所下降。综合考虑，适宜的热处理温度为60℃。分析认为，这可能是由于适当的加热会使蛋白的多肽链展开，使内部的巯基和疏水性基团暴露出来，巯基氧化而形成二硫键，使膜的网络结构更致密，从而阻水性和机械性能得到提高。

2.3.5 正交试验

选取影响谷朊粉改良膜性能的4个主要因素，以水蒸气透过率和抗拉强度为指标进行正交试验，结果见表2。

表2 正交试验分析表

从表2中看出，影响改良膜的水蒸气透过率和拉伸强度的主次顺序分别为:甘油添加量＞乙醇体积分数＞pH值＞预热处理温度，甘油添加量＞pH值＞乙醇浓度＞预热处理温度。改良膜水蒸气透过率为指标的最佳工艺条件为A3B3C3D1，而以拉伸强度为指标的最佳工艺条件为A3B4C3D1。综合考虑，确定最佳的成膜条件为pH值11、热处理温度60℃、乙醇体积分数65%、甘油添加量为15%。

2.4 改良蛋白膜与谷朊粉膜性能的比较。

表3 改良膜与单组分膜性能的比较

由表3可知，改良谷朊粉蛋白膜的水蒸气透过率比对照降低了13.3%，拉伸强度提高了52.5%，透光率提高了46.4%，水溶性降低了32.7%。

3 结论

(1)通过单因素试验分析，确定谷朊粉与添加麦醇蛋白的最佳质量比为3∶1。

(2)对正交试验结果采用极差分析，确定影响改良膜综合性能的主要因素按影响程度大小依次为:甘油添加量＞pH值＞乙醇体积分数＞预热处理温度。

(3)通过单因素与正交试验确定，改良膜的最佳成膜条件为pH值11、热处理温度60℃、乙醇体积分数为65%、甘油添加量为15%。

(4)在最佳成膜条件下制备可食性谷阮粉膜，改良膜的水蒸气透过率为5.92 g·mm/(kPa·d·m2)，比对照降低了13.3%;拉伸强度为4.59 Mpa，比对照提高了52.5%;透光率为43.2%，比对照提高了46.4%;水溶性为22.9%，比对照降低了32.7%。

［1］ 彭海萍，彭凤霞.可食性小麦蛋白膜的研究［J］.现代商贸工业，2003(3):42－44.

［2］ 李超，李强，李梦琴，等.制膜条件对可食性小麦面筋蛋白膜机械性能的影响［J］.广州食品工业科技，2004，20(4):8－11.

［3］ 车晓彦，张春红，李达.可食性谷朊粉蛋白膜最佳成膜条件的研究［J］.粮油加工，2006(12):78－82.

［4］ 李振华，王金水，赵谋明，等.对以甘油为增塑剂所制小麦面筋蛋白膜特性的研究［J］.粮食加工，2005(6):50－54.

［5］ 董超华，徐如宏，张庆勤.小麦醇溶蛋白和谷蛋白研究进展［J］.山地农业生物学报，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.

［7］ Na Cao，Yuhua Fua，Junhui He.Preparation and physical properties of soy protein iisolate and gelatin composite films［J］.Food Hydrocolloids，2007，21:1 153 －1 162.