丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜的制備及抗氧化性研究

張金鳳，王廣慧，蘇適，柴云雷，馬麗媛，張雅娜

綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院（綏化 152061）

丁香酚是天然植物丁香中提取的可揮發(fā)性油，屬于多酚類物質(zhì)，具有良好的抗菌、抗氧化性能。脫脂豆粕是大豆油加工的副產(chǎn)物，有研究表明脫脂豆粕中的蛋白質(zhì)含量為48.927%±0.03%，粗纖維為3.6%±0.27%，可為蛋白膜的制備提供優(yōu)質(zhì)的蛋白資源[3]*。已有的研究報道多以大豆蛋白為原料制備可食性膜，以脫脂豆粕為原料制備的可食性膜較為鮮少。董增等[4]*研究可食性大豆分離蛋白膜的制備，得出甘油添加量2%以下能夠改善膜的柔韌性，降低透氣性能，亞硫酸鈉添加量0.1%時能改善膜的色澤；張慧蕓等[5]*研究發(fā)現(xiàn)，丁香油添加量1.5%時所制膜的綜合性能最佳；姜愛莉等[6]*對大豆蛋白膜的制備及性質(zhì)研究表明，增塑劑甘油和聚乙二醇比值增加時水蒸氣滲透性有所下降；郭叢珊[7]*在含茶多酚大豆分離蛋白膜的制備中表明，最佳成膜條件為大豆分離蛋白濃度50 g/L、亞硫酸鈉質(zhì)量濃度1 g/L、超聲時間15 min、茶多酚質(zhì)量濃度2 g/L；孫琳琳[3]*在對茶多酚脫脂豆粕膜的制備研究中得出，當(dāng)甘油濃度0.89 g/100 mL、亞硫酸鈉濃度0.14 g/100 mL、茶多酚濃度0.18 g/100 mL時所制膜的性能最佳；楊露露[8]*在茶多酚和香芹酚對大豆蛋白膜性能影響的研究中發(fā)現(xiàn)，與茶多酚或者香芹酚蛋白膜相比，復(fù)配膜的各項性能較好；劉永等[9]*在丁香酚/大豆蛋白膜對圣女果保鮮效果的研究中發(fā)現(xiàn)，丁香酚/大豆蛋白膜對保持圣女果的品質(zhì)、減緩其生理變化、延長貨期和果蔬保鮮具有潛在價值。將丁香酚與脫脂豆粕組合的研究尚未見諸報道，因此，試驗將天然抗氧化活性物丁香酚與高蛋白副產(chǎn)物脫脂豆粕組合開展制膜研究，在延長食品貨架期、開發(fā)綠色環(huán)保食用蛋白膜的同時進行固廢資源的最大化利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂豆粕（食品級，蛋白質(zhì)49.6%、水分12%、粗纖維3.7%、脂肪0.85%、灰分6.4%，哈爾濱市賓縣禹王植物蛋白有限公司）；蝦青素（純度99%，食品級，河南中鑫生物科技有限公司）。

皇冠梨（市售）；食用大豆油（市售）；甘油（浙江遂昌惠康藥業(yè)有限公司）；亞硫酸鈉（天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司）；氫氧化鉀（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）；無水氯化鈣（天津市鼎盛鑫化工有限公司）；碘化鉀、冰乙酸（均為天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）；三氯甲烷（哈爾濱試劑化工廠）；可溶性淀粉（天津市濱?？频匣瘜W(xué)試劑有限公司）；硫代硫酸鈉（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，其中亞硫酸鈉、氫氧化鉀、無水氯化鈣、碘化鉀、冰乙酸、三氯甲烷均為分析純）；石蠟（中國石油天然氣股份有限公司）。

DZ-1BC型真空干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）；XS 365M電子分析天平（上海衡平儀器表廠）；0858萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；BR10QC便攜式色差計（深圳三恩時科技有限公司）；玻璃板（10 cm×10 cm×0.5 cm，上海辰逸不銹鋼制品有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜的制備工藝

用萬能粉碎機把脫脂豆粕粉碎，過0.150 mm（100目）篩，在250 mL燒杯中加入8 g脫脂豆粕和蒸餾水，加入甘油和亞硫酸鈉，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH至8.0，在85 ℃恒溫水浴鍋中水浴25 min，將丁香酚加入冷卻到室溫的上述溶液中，攪拌，用超聲法排除氣泡后，量取15 mL成膜液，流延鋪滿整個模具（10 cm×10 cm）上，并用涂布器均勻鋪平，放置24 h使其成膜，揭膜后進行性能測試。

1.2.2 膜性能測定

1.2.2.1 CO2透過率

在含有5 mL蒸餾水的刻度試管中加入氫氧化鉀至飽和，用所制的薄膜覆蓋試管入口，扎緊稱重后置于空氣中，每天稱量2次，稱量7 d，按式（1）以增加的質(zhì)量計算CO2透過率[10]*。

