甘油對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料性能的影響

高丹丹，張 超，馬 越，江連州，趙曉燕,*

(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

明膠可食性材料機(jī)械性能較高，且明膠價(jià)格低廉[1-2]，普魯蘭多糖可食性材料透明度高、阻油、阻氧性好[3-5]，研究將明膠與普魯蘭多糖復(fù)配成可食性材料，發(fā)現(xiàn)明膠-普魯蘭多糖復(fù)合可食性材料的柔韌性較差，限制了其工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，添加塑化劑是提高復(fù)合可食性材料機(jī)械性能最有效的措施之一。Jia Dongying等[6]對(duì)魔芋葡甘聚糖-殼聚糖-大豆分離蛋白可食性材料的研究和Li等[2]對(duì)明膠-魔芋葡甘聚糖可食性材料的研究均表明甘油是一種可以有效提高可食性材料機(jī)械性能的塑化劑。因此，本實(shí)驗(yàn)在明膠-普魯蘭多糖可食性材料中添加甘油，以期提高可食性材料的性能，提高其作為食品包裝的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

普魯蘭多糖 天津?qū)嵃l(fā)中科百奧工業(yè)生物技術(shù)公司；明膠 滄州市金箭明膠有限公司；甘油 北京化工廠。

SM-112型測(cè)厚儀 日本Teclock公司；TA?XT plus物性測(cè)試儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司；PERMA TRAN-W Model 1/50 G水蒸汽透過(guò)率測(cè)試儀、OX-TRAN Model 2/61氧氣透過(guò)率測(cè)試儀 美國(guó)Mocon公司；CM3700d型色差儀 日本柯尼卡-美能達(dá)公司；DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 中國(guó)中興偉業(yè)儀器有限公司；BM-1型生物混合儀 日本Nihonseiki公司。

1.2 方法

1.2.1 可食性材料的制備

普魯蘭多糖溶液的質(zhì)量濃度為2g/100mL，明膠溶液的質(zhì)量濃度為5g/100mL，甘油溶液的質(zhì)量濃度分別為1、2、3、4g/100mL，以不同的配比制備可食性材料。明膠溶解在90℃蒸餾水中，普魯蘭多糖溶解在60℃蒸餾水中，冷卻到室溫后添加甘油，攪拌均勻，－0.1MPa條件下脫氣，并傾倒在聚丙乙烯培養(yǎng)皿中干燥制備可食性材料，并將可食性材料貯藏于40℃和相對(duì)濕度50%的干燥器中。

1.2.2 厚度的測(cè)定

根據(jù)GB/T 6672—2001《塑料薄膜和薄片厚度測(cè)定》[7]，用測(cè)厚儀測(cè)定每個(gè)樣品厚度，均勻取13個(gè)點(diǎn)(其中1點(diǎn)為中心點(diǎn))，以平均值作為可食性材料的厚度值。重復(fù)測(cè)定3次取平均值。

1.2.3 顏色的測(cè)定

應(yīng)用CM3700d型色差儀，透光率模式下測(cè)試，測(cè)試時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)白板墊于可食性材料下，其中，L*值表示亮度，所以L*值越大表明可食性材料透明度越高；a*值表示樣品的紅色程度，數(shù)值越大，紅色的傾向越大；b*值表示黃色的程度，b*值越大表示樣品越黃。

1.2.4 機(jī)械性能的測(cè)定

用TA?XT plus型物性測(cè)試儀測(cè)定樣品的抗拉強(qiáng)度(TS)和斷裂延伸率(E)，拉引速度設(shè)定為1mm/s，初始夾距設(shè)定為40mm。其計(jì)算參照公式(1)、(2)。

式中：F為可食性材料斷裂時(shí)的最大拉力/N；S為可食性材料的橫截面積/m2；L0為樣品的長(zhǎng)度/mm；L1為斷裂時(shí)的長(zhǎng)度/mm。

1.2.5 水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定

根據(jù)ASTM f1249－2005《采用紅外傳感器測(cè)定塑料膜和塑料片水蒸氣通過(guò)率的方法》[8]，在23℃條件下，可食性材料兩側(cè)相對(duì)濕度分別設(shè)定為50%和15%，測(cè)試面積為5cm2，載氣為高純氮?dú)狻?/p>

