（食品科学专业论文）大豆蛋白可食膜的研究与应用.pdf

摘要 本论文对大豆蛋白的成膜条件及其成膜特性进行了系统的研究，探究了p h 值、大 豆分离蛋白浓度、成膜温度、甘油浓度等对大豆蛋白成膜特性的影响效果及机理。膜的 相关性能有：通透性( 包括透水率和透氧率) 、机械性能( 包括抗拉强度和延伸率) 、感 官性能( 色泽、柔软度、返潮性) 通过微波改性、酶改性、热压法改性、分别添加甲基纤维素和可溶性淀粉复合等方 法，探讨了不同条件下成膜特性。根据不同因素对大豆分离蛋白成膜特性的影响效果， 针对蛋白膜不同的应用范围和工艺，为如何控制蛋白膜的制备条件提供了可能。 微波改性提高了蛋白膜的水溶性，在微波功率4 8 0 w 、微波时间1 2 0 s 、p h 值l o ，大 豆分离蛋白浓度5 、甘油浓度3 条件下制得蛋白膜适合作为粉料包或胶囊等药品包装； 酶改性降低了蛋白膜的通透性和机械强度改善效果较好，在大豆分离蛋白浓度5 、t g a s e 酶浓度4 、甘油浓度2 、p h 值8 、温度6 0 制得蛋白膜适合高脂肪、高油脂食品的包 装或者作为食品外包装食用；热压法改性提高了膜的机械强度，但膜的阻水性差，在热 压温度1 3 0 ，热压时间l o m i n 、热压压力4 m p a 、大豆分离蛋白浓度5 、甘油浓度3 、 p h 值9 、反应温度8 0 条件下制得膜适合用于要求一定形状的食品包装；甲基纤维素复 合膜具有良好的抗拉强度和延伸率，甲基纤维素为1 ，大豆分离蛋白浓度5 、甘油浓 度3 、p h 值9 、反应温度8 0 条件下制膜可作为食品的外包装，或者蔬菜水果的保鲜； 可溶性淀粉复合膜具有高的延伸率和透氧率，在可溶性淀粉添加量为4 ，大豆分离蛋白 浓度5 、甘油浓度3 、p h 值9 、反应温度8 0 制得蛋白膜水溶性较好，可将其用于包 装需要较高氧气环境食品，或者食品的内包装。 通过电镜扫描，研究了各种处理方法对大豆分离蛋白膜的微结构影响以及膜性能与 微结构的关系。 关键词：可食膜；大豆分离蛋白；机械性能；通透性 a b s t r a c t f a c t o ra f f e c t i n gf i l m - f o r m i n ga b i l i t yo f s o yp r o t e i nw e r ei n v e s t i g a t e di nt h ep r e s e n ts t u d y s u c hf a c t o r si n c l u d e dp hv a l u e ，s p ic o n c e n t r a t i o n , t h et e m p e r a t u r e ，g l y c e r o lc o n c e n t r a t i o n a n ds oo n t h er e s u l t ss h o w e d ：t h er e s u l t a n tp r e p a r e dw i t l ld e s i r a b l ep r o p e r t i e sc a nb e p r e p a r e df r o ms o yp r o t e i ni s o l a t e ( s p i ) u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss u c h a st e n s i l es t r e n g t h ( t s ) ，e l o n g a t i o n ) ，w a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y ( w v p ) ，o x y g e n p e r m e a b i l i t y ( 0 p ) ，c o l o r ，p f i a b i l i t yo f t h ef i l m sw e r ea l s ot e s t e d r e s e a r c ho nt h ed i f f e r e mf i l m - f o r m i n gc h a r a c t e r i s t i c so fs p i 、i t l lm i c r o w a v et r e a t m e n t , e n z y n l e st r e a t m e n t ，h o t - p r e s st r e a t m e n t , a n dm e t h y l e e l l u l o s e ( m c ) a n ds o l u b l es t a r c hw e r e a d d e dr e s p e c t i v e l yt ot h em i x e ds o l u t i o no fs p i i tp r o v i d e dt h ep o s s i b i l i t yf o rh o wt oc o n t r o l f i l m - f o r m i n gc o n d i t i o n sb a s e do nd i f f e r e n ta p p l i c a