高粱醇溶蛋白/卡拉膠復合膜的制備與性能評價

◎ 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.黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質量安全工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319；4.黑龍江農業工程職業學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

高粱籽粒中富含淀粉、蛋白質及鈣、磷、鐵等微量元素，其中總蛋白質的含量為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存蛋白，其特殊的氨基酸組成，如谷氨酰胺、脯氨酸的存在，導致其不溶于水，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，同時在制備可降解包裝材料領域具有一定的發展潛力。目前，對玉米醇溶蛋白膜、小麥醇溶蛋白膜的研究較多，而對高粱醇溶蛋白膜的研究相對較少。通過對已報道的醇溶蛋白膜的相關研究推斷出，將高粱醇溶蛋白與增塑劑、增稠劑等成膜基材進行混合后，可賦予高粱醇溶蛋白膜優良特性。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械性能和阻隔性能，可作為環保性的果蔬保鮮材料。HUANG 等[2]研究發現，對高粱醇溶蛋白/槲皮素復合膜進行輻照處理后，可有效延長鱈魚的貨架期。

卡拉膠無毒、無害，且具有親水性和凝膠性，在肉品、乳品、飲料等食品領域都有應用[3]。卡拉膠作為新型、可替代傳統石油基的環保包裝材料備受關注。卡拉膠雖然具有一定的凝膠穩定性，但單獨成膠時穩定性差，凝膠水分容易析出，導致脆性變大，因此在實際應用時需要與其他物質聯用，從而達到一定的應用特性[4]。顏田田等[5]采用質量分數為2%的卡拉膠與不同質量分數（0%～2.5%）的甘油、山梨醇、丙二醇進行共混制備復合膜，發現甘油/卡拉膠復合膜的理化性質要優于其他兩種增塑劑。雷會寧等[6]以大豆分離蛋白為基數，通過添加卡拉膠、40%的甘油進行共混制備復合膜，結果發現該復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、卡拉膠及抗菌劑進行復合來制備復合膜，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，黑龍江八一農墾大學食品學院提供；卡拉膠，上海源葉生物科技有限公司；甘油，沈陽華東試劑廠；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，天津市永大化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

XLW 型智能電子拉力試驗機，濟南蘭光機電技術有限公司；WGT-S 型透光/霧度測定儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；CR-400/410 色彩色差儀，柯尼卡美能達有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 復合膜的制備

將質量分數為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29 cm，寬23 cm），50 ℃條件下干燥2 h 即可得到復合膜。將得到的復合膜置于溫度為20 ℃、相對濕度為20%～50%的條件下儲藏待用。

1.3.2 復合膜性能測試

（1）復合膜厚度的測試。根據GB/T 6672—2001的測試方法，在復合膜上隨機選取5 個點，其中1 個點為薄膜的中心點，利用螺旋測微器（0.001 mm）進行測量，取平均值。

（2）復合膜機械性能的測試。拉伸強度和斷裂伸長率測量參照GB/T 1040.3—2006，測量3 次取平均值，下同。

（3）復合膜光學性能的測試。透光率和霧度測量參照GB/T 2410—2008，光澤度測定參照GB/T 12032—2005。

采用色差計對復合膜的L*值、a*值、b*值進行測試。以標準白板為色差測定的空白參比。根據公式（1）計算得出薄膜的總色差值（?E）。標準卡的L*=94.30、a*=0.31、b*0.3。

2 結果與分析

2.1 復合膜厚度測試

由表1知，實驗制備的復合膜厚度為（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）制備的復合膜厚度為（136.11±9.75）μm，二者的厚度較為接近。

表1 復合膜厚度測試結果表（單位：mm）

2.2 復合膜機械性能測試

復合膜的機械性能是評價其應用能力的重要體現。復合膜的機械性能是其在外界作用力條件下保證膜結構完整性的最重要的性質，直接體現出復合膜的應用能力。如表2所示，復合膜的抗拉強度為（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合膜的拉伸強度（1.80 MPa）。

表2 復合膜的機械性能測試數據表

2.3 復合膜光學性能測試

復合膜的光學性能如表3所示，由于成膜基質帶有一定的顏色，進而導致復合膜的透光率相對較低，僅為7.40%±0.60%。研究發現，紫外線的存在會導致食品在儲藏中發生氧化變質，因此對紫外線的控制可減少食品的脂質氧化，延長食品貨架期[9]。而實驗制備的復合膜因其透光率低、霧度較大，可滿足應用于對紫外線敏感的食品包裝。光澤度是用于評價復合膜表面平整度的重要指標，實驗制備的復合膜光澤度為（17.13±2.43）Gs。顏色作為食品包裝材料的關鍵參數，直接影響消費者了對食品的接受程度，實驗制備復合膜的總色差為56.98±0.57，今后可以根據實際應用需求對成膜基質進行脫色處理。

表3 復合膜的光學性能表

3 結論

高粱在釀酒發酵過程中會產生大量含有高粱醇溶蛋白的廢棄殘渣，這些殘渣往往會被用于飼料或者丟棄，造成了資源的嚴重浪費。而對高粱醇溶蛋白的利用，可以增加高粱的綜合利用率。實驗采用5.5%高粱醇溶蛋白，0.9%卡拉膠，2.3%甘油制備的復合膜，其抗拉強度為（3.92±0.04）MPa，遮光率較為突出，在對紫外線敏感的食品包裝上具有一定的應用能力。今后高粱醇溶蛋白包裝材料可以從以下幾個方面進行深入研究。①對成膜基質各個組分間成膜機理進行研究，提升膜的綜合性能。②對高粱醇溶蛋白膜中抗菌劑的遷移機制進行研究，增加復合膜的長久抑菌功能拓寬應用能力。③高粱醇溶蛋白膜的研究主要集中在實驗室，就規模化生產及降低成產成本是亟待解決的問題。