普魯蘭、甘油共混對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響

朱桂蘭，童群義，李曉丹

(1.合肥師范學(xué)院生命科學(xué)系，安徽合肥230601; 2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122)

普魯蘭、甘油共混對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響

朱桂蘭1，2，童群義2，李曉丹2

(1.合肥師范學(xué)院生命科學(xué)系，安徽合肥230601; 2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122)

研究了普魯蘭、甘油共混對(duì)結(jié)冷膠食用性膜的機(jī)械性能、水蒸汽透過率、阻氧性和吸水率的影響。結(jié)果表明，普魯蘭的添加，提高了結(jié)冷膠食用膜的延展性、水蒸汽透過率和阻氧性，但降低了結(jié)冷膠食用膜的抗拉強(qiáng)度和吸水率;甘油增加了膜的延展性和水蒸汽透過率，但降低了膜的阻氧性。

食用膜，結(jié)冷膠，普魯蘭，甘油，性能

可食性膜是一種用于分離食物與外界環(huán)境的包裝薄膜，作為食品包裝材料，可以有效地阻止水蒸汽、氧氣的滲入，避免食品在貯藏與運(yùn)輸過程中風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)方面的變化，起到保證食品品質(zhì)，延長(zhǎng)食品貨架期的作用［1］。結(jié)冷膠(gellan gum)是美國(guó)Kelco公司于1982年開發(fā)的一種新型微生物多糖，具有良好的凝膠性和成膜性［2－3］。但由于結(jié)冷膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成的膜柔韌性較差，限制了結(jié)冷膠食用膜在食品等領(lǐng)域的應(yīng)用。普魯蘭具有極佳的成膜性，其膜具有高度水溶性、阻油性和阻氧性［4－5］;同時(shí)甘油具有較小的分子量和較好的吸濕性，作為增塑劑可改善膜的延展性和柔韌性［6］。因此本實(shí)驗(yàn)研究了普魯蘭多糖、甘油以及結(jié)冷膠和普魯蘭總糖添加量對(duì)膜性能的影響，制備出優(yōu)良性能的可食用膜，可廣泛用于食品包裝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

結(jié)冷膠 美國(guó)凱可公司提供;普魯蘭多糖 日本林原株式會(huì)社提供;甘油、氯化鈣 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;花生油 金龍魚。

XT21－物性測(cè)試儀 美國(guó)TA公司;千分尺 成都量具刃具廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 食用膜制備 將結(jié)冷膠、普魯蘭、甘油按一定的比例混合，加入60mL的去離子水，于90℃恒溫水浴鍋中充分加熱溶解至澄清無(wú)漂浮物，然后將所得混合液倒入定制的模板中(14cm×9cm)，于60℃下干燥，冷卻揭膜，在相對(duì)濕度為53%的干燥器中平衡48h。

1.2.2 膜性能測(cè)定

1.2.2.1 膜厚度 用千分尺(精度0.001mm)測(cè)量平整、干燥、均勻膜的厚度，隨機(jī)取6個(gè)點(diǎn)，取其平均值。

1.2.2.2 膜的機(jī)械性能 將膜裁成100mm×20mm的橫條，在物性測(cè)試儀上測(cè)定薄膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率，設(shè)置測(cè)速為lmm/s［7］。

式中:TS－抗拉強(qiáng)度，MPa;P－最大拉力，N;b－膜樣品的寬度，mm;d－膜樣品的厚度，mm;EAB－斷裂延伸率，%;L0－樣品拉伸前的長(zhǎng)度，mm;L－樣品拉伸后的長(zhǎng)度，mm。

1.2.2.3 水蒸汽透過率(WVP) 選擇均勻、平整的膜，測(cè)量其厚度后，密封于裝有無(wú)水CaCl2(CaCl2使用前應(yīng)粉碎，使其粒度為2mm，并在200℃的烘箱中干燥2h，待冷卻后加入到玻璃杯中)的玻璃杯，杯口再將膜用熔化的石蠟封口，并稱重。將稱重后的玻璃杯放入溫度為25℃、底部為去離子水的干燥器中(保持相對(duì)濕度100%)，使膜內(nèi)外兩側(cè)保持一定的蒸汽壓差，以后每隔一定時(shí)間取出玻璃杯稱重，并由此計(jì)算WVP值［8］。

1.2.2.4 阻氧性(OP) 在容量為250mL的容器中，裝入20.0g新鮮花生油，用不同的膜樣品覆蓋容器瓶并密封，然后貯存在60℃培養(yǎng)箱里陳化10d，用硫代硫酸鈉滴定法測(cè)定花生油的過氧化值(采用GB/T 5538－2005方法測(cè)定)，以脂肪氧化酸敗的程度間接對(duì)比膜的阻氧性。