t i o n sa n dp r o c e s s e s f i l m sd i s s o l u t i o n 粥i m p r o v e db ym i c r o w a v et r e a t m e n t t h ef i l m sw j 睨 eo b t a i n e da t m i c r o w a v ep o w e r - - 4 8 0 w ，m i c r o w a v et r e a t m e n tt i m e = 1 2 0 s ，p h = 1 0 ，s p ic o n c e n t r a t i o n = 5 ， g l y c e r o lc o n c e n t r a t i o n = 3 , w h i c hc 姐b eu s e d 勰p a e k i l l go fp o w d e r yf o o d0 1 c 印砒o f m e d i c a t i o n b a r r i e rp r o p e r t i e so ff i l m sw e l ed e c 职盈s e da n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw 黜 i n c r e a s e db ye n z y m e s f i l m sw l 髓 ep r o d u c e du n d e rs p ic o n o m t r a t i o n - 5 t m n s g l u t e m i n a s e c o n c e n t r a t i o n = 4 , g l y c e r o lc o n c e n t r a t i o n = 2 ，p h 音8 ，t e i l l p e r a t i l 盼= 6 0 ，w h i c hc a l lb eu s e d t op a c k i n go fh i g h - f a t r i c h - o i lf o o do r 嬲s u p e r f i c i a lc o s t i n g m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s w a si n c r e a s e db yb e t - p r e s st r e a t m e n t , b u tw v pw a sd e c r e a s e d t h ef i l m s 、 啪o b t a i n e d 砒 h o t - p r e s st c m p e m m r e = 1 3 0 x 3 ，t i m e = 1 0 m i n , p r e s s 唰m p a , p h - - 9 ，s p ic o n c e n t r a t i o n = 5 g l y c e r o lc o n c e n t r a t i o n = 3 ，m m p e m t u r e = 8 0 ，w h i c hw e r ef i t t e dt ok e e p i n ga p p e a r a n c ef o r h a n d l e dp r o d u c t s t h ef i l m sw h i c ha d d e dm ch a dh i g h e rt sa n de w h e nt h er e a c t i o n c o n d i t i o n sw e r em cc o n c e n t r a t i o n = 1 ，s p ic o n c e n t r a t i o n = 5 g l y c e r o lc o n c e n t r a t i o n = 3 ， p h - - 9 ，t e m p e m t u r e = 8 0 c ，t h e f i l m s c a n b e u s e d a ss u p e r f i c i a l c o a t i n g o r t o k e e p 缸s h o f f r u i t s a n dv e g e t a b l e s t h ef i l m sw h i c ha d d e ds o l u b l es t a r c hc a m eo u th i g hea n do p w h e nt h e r e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r es o l u b l es t a r c hc o n c e n t r a t i o n = 4 ，s p ic o n c e n t r a t i o n = 5 ，g l y c e r o l c o n c e n t r a t i o n = 3 ，p h - - - - 9 ，t e m t x a m m e = 8 0 x 3 ，t h ef i l m sc a nb eu s e da si n n e rp a c k