（农产品加工及贮藏工程专业论文）可食性大豆分离蛋白膜生产工艺研究.pdf

摘要 本论文以国产大豆分离蛋白为基本成膜物质，对其成膜特性进行了系统的研究， 通过单因素试验，研究了大豆分离蛋白浓度、成膜介质、膜液p h 、干燥温度、增塑 剂种类和用量、增强剂种类和用量、还原剂种类和用量、交联剂种类和用量对膜性能 的影响，对影响膜性能的主要因子( 大豆分离蛋白浓度、增塑剂、还原剂、交联剂) 进行了正交试验，确立了最佳工艺参数。其主要研究内容及结果如下： l 、大豆分离蛋白浓度对膜性能的影响：大豆分离蛋白成膜浓度在3 0 6 o 容 易成膜，随着大豆分离蛋白浓度的增加，薄膜的厚度和抗拉强度增大；综合考虑各方 面因素，确定大豆分离蛋白浓度为4 0 。 2 、成膜介质对膜性能的影响：大豆分离蛋白在不锈钢板、塑料胶片和自制玻璃 板三种介质上均可以成膜，自制玻璃板容易揭膜，为适宜成膜介质。 3 、膜液叫对膜性能的影响：p h 在6 o i 0 9 之间，大豆分离蛋白溶解性好，膜 液均匀，综合考虑各方面因素，选定膜液的p h 调至8 o 8 9 。 4 、干燥温度对膜性能的影响：综合考虑各方面因素，干燥温度控制在5 0 6 0 。c ， 干燥时阃1 7 1 8 h 。 j 、增塑剂对膜性能的影响：甘油、山梨醇、乙二醇、1 2 一丙二醇四种增塑剂以 甘油为最佳的增塑剂；甘油含量在1 o 3 0 之间，随着甘油含量的增加，膜抗拉强 度降低，透气度增大，综合考虑各方面因素，甘油含量以1 5 9 1 0 0m l 为宜。 6 、还原剂对膜性能的影响：葡萄糖和n a ：s o 。两种还原剂相比，n a ：s 0 。为适宜还原 剂：n a ：s 0 ，的适宜浓度为0 0 5 。 7 、增强剂对膜性能的影响：膜液中加入可溶性淀粉、明胶、琼脂三种增强剂， 不能使膜性能提高。和对照相比，加入c m c n a 的膜，抗拉强度增大极显著，但膜颜 色为黄色，膜为半透明状。 8 、交联剂对膜性能的影响：膜液中加入等量t g 酶( 谷氨酰胺转胺酶) 、单宁和 多聚磷酸钠，三者相比，加入t g 酶的膜性能最好，综合考虑各方面因素，t ( ；酶为适 宜交联剂。确定t g 酶浓度为o 1 5 。 9 、以大豆分离蛋白浓度、甘油、n a ：s o 。t g 酶( 谷氨酰胺转胺酶) 为试验因子 进行【f 交试验，结果表明，制备大豆分离蛋白膜的最佳因子组合为：5 o 大豆分离蛋 白、l - j 甘油、o 1 n a ：s o 。0 2 t 6 酶。 1 0 、大豆分离蛋白最适成膜工艺：j o 大豆分离蛋白溶液中加入1 5 甘油、0 1 n a ! s o 。搅拌2 0 m i n ，6 0 7 0 。c 保持2 0m i n ，温度降至5 0 。c 时，加入o 2 t g 酶，并保 持l om i n ，调膜液p h 至8 0 8 9 ，室温放置6 7 h 后过滤，在自制玻璃板上涂膜，涂 膜量为9 c m ! m l ，5 0 6 0 。c 干燥1 7 1 8 h ，r h 9 3 、3 0 v 处理1 5 m i n ，然后揭膜。 关键词大豆分离蛋白；可食性膜：性能；影响因素；工艺； s t u d y 0 1 1f i l m i n g t e c h n o l o g yo f e d i b l es o yp r o t e i ni s o l a t e b y c h e nz h i - z h o u s u b j e c t ：p r i m a r yp r o d u c tp r o c e s s i n ga n ds t o r a g ee n g i n e e r i n g a d v i s o r ：z h a n g z i d em aj u n 1 i a n a b s t r a c t t h e f 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 o yp r o t e i ni s o l a t e ( s p i ) m a d ei nc h i n aw e r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h es o yp r o t e i ni s o l a t ec o n c e n t r a t i o n ，f i l m i n gm e d i u m ，p h ，d r y i n g t e m p e r a t u r ea n da m o u n to fp l a s t i c i z e r s ，i n t e n s i f i e r s ，r e d u c i n ga g e n t s ，c r o s s l i n k i n ga g e n t s w e r es t u d i e dt h r o u g h s i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t s t h eo p t i m a lf i l m f o r m i n gc o n d i t i