玉米醇溶蛋白成膜在柑橘保鮮中的應用

歐陽小艷，吳正奇，萬端極，孫 武，馬 超

（1湖北工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢430068，2湖北工業(yè)大學食品與制藥工程學院，湖北 武漢430068）

玉米醇溶蛋白（zein）是玉米黃粉中的主要儲藏蛋白，它是由平均分子量為25 000～45 000的棒狀蛋白分子組成的混合物，其疏水性很強。玉米醇溶蛋白中富含谷氨酰胺（21%～26%）、亮氨酸（20%）、脯氨酸（10%）和丙氨酸（10%），缺乏能帶電的酸性、堿性和極性基團的氨基［1］。這種特殊的氨基酸結構可以形成很強的分子內二硫鍵，其與分子間的疏水鍵一起構成的玉米醇溶蛋白極易成膜，并且這種膜光滑，耐水，耐油，防腐，可用于保鮮、防潮、隔氧、抗紫外線等，還有一定的抑菌作用［2］，然而，常溫下純玉米醇溶蛋白膜很脆且易碎，因此需要在蛋白膜中加入一些增塑劑以改善它的柔韌性。作為環(huán)境友好材料的蛋白膜被廣泛用于果蔬貯藏保鮮，能夠在較長時間內保持果蔬原有形貌，減少果蔬水分、糖分等營養(yǎng)物質的散失，防止微生物生長，并且操作簡單，成本低廉，保鮮效果明顯，是理想的天然營養(yǎng)保鮮劑［3］。

根據應用領域的不同，可以將蛋白膜成膜方法分為澆鑄成膜、擠壓成膜、流延成膜、涂布或噴霧等［4－5］。但蛋白膜成膜普遍存在操作費用高、涂被不均勻、產品質量低劣、不適合大規(guī)模生產等問題［6－7］。流延法因操作設備常見、方法簡單、溶液中可加入各種增塑劑改變膜機械特性等優(yōu)點備受業(yè)界人士青睞［8］。本文采用流延成膜法，即首先對玉米醇溶蛋白膜的最佳成膜工藝條件作了一系列研究，然后在最優(yōu)成膜條件下對柑橘進行涂膜實驗，為玉米醇溶蛋白成膜工藝提供一定理論依據，同時為玉米醇溶蛋白膜在柑橘保鮮中的應用提供技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 材料

玉米黃粉:山東福洋生物科技有限公司。

1.2 試劑與儀器

FA-N/JA-N電子分析天平，上海之信儀器有限公司；101-1型電熱鼓風恒溫干燥箱，武漢格萊莫檢測設備有限公司；HH-2數顯恒溫水浴鍋，金壇市城西曉陽電子儀器廠；RX100III索尼相機，索尼公司；MASTER-4T型糖度儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；乙醇，國藥集團化學試劑有限公司；冰醋酸，國藥集團化學試劑有限公司；甘油，上海權旺生物科技有限公司；油酸，四川天宇油脂化學有限公司；果糖，北京新世盛隆商貿有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程設計 玉米黃粉→冰醋酸浸提→離心→上清液干燥→玉米醇溶蛋白→烘干→粉碎過篩→加入增塑劑成膜→涂被于柑橘表面保鮮。

1.3.2 玉米醇溶蛋白的制備 將50g玉米黃粉加入600mL體積分數為85%的冰醋酸，55℃的水浴鍋中浸提3h，重復提取3次，合并3次浸提的上清液，然后調節(jié)溶液酸堿度至玉米醇溶蛋白等電點pl6.2，除雜純化，再選擇真空冷凍干燥裝置進行干燥，研磨粉碎后即得玉米醇溶蛋白。

1.3.3 分析方法 玉米醇溶蛋白膜拉伸強度的測定:

