干燥溫度對大豆分離蛋白/羧甲基纖維素復合膜性能的影響

張　超，郭曉飛，李　武，馬　越，趙曉燕

（北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心，果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點實驗室，北京100097）

干燥溫度對大豆分離蛋白/羧甲基纖維素復合膜性能的影響

張超，郭曉飛，李武，馬越，趙曉燕*

（北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心，果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點實驗室，北京100097）

研究干燥溫度對大豆分離蛋白/羧甲基纖維素復合膜的影響。結果顯示90℃干燥復合膜的厚度較其他復合膜顯著降低（p＜0.05），密度顯著提高（p＜0.05），其抗拉伸強度是30℃干燥復合膜的2.64倍（p＜0.05）、水蒸氣透過率僅為30℃干燥復合膜的78%（p＜0.05）。干燥溫度90℃顯著提高復合膜的性能。

干燥溫度，大豆分離蛋白，復合膜，拉伸強度，透明度

由于“白色污染”日益嚴重，具有可降解特性的可食用膜逐漸成為研究熱點［1-4］。研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白（Soybean protein-isolate，SPI）復合膜在較低干燥溫度下獲得均一的內(nèi)部結構［5］；然而在較高的干燥溫度下，SPI復合膜內(nèi)部均一性降低，但原料分子之間交聯(lián)作用加強［6］。本研究考察干燥溫度對SPI/羧甲基纖維素（carboxymethylcellulose，CMC）復合膜性能的影響，以期為提高SPI/CMC復合膜的性能提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

GS5000型SPI 食品級，山東谷神科技股份有限公司；CMC食品級，北京霞光食品添加劑有限公司；硬脂酸食品級，上海延蜂油脂化工有限公司；甘油純度≥99%，國藥集團化學試劑北京有限公司。

Model CD-6 BS測厚儀Mitutoyo Co.，日本；T-10 basic手持分散機IKA公司，德國；TA.XT plus物性分析儀Stable Micro SystemsTM，Godalming，Surrey，英國；PERMATRAN-W Model 1/50 G水蒸氣透過率儀、Mocon OX-TRAN Model 2/61氧氣透過測定儀MOCON公司，美國；CM3700d型色差分析儀Konica Minolta有限公司，日本；UV-1800型分光光度計島津公司，日本；HR1861型食品粉碎機Philips電器中國有限公司，中國；DHG-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱北京雅士林實驗設備有限公司，中國；RT 5 power型磁力攪拌器IKA公司，德國；KQ-500DE型超聲波振蕩儀昆山市超聲儀器有限公司，中國。

1.2復合材料的制備

將SPI和CMC分別溶于去離子水中，室溫下攪拌24h，將SPI與CMC溶液按1∶1（固形物質(zhì)量為2%，w/v）的比例進行混合，添加SPI和CMC質(zhì)量25%（w/w）的甘油和6%（w/w）的硬脂酸，攪拌30min后再分散處理5min；混合液超聲脫氣20min后傾倒至平板，置于30℃的烘箱中干燥成膜36～40h，揭膜后將其置于25℃環(huán)境，濕度為55%±3%的飽和硝酸鎂干燥器中貯藏48h以上。

1.3厚度和密度的測定

依據(jù)GB/T 6672-2001［8］測定復合膜的厚度，每張膜對稱選取12個點測定，以平均值表示復合膜的厚度。密度為單位體積復合膜質(zhì)量與體積之比，稱取單位面積膜的質(zhì)量，以質(zhì)量除以面積與厚度的乘積，單位為g/cm3。

1.4抗拉伸強度測定

采用美國實驗材料學會的測定方法［9］。將樣品裁成25mm×80mm，初始夾具之間距離為45mm，拉伸觸發(fā)力5g，拉伸速率1mm/s，測試重復五次以上，求抗拉伸強度平均值。計算參照公式（1）。

式中，TS為抗拉伸強度，MPa；F為材料斷裂所承受最大拉力，N；a為材料的厚度，mm，b為材料寬度，mm。

1.5水蒸氣透過率的測定

依據(jù)ASTM標準方法進行測試［10］。樣品測試面積為5cm2，高純氮氣吹掃材料的兩側，滲透側和干燥側的濕度分別為50%和15%。樣品測定三次，求其平均值。計算參照公式（2）。

其中，WVP為樣品水蒸氣通過率，g·m/m2·d；WVPR為水蒸氣的傳遞速率g/m2·d·MPa；△P為材料兩側的壓差，0.1MPa；a為材料厚度，m。

1.6透光性測定

將每張膜裁成矩形放入分光光度計的比色皿中，以空氣為參比；每張膜測定三次，求其平均值。膜的透光性參照公式（3）。

其中，T為樣品的透光性；T600nm為材料在600nm下的透光率，a為材料的厚度，m。

1.7顏色測定

使用測色儀中LAB顏色系統(tǒng)表征樣品的顏色，所有樣品重復測試三次以上，以平均值表示樣品顏色［2］。

1.8統(tǒng)計分析

利用Orgin 8.0對圖像進行繪制；SAS 9.1.3（美國SAS公司）對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，Duncan檢驗進行多重比較。