i n go rt o k e e ph i g h - o x y g e nf o o d s c a ne l e c t r o nm i c m s c o p ow a su s e dt oo b s e r v et h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t o r so nt h e m i c r o s t r u c t u r eo fs p if i l m sa n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o s t r u c t u r ea n df i l mp r o p e r t i e s r e s u l t e df r o mv a r i o u st r e a t m e n t s k e yw o r d s ：e d i b l ef i l ms o yp r o t e i n i s o l a t em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s b a r r i e r p r o p e r t i e s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河 南工业大学或其他教育机构白g 学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 论文作者签名： 薹：羟 日期： 立! 占! 签 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南工业大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；本 人授权河南工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 王落 日期： 亟乙堇：2 芷 论文作者签名：圣聱 日期： q 2 ：堇：2 芷 导师签名： 有关知识产权的保证 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。本人在校期间的研究成果及发表的论文，知识产权归河南 工业大学所有。本人毕业后发表的、以本人在校期间研究成果为基础完 成的论文、研究报告及其它科研成果，将署名河南工业大学为作者单位。 论文作者签名： 玉务 日期： 晕篁：些 导师签名： 大豆蛋白可食膜的研究与应用 第一章前言 随着现代食品工业的飞速发展，食品包装领域出现了一场新的革命，一种能完善解 决包装材料与环境保护之间矛盾的新型食品包装技术可食性包装膜脱颖而出。可食 性包装膜( e d i b l ep a c k a g i n gf i l m s ) 是以天然可食性物质如多糖、蛋白质、纤维素等为 原料，通过不同分子间互相作用而形成具有网络结构的薄膜。可食性包装膜以其原料丰 富、齐全、可以食用及无公害等特点，获得了国内外食品行业与包装行业的广泛重视， 因而近几年来得到了迅速的发展。 可食性包装膜的基本功能是具有阻隔性( 包括阻水性、阻氧性、阻二氧化碳性、阻 油性、保香性等) ，机械性及其本身应具有稳定性，再通过添加一些添加剂，还可以达 到增加食品风味、改善食品营养结构的作用【1 1 。可食性包装膜不仅适用于食品、药品的 包装，而且可用来包装其他商品。同时，它既可作为食品的内包装，又可作为外包装， 因此可食性包装膜的结构形式也是多种多样。传统的包装形式是将可食性材料制成薄膜 包裹糖果，或作为黏性糕点的衬垫。近些年来，由于可食性材料的种类不断增多及其保 护商品的性能不断提高，常将可食性薄膜制成包装袋，用以密封包装商品。同时，某些 商品还可浸涂液态的可食性材料，待其干燥成膜后将商品包藏于膜壳内。此外有些可食 性材料还可制成一次性的饮料杯与快餐盛具等刚性或半刚性容器，还有些可食性材料可 制成肠衣、果衣与胶囊【2 】，或用于减少油炸食品吸油量【3 1 ，及微波食品表面涂层【4 】和鸡 蛋保鲜【5 】等，从而大大提高了可食性包装膜的实用性。 根据国际包装工业协会统计，对环境造成污染的垃圾中，塑料占7 2 o ，其中很大 一部分来自食品塑料包装废弃物，塑料包装袋容易产生有害气体和异味，有的塑料包装 袋对人体还有一定毒性作用，并且，塑料包装袋性质稳定，使用后遗弃在环境中不宣分 解腐烂，长期存留，容易引起环境污染1 1 1 。由于材料和技术的问题，当前的可降解塑料 仍无法完全降解，且成本较高，因而尚未投入大规模生产和使用。可食性包装材料完全 由天然可食性物质制得使用后丢弃在环境中也可完全降解，可解决环境污染问题。因此 可食性包装材料的选择和加工工艺一直是国内外热点研究内容。 1 1 可食性包装膜的优点及发展现状 1 1 1 可食性包装膜的优点 可食性包装膜具有其他包装无法比拟的优点，主要体现在以下几个方面：可与被 包装食品一起食用，对食品和环境无污染。可以作为各种食品添加剂的载体，并可控 河南工业大学硕士学位论文 制他们在食品中扩散的速率。有的可食形成膜材料本身具有营养价值，尤其是蛋白膜。 可用于小容量、体形差异大的单体食品包装。