測定面積為2.5cm×5cm的膜在平衡48h后的拉伸強度。記錄拉伸長度，用螺旋測微器測量膜的厚度d。拉伸強度

式中:ρ為拉伸強度，MPa；F為抗拉力，g；g為重力加速度；dm為膜的平均厚度，mm。

為防止樣本受環(huán)境條件影響，測量要迅速，且每次從干燥器中取一個樣本測量，每個樣本平行測定3次。

失重率

式中:R為失重率，%；m1為該組柑橘的初重量，g；m2為該組柑橘N天后的重量，g。

1.3.4 玉米醇溶蛋白成膜試驗 選取固液比、冰醋酸濃度、增塑劑、成膜介質等單因素進行試驗，以玉米醇溶蛋白膜的拉伸強度為分析指標，通過分析單因素試驗結果來確定最佳成膜條件。

表1 正交試驗因素水平表

2 玉米醇溶蛋白成膜的分析與討論

2.1 玉米醇溶蛋白成膜的單因素試驗

2.1.1 玉米醇溶蛋白成膜劑的選擇 取3個燒杯，各加入10g玉米醇溶蛋白，按固液比1∶8分別加入85%乙醇溶液（A）、pH 13堿液（B）和85%冰醋酸溶液（C）配成玉米醇溶蛋白液，均向內加入0.5%甘油為增塑劑，攪拌20min后放入80℃恒溫水浴鍋中加熱15min，移取10mL的膜液涂于玻璃皿上，進行自然干燥，觀察成膜情況，結果見圖1。

由圖1可知，85%乙醇溶液形成的膜透明性較好，但膜不完整、不均勻，膜質粗糙，裂紋多；pH 13溶液形成的膜透明性很差，膜完整，但不太均勻，有裂紋和空隙；85%冰醋酸形成的膜完整性好，膜厚，膜質細致均勻，但膜透明度略低。因此，選擇85%冰醋酸作為成膜劑為宜。

圖1 不同溶液形成的玉米醇溶蛋白膜

2.1.2 固液比對玉米醇溶蛋白成膜性能的影響

以85%冰醋酸作為提取劑，溫度80℃，0.5%甘油為增塑劑，固液比依次為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12的條件下在不銹鋼板上成膜，結果見表2。

表2 不同固液比對玉米醇溶蛋白揭膜完整性的影響

由表2分析可知，隨著固液比的增加，玉米醇溶蛋白膜機械強度先增加后下降，導致揭膜過程中呈現完整性由好變差的趨勢。因此固液比1∶8為最佳。

2.1.3 冰醋酸濃度對玉米醇溶蛋白成膜性能的影響 在固液比為1∶10、溫度80℃、0.5%甘油為增塑劑，冰醋酸濃度依次為60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%的條件下在不銹鋼板上成膜，結果見圖2。

圖2 冰醋酸濃度與膜拉升強度的關系

由圖2可知，隨著冰醋酸濃度的增加，玉米醇溶蛋白膜的拉升強度呈逐漸增大趨勢；冰醋酸濃度大于90%時，增加的非常緩慢。因此選擇濃度為90%的冰醋酸作為玉米醇溶蛋白成膜最佳溶劑。

2.1.4 不同增塑劑對玉米醇溶蛋白成膜性能的影響 以85%冰醋酸作為提取劑、溫度80℃、固液比1∶10的條件下，分別以0.5%果糖、0.5%果糖＋0.5%甘油、0.5%甘油三者作為增塑劑在不銹鋼板上成膜，結果見圖3。

圖3 不同增塑劑對玉米醇溶蛋白膜的影響

由圖3可以看出，添加0.5%甘油的膜拉伸強度最大，達到20.68g/mm2，因此選擇0.5%甘油作為增塑劑。

2.1.5 成膜介質對玉米醇溶蛋白成膜性能的影響

以85%冰醋酸作為提取劑，0.5%甘油為增塑劑，在溫度80℃，固液比1∶10的條件下分別在玻璃板、光滑塑料板、不銹鋼板上成膜，結果見表3。

表3 不同成膜介質對成膜性能的影響

在這3種成膜介質中，不銹鋼板的傳熱效果最好，表面光潔度也高，成膜性能也好，而玻璃板和光滑塑料板傳熱性差，導致成膜液中溶劑揮發(fā)不均勻，因而成膜性能也差，因此選擇不銹鋼板作為成膜介質。

