壳聚糖-乳清蛋白双层涂膜对西红柿的保鲜研究

李 华,刘杨娟,常佳鑫,段佳鑫

(郑州工程技术学院 化工食品学院,河南 郑州 450044)

壳聚糖是由甲壳素通过脱乙酰作用而得到的碱性多糖大分子生物物质[1-3]。由于壳聚糖及其衍生物具有抗菌、易成膜、无毒可降解的特点,成为当今可食用包装材料的首选[4-5]。壳聚糖膜能够减缓果实新陈代谢,延缓成熟速度,减少水分流失,阻止微生物对果实的污染,人们大多在果蔬保鲜方面对其进行应用[6-8]。但壳聚糖膜比较脆弱,容易开裂,需和其他材料复配来提高其机械强度[9-10]。乳清蛋白成膜性好,营养高,易被人体消化吸收,两种物质对果蔬形成双层膜既可以满足抑菌要求,又具备一定的机械强度[11-13]。本实验选择西红柿为研究对象,通过浸渍的方法,先在其表面涂壳聚糖膜,再在壳聚糖膜外添加乳清蛋白膜[14-15],充分发挥两种膜的优点,从而达到对西红柿的保鲜效果。

1 材料与方法

1.1 材料

壳聚糖(脱乙酰度≥90%),BR生物试剂,国药集团化学试剂有限公司;水解乳蛋白,BR生物试剂,北京索莱宝科技有限公司;冰乙酸,分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司;氢氧化钠,分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司;西红柿,市购,未经任何保鲜处理,色微红,较硬,无机械损伤。

1.2 仪器与设备

JY系列电子天平:上海衡平仪器仪表厂;HH-2恒温水浴锅:上海昀跃仪器设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 壳聚糖-乳清蛋白双层膜制备工艺

配制1%的冰乙酸溶液,量取一定量的冰乙酸溶液溶解壳聚糖,用玻璃棒搅拌充分溶解后,静置脱气;用水溶解乳清蛋白,配制成5%的乳清蛋白溶液,在水浴锅内60℃充分溶解;先取一定量的壳聚糖溶液倒在保鲜膜均匀覆盖的载玻片上,自然干燥一段时间后,在壳聚糖膜上均匀涂抹一定量的乳清蛋白溶液,自然干燥至成膜。

成膜观察指标为膜的色泽和揭膜完整率,设理想状态无色透明膜的色泽评分为10分。以感官检验法为依据,对成膜时间、膜的色泽、揭膜完整率进行评价[16-18]。

1.3.1.1 壳聚糖浓度的影响

称取0.1 g,0.3 g和0.6 g的壳聚糖,分别溶于10 mL 1%的冰乙酸溶液中,配制成浓度为1%,3%和6%的壳聚糖溶液,用玻璃棒搅拌溶解约1 h,然后静置脱气,分别定量倒在保鲜膜均匀覆盖的载玻片上进行自然干燥,将5%的乳清蛋白水溶液定量均匀涂抹在壳聚糖膜上,自然干燥成膜后,记录双层膜的成膜时间、膜的色泽、揭膜完整率。

1.3.1.2 壳聚糖温度的影响

以实验最佳条件3%的壳聚糖溶液为对象,分别在40 ℃,60 ℃和80 ℃的水浴锅中加热,倒在保鲜膜均匀覆盖的载玻片上,然后用玻璃棒均匀涂抹,自然干燥成膜后,用5%的乳清蛋白水溶液均匀涂抹于壳聚糖膜上,自然干燥成膜后,记录双层膜的成膜时间、膜的色泽、揭膜完整率。

1.3.1.3 壳聚糖pH的影响

用1 mol/L的NaOH对10 mL 3%的壳聚糖溶液进行pH调节,使壳聚糖溶液pH分别为3,5和7,用玻璃棒搅拌, 80℃水浴加热溶解,分别倒在保鲜膜均匀覆盖的载玻片上进行自然干燥,将5%的乳清蛋白水溶液定量均匀涂抹在壳聚糖膜上,自然干燥成膜后,记录双层膜的成膜时间、膜的色泽、揭膜完整率。

1.3.2 西红柿保鲜效果的评定

称取一定量的壳聚糖,溶解于2%的冰乙酸溶液(100 mL)中,配制成100 mL 3%的壳聚糖溶液,搅拌至壳聚糖完全溶解后,加入甘油作为增塑剂,混合均匀,静置脱气。配制浓度80%的乙二醇溶液,在水浴60 ℃下,以体积比为101的配比溶解乳清蛋白粉,配制乳清蛋白溶液,使之充分溶解。

市购西红柿进行挑选和处理后,先在壳聚糖溶液内浸泡3 min,取出后自然干燥至一定程度,在乳清蛋白水溶液内浸渍3 min,取出后放在平板上自然干燥。

设样品1为西红柿浸泡乳清蛋白-壳聚糖双层膜;样品2为西红柿浸泡乳清蛋白单层膜;样品3为西红柿未经任何处理。在空气中放置一周后,对3种样品的外观、果实失重率、果实总酸度指标进行研究,判断西红柿涂膜前后壳聚糖的保鲜作用。

2 结果与分析

2.