1.2.2.5 吸水率的測(cè)定 將膜剪成直徑為2cm大小的膜片，用分析天平準(zhǔn)確稱重，記下數(shù)據(jù)W1，然后放入50mL蒸餾水中浸泡24h(20℃)，用濾紙吸去表面水分，稱重W2，吸水率(Q)按下式計(jì)算:

2 結(jié)果與討論

2.1 普魯蘭多糖添加量(占多糖總量的比例)對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響

普魯蘭多糖添加量對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響如圖1～圖4所示。條件:多糖總量為1%(1g/100mL水，隨普魯蘭多糖的添加，結(jié)冷膠量減少)，甘油用量50%(以多糖干基為準(zhǔn))。

圖1 普魯蘭添加量對(duì)結(jié)冷膠膜機(jī)械性能的影響Fig.1 Effect of amount of pullulan on the mechanical properties of gellan edible films

由圖1、圖2可以看出，隨著普魯蘭添加量的增加，膜的抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，而斷裂延伸率和水蒸汽透過率則呈上升趨勢(shì)。其原因可能是由于普魯蘭多糖的親水性強(qiáng)于結(jié)冷膠，隨著普魯蘭多糖比例的增加，膜的含水量增加，整個(gè)體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)致密性下降，從而抗拉強(qiáng)度降低，水蒸汽透過率和斷裂延伸率上升。膜的阻氧性隨普魯蘭的添加呈上升趨勢(shì)(圖3)。而膜的吸水率則呈下降趨勢(shì)(圖4)，這說明結(jié)冷膠和普魯蘭之間發(fā)生了分子相互作用。

添加量超過30%時(shí)，膜的水蒸汽透過率上升趨勢(shì)明顯，抗拉強(qiáng)度下降趨勢(shì)也更大，綜合考慮，普魯蘭的添加量在30%，膜的性能較為優(yōu)異。

圖2 普魯蘭添加量對(duì)結(jié)冷膠膜水蒸汽透過率的影響Fig.2 Effect of amount of pullulan on the WVP of gellan edible films

圖3 普魯蘭添加量對(duì)結(jié)冷膠膜阻氧性的影響Fig.3 Effect of amount of pullulan on the OP of gellan edible films

圖4 普魯蘭添加量對(duì)結(jié)冷膠膜吸水率的影響Fig.4 Effect of amount of pullulan on the water obsorption of gellan edible films

2.2 甘油添加量對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響

甘油添加量對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響如圖5～圖8所示。條件:多糖總量為1%(1g/100mL水，其中普魯蘭0.3g，結(jié)冷膠0.7g)，甘油添加量以多糖干基為準(zhǔn)。

圖5 甘油添加量對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.5 Effect of amount of glycerol on the mechanical properties of films

圖6 甘油添加量對(duì)水蒸汽透過率的影響Fig.6 Effect of amount of glycerol on the WVP of films

圖7 甘油添加量對(duì)膜阻氧性的影響Fig.7 Effect of amount of glycerol on the OP of films

圖8 甘油添加量對(duì)結(jié)冷膠膜吸水率的影響Fig.8 Effect of amount of glycerol on the water obsorption of gellan edible films

由圖5可知，當(dāng)甘油添加量為50%時(shí)，膜的抗拉強(qiáng)度最好，但是斷裂延伸率隨甘油添加量增加而逐漸增強(qiáng)。甘油能夠與多糖形成的分子間發(fā)生作用，隨著甘油添加量增加，多糖分子間的交聯(lián)程度降低，軟化了膜的剛性結(jié)構(gòu)，從而使膜的抗拉強(qiáng)度降低;斷裂延伸率提高。

甘油添加量為50%時(shí)膜的阻氧效果最好(圖7)。當(dāng)甘油添加量較少時(shí)，膜的厚度明顯較小，阻氧性能較差;隨著甘油添加量增加，雖然膜的厚度有所增加，但是其對(duì)結(jié)冷膠和普魯蘭多糖分子間氫鍵的稀釋作用逐漸增強(qiáng)，使得復(fù)合膜結(jié)構(gòu)疏松，從而阻氧性下降。從圖6可以看出，膜的水蒸汽透過率也隨甘油的增加而增大，而膜的吸水率隨著甘油的添加逐漸減小(圖8)，甘油用量較低時(shí)，水分子插入膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系中，膜中的極性基團(tuán)被活化，增加了膜中親水基團(tuán)的數(shù)量，因而吸水率很高，水蒸汽透過率低;隨著甘油用量的不斷增加，甘油已與兩種高聚物分子中較多的極性基團(tuán)形成氫鍵，水分子無(wú)法再大量地插入其中，只有穿過膜的網(wǎng)狀體系，因而吸水率迅速降低，水蒸汽透過率高。