o n sw e r e o b t a i n e dt h r o u g ho r t h o g n n a le x p e r i m e n td e s i g n t h em a i na s p e c t sa n dt h er e s u l t sw e r e r e p r e s e n t e d a sf o l l o w s ： 1e f f e c t so fd i f f e r e n ts o y p r o t e i ni s o l a t ec o n c e n t r a t i o no np r o p e r t i e so f t h ef i l m ：t h ef i l m w a so b t a i n e dw h e ns o yp r o t e i nc o n c e n t r a t i o nw a s3 0 - 6 o t h et h i c k n e s sa n dt h e t e n s i l e s t r e n g t h o ft h ef i l m c o r r e l a t e d p o s i t i v e l y w i t ht h e i r s o yp r o t e i n i s o l a t e c o n c e n t r a t i o n t h eo p t i m a lf i l m t b r m i n gs o yp r o t e i ni s o l a t ec o n c e n t r a t i o nw a s4 0 2e f f e c t so fd i f f e r e n tf i l m i n gm e d i u mo n p r o p e r t i e so f t h ef i l m ：t h ef i l m sw e r eo b t a i n e d o na r r n o r p l a t e ，p l a s t i cf i l ma n dg l a s s t h eg l a s si so p t i m a lf i l m i n g m e d i u m 3e f f e c t so fd i f f e r e mp ho np r o p e r t i e so ft h ef i l m ：a tp h6 0 - 1 0 9 s o yp r o t e i ni s o l a t e h a db e t t e rs o l u b i l i t y ，a tp h8 ，0 - 8 9 ，t h ef i l mf o r m e dh a db e t t e rp r o p e r t i e s 4e f f e c t so fd i f f e r e n t d r y i n gt e m p e r a t u r e o n p r o p e r t i e s o ft h ef i l m ：t h e d r y i n g t e m p e r a t u r ew a sa b o u t5 0 - 6 0 。c ，t h ed r y i n gt i m ew a sa b o u t1 7 - 1 8 h ，t h ef i l mf o r m e d h a db e t t e rp r o p e r t i e s 5e r e c t so fd i f f e r e n tp l a s t i c i z e r so np r o p e r t i e so ft h e f i l m ：c o m p a r e dw i t hs o r b i t o l ， e t h y l e n eg l y c o l ，1 2 - p r o p a n e d i o l ，g l y c e r i nw a sb e t t e ro np r o p e r t i e so ft h ef i l m w h e n g l y c e r i nw a s1 0 - 3 0 t h e t e n s i l e s t r e n g t ho ft h e f i l mc o r r e l a t e dn e g a t i v e l yw i t h g l y c e r i nc o n c e n t r a t i o n ，t h e a i r p e r m e a b i l i t y o ft h ef i l mc o r r e l a t e d p o s i t i v e l y w i t h g l y c e r i nc o n c e n t r a t i o n t h eo p t i m a lg l y c e r i nc o n c e n t r a t i o nw a s1 5 9 1 0 0m 1 6e f f e c t so fd i f f e r e n tr e d u c i n ga g e n t