1.2.6 氧氣透過(guò)率的測(cè)定

根據(jù)ASTM D 3985－1995《采用電量傳感器測(cè)定塑料膜和塑料片氧氣通過(guò)率的方法》[9]，在23℃條件下，測(cè)試倉(cāng)相對(duì)濕度控制在50%，測(cè)試面積為10cm2。吹掃氣體和測(cè)試氣體分別為高純氮?dú)?混有2%氫氣)和氧氣。

1.2.7 水溶性的測(cè)定

將樣品裁成2cm×2cm規(guī)格，置于已經(jīng)盛滿90℃水的培養(yǎng)皿中，以樣品溶解時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)其水溶性。

1.2.8 油脂阻隔能力的測(cè)定

按照谷宏等[10]的方法進(jìn)行測(cè)定。油脂滲透系數(shù)(P0)作為可食性材料的油脂阻隔能力的指標(biāo)。于試管內(nèi)裝5mL色拉油，用圓形的樣品封住試管口，再放一張預(yù)先稱質(zhì)量的濾紙片，室溫(25℃)條件下倒置放于50%相對(duì)濕度的干燥器中。每天記錄濾紙片的重量，持續(xù)一周。油脂滲透系數(shù)的計(jì)算參照公式(3)。

式中：P0為油脂滲透系數(shù)/(g/(m2·d))；Δm為質(zhì)量變化/g；h為可食性材料厚度/mm；S為試管口面積/m2；t為測(cè)試時(shí)間/d。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料機(jī)械性能的影響

圖1 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料機(jī)械性能的影響Fig.1 Effect of glycerol addition on mechanical properties of gelatinpullulan edible film

包裝可食性材料的機(jī)械性能包括抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率[11]，由圖1可知，明膠-普魯蘭多糖可食性材料的抗拉強(qiáng)度為(97.72±6.47)MPa，斷裂延伸率為(4.81±0.80)%。復(fù)合可食性材料抗拉強(qiáng)度隨甘油添加量的增加而降低，最低達(dá)到(6.94±0.72)MPa。斷裂延伸率隨著甘油添加量的增加而降低。甘油添加量為4g/100mL時(shí)，斷裂延伸率達(dá)到最大值，為(155.90±4.19)MPa，比不添加甘油的復(fù)合可食性材料提高了31倍。這是因?yàn)楦视蛯?duì)于明膠-普魯蘭多糖復(fù)合可食性材料來(lái)說(shuō)是一種比較有效的塑化劑，甘油會(huì)降低聚合物鏈間的分子間力，增加自由體積，從而提高復(fù)合可食性材料的柔韌性。這個(gè)結(jié)果低于聚氯乙烯(240%)[11]，高于低密度聚乙烯(95%)[12]。

2.2 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料阻隔性能的影響

圖2 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料阻隔性能的影響Fig.2 Effect of glycerol addition on barrier properties of gelatinpullulan edible film

由圖2可知，不添加甘油的復(fù)合可食性材料水蒸氣透過(guò)率為(95.20±6.75)(g·m)/(m2·d)，添加甘油后，復(fù)合可食性材料的水蒸氣透過(guò)率隨著甘油添加量的增加而逐漸上升。這是因?yàn)楦视偷奶砑?，?huì)使聚合物分子之間的相互作用力減弱，自由體積相應(yīng)增加，使水蒸氣分子更容易透過(guò)復(fù)合可食性材料，從而水蒸氣透過(guò)率增加[4,6]。甘油的添加會(huì)使明膠-普魯蘭多糖的氧氣透過(guò)率先逐漸降低，在甘油2g/100mL時(shí)達(dá)到最低，為0.15mL/(m2·d)，這可能是因?yàn)樵诖藯l件下甘油與聚合物之間有較好的相容性，各組分之間的相互作用最強(qiáng)烈，使得在甘油添加量為2g/100mL時(shí)復(fù)合可食性材料的氧氣透過(guò)率達(dá)到最低。然后隨著甘油添加量的進(jìn)一步增加，復(fù)合可食性材料的氧氣透過(guò)率逐漸上升，這可能是因?yàn)楦视吞砑恿窟^(guò)大破壞了聚合物之間的相互作用，使得分子之間的緊密度降低，導(dǎo)致氧氣透過(guò)率的上升。但是本實(shí)驗(yàn)研究的復(fù)合可食性材料氧氣透過(guò)率值都較低，接近于最低檢測(cè)線，這主要還是因?yàn)槠蒸斕m多糖是一種阻氧性較好的聚合物[13-14]。Gounga等[5]的乳清分離蛋白-普魯蘭多糖復(fù)合可食性材料和肖茜[15]的普魯蘭多糖-海藻酸鈉-羧甲基纖維素復(fù)合可食性材料也有類似的結(jié)果。