可防止食品组分间水分和其他物质的 迁移而导致食品变质。可食性膜和不可食用膜构成多界面、多层次的复合包装，提高 了整体阻隔性能。具有较好的物理机械性能，可提高食品表面的机械强度，使其易于 加工处理【2 j 。 在食品工业中，可食性包装技术主要应用到以下几个方面：在果蔬保鲜中的应用 在肉剖品加工和保鲜中的应用在油炸食品中降低吸油率在烘烤食品中防止食品 表面干裂在食品包装中的应用，如糖果的包装，冷冻食品包装，干货及糕点的包装， 调味料包装袋，此外，可食性包装膜还可作为酶、香料、药物、微生物、和其他物质的 载体。 1 1 2 可食性包装膜的发展现状 据报道1 2 l ，美国至少有8 所大学，如明尼苏达大学、威斯康星大学等，利用多糖、 脂类、蛋白质、壳聚糖、淀粉等材料，研制出可食性膜及可降解食品袋；美国农业部研 究所南部地区研究中心的化学家用蛋自膜制成可食性包装膜，这种膜既能保持水分又能 阻止氧气进入，能保持食物原味，营养价值高，并符合环境要求；澳大利亚昆士兰土豆 容器公司推出可食性土豆容器；法国及前苏联国家在可食膜的研究上也取得了一定进 展；日本酒井理论研究所以豆渣为原料制成可食性纸：英国从1 9 9 1 年开始使用一种可食 用、薄而透明的薄膜保鲜果蔬。我国可食性包装的系统性研究起步较晚，近年来在多糖 一脂质双层可食膜、壳聚糖可食性膜、淀粉一蛋白质膜的研制方面初见成效。但某些技 术尚处于实验室研究阶段，预计不久的将来，可食性包装膜将会广泛的应用于果蔬、饮 料、方便食品、快餐、糕点、动物性食品及各类软罐头食品的包装上。 在食品工业、医学、化妆品生产、生物科学、药物工业等诸方面可食膜都得到了广 泛的应用。如今，绿色食品和绿色包装正风靡全球，而可实行包装正迎合了这一发展趋 势。可以预料，随着对可实行包装研究的深入和科学技术的进步，越来越多的可实行包 装材料将被开发出来并得到广泛的应用。 1 2 大豆蛋白及其应用于可食膜方面的研究概况 可食膜包装材料般以蛋白质、脂类、多糖等为基科。国外研究的较多是利用多糖 及脂类进行食品包装或涂膜保鲜。但由于多糖分子具有亲水性，因而其吸湿性较强，并 且此类膜一般较脆、机械性能也不理想【6 l ；脂质膜极性弱，疏水性强，所形成的膜阻湿 性强，但是脂质膜单独使用时均匀性较差，厚薄不均，机械性能和透明度不理想。以天 2 大豆蛋白可食膜的研究与应用 然蛋白为基体的可食膜具有较高的营养性、易消化、机械性能好、阻气性和透明性强， 且外观和口感较为理想，近年来受到研究者的重视。 表卜1 大豆蛋白制品及其蛋白质含量 大豆蛋白制品蛋白质含量( 干基) 大豆蛋白粉( s p f ) 大豆浓缩蛋白( s p c ) 大豆分离蛋白( s p i ) 不少于5 0 不少于6 5 不少于9 0 天然的大豆蛋白是球状的，可以根据超速离心沉降系数进一步分为2 s 、7 s 、l l s 、 1 5 s 几个部分。其中l l s ( g l y c i n i n ) 和7 s ( p - c o n # y c i u i n ) 部分占总蛋白含量的主要比例， 并且它们都有亚基结构。虽然不同的研究对这些不同沉降系数蛋白质在大豆蛋白中的含 量估计会不太一样，但大豆球蛋白( g l y c i n i n ) 蛋白质可能占大豆球蛋白含量的6 0 7 0 t 7 1 。 大豆蛋白质由于氮基酸种类齐全，故称“完全蛋白质”，内含人体所必需的8 种氨 基酸，最合乎人类和禽畜的需要陋i 。其中7 s 和1 1 s 蛋白质所含主要氨基酸为谷氨酸， 天门冬氨酸、耪氨酸、亮氨酸和赖氨酸等。大豆蛋白中天冬酰胺和谷氨酰胺含量较高， 并且7 s 和1 1 s 都有是以紧密的折叠状存在的蛋白质，大量的疏水基团通过疏水作用相 互作用埋于蛋白质分子内部。蛋白质分子中非极性基团转向分子内部，形成疏水键；极 性基团转向分子内部的，相互作用形成氢键和盐键，转向分子表面的，可与极性水分子 相互作用。蛋白质的非极性疏水基团常趋向于分子结构域的内部，形成一个疏水核，这 种聚集是由于水对非极性基团的排斥造成的，蛋白质内部的疏水环境是受熵增的驱动而 自发进行嘲。由于疏水、亲水程度的不同，所以蛋白质的溶解分散性不同。由于7 s 中， 每个蛋白质分子含有2 3 个半胱氨酸分子，所以它所含的二硫键特别有限，而l l s 组 分中含有较多的二硫键，易于展开和变性f 1 0 l 。由于大豆蛋白组成与其结构赋予其某些功 能特性，如粘结性，使得大豆蛋白在工业上有着广阔的利用前景，是优良的成膜材料。 大豆分离蛋白( s o yp r o t e i ni s o l a t e ，s p i ) 是以大豆浸出脱脂低温脱溶粕为原料，经过 碱溶、酸沉，去除大部分碳水化合物，使蛋白质含量达9 0 以上的产品。大豆中的多数 蛋白是不溶于水但溶于稀的中性盐溶液。大豆分离蛋白可食膜是目前主要研究的可食膜 类。b r a n d e n b u r g 等通过适度碱处理蛋白质部分变性，提高了膜的透明程度，均匀性和 延伸率，但对透水率、透氧率和抗拉强度并无影响l 矾。研究还发现多元醇类如甘油、山 梨醇、甘露糖醇、蔗糖、丙二醇和聚乙二醇等具有增塑功能，可以改善膜的性能它们 3 河南工业大学硕士学位论文 通过降低邻近聚合物之间的分子作用力，从而降低了膜的脆度、增强了膜的柔韧性和弹 性，同时这也会导致膜的抗拉强度降低和通透性增加f l l j 【1 1 2 j 。