高粱醇溶蛋白/卡拉胶复合膜的制备与性能评价

◎ 宋雪健，曹家宝，王春圻，王洪江，李志江,3，徐玮东，王欣卉，魏甜甜，文昌典，于金哲

（1.黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3.国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；4.黑龙江农业工程职业学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

高粱籽粒中富含淀粉、蛋白质及钙、磷、铁等微量元素，其中总蛋白质的含量为6%～18%，且醇溶蛋白占总蛋白的77%～82%。高粱醇溶蛋白作为主要的储存蛋白，其特殊的氨基酸组成，如谷氨酰胺、脯氨酸的存在，导致其不溶于水，但可溶于50%～90%的乙醇。高粱醇溶蛋白具有良好的理化特性和生物相容性，可作为其他活性组分的理想载体，同时在制备可降解包装材料领域具有一定的发展潜力。目前，对玉米醇溶蛋白膜、小麦醇溶蛋白膜的研究较多，而对高粱醇溶蛋白膜的研究相对较少。通过对已报道的醇溶蛋白膜的相关研究推断出，将高粱醇溶蛋白与增塑剂、增稠剂等成膜基材进行混合后，可赋予高粱醇溶蛋白膜优良特性。TAYLOR 等[1]从高粱麸皮中提取高粱醇溶蛋白制备成的薄膜具有较好机械性能和阻隔性能，可作为环保性的果蔬保鲜材料。HUANG 等[2]研究发现，对高粱醇溶蛋白/槲皮素复合膜进行辐照处理后，可有效延长鳕鱼的货架期。

卡拉胶无毒、无害，且具有亲水性和凝胶性，在肉品、乳品、饮料等食品领域都有应用[3]。卡拉胶作为新型、可替代传统石油基的环保包装材料备受关注。卡拉胶虽然具有一定的凝胶稳定性，但单独成胶时稳定性差，凝胶水分容易析出，导致脆性变大，因此在实际应用时需要与其他物质联用，从而达到一定的应用特性[4]。颜田田等[5]采用质量分数为2%的卡拉胶与不同质量分数（0%～2.5%）的甘油、山梨醇、丙二醇进行共混制备复合膜，发现甘油/卡拉胶复合膜的理化性质要优于其他两种增塑剂。雷会宁等[6]以大豆分离蛋白为基数，通过添加卡拉胶、40%的甘油进行共混制备复合膜，结果发现该复合膜比单一组分成膜更加均匀和致密。基于此，本研究采用高粱醇溶蛋白、卡拉胶及抗菌剂进行复合来制备复合膜，以期为可降解包装提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高粱醇溶蛋白，黑龙江八一农垦大学食品学院提供；卡拉胶，上海源叶生物科技有限公司；甘油，沈阳华东试剂厂；纳他霉素，南京森贝伽生物科技有限公司；乳酸链球菌素，南京森贝伽生物科技有限公司；无水乙醇，天津市永大化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

XLW 型智能电子拉力试验机，济南兰光机电技术有限公司；WGT-S 型透光/雾度测定仪，上海仪电物理光学仪器有限公司；CR-400/410 色彩色差仪，柯尼卡美能达有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 复合膜的制备

将质量分数为5.5%高粱醇溶蛋白，0.9%卡拉胶，2.3%甘油，共混于91.2%的乙醇中（浓度为85%），在80 ℃的水浴下共混20 min，待其溶解充分后，将2 份含有0.04%纳他霉素和0.09%乳酸链球菌素的乙醇加入其中共混均匀，将成膜液倒置于玻璃板上（长29 cm，宽23 cm），50 ℃条件下干燥2 h 即可得到复合膜。将得到的复合膜置于温度为20 ℃、相对湿度为20%～50%的条件下储藏待用。

1.3.2 复合膜性能测试

（1）复合膜厚度的测试。根据GB/T 6672—2001的测试方法，在复合膜上随机选取5 个点，其中1 个点为薄膜的中心点，利用螺旋测微器（0.001 mm）进行测量，取平均值。

（2）复合膜机械性能的测试。拉伸强度和断裂伸长率测量参照GB/T 1040.3—2006，测量3 次取平均值，下同。

（3）复合膜光学性能的测试。透光率和雾度测量参照GB/T 2410—2008，光泽度测定参照GB/T 12032—2005。

采用色差计对复合膜的L*值、a*值、b*值进行测试。以标准白板为色差测定的空白参比。根据公式（1）计算得出薄膜的总色差值（∆E）。标准卡的L*=94.30、a*=0.31、b*0.3。

2 结果与分析

2.1 复合膜厚度测试

由表1知，实验制备的复合膜厚度为（0.192±0.013）mm。唐燕等[7]利用6.0 g 的高粱醇溶蛋白，0.8%丁香酚及1.48 g 增塑剂（聚乙二醇和甘油的体积比为1∶1）制备的复合膜厚度为（136.11±9.75）μm，二者的厚度较为接近。

表1 复合膜厚度测试结果表（单位：mm）

2.2 复合膜机械性能测试

复合膜的机械性能是评价其应用能力的重要体现。复合膜的机械性能是其在外界作用力条件下保证膜结构完整性的最重要的性质，直接体现出复合膜的应用能力。如表2所示，复合膜的抗拉强度为（3.92±0.04）MPa，要明显高于郑虹等[8]利用6∶4 的明胶蛋白和壳聚糖制备的复合膜的拉伸强度（1.80 MPa）。

表2 复合膜的机械性能测试数据表

2.3 复合膜光学性能测试

复合膜的光学性能如表3所示，由于成膜基质带有一定的颜色，进而导致复合膜的透光率相对较低，仅为7.40%±0.60%。研究发现，紫外线的存在会导致食品在储藏中发生氧化变质，因此对紫外线的控制可减少食品的脂质氧化，延长食品货架期[9]。而实验制备的复合膜因其透光率低、雾度较大，可满足应用于对紫外线敏感的食品包装。光泽度是用于评价复合膜表面平整度的重要指标，实验制备的复合膜光泽度为（17.13±2.43）Gs。颜色作为食品包装材料的关键参数，直接影响消费者了对食品的接受程度，实验制备复合膜的总色差为56.98±0.57，今后可以根据实际应用需求对成膜基质进行脱色处理。

表3 复合膜的光学性能表

3 结论

高粱在酿酒发酵过程中会产生大量含有高粱醇溶蛋白的废弃残渣，这些残渣往往会被用于饲料或者丢弃，造成了资源的严重浪费。而对高粱醇溶蛋白的利用，可以增加高粱的综合利用率。实验采用5.5%高粱醇溶蛋白，0.9%卡拉胶，2.3%甘油制备的复合膜，其抗拉强度为（3.92±0.04）MPa，遮光率较为突出，在对紫外线敏感的食品包装上具有一定的应用能力。今后高粱醇溶蛋白包装材料可以从以下几个方面进行深入研究。①对成膜基质各个组分间成膜机理进行研究，提升膜的综合性能。②对高粱醇溶蛋白膜中抗菌剂的迁移机制进行研究，增加复合膜的长久抑菌功能拓宽应用能力。③高粱醇溶蛋白膜的研究主要集中在实验室，就规模化生产及降低成产成本是亟待解决的问题。