so n p r o p e r t i e so f t h ef i l m ：c o m p a r e dw i t hg l u c o s e n a 2 s 0 3w a sb e t t e ro np r o p e r t i e so ft h ef i l m t h eo p t i m a lc o n c e n t r a t i o no fn a 2 s 0 3 w a s0 ，0 5 7e f f e c t so f d i f f e r e n ti n t e n s i f i e r so n p r o p e r t i e so f t h e f i l m ：t h e r ew a sn os i g n i f i c a n tb e t t e r e f f e c to r p r o p e r t i e so fs o yp r o t e i ni s o l a t ef i l m s ，i f s t a r c hs o l u b l e ，g e l a t i na n d a g a rw e r e u s e d ；t h ec m c n ai n c r e a s e dt h et e n s i l es t r e n g t hs i g n i f i c a n t l y ，b u tt h ec o l o ro ft h e f i l m sw a sy e l l o w t h ef i l mw a ss e m i t r a n s p a r e n c y 8e f f e c t so fd i f f e r e n tc r o s s l i n k i n ga g e n t so np r o p e r t i e so ft h ef i l m ：c o m p a r e dw i t h t a n n i ca c i da n ds o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t e ，t gw a sb e t t e ro np r o p e r t i e so f t h ef i l m t h e o p t i m a lc o n c e n t r a t i o n o ft gw a s0 15 9t h eo p t i m a lf i l m f o r m i n gc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e dt h r o u g ho r t h o g o n a ie x p e r i m e n t d e s i g n s o yp r o t e i ni s o l a t ew a s5 0 ，g l y c e r i nw a s1 5 ，n a 2 s 0 3 w a so 1 ，t gw a s o | 2 1 0t h eo p t i m a ls o yp r o t e i n i s o l a t e f i l m i n gt e c h n o l o g y ：s o yp r o t e i n i s o l a t e5 o g l y c e r i n l 5 n a 2 s 0 3 0 1 ，t g o 2 ，t h ef i l l - f o r m i n g s o l u t i o nw a sm i x e dr o u n d 2 0 m ma n dh e a t e da t6 0 7 0 。ca s o u t2 0 m i n w h e nt e m p e r a t u r eo ft h ef i l l f o r m i n g s o l u t i o nw a s5 0 。c ，0 2 t gw a sp u t i n t oa n dh e a t e da t5 0 。c a b o u t 1 0 r a i n t h e f i l l f o r m 嵫s o l u t i o nw a s 耐j u s t e d t op h8 0 8 9a n dk e p ta tr o o mt e m p e r a t u r ea b o u t 6 7 h t h ef i l m f o r m i n gs o l u t i o nw a sf i l t r a t e d ，f i l m i n go n t h eg l a s sa b o u t9 c m 2 m 1 t h e d r y i n gt e m p e r a t u r e w a sa b o u t5 0 - 6 0 。c ，t h ed r y i n gt i m ew a s1 7 - 1 8 h - t h ef i l m f o r m e d w a s k e p t a tr h 9 3 a n d3 0 。