g e n n a d i o s 等研究了p h 值 对膜性能的影响，大豆分离蛋白在p i l l s 3 与p h 6 1 2 之间能成膜，在等电点附近因蛋 白质溶解性差，难成膜，而p h 6 1 2 问形成的膜无论其机械性能还是阻隔性能均优于 p i l l s 3 问形成的膜 1 3 1 。s t u c h e l 与k r o c h t a 对成膜液进行热处理。制得的膜光滑、透明， 且提高了膜的阻湿性和延伸率【1 4 1 。 1 3 大豆蛋白改性方法 在开发利用大豆蛋白营养成分以满足人类日益增长的需求同时，食品科学家们己逐 渐认识到其功能性质的重要性。蛋白质的功能特性主要是由其理化性质和环境因素所决 定【n 。蛋白质的物理特性由氨基酸组成、分子量大小、蛋白质构象、蛋白质中电荷分布、 蛋白质分子相互作用的程度以及相关环境因素决定。而其化学特性则主要受分子间作用 力、氢键、电荷之间的静电力、疏水键、共价键和非共价键等影响。环境因素主要包括 环境的温度、p h 值、离子强度等1 7 1 。蛋白质的改性是在不发生共价键断裂的情况下，改 变蛋白质分子的二级结构、三级结构或四级结构从而使蛋白质某些性质发生变化一种方 法。通过物理的、化学的、以及酶作用的途径可以对蛋白质的结构进行改性或修饰可改 善某些功能特性【佩。改性对于蛋白质功能特性的影响效果已有了较详尽的报道f 切i 埘。 大多数关于蛋白质功能特性的研究主要集中在食品领域，诸如：溶解性、起泡性、凝胶 性、以及粘弹性等m l ，而非食品领域的研究也逐渐成为科学家们今后工作的重点。 大豆蛋白质的特定化学组成和球状结构为通过不同方法对其加以处理后做可食膜 提供了条件i s 。植物蛋白改性的方法主要有物理法、化学法、生物法1 1 9 i 1 2 e l 。各种物理法 ( 如超声波、微波、热处理及紫外线光照射处理等) 是在控制条件下的蛋白质定向变性 1 2 。如超声波、微波、热处理及紫外线光照射处理、高压处理p 】、高速剪切；化学法如 p h 、盐、表面活性剂等对蛋白质进行结构修饰，或者利用特定的化学试剂如亲核试剂、 氧化剂、还原剂、芳香环取代剂等与蛋白质分子上特定的敏感基团反应【1 9 1 瞄】。常用的 修饰法有弱酸处理、碱处理、磷酸化、琥珀酸化、脂化、醇化、乙酰化、烷基化、羟化、 去酰胺等。这些方法不仅对改进蛋白质功能起显著效果，而且能定向改变蛋白质的功能性 质 2 2 l 生物法主要是酶处型2 4 1 1 1 2 5 1 ，利用酶有限度地水解肽键或( 和) 酰胺键，或者进行分子 间共价交联【2 2 1 。一般酶改性不会导致营养方面的损失，也不会产生毒理上的问题。此外， 蛋白质的酶法改性还具有水解时问短，容易控制产物分子量大小，在低酶浓度下即产生显 著效果等优点。常用于水解蛋白质的酶有木瓜蛋白酶、真菌蛋白酶、胰酶、胃蛋白酶等， 一般可改善大豆蛋白质的吸水性、乳化稳定性，起泡性和热塑性。酶处理可以打开大豆球 4 大豆蛋白可食膜的研究与应用 蛋白的天然紧密折叠结构，使球状分子展开成链状或螺圈状，从而也使埋藏于其内部的 疏水基团、巯基等得以暴露，在这个过程中原始的二硫键也被打开以巯基的形式暴露出 来。在球状分子展开的同时，链状分子之间的疏水基团、氢键形成基团和一s h 基又不 断相互作用形成新的疏水键、氢键和二硫键，使得不同的分子链间发生交联，形成网状 结构【1 3 ( 2 6 1 。 1 4 课题研究的目的和意义 包装废弃物对环境造成的威胁越来越严重。目前大多数包装材料所采用的原材料都 是石化高聚物，包装材料使用完废弃后，不能在环境中迅速有效地降解，若不采取特别 措施，能在环境中存留很长时间不能被分解，对生态环境造成巨大的压力。因此开发无 环境污染，易于生物降解的包装材料极具开发价值。 大豆蛋白是当前一个非常重要的、并且有十分廉价的植物蛋白质资源。本文选用大 豆分离蛋白为原料，研究其成膜性。通过实验找到影响大豆分离蛋白可食性包装膜性能 的诸因素与膜性能的关系，并经过微波改性，酶改性、热压法改性以及与其他物质复合， 求得膜的最佳制备条件，制得可食性生物包装材料，找到缓解食品包装污染的方法。通 过大豆分离蛋白应用于方便面料包的研究，可望对蛋白膜的商业化应用提供理论依据， 提高大豆蛋白的应用价值，扩大其应用范围。 5 河南工业大学硕士学位论文 第二章材料与方法 2 1 主要实验材料、试剂及仪器 2 1 1 主要原料 大豆分离蛋白市售，河南郑州油脂化学集团公司 2 1 2 主要试剂 甘油、谷氨酰胺转胺酶( 江苏一鸣精细化工有限公司，活力5 0 u g ) 、无水氯化钙、 六水合硝酸镁、溴化钾、甲基纤维素、可溶性淀粉、盐酸、氢氧化钠、碘化钾、三氯甲 烷、乙酸、硫代硫酸钠、石蜡。 以上试剂均为分析纯。 实验中用水若无特别说明均为蒸馏水。 