2　結果與討論

2.1SPⅠ/CMC復合膜

表1顯示干燥溫度對復合膜基本參數(shù)的影響。當干燥溫度為90℃時，SPI/CMC復合膜厚度顯著低于其他溫度下干燥獲得復合膜的厚度（p＜0.05），而復合膜的密度顯著高于其他溫度下干燥獲得復合膜的密度（p＜0.05）。

表1　干燥溫度對SPI/CMC復合膜基本參數(shù)的影響Table 1　Effect of drying temperature on basic parameters of SPI/CMC composite films

2.2SPⅠ/CMC復合膜拉伸強度

圖1為干燥溫度對SPI/CMC復合膜拉伸強度的影響。隨著干燥溫度提高，復合膜抗拉伸強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當干燥溫度為90℃時，SPI/CMC復合膜的拉伸強度顯著高于其他溫度條件下的拉伸強度（p＜0.05），達到30℃干燥復合膜抗拉伸強度的2.64倍。原因可能在于90℃促使SPI球狀結構的伸展，使分子間結構更加緊湊和致密［11-12］。

圖1　干燥溫度對SPI/CMC復合膜拉伸強度的影響Fig.1　Effect of drying temperature on tensile strength of SPI/CMC composite films

2.3SPⅠ/CMC復合膜水蒸氣透過率

圖2　干燥溫度對SPI/CMC復合膜水蒸氣透過率的影響Fig.2　Effect of drying temperature on water vapor permeability of SPI/CMC composite films

圖2顯示隨著干燥溫度升高，復合膜水蒸氣透過率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。當干燥溫度為90℃時，復合膜的水蒸氣透過率顯著低于其他溫度條件下復合膜的水蒸氣透過率（p＜0.05）。90℃干燥復合膜的水蒸氣透過率顯著低于其他復合膜（p＜0.05），僅為30℃干燥復合膜水蒸氣透過率的78%。

2.4SPⅠ/CMC復合膜光學性能

表2為干燥溫度對SPI/CMC復合膜顏色和透光性的影響。90℃干燥的復合膜的透光性最強，顯著高于其他溫度干燥獲得的復合膜（p＜0.05）。復合膜在30℃和120℃干燥時的L值顯著高于60℃和90℃干燥的復合膜（p＜0.05）；復合膜在120℃干燥下的b*值顯著高于其他復合膜（p＜0.05），原因在于較高的溫度引發(fā)美拉德反應或焦糖化反應，生成的產(chǎn)物引起復合膜顏色發(fā)黃［7］。

表2　干燥溫度對SPI/CMC復合膜光學性能的影響Table 2　Effect of drying temperate on optics of SPI/CMC composite films

3　結論

在90℃干燥的SPI/CMC復合膜的結構最為致密、拉伸強度最高、水蒸氣透過率最低、透明度最高。90℃干燥的復合膜性能較30℃干燥的復合膜性能顯著提高。因此，干燥溫度90℃更加靠近膜內(nèi)部結構均一和分子間交聯(lián)作用加強之間的平衡點。

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Effect of drying temperature on properties of soybean protein-isolate/ carboxymethylcellulose composite films

ZHANG Chao，GUO Xiao-fei，LI Wu，MA Yue，ZHAO Xiao-yan*
（Beijing Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops（North China），Ministry of Agriculture，Key Laboratory of Urban Agriculture（North），Ministry of Agriculture，Beijing 100097，China）

The effect of drying temperature on properties of soybean protein isolate/carboxymethyl cellulose composite films was evaluated.The drying temperature of 90℃ lowered the thickness of the composite films and enhanced their density significantly（p＜0.05）.The tensile strength and water vapor permeability of the composite films dried at 90℃was 2.64 time and 78%of those of the composite films dried at 30℃，respectively. The drying temperature of 90℃improved the performance of the composite films effectively.

drying temperature；soybean protein isolate；composite film；tensile strength；transparency

TS201

A

1002-0306（2015）10-0317-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.058

2014－08－04

張超（1978-），男，博士，副研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究。

趙曉燕（1969-），女，博士，研究員，主要從事蔬菜深加工方面的研究。

北京市優(yōu)秀人才（2010D002020000012）；北京市農(nóng)林科學院科技創(chuàng)新能力建設專項新學科培養(yǎng)（KJCX20140204）資助。