2.2 正交試驗確定玉米醇溶蛋白成膜的最佳條件

在單因素試驗的基礎上，設計正交實驗因素水平表進行正交試驗L9（34），正交試驗結果如表4所示。

表4 正交試驗的結果

由表4的正交實驗結果可知，各因素對玉米醇溶蛋白膜拉伸強度的影響大小順序為:增塑劑＞冰醋酸濃度＞成膜介質＞固液比。最優(yōu)成膜條件為A1B3C3D2，即固液比0.125，冰醋酸濃度90%，0.5%甘油作增塑劑，成膜介質為光滑塑料板，在此條件下，玉米醇溶蛋白膜拉伸強度最大。在此最佳工藝條件下進行3組平行驗證試驗制備玉米醇溶蛋白膜，此時蛋白膜的拉伸強度為20.35g/mm2。

3 玉米醇溶蛋白膜在柑橘保鮮中的應用

3.1 玉米醇溶蛋白膜對柑橘感官性能的影響

選取性狀與大小相近的10個柑橘，每5個為一組，分為1號組和2號組，用水洗凈，浸泡于消毒液中15min以殺滅細菌，取出晾干后。2號組作為對照，將1號組的柑橘浸于制備好的玉米醇溶蛋白液中，1min后取出，自然晾干后表面形成薄膜，對處理5、10、15、20d后的柑橘進行感官性能評價。

表5 柑橘表面感官評價表

由表5分析可知，隨著時間的延長，涂膜樣品能較長時間保持原有外觀，說明蛋白膜能有效延緩柑橘內香味和溶質等營養(yǎng)成分向空氣中傳輸，抑制需氧菌的生長，延緩柑橘品質下降和腐敗變質，從而達到延長柑橘保藏時間的效果。

3.2 玉米醇溶蛋白膜對柑橘失重率的影響

選取性狀與大小相近的10個柑橘，每5個為一組，分為1號組和2號組，用水洗凈，浸泡于消毒液中15min以殺滅細菌，取出晾干后，2號組作為對照，將1號組的柑橘浸于制備好的玉米醇溶蛋白液中，1min后取出，自然晾干后表面形成薄膜，對處理2、4、6、8、10、12、14d后的柑橘進行涂膜失重率評價（圖4）。

圖4 柑橘失重率

由圖4分析可知，隨著時間的延長，2號組柑橘失重率增幅較1號組大，說明玉米醇溶蛋白膜能阻礙樣品內水分的蒸發(fā)，從而降低樣品失重率。

3.3 玉米醇溶蛋白膜對柑橘總糖含量的影響

選取性狀與大小相近的10個柑橘，每5個為一組，分為1號組和2號組，用水洗凈，浸泡于消毒液中15min以殺滅細菌，取出晾干后，2號組作為對照，將1號組的柑橘浸于制備好的玉米醇溶蛋白液中，1min后取出，自然晾干后表面形成薄膜，對處理5、10、15、20d后的柑橘總糖進行測定。實驗結果見圖5。

圖5 柑橘總糖量與時間關系圖

由圖5可見，各組柑橘的總糖均明顯下降，但涂膜柑橘能較長時間保持總糖含量，說明玉米醇溶蛋白膜能阻隔氧氣的滲入，從而抑制柑橘的呼吸作用，減少糖分損耗，從而達到保鮮的效果。

4 結論

本課題是以玉米黃粉為原料，首先通過浸提制得玉米醇溶蛋白，然后再用85%冰醋酸作為成膜劑，采用單因素和正交試驗對成膜過程進行深入研究和分析。玉米醇溶蛋白成膜過程中，各因素影響大小順序為:增塑劑＞冰醋酸濃度＞成膜介質＞固液比，最佳工藝條件為:固液比1∶8，冰醋酸濃度90%，0.5%甘油作增塑劑，成膜介質為光滑塑料板，在此條件下，玉米醇溶蛋白膜拉伸強度為20.35g/mm2。

通過對柑橘表面進行涂膜實驗，發(fā)現玉米醇溶蛋白膜對柑橘感官性能和失重率、總糖含量都有極大影響。蛋白膜樣品能隨著時間延長保持較好外觀，阻礙柑橘內部水分和糖分等營養(yǎng)物質的消耗。

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