2 1 3 主要仪器和设备 酸度计 0 b c 鸥气体分析仪 质构仪 微波炉 六联磁力加热搅拌器 电子天平 电子分析天平 外径千分尺 可见分光光度计 0 2 5 m n 平板硫化机 试样表面处理机 扫描电予显微镜 p h s 一3 c 型 c y e s i i 型 t a x tp l u s w d 8 0 0 d 型 h j - 6 型 t - 5 0 0 型 b s 2 1 0 型 o 2 5 型 u n i c o w f j 2 0 0 0 型 s b c 2 型 s e m ，a m r a y l 0 0 0 b 型 6 上海雷磁仪器厂 上海嘉定学联仪表厂 英国s t a b l em i c r os y s t e m sl t d 顺德格兰仕微波炉公司 江苏金坛金城教学仪器厂 常熟双杰测试仪器厂 梅特勒托利多以其有限公司 成都量具刃具股份有限公司 上海尤尼柯仪器有限公司 上海第一橡胶机械厂 中国科学院仪器厂 中国科学院北京科学仪器厂 大豆蛋白可食膜的研究与应用 2 2 试验方法 2 。2 1 试验相关指标的测定方法 2 2 1 1 蛋白质含量测定： 参照中华人民共和国国家标准g b 5 5 1 1 8 5 测定。 2 2 1 2 大豆分离蛋白水分测定： 参照中华人民共和国国家标准g b 5 4 7 9 - 8 5 测定。 2 2 1 3 大豆分离蛋白灰分测定： 参照中华人民共和国国家标准g b5 5 0 5 8 5 测定。 2 2 1 4 油脂过氧化值( p o v ) 测定： 参照中华人民共和国国家标准g b t 5 5 3 8 2 0 0 5 测定。 2 2 2 大豆分离蛋白膜的制备 称取一定量的大豆分离蛋白与蒸馏水混合均匀加入一定量增塑剂，在磁力搅拌器上 搅拌3 0 r a i n ，使其均匀。用酸或碱调节成膜溶液的p h 值，然后将成膜液在恒温磁力搅 拌器上搅拌加热至一定温度，维持3 0 m i n 停止加热，冷却至室温2 0 。将配好的膜液 放在真空度0 0 9 m p a 的真空干燥箱中脱气1 0 r a i n 。取出1 5 m l 膜液均匀铺在一定面积的 塑料盘中，室温条件下放置2 4 小时后揭膜。将膜放在相对湿度为5 0 ( 以硝酸镁的饱 和溶液保持) 的干燥器中保存2 天后，测定膜的各种性能指标。 2 2 3 大豆蛋白膜的性能测定 2 2 3 1 厚度测定 用外径千分尺在制备好的膜上随机取5 个点，测厚度，取平均值。 2 2 3 2 机械性能的测定 质构仪探头采用a g a t ，拉伸速度为2 0 m l l l ，s ，将膜裁成3 0 m i n x 2 0 r a m 标准膜样， 测量出样品蛋白膜的厚度，然后将膜置于质构仪上，读出膜断裂时的拉力和伸长量。每 种膜做三个平行试验，记录数据并带入膜的抗拉强度( t e n s i l es t r e n g t h , t s ) 和延伸率 ( e l o n g a t i o n ，e ) 的计算公式中，计算出具体数值。 7 河南工业大学硕士学位论文 嚣。三 s 其中t s ：膜的抗拉强度，m p a ； f ：膜断裂时的拉力读数，n ； s ：被测膜的横截面积，m 2 。 e 。兰凸 厶 其中e ：被测膜延伸率，； k ：膜原来长度，咖； l i ：断裂后长度，啪。 2 2 3 3 透水性的测定 根据塑料薄膜及片材透水蒸汽实验方法的原理和步骤，采用g b l 0 3 7 8 7 法，并有所 改变，具体方法为： 透湿杯选用质轻、耐腐蚀、不透水、不透气的聚乙烯塑料杯，有效面积为8 c m 2 ， 氯化钙使用前应粉碎，并在刀0 0 条件干燥2 h ，冷却，称取一定量的氯化钙于透湿杯中。 选平整、均匀、无孔洞、无皱褶的蛋白膜，测量其厚度后，用熔化的石蜡将蛋白膜封于 透湿杯口上，然后放入相对湿度为9 0 ( 以硫酸钾的饱和溶液保持) 的干燥器中，测量温 度为2 3 。2 4 h 后称量氯化钙的重量，直至前后两次质量增量相差不大于5 时，方可 结束实验。每一组做三个平行试验，结果以每组的算术平均值表示，每个试样测试值与 结果的偏差不超过士i o 按下式计算蛋白膜的透水性( w a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y , 删： 朋伊_ 墅坚生；单位为g ( m s x p a ) 4 t a p 。 其中a m ：稳定的质量增量，g ； d ：膜的厚度，哪； a ：有效测定面积，m 2 ； t ：测量时间间隔，s ； p ：试样两侧的水蒸汽压差，p a 本研究中：a - - 8 1 0 。m 2 ，t = 8 6 4 0 0 s ，a p = 2 6 4 0 p a 2 2 3 4 透氧性的测定 根据“浓度增加”法测定原理，参考g b l 0 3 8 7 0 塑料薄膜透气性试验方法，自行设 计测定装置进行蛋白膜的透氧性测定。透氧性测定装置有测氧室、透氧室、流量控制器， 8 大豆蛋白可食膜的研究与应用 o d c 0 2 气体分析器及高压氧钢瓶。测氧室采用干燥器，顶部有两个侧管，一个为充气管， 一个为排气管。透氧室采用自行设计的带有一个小侧孔的广口玻璃瓶，瓶口上密封己处 理过、己知厚度的蛋白膜，边缘以石蜡密封好，侧孔以硅橡胶塞子塞紧。透氧瓶容积为 4 0 0 m l ，有效透氧面积为1 9 6 2 5 c m 2 ，气体流量控制采用浮子流量计，最大流量为 3 0 0 0 m u n c h , 氧气纯度为9 9 9 。 