油脂滲透系數(shù)測(cè)定結(jié)果顯示所有明膠-普魯蘭多糖可食性材料的油脂滲透系數(shù)均未檢出，這是由普魯蘭和明膠致密的結(jié)構(gòu)決定的，明膠通過(guò)分子間和分子內(nèi)的折疊提供了緊密的結(jié)構(gòu)，而普魯蘭多糖賦予結(jié)構(gòu)一定內(nèi)聚力[16]。因此，甘油的添加對(duì)復(fù)合可食性材料的阻油性無(wú)顯著影響。

2.3 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料顏色的影響

表1 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料顏色的影響Table1 Effect of glycerol addition on color of gelatin-pullulan edible film

包裝可食性材料的顏色是影響消費(fèi)者選擇產(chǎn)品的主要因素之一，可食性材料透明程度越高，就越能反應(yīng)被包裝食品的色澤和外觀。由表1可知，L*值隨著甘油添加量的增加而增大，當(dāng)甘油添加量為4g/100mL時(shí)L*值最大，說(shuō)明復(fù)合可食性材料的透明度逐漸增大。隨著甘油添加量的增加而逐漸降低，b*值有所降低，當(dāng)甘油添加量為4g/100mL時(shí)復(fù)合可食性材料的b*值最小。這是因?yàn)槊髂z呈淺黃色，甘油添加量的增加使復(fù)合可食性材料中的明膠相對(duì)含量降低，所以黃色越來(lái)越淺，b*值越來(lái)越??；當(dāng)甘油添加量為2g/100mL時(shí)，復(fù)合可食性材料的b*值也相對(duì)最小，這可能是因?yàn)楦视吞砑恿繛?g/100mL時(shí)與明膠-普魯蘭多糖的相容性最好。總體來(lái)說(shuō)，可食性材料的L*值都較高，b*值都較低，屬于透明型包裝可食性材料。

2.4 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料水溶性的影響

圖3 甘油添加量對(duì)明膠-普魯蘭多糖可食性材料溶水時(shí)間的影響Fig.3 Effect of glycerol addition on water soluble time of gelatin-pullulan edible film

由圖3可知，隨著甘油添加量的逐漸增加，復(fù)合可食性材料的溶水時(shí)間降低。一方面是由于原料都為親水性物質(zhì)，另一方面甘油的親水性也較強(qiáng)，當(dāng)置于水中時(shí)，會(huì)降低聚合物鏈間的分子間力，增加自由體積，使樣品更易擴(kuò)散到水中。所有可食性材料的溶水時(shí)間都少于25s，低于魔芋葡甘聚糖-明膠復(fù)合可食性材料(35s)[7]。

3 結(jié) 論

甘油的添加有效提高復(fù)合可食性材料的機(jī)械性能，并且改善復(fù)合可食性材料的阻氧性、透明度和水溶性，但提高復(fù)合可食性材料的阻水性。普魯蘭多糖-明膠復(fù)合可食性材料均為水溶性，其透明度、機(jī)械強(qiáng)度、阻氧、阻油性都較高，可以根據(jù)其特征，將其作為食品的內(nèi)包裝應(yīng)用在速食方便面調(diào)味包、速溶咖啡等領(lǐng)域。

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