式中：PCO2為CO2透過率，g/（m2*·h1*）；Δm為錐形瓶增加量，g；S為膜面積，m2*；t為測量間隔時間，h。

1.2.2.2 水蒸氣透過率

將取下的薄膜密封在裝有4 g無水氯化鈣的錐形瓶中（需稱量至恒重），并將錐形瓶置于90%±2%相對濕度和25±2 ℃溫度下，定期從干燥器中取出并測量增重[11]*。水蒸氣透過率按式（2）計算。

式中：T為水蒸氣透過率，%；W1為未吸水時錐形瓶質(zhì)量，g；W2為定時吸水后錐形瓶質(zhì)量，g。

1.2.2.3 過氧化值（POV）

稱取7 g食用大豆油放置在錐形瓶中，將制好的蛋白膜封于錐形瓶口，用石蠟密封，放置7 d后，揭膜測定其過氧化值，以脂肪氧化的程度間接對比膜的阻氧性[7]*。過氧化值（POV）按式（3）計算。

式中：V1為油樣消耗硫代硫酸鈉體積，mL；V2為空白試樣消耗硫代硫酸鈉體積，mL；C為硫代硫酸鈉濃度，mol/L；m為樣品質(zhì)量，g。

1.3 單因素試驗設(shè)計

1.3.1 脫脂豆粕濃度對膜性能的影響

丁香酚、亞硫酸鈉、甘油添加量分別固定為0.16，0.20和4.0 g，研究不同脫脂豆粕質(zhì)量濃度（0.16，0.18，0.20，0.23和0.27 g/mL）對膜性能的影響。

1.3.2 丁香酚添加量對膜性能的影響

固定脫脂豆粕質(zhì)量濃度0.23 g/mL，甘油和亞硫酸鈉添加量分別為4.0 g和0.20 g，研究不同丁香酚添加量（0.12，0.14，0.16，0.18和0.20 g）對膜性能的影響。

1.3.3 亞硫酸鈉添加量對膜性能的影響

固定脫脂豆粕質(zhì)量濃度0.23 g/mL，甘油和丁香酚添加量分別為4.0 g和0.16 g，研究不同亞硫酸鈉添加量（0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 g）對膜性能的影響。

1.3.4 甘油添加量對膜性能的影響

固定脫脂豆粕質(zhì)量濃度0.23 g/mL，亞硫酸鈉和丁香酚添加量分別為0.20 g和0.16 g，研究不同甘油添加量（3.5，4.0，4.5，5.0和5.5 g）對膜性能的影響。

1.4 丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜配方優(yōu)化

根據(jù)上述試驗得出結(jié)果，分別選取脫脂豆粕濃度、丁香酚添加量、亞硫酸鈉添加量、甘油添加量較好的3個水平作為正交試驗的參數(shù)，選擇CO2透過率、水蒸氣透過率和過氧化值作為試驗指標(biāo)，設(shè)計L9(34*)的正交試驗，因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.5 抗氧化性研究

選用新鮮的市售皇冠梨，梨表面光滑、無傷痕及黑色斑點，把梨切成切片，按優(yōu)化最優(yōu)結(jié)果制備丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜液，成膜液立即涂抹在新鮮、無褐變、無霉變的切片上，室溫平放放置7 h，每隔1 h觀察梨切片的褐變情況并進行褐變指數(shù)測定，同時做涂膜空白對照及丁香酚空白對照試驗。

用便攜式色差計對皇冠梨切片進行顏色測定，用標(biāo)準(zhǔn)白板（L’=92.42，a’=-0.95，b’=0.85）對儀器背景值進行校準(zhǔn)，測定膜的L*、a*、b*值[12]*。

皇冠梨的褐變指數(shù)（BI）按式（4）和（5）計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫脂豆粕質(zhì)量濃度對膜性能的影響

由圖1可知：隨著脫脂豆粕質(zhì)量濃度的增加，水蒸氣透過率、CO2透過率、過氧化值均出現(xiàn)先降低后上升趨勢，CO2透過率整體趨勢平穩(wěn)，可能的原因是隨著脫脂豆粕質(zhì)量濃度的增加，成膜液逐漸變濃稠，使分子間的交聯(lián)作用增強，使得膜的阻隔能力增大，因此各項指標(biāo)數(shù)值出現(xiàn)降低趨勢，但在0.23 g/mL之后，繼續(xù)增加脫脂豆粕質(zhì)量濃度會形成黏稠狀液體，在水中分散不是特別均勻，蛋白濃度過高，制備過程中產(chǎn)生的氣泡多且不易排盡，使得所成膜表面有氣孔存在[3]*，因此，各檢測指標(biāo)數(shù)值出現(xiàn)上升趨勢。