首先选择均匀、平整、无微孔蛋白膜，测量厚度，以熔化的石蜡密封于透氧室的透 氧i e l 表面份定要保证其密封性1 ，然后将透氧室的侧口以硅橡胶塞塞紧，放入测氧室中， 将测氧室通过浮子流量计以乳胶管与高压钢瓶连通，打开高压钢瓶的阀门及减压阀，氧 气便通入测氧室，调节流量控制器，将氧流量控制为3 0 0 0 m l m i n ，同时打开测氧室的排 气口，通氧5 m i n ，使测氧室的氧浓度达到8 5 ，关闭充气口和排气口及高压氧钢瓶的 阀门，1 r a i n 后取出透氧室，以l o m l 注射器从透氧室取5 m l 样气，捧出，再重复一次， 最后取l o n d 样气注入气体分析器的进样口，在仪器的显示器上读出透氧室中的氧浓度 并记录，重复以上充氧测氧步骤，直至透氧量稳定。每种膜做三个平行实验。 按下式计算膜的透氧性( o x y g e np e r m e a b i l i t y ，0 p 1 ： d 尸= 墨，单位为( m l x m m ) ( m 2 x d x p a ) 如a f 其中v ：一天( 2 4 h ) 的稳定透氧体积，m l 。因透氧室容积为4 0 0 r a l ，所以 v = 4 0 0 m l x c ，c 为透氧室内一天( 2 4 h ) 的氧浓度的增量( ) ； d ：膜的平均厚度，i n l s ； a ；膜的有效透氧面积，m 2 ； p ；测定时膜两侧的氧分压差，p a ； 根据道尔顿定律，p 嘲= p i ，p 曲焉；p i = 廿疵，a p - = - p * p p = 彳 x p m t 【= 2 l x 1 0 1 3 2 5 - - 2 1 2 7 8 k p a p 井可* p m = 8 5 1 0 1 3 2 5 = 8 6 1 2 6k p a 所以，a i = - 8 6 1 2 6 - 2 1 2 7 8 = 6 4 8k p a 其中只，p l 血：混合气体的压力，即大气压力为1 0 1 3 2 5 k p a ； p i ：某种气体的压力，k p a ； r i ：某种气体的体积百分比： p 。：测透氧率时膜外表面的氧分压力，k p a ； p ：测透氧率时膜内表面的氧分压力，k p a ； r ：测透氧率时透氧室内的氧浓度，为2 l ； r * ：测透氧率时透氧室外的氧浓度，为8 5 。 9 河南工业大学硕士学位论文 2 2 3 5 大豆分离蛋白膜外观评定 从色泽、柔软度、返潮性三个指标初步评定蛋白膜外观效果。 色泽、柔软度标准如表2 - 1 。 表2 - ! 大豆分离蛋白膜外观评定指标 将大豆分离蛋白膜称重后放在相对湿度为5 0 ( 以硝酸镁的饱和溶液保持) 的干燥 器中保存2 天后，膜重量增加则具有返潮性。 2 2 3 6 大豆分离蛋白膜水溶性测定 将2 9 左右膜在1 0 0 c 的条件下干燥2 4 h ，称重后放入加有5 0 m l 、1 0 0 c 水的烧杯中， 在室温下溶解2 4 h ，将膜在1 0 0 c 的条件下干燥2 4 h , 称重，根据膜溶解前后重量的变化 计算水溶性。 2 。2 。4 影响大豆分离蛋白( s p i ) 成膜特性的主要因素 2 2 4 1 成膜液的p h 值对成膜特性的影响 p h 值取7 0 ，8 0 ，9 0 ，1 0 0 ，1 1 0 ，其他反应条件：温度8 0 c ，s p i 浓度为5 0 0 4 ( s p i 1 0 0 m l , 以每1 0 0 m l 膜液含有的s p i 质量计，下同) ，甘油浓度为3 0 0 , 4 ( 甘油1 0 0 m l ，以每1 0 0 m l 膜液含有的甘油质量计，下同) ，按照2 2 2 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 4 2 成膜液的浓度对成膜特性的影响 s p i 浓度分别取3 0 0 , 4 ，4 o ，5 o ，6 o ，7 o 。其他反应条件：p h 值由上初步 确定，加热温度8 0 0 ，甘油浓度3 o 。按照2 2 2 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜 性能。 2 2 4 3 成膜液的温度对成膜特性的影响 加热温度分别取6 5 1 0 ，7 0 1 0 ，7 5 ( 2 ，8 0 0 ，8 5 0 ，9 0 c 。其他反应条件：p h 值和 s p i 浓度分别由上初步确定，甘油浓度3 0 ，按照2 2 2 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法 测定膜性能。 2 2 4 4 成膜液的甘油浓度对成膜特性的影响 甘油浓度分别取2 o ，2 5 ，3 0 ，3 5 4 0 0 4 。其他反应条件：p h 值、s p i 浓度和 加热温度分别由上初步确定。按照2 2 2 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜性能。 1 0 大豆蛋白可食膜的研究与应用 2 2 4 5 影响大豆分离蛋白成膜特性因素正交实验 通过上述单因素试验，分别以蛋白膜透水率、透氧率、抗拉强度、延伸率为指标， 对每个因素各取三个水平，进行正交试验，确定最佳成膜条件 2 2 5 微波改性对大豆分离蛋白膜特性影响 2 2 5 1 微波改性大豆分离蛋白膜的制备 称取一定量的大豆分离蛋白与蒸馏水混合均匀后加入一定量增塑剂，在磁力搅拌器 上搅拌3 0 r a i n ，使其均匀。