cf o r1 5 r a i n ，t h e n ， t h ef i l mw a so b t a i n e d k e y w o r d s s o yp r o t e i ni s o l a t e ；e d i b l ef i l m s ；p r o p e r t i e s ；a f f e c t i n gf a c t o r s ；t e c h n o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迥丑超型：太堂或其它教育机构的学 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。 学位论文作者签名：再老f 引 签字日期：w 年月。日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解皿j 壅些太堂有关保留及使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门( 机构) 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查( 借) 阅。 本人授权逦j e 查业太堂可以将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、缩印或扫描等方法加以保存或编成学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 学位论文作者签名 陌毛f 稠 导师签名 签字日期：伊。中年j 月z 1 ，日签字日期 谤砰易 ( ：b 睁6 月加 可食性大豆分离蛋自包装膜生产工艺研究 1 引言 可食性包装是顺应人们对食品包装的方便化和无公害化而迅速发展起 来的新型食品包装，它既能对食品起保护作用，又能防止因抛弃包装袋而 形成的环境污染【l “。可食性包装材料可追溯到数百年前，尽管我们过去没 有对可食性包装材料进行过定义和专门的归类分析，但从可食性包装材料 的起源与发展上探索，却有几百年的历史。远在我国明朝，郑和下西洋 时，即已采用蜂蜡包封水果，使水果能在长时间经受不同环境气候的影响 而得以贮藏保鲜。从现在包装角度上可认定，蜂蜡是一种理想的可食性包装材 料。英国人1 6 世纪已使用涂油法来减缓食品失水；1 9 世纪后期已有人提出使用明 胶来防止食品的腐败。几十年来，大家熟知的糖果包装上使用的糯米纸，包装冰 淇淋的玉米烘烤包装杯包装肉菜用的豆腐皮和包装肉馅的肠衣及现代医药上的 胶囊包装，都是可食性包装h j 。对可食性包装材料的真正研究始于2 0 世纪五、六 十年代。近十年来，各国均对可食性包装材料进行了大量深入细致的研究，主要 集中在选材、工艺及设备等方面1 4 j 。 可食性包装膜( e d i b l ep a c k a g i n gf i l m s ，简称e p f ) 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【5 】。根据国际包装工业协会统计，在破坏环境的垃圾中，塑料占7 2 o ， 其中很大一部分来自食品塑料包装废弃物1 6 ”，塑料包装袋容易产生有害气体和异 昧，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易分解腐烂，长期存留，容易引起环境污染【8 】，自色污染问题 越来越引起人们的重视。当令流行的绿色包装概念就是针对解决这一问题而提出 的，其实质是要求包装材料在使用后一定时间内迅速降解，回归自然。但由于材 料和技术问题，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 大规模的生产和使用。可食性包装材料完全由天然可食性物质制得，使用后丢弃 在自然环境中可完全降解，从根本上解决了环境污染闻题。因此，可食性包装材 料的选择及加工工艺一直是国内外热点研究内容。据报道佯，9 t o , “，“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、贝聚 糖、淀粉等为材料，研制出可食性膜及降解食品袋：日本酒井理论研究所以豆渣 为原料制成可食性纸；澳大利亚昆士兰土豆容器公司推出可食性土豆容器；法国 及前苏联等国家在可食性膜的研究上也取得了一定进展【i ”。世界食品出口大国意 大利自1 9 9 1 年完全禁止使用塑料食品包装袋包装食品。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【1 4 l 。德国、瑞士、澳大利亚等国也正逐步 淘汰塑料食品包装袋。在中国，塑料食品包装袋应用较普及。我国可食性包装的 系统性研究与开发起步较晚，近年来在多糖一脂质双层可食性膜、贝聚糖可食性 膜、淀粉一蛋白质膜的研制方面已初见成效“。 河北农业大学硕士学位论文2 0 0 4 。6 目前，世界范围内主要从以下几方面研究开发可食性包装膜： l 、多糖类可食性包装膜 以植物多糖或动物多糖为基质的可食性包装膜主要有：淀粉膜、改性纤维素 膜、动植物胶膜、壳聚糖膜等。 淀粉可食性包装膜是可食性包装膜中研究开发最早的类型。