圖1 脫脂豆粕濃度對膜性能的影響

2.2 丁香酚添加量對膜性能影響

在一定范圍內(nèi)，蛋白分子間的疏水相互作用降低，蛋白和丁香酚間的氫鍵作用加強，使膜的交互聯(lián)作用較為緊密[13]*，所以水蒸氣透過率會出現(xiàn)降低趨勢。由圖2可知，隨丁香酚添加量增加，水蒸氣透過率在0.16 g之后出現(xiàn)上升趨勢，CO2透過率明顯上升，這是因為丁香酚作為油相減少氫鍵作用，進而破壞蛋白膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使膜的結(jié)構(gòu)疏散度增加，導(dǎo)致阻隔性能下降[14]*。王麗麗[15]*在紫丁香葉多酚物質(zhì)的提取及抗氧化性能研究中表明，丁香葉多酚對羥自由基清除率達到20.8%～96.2%。加入丁香酚使蛋白膜抗氧化性增加，所以過氧化值會隨丁香酚的增加而減小，整體趨勢遞減。

圖2 丁香酚添加量對膜性能的影響

2.3 亞硫酸鈉添加量對膜性能的影響

由圖3可知：隨著亞硫酸鈉添加量增加，水蒸氣透過率、CO2透過率、過氧化值均出現(xiàn)先降低后上升趨勢，在0.20 g時出現(xiàn)三者最低，可能是因為加入還原劑亞硫酸鈉，既有利于蛋白質(zhì)分子展開，又會使多肽鏈的分子量降低，進而暴露其內(nèi)部疏水基團，增強膜的阻隔性能[16]*，所以會出現(xiàn)遞減的趨勢，但亞硫酸鈉添加量大于0.20 g時，分子中靜電斥力增大，分子間的相互作用力減弱，蛋白薄膜致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松，各檢測數(shù)值因此開始增大。

圖3 亞硫酸鈉對膜性能的影響

2.4 甘油添加量對膜性能的影響

從圖4可看出，隨著甘油添加量的增加，水蒸氣透過率和CO2透過率先減小后增大?？赡艿脑蚴歉视褪切》肿佑H水物質(zhì)，結(jié)構(gòu)中含有多羥基，易與大分子物質(zhì)結(jié)合，減少大分子內(nèi)部各基團的鏈接距離，使得膜結(jié)構(gòu)變緊密，所以水蒸氣透過率和CO2透過率減小。甘油分子內(nèi)有親水基團，會增加蛋白膜對環(huán)境中水分的吸收，使水分子容易通過，所以水蒸氣透過率增加[3]*。隨著甘油添加量增加，蛋白膜中羥基的數(shù)目變多，減少分子內(nèi)部的氫鍵作用，使得膜的滲透性能增大[17]*，導(dǎo)致CO2透過率增大。甘油添加量太少時，結(jié)合水較少，膜比較易碎，結(jié)構(gòu)組織不完整，甘油量增加較多時，結(jié)合水就會增多，內(nèi)部分子空間結(jié)構(gòu)增加，使得膜的滲透性增加[18]*，甘油添加量4 g時，過氧化值最低，最小值為3.78 meq/kg。

圖4 甘油添加量對膜性能的影響

2.5 正交試驗優(yōu)化制膜條件

由表2可知，甘油添加量對整個成膜配方影響相對較小，脫脂豆粕濃度、丁香酚添加量及亞硫酸鈉添加量對成膜配方影響較顯著。以水蒸氣透過率為指標(biāo)來檢測蛋白膜的性能，最佳成膜配方是A3B3C1D1。CO2透過率作為指標(biāo)檢測蛋白膜的性能，最佳成膜配方是A3B3C1D2。以過氧化值的數(shù)據(jù)分析結(jié)果作為指標(biāo)檢測蛋白膜的性能，最佳成膜配方是A2B2C2D1。根據(jù)每個指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果中最優(yōu)因素出現(xiàn)的次數(shù)，整合正交試驗結(jié)果得出的最優(yōu)組合為脫脂豆粕濃度0.27 g/mL、丁香酚添加量0.18 g、亞硫酸鈉添加量0.15 g、甘油添加量3.5 g。在此條件下，膜的水蒸氣透過率為2.41%，CO2透過率為0.30 g/（m2*·h），過氧化值為1.01 meq/kg。

表2 丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜制備正交試驗結(jié)果

2.6 抗氧化性研究

由圖5可以看出，隨著放置時間的延長，3組皇冠梨切片顏色都在逐漸加深。涂膜處理切片的褐變指數(shù)和褐變的上升速度明顯低于涂膜空白組，其中丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜切片最為明顯，可見添加丁香酚的蛋白膜保鮮效果得到增加，褐變速度降低，能起到抗氧化護色目的。

圖5 不同處理對皇冠梨褐變指數(shù)的影響

3 結(jié)論

試驗以脫脂豆粕為原料，加入丁香酚來制備丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜。根據(jù)單因素試驗和正交試驗對丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜有影響的4種因素進行研究和分析。結(jié)果表明，在脫脂豆粕濃度0.27 g/mL、丁香酚添加量0.18 g、亞硫酸鈉添加量0.15 g、甘油添加量3.5 g條件下，膜的水蒸氣透過率為2.41%，CO2透過率為0.30 g/（m2*·h），過氧化值為1.01 meq/kg。對丁香酚-脫脂豆粕蛋白膜抗氧化性的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比所制得的丁香酚脫脂豆粕蛋白膜對皇冠梨的褐變有延緩作用。