用酸或碱调节成膜溶液的p h 值，将成膜液在恒温磁力搅拌 器上搅拌均匀，然后调整微波功率和微波时间，将膜液放在微波炉中加热，取出膜液冷却 至室温2 0 。将配好的膜液放在真空度0 0 9 m p a 的真空干燥箱中脱气1 0 r a i n 。取出膜液 量取一定体积均匀铺在一定面积的塑料盘中，室温条件下放置2 4 小时后揭膜将膜放 在相对湿度为5 0 ( 以硝酸镁的饱和溶液保持) 的干燥器中保存2 天后，测定膜的各种 性能指标。 2 2 5 2 微波功率对成膜特性的影响 微波功率选定为1 6 0 w , 3 2 0 w , 4 8 0 w , 6 4 0 w , 8 0 0 w 。其他反应条件：s p i 浓度为5 o ， 甘油浓度为3 o ，p h 值为9 o ，微波时间为9 0 s ，按照2 2 a 1 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 5 3 微波时间对成膜特性的影响 微波时间选定为3 0 s ，6 0 s ，9 0 s ，1 2 0 s ，1 5 0 s ，1 8 0 s ，2 1 0 s 。其他反应条件：微波功率由上 初步确定，s p i 浓度为5 0 甘油浓度为3 o ，p h 值为9 o ，按照2 2 4 1 方法制备膜，然 后按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 5 4 成膜液p h 值对成膜特性的影响 成膜液p h 值取7 o 8 0 ，9 0 ，1 0 o ，1 1 0 ，其他反应条件：微波功率，微波时间均由上 初步确定，s p i 浓度为5 o ，甘油浓度为3 o 。按照2 2 4 1 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 5 5 微波改性影响因素正交实验 通过上述单因素试验，分别以蛋白膜透水率、透氧率、抗拉强度、延伸率为指标， 对每个因素各取三个水平，进行正交试验，确定最佳成膜条件。 1 1 河南工业大学硕士学位论文 2 2 6 酶改性对大豆分离蛋白膜特性影响 2 2 6 1 酶改性大豆分离蛋白膜的制备 称取一定量的谷氨酰胺转胺酶( t r a n s g l u t a m i n a s c ，t g ) 放入烧杯中，加入少量蒸馏 水搅拌使其完全溶解。再加入适量大豆分离蛋白和增塑剂，在磁力搅拌器上搅拌3 g r o i n ， 使其均匀。用酸或碱调节成膜溶液的p h 值，然后将成膜液在恒温磁力搅拌器上搅拌加 热至一定温度，维持3 0 m i n 停止加热，冷却至室温2 0 。将配好的膜液放在真空度 o 0 9 m p a 的真空干燥箱中脱气1 0 m i n 。取出膜液量取一定体积均匀铺在一定面积的塑料 盘中，室温条件下放置2 4 小时后揭膜。将膜放在相对湿度为5 0 ( 以硝酸镁的饱和溶 液保持) 的干燥器中保存2 天后，测定膜的各种性能指标。 2 2 6 2 酶浓度对成膜特性的影响 酶添加量( t g 1 0 0 m l ，以每1 0 0 r a l 膜液含有的t g 质量计，下同) 选定为0 1 ， o 2 o 3 ，0 钾6 ，o 5 。其他反应条件：s p i 浓度为5 o ，甘油浓度为3 o ，p h 值为9 0 ， 加热温度为8 0 。按照2 2 5 1 方法制备膜，然后按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 6 3 成膜液p h 值对成膜特性的影响 成膜液p h 值取7 0 ，8 o 9 0 ，1 0 o 1 1 0 。其他反应条件：酶添加量由上初步确定，s p i 浓度为5 o ，甘油浓度为3 0 ，加热温度为8 0 。按照2 2 5 1 方法制备膜，然后按照 2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 6 4 成膜液温度对成膜特性的影响 成膜液温度取5 0 c ，6 0 ，7 0 ，8 0 ，9 0 。其他反应条件：酶添加量和膜液 p h 值由上初步确定，s p i 浓度为5 0 ，甘油浓度为3 0 。按照2 2 5 1 方法制备膜，然后 按照2 2 3 方法测定膜性能。 2 2 6 5 甘油浓度对成膜特性的影响 甘油浓度取2 0 ，2 5 ，3 o ，3 5 ，4 0 ，其他反应条件：酶添加量、膜液p h 值和 成膜液温度由上初步确定，s p i 浓度为5 0 。按照2 2 。5 1 方法制备膜，然后按照2 2 。3 方 法测定膜性能。 2 2 6 6 酶改性影响因素正交实验 通过上述单因素试验，分别以蛋白膜透水率、透氧率、抗拉强度、延伸率为指标， 对每个因素各取三个水平，进行正交试验，确定最佳成膜条件。 1 2 大豆蛋白可食膜的研究与应用 2 2 7 热压法对大豆分离蛋白膜特性影响 2 2 7 1 热压大豆分离蛋白膜的制备 称取一定量的大豆分离蛋白与蒸馏水混合均匀后加入一定量增塑剂，在磁力搅拌器 上搅拌3 0 m i n ，使其均匀