近年来在成膜 材料与工艺和增塑剂研究应用方面取得了重要进展。淀粉可食性包装膜以淀粉， 主要是直链淀粉为基质，多元醇( 如甘油、山梨醇、甘油衍生物及聚乙二醇) 及脂类 物质( 如脂肪酸、单甘油脂、表面活性剂等) 为增塑剂，少量动物或植物胶为增强剂 制作而成。它们具有拉伸性、透明度、耐折性、水不溶性良好和透气率较低等特 点【1 6 ，1 7 , 1 8 , 1 9 ，2 0 1 。 改性纤维素可食性包装膜：近年来，世界各国对改性纤维素可食性包装膜的 研究开发极为重视。用植物纤维经化学改性，如甲基纤维素、羟基丙基甲基纤维 素、羟基丙基纤维素，羧甲基纤维素等材料为原料，硬脂酸、软脂酸、蜂蜡和琼 脂为增塑剂、增强荆，制得半透萌、柔软、光滑、入口邸化的可食性包装膜。它 具有较高拉伸强度，较小透湿、透气性的特点，用于许多食品以阻隔水、氧和油 脂【2 1 2 2 ，2 3 。 动物或植物胶可食性包装膜：日本在动植物胶可食性包装膜的开发应用上一 直处于世界领先水平，其它国家也有所研究。这类可食性膜以动物胶如明胶、骨 胶、虫胶，植物胶如葡甘聚糖、角叉胶、果胶、海藻酸钠、普鲁蓝等为基质，甘 油、多元醇、山梨酸酯等为增塑剂。制成可食性包装膜。它具有透明度、强度 高，印刷性、热封性、阻气性、耐水耐湿性较好的特点，已用于调味品、甜味 剂、汤料、油脂等食品的包装，还可用于冷冻食品、糖果及果脯等以防粘连【2 ”。 李洪军等川以海藻酸钠、甘油、阿拉伯胶、明胶和乙二醇等为成膜物质，瘟用不 同浓度海藻酸钠与其他物质复合成膜，测定其物理性质，试验表明：在相同条件 下，添加5 0 1 0 0 甘油或乙二醇增塑剂可获得较大的抗拉强度和良好的可塑 性。 壳聚糖可食性包装膜：由美国研制开发成功。壳聚糖是虾、蟹、昆虫等甲壳 的提取物。以壳聚糖与月桂酸结合，可生成一种均匀的可食薄膜，厚度仅为o 2 0 3 r a m ，透明性好，主要用于水果( 去皮) 、蔬菜食品的保鲜包装 2 6 , 2 7 ，2 8 ，2 9 , 3 0 , 3 1 , 3 2 , 3 3 3 4 1 。 2 、蛋白质类可食性包装膜 以蛋白质为基质的可食用膜主要有：大豆蛋白膜、小麦蛋白膜、玉米蛋白 膜、乳清蛋白膜。 大豆蛋白可食性包装膜：以大豆蛋白粉为基质，甘油、山梨醇等为增塑剂， 可制成各种用途的可食性包装膜或涂层。它具有良好的强度、弹性和防潮性等特 点，可以保持水分，阻止氧气进入，食用营养价值高。地“1 。 曼垒丝盔星坌曼里旦垒薹堕生兰三茎婴塑 小麦蛋白可食性包装膜：以小麦面筋蛋白质为基质，经过乙醇的提炼，甘 油、氨水等作为增塑剂制成可食性包装膜。它的韧性较强、半透明，具有良好的 隔绝氧气和二氧化碳的能力，但防潮、防湿性能较差 3s 3 9 4 0 , 4 1 , 4 2 1 。 玉米蛋白可食性包装膜：日本、中国对玉米醇溶蛋白可食性包装膜的研究开 发取得类似的成果。以玉米中的蛋白质为基质，经乙二醇或异丙醇溶液提炼，甘 油、丙二醇或乙酰甘油作为增塑剂制成可食性包装膜。它具有成膜速度快、高温 高湿下贮藏稳定、安全性可靠对氧气和二氧化碳隔绝性和防潮性极好等特点。 可作为药品、糖制品的可食性包装膜和涂层，还可用作鲜鸡蛋的涂层，微胶囊的 被膜剂。美国研究发现，玉米芯中的蛋白质，经提炼制成薄膜，脂肪酸作为增塑 剂制成可食性包装，它同样具有玉米醇溶蛋白可食性包装膜的特点 4 3 , 辑，4 5 j 。姚晓 明等1 4 6 , 47 4 副研究了可食性玉米醇蛋白成膜工艺，玉米醇溶蛋白在乙醇、乙二醇中 溶解性都很好，8 0 0 乙醇与玉米醇溶蛋白的比例为1 ：1 0 为宜；成膜条件选择4 0 恒温干燥成膜；成膜介质以抛光不锈钢板为佳；成膜温度以4 0 5 0 c 为佳；增 塑剂的添加以甘油0 5 m l 1 0 0m l 或油酸o 5 m u l 0 0m l 为佳。 乳清蛋白可食性包装膜：乳清蛋白最近几年才被用作可食性包装膜基质材 料。以乳清蛋白为原料，甘油、山梨醇、蜂蜡、c m c n a 等为增塑剂制成的各种 乳清蛋白可食性包装膜具有透水、透氧率低、强度高、透明性好的特点【4 9 , 5 0 , 5 1 l 。 3 、微生物共聚聚酯可食性包装膜 当前微生物共聚聚酯可食性包装膜已由英国和美国研究开发为产品，并受到 各国研究者的重视。这类膜是以自然资源糖蜜、油脂为原料，通过微生物发酵产 生的3 羟基丁酯、3 羟基戊酸、4 羟基丁酯、己内酯等通过聚酯制成可食性包装 膜。它具有光学性能好、透明、有光泽、物理性能优良、质轻密度小、化学性能 稳定、易成形加工和广泛的适用性等特点。 4 、多糖、蛋白质、脂肪酸复合型可食性包装膜 复台型可食性包装膜的研究和应用是当前的发展趋势。以不同配比的多糖、 蛋白质、脂肪酸结合在一起，制造成一种可食性包装薄膜。由于复合膜中的多 糖、蛋白质的种类、含量不同、膜的透明度、机械强度、印刷性、热封性、阻气 性、耐水耐湿性表现不同，可以满足不同食品包装的需要。脂肪酸分子越大，保 水性越佳。可用于果脯、糕点、方便面汤料和其它多种方便食品的内包装2 1 ”咒 5 5 1 。 大豆蛋白膜是利用从大豆中提炼出来的蛋白质，加入甘油、山梨醇等对人体 或动物无害的增塑剂和成膜剂等，然后通过流延、涂布等方法制成类似于塑料状 的可食性包装膜”“3 7 1 。 