綜合各項(xiàng)因素考慮，甘油添加量為50%時(shí)，復(fù)合膜的各項(xiàng)性能較好。

2.3 多糖添加量對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響

多糖添加量對(duì)結(jié)冷膠食用膜性能的影響如圖9～圖12所示。條件:甘油用量50%(以多糖干基為準(zhǔn))，普魯蘭30%(以多糖干基為準(zhǔn))，結(jié)冷膠70% (以多糖干基為準(zhǔn))。

圖9 多糖添加量對(duì)膜機(jī)械性能的影響Fig.9 Effect of amount of polysaccharides on the mechanical properties of films

圖10 多糖添加量對(duì)膜水蒸汽透過率的影響Fig.10 Effect of amount of polysaccharides on theWVP of films

圖11 多糖添加量對(duì)膜阻氧性的影響Fig.11 Effect of amount of polysaccharides on the OP of films

圖12 多糖添加量對(duì)結(jié)冷膠膜吸水率的影響Fig.12 Effect of amount of polysaccharides on the water obsorption of gellan edible films

由圖9、圖12可知，膜的抗拉強(qiáng)度隨多糖量增加先上升后下降，在多糖含量為1%時(shí)，得到最大值;斷裂延伸率和吸水率隨添加總量的變化并不明顯。隨著添加總量的增加，溶質(zhì)不容易充分溶解分散，從而影響結(jié)冷膠與普魯蘭多糖分子間氫鍵的形成，作用力有所下降，影響復(fù)合膜的致密性，從而復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度下降。水蒸汽透過率也隨添加總量的增加而增大(圖10)，阻氧性能也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)(圖11)。綜合考慮，1%多糖添加量的復(fù)合膜性能較好。

3 結(jié)論

由本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知，普魯蘭和甘油對(duì)結(jié)冷膠食用膜的性能有一定的改善作用。

3.1 普魯蘭可提高膜的延展性、水蒸汽透過率和阻氧性，降低抗拉強(qiáng)度和吸水率。添加量超過30%時(shí)，膜的水蒸汽透過率上升趨勢(shì)明顯，抗拉強(qiáng)度下降趨勢(shì)也更大。甘油的添加可明顯提高膜的延展性。

3.2 綜上所述，在多糖的添加量為1%(其中普魯蘭含量為30%，結(jié)冷膠含量為70%)，甘油添加量為50%(多糖干基計(jì)算)時(shí)，膜的各項(xiàng)性能較好，抗拉強(qiáng)度為21.58MPa，斷裂延伸率為18.03%，水蒸汽透過率0.42g·mm·(m2·kPa·h)－1，阻氧性(以油脂的過氧化值表示)為3.36g/100g，吸水率為538%。

［1］Tong QY，Xiao Q，Lim LT.Preparation and properties of pullulan－alginate－carboxymethyl cellulose blend films［J］.Food Research International，2008，41(10):1007－1014.

［2］MoreilaLM，GranjaAT.Occurrence，production，and applications of gellan:current state and perspectives［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2008，79(6):889－900.

［3］Yang L，Paulson AT.Mechanical and water vapour barrier properties of edible gellan films［J］.Food Research International，2000(33):563－570.

［4］Ram S，Gaganpreet K，John.Pullulan:microbial sources，production and applications［J］.Carbohydrate Polymers，2008，73 (4):515－531.

［5］肖茜.普魯蘭多糖可食用包裝膜的制備與性能研究［D］.無(wú)錫:江南大學(xué)，2008.

［6］da Matta MD Jr，Sarmento SB S，de Oliveira LM.Mechanical properties of pea starch films associated with xanthan gum and glycerol［J］.Starch－St?rke，2011，63(5):274－282.

［7］ASTM.Standard test method for tensile properties of thin plastic sheeting［S］.Philadelphia:American Society for Testing and Materials，2002.

［8］ASTM E.Standard test methods for water vapor transmission of materials［S］.Philadelphia:American Society for Testing and Materials，1993.

Effect of pullulan，glycerol blend on the properties of gellan based edible film

ZHU Gui－lan1，2，TONG Qun－yi2，LI Xiao－dan2
(1.Department of Life Science，Hefei Normal University，Hefei 230601，China; 2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The effects of pullulan and glycerol blend on properties of gellan based edible film were studied by the mechanical properties，water vapor barrier(WVP)，oxygen barrier and water absorption.The results showed that the elongation at break(EAB)，water vapor barrier and oxygen barrier(OP)were increased by pullulan，while the tensile strength(TS)and water absorption were decreased.Meanwhile the EAB and WVP were increased by glycerol，but the OP decreased.

edible film;gellan;pullulan;glycerol;property

TS206.2

A

1002－0306(2012)10－0310－04

2011－11－08

朱桂蘭(1980－)，女，博士研究生，研究方向:碳水化合物生物技術(shù)。