大豆分离蛋白具有良好的成膜特性，阻氧性能好，其透氧率比玉米蛋白膜和 面筋蛋白膜低7 2 0 8 5 o ，比多糖基质膜低2 0 0 倍左右；具有良好的弹性、韧性 和较高的抗拉强度。同时，还有一定的防潮性和抗菌消毒能力，适于食品包装， 尤其对含油脂较高的食品，能保持其优良风味【5 8 ”1 ”“l 。 3 蛹北教业大学硕士学位论文2 0 0 4 - 6 大豆蛋白膜的研究具有很长的历史，早在2 0 世纪3 0 4 0 年代就有人进行研究 6 3 1 。但真正使研究取得应用性成就的是美国弗雷德里克f 施为主的研究小组， 他们在2 0 世纪末，经过大量试验和改进后才取得成功。为提高大豆蛋白膜的性 能，近年来，国内同行也作了大量工作，李 6 4 1 研究表明：利用谷氨酰胺转胺酶 生产大豆蛋白保鲜膜，谷氨酰胺转胺酶促进蛋白质分子发生交联，将较小的蛋白 质基质通过交联反应形成高分子网状结构，大大改善了大豆蛋白膜的性能。莫文 敏等m 6 6 】研究了还原剂及热处理和碱处理对可食性大豆分离蛋白性能的影响，添 加还原剂可明显提高大豆分离蛋白的抗拉强度，降低水蒸气迁移系数，但伸长率 有所下降；大豆分离蛋白膜在p h 9 0 1 0 0 ，7 0 加热2 0 m i n ，所得的膜无论是阻 湿性和强度，还是柔韧性均最好。欧，士益等1 6 7 】研究了大豆分离蛋成膜后的营养特 性变化，表明加热和碱处理膜液会对蛋白质的营养特性带来不利的影响，交联剂 的加入同样会影响蛋白的营养特性。 纵理e 前的研究：主要集中在藁一特定处理条件对尢豆蛋自成膜性能的影 响，而对大豆蛋白成膜影响因素及其成膜工艺的系统研究未见报道。 我国从二十世纪8 0 年代生产大豆分离蛋白，主要作为食品添加剂应用，生产 能力和产量逐年增长，势头强劲【6 8 ，6 9 1o 利用大豆分离蛋自生产可食性包装膜不但 有利于环境保护，而且为大豆分离蛋白的应用提供了一个新的途径。本试验以国 产大豆分离蛋白为主要的成膜材料，对其成膜影响因素及其成膜工艺进行系统研 究，从而找到使用国产大豆分离蛋白生产可食性包装膜的最适工艺条件，进而为 开发可食性大豆分离蛋白包装膜提供定的理论基础。 4 可食性大豆分离蛋白包装膜生产工艺研究 2 1 材料与方法 2 材料与方法 2 1 1 材料 大豆分离蛋自( 市售) ：蛋白质含量9 3 o 、水分含量4 7 ； 增塑剂：甘油( 分析纯) 、乙二醇( 分析纯) 、山梨酵( 分析纯) 、1 2 丙二 醇( 分析纯) ； 增强剂：可溶性淀粉( 分析纯) 、明胶( 生化试剂) 、琼脂( 生化试剂) 、 羧甲基纤维素钠( c m c - n a 、食品级) ； 还原剂：n a 2 s 0 3 ( 分析纯) 、葡萄糖( 分析纯) ： 交联剂：t n 酶( 谷氨酰胺转胺酶，食品级) 、单宁( 分析纯) 、多聚磷酸钠 ( 分析纯) 化学试剂：n a o h 、放酸等常用试剂； 成膜介质：光滑玻璃板( 自制) 、不锈钢板、塑料胶片： 2 2 1 2 仪器 z h 一纸与纸板厚度测定仪、d t 一3 0 1 4 调温调湿箱、磁力加热搅拌器、电热恒温 干燥箱、s p - 2 0 0 0 u v 型紫外分光光度汁、电子天平、z t 1 7 纸张透气度测定仪、 z l 一3 ( 3 0 a 纸与纸板抗张试验机、电热恒温水浴锅。 2 1 3 制备大豆分离蛋白膜的工艺流程 增塑剂还原剂 大豆分离蛋白一调配一磁力搅拌2 0 m i n 一6 0 - - 7 0 。c 恒温水浴2 0 m i n 一调p h f f 增强剂交联剂 室温放置6 7 l l 一过滤一涂膜一干燥一r h 9 3 、3 0 。c 调温调湿箱中均湿回软1 5 m i n 一 揭膜一室温放置4 8 h 一膜性能测试 2 1 4 大豆分离蛋白膜性能的测定 2 i4 i 膜厚度的测定 用z h 4 纸与纸板厚度测定仪在待测膜上随机测5 点，取平均值。控制涂膜量 在9 c m 2 m l ，膜厚度在0 0 3 枷0 6 m m 2 1 4 _ 2 抗拉强度( t s ) 的测定 将膜裁切成长1 0 0 r a m 宽1 5 m m 的长条，用抗拉强度测定仪测定，拉伸速度为 3 0 0 m m s ，记录膜破裂时的抗拉力，根据下式计算： s 河北农业大学硕士学位论文2 0 0 4 6 一_ - - _ _ _ - _ _ i _ - - _ - _ - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 一 t s = f 1 0 s ： t s 抗拉强度m p a ； 卜一试样断裂时承受的最大张力n ： s 试样的截面积m 。 2 1 4 3 伸长率的测定 将膜裁切成长1 0 0 m m 宽1 5 m m 的长条，用抗拉强度测定仪测定，拉伸速度为 3 0 0 m m s ，记录膜受到张力至断裂时的膜长，根据下式计算： e = l l l o l o 1 0 0 ： e 一伸长率： l l 试样断裂时膜长m ； l o 膜原长m 2 1 4 4 透光率的测定 将待测样品裁切成矩形，贴于比色皿表面，在6 0 0 n m 下测定透光率，以空比 色皿作为对照，用透光率大小间接表示膜透明度。 2 1 4 5 透气度的测定 将膜裁切成长1 0 0 m m 宽6 0 m m 的试样，用纸张透气度测定仪测其透气度，根 据下式计算： p s = v 1 0 0 0 a p t p s 肖伯尔透气度“m ( p a s ) ； v 单位时间内通过试样的空气体积m l ； p _ 试样两边压差k p a ： t - - 一测试时间s ； a 一测试区面积2 2 1 4 6 透油性的测定 在干燥器中放置一张洁净的滤纸，取裁切好的膜放置在滤纸上，在膜上滴一 定量的植物油，放置一周，在此期间定时观测，根据滤纸上的油痕，确定其透油 性。 2 1 4 7 柔软度和返潮性的测定 大豆分离蛋白膜的柔软度和返潮性根据感官进行评定。 2 2 试验内容和步骤 首先通过单因素试验确定大豆分离蛋白浓度、干燥温度、成膜介质、增塑 剂、增强剂、还原剂、交联剂等单因子对膜性能的影响，确定最佳的单因子水 平，根据单因素试验结果，确定对大豆分离蛋白膜性能影响较大的数个试验因 子，进行正交试验，最后确定最佳的生产工艺参数并验证最佳条件。 2 3 统计方法 试验结果用s p s s 软件作方差分析和邓肯氏差异显著性检验。 6 可食性大豆分离蛋白包装膜生产工艺研究 3 1 单因素试验 3 结果与分析 3 1 1 大豆分离蛋白浓度对膜性能的影响 准确称量1 0 9 、2 0 9 、3 0 9 、4 o g 、5 o g 、6 o g 、7 o g 、8 o g 的大豆分离蛋 白，用蒸馏水溶解，分别加入1 5 9 甘油，磁力搅拌2 0 r a i n ，蒸馏水定容至l o o m l ， 6 0 7 0 水浴加热2 0 m i n ，室温放置6 7 l l 后过滤，玻璃板上涂膜，5 0 6 0 的电热 恒温干燥箱中干燥1 弘1 8 h 取出，然后在r h 9 3 、温度3 0 c 的条件下均湿回软 1 5 r a i n ，揭膜后室温干燥4 8 h 测试膜的性能。 襄1大豆分离蛋白浓度对膜性蘸的影响 t a b l ele f f e c t so f d i f f e r e n ts o yp r o t e i ni s o l a t ec o n c e n t r a t i o no np r o p e a i e so f t h of i l m 注：襄中太、小写字母分别表示郡肯氏新蔓极差j 去测验在00 l 和0 0 5 水平上的差异显著性，下同 本试验表明，大豆分离蛋白浓度在1 o r 8 o 都可以成膜，大豆分离蛋白浓 度为1 o 和2 0 的膜极薄且发脆，只能成细小片状碎块儿，不易成膜；7 0 和 8 o 的大豆分离蛋白溶解性差，有丈块儿未溶解团状物，成膜偏黄、发脆。成膜 浓度在3 o 6 0 容易揭膜，可以得到柔软、表面光滑的薄膜，且薄膜不返潮， 其主要膜性能指标见表1 。 由表1 可知，随着大豆分离蛋白浓度的增加，薄膜的厚度和抗拉强度增大； 柔软度下降：颜色由淡黄色至黄色，逐渐加深，主要原因是膜中大豆分离蛋白含 量相对增大，水分相对减小。大豆分离蛋白浓度为3 o 时，揭膜稍困难，膜非常 柔软，透气度最大，抗拉强度最小，和其他处理相比差异显著。大豆分离蛋白浓 度为6 0 时。虽然抗拉强度最大，但透光率最小，和4 o 的膜相比差异显著，且 颜色偏黄。4 o 和5 o 的各项测试指标差异不显著，综合考虑各方面因素，选 4 o 为适宜大豆分离蛋白浓度。 7 河北农业大学硕士学位论文2 0 0 4 ，6 3 1 2 成膜介质对膜性能的影响 准确称量4 0 9 的大豆分离蛋白三份，在不同介质上成膜，其他流程同上。其 成膜性能见表2 表2 在不同介质上的成膜性能 一一 ! ! ! ! ! ! ! 曼! 竺! 鲤壁! = 三竺! ! 竺! ! s 竺三坐竺! ! 氅! ! 竺：! ：些i ! 竺一 成膜介质 成膜性能 f i l m i n gm e d i u mf i l m i n gp r o p e r t i c s 可以成膜t 膜厚度均匀表面光滑，不易揭膜 可以成膜，膜厚度不均匀，表面光滑。不易揭膜 可以成膜，膜厚度均匀，表面光滑，容易揭膜 不锈钢板 塑料胶片 玻璃板( 自制) 本试验表明，在表2 所示的三种介质上都可以成膜，膜表面光滑。塑料胶片容 易发生翘曲，造成膜厚度不均匀。不锈钢板和塑料胶片不易揭膜，因为膜干燥后 和介质紧密接触，吸附强度大，均湿回软后膜强度降低，所以不易揭膜。自制的 玻璃板在膜和玻璃板之间加入一种物质把二者隔开，膜对该物质吸附强度小，因 而容易揭膜，所以，选自制玻璃板为适宜成膜介质。 3 1 3 膜液p h 对膜性能的影响 准确称量7 份大豆分离蛋白各4 0 9 ，调不同的p h 值，其他流程同上。 寰3膜液p h 对膜性能的影晌 t a b l e3e f f e c t so f d i f f x - r e m 州- io f ip r o p g r t i e so f t h ef i l m 经测定，样品大豆分离蛋白的p h 在6 5 7 0 之间，p h 3 o 3 9 时，膜液中有少 量乳白色絮状沉淀，p h 5 0 - 5 9 时，有大量颗粒状乳白色沉淀。p h 在6 0 一1 0 9 之 8 可食性大豆分离蛋白包装膜生产工艺研究 间，大豆分离蛋白溶解性好，膜液均匀，可以得到表面光滑、具有一定弹性和强 度的薄膜，其性能指标见表3 。 由表3 可知，碱性条件下，膜的透光率差异不显著。从p h 6 0 8 9 ，抗拉强度 增大，由于碱使蛋白质变性，内部基团暴露，有利于坚固网格结构的形成；从 p h 9 0 1 0 9 膜的抗拉强度又下降，由于极端碱性条件下，负离子之间极强的静电 排斥作用阻碍了蛋白质分子内或分子间的连接，从而阻碍了膜的形成。从n h 6 0 8 9 膜的透气度逐渐减小；从p i l l 0 o 1 0 9 时，透气度又增大，与p h 8 0 8 9 和 p h 9 0 0 9 9 的两个处理相比差异极显著，同样是负离子之间排斥作用阻碍了网络 结构的形成，使透气性增强。p h9 0 9 9 和p i l l 0 0 1 0 9 膜的颜色深，偏黄，影响 膜的外观。综合考虑各方面因素，选定膜液的p h 调至8 0 8 9 。 3 1 4 干燥温度对膜性能的影响。 准确称量5 份大豆分离蛋白各4 o g ，膜液p h 调至8 0 8 ，9 ，在不同温度下干燥 1 7 1 8 h ，其他流程周上。 表4 干燥温度对膜性能的影响 t a b l e4e f f e c t so f d i f f e r e n td r y i n g t e m p e r a t u r eo i lp r o p e r t i e so f t h ef i l m 本试验表明，室温到l o o 干燥都可以成膜，其性能指标见表4 。 由表4 可知，从室温到1 0 0 ，抗拉强度呈增大趋势，9 0 - - - 1 0 0 增加明显，主 要因为高温使蛋白质变性，坚固的网络结构形成；膜透气度和透光率都呈下降趋 势，温度超过7 0 。c 下降明显。7 0 1 0 0 。c 时，由于水分蒸发较快，甘油与水之间的 氢键未充分形成，导致膜含水量减少，虽然抗拉强度大，但质地硬脆，弹性小； 高温使膜轻微焦化，颜色呈黄色，同时7 0 8 0 。c 时膜表面有少量颗粒，9 0 1 0 0 。c 时 膜表面有大量颗粒，膜外观较差。室温时，需自然干燥4 8 h 以上，放置时间过 长，且甘油结合了过多的水分，膜厚度大，致密性下降。5 0 - - - 6 0 和3 0 - - 4 - 0 相 比，前者透气度小，二者差异显著，其他测试指标差异不显著。综合考虑各方面 因素，干燥温度控制在5 0 6 0 。 9 河北农业大学硕士学位论文2 0 0 4 6 3 1 5 增塑剂种类对膜性能的影响 准确称量大豆分离蛋白4 份各4 0 9 ，用蒸馏水溶解，分别加入甘油、乙二醇、 山梨醇、1 2 一丙二醇各1 5 9 ，其他流程同上。其性能指标见表5 。 表5 增塑剂种类对膜性镗的影响 t a b l e5e f f e c t s o f d i f f e r e n t p l a s t i c i z e r o n p r o p e r t i e so f t h e f i l m 由表5 可知，在工艺条件相同的情况下，四种增塑剂以甘油和山梨醇效果最 好。乙二醇和1 2 丙二醇分子结构中有两个羟基，结合的水分子较少，膜脆，质地 较硬易断，抗拉强度和透气度不易测量。山梨醇为六元醇，甘油为三元醇，结合 水分比较多，膜性能较好，二者相比，山梨醇抗拉强度明显高于甘油，透气度和 透光率差异不显著，但山梨醇成本较高，膜颜色偏黄。因此，适宜的增塑剂为甘 油。 3 1 6 甘油含量对膜性能的影响 准确称量大豆分离蛋白7 份各4 0 9 ，用蒸馏水溶解，分别与o 5 9 、1 0 9 、 1 5g 、2 ，0 9 、3o g 、4 o g 、5 0g 甘油混合，其他流程同上。 袭6 甘油含量对膜性能的影响 t a b l e6e f f e c t so f d i f f e r e n tg l y c e r i nc o n c e n t r a t i o no np r o p e r t i e so f t h ef i l m 1 0淡黄色稍脆无0 ，0 3 8 a a 1 6 1 0 a a0 0 0 1 1 b e8 6 2 a a 1 5淡黄色柔软无0 0 4 5 a a 3 9 0 b b0 0 0 1 3 a b b 8 4 4 h a 2 0淡黄色柔软无0 0 4 2 a a 3 5 3 b c b00 0 1 4 a b 8 5 6 a a ! ：!望茎鱼j ! 堂鲞鏊型塑望塑 ! ：堕! ! ! ：! ! ! ! ：! ! ! ! ! ! 兰二堂一 可食性大豆分离蛋白包装膜生产工艺研究 本试验表明，甘油含量大于3 o 时，膜非常柔软，不易揭膜，膜表面有少量 甘油析出，有返潮性，数据不易测出：甘油含量小于1 o 时，膜脆，易断裂，原 因是结合水分过少。甘油含量在1 0 , - - 3 o 之间，可以得到具有一定弹性的大豆 分离蛋白薄膜，其性能指标见表6 。 由表6 可知，随着甘油含量的增加，膜抗拉强度降低，透气度增大，由于甘 油含量增加，单位体积羟基的数目增多，结合水分子的数目也增多，使膜中蛋白 质相对含量下降，削弱了其分子间的相互作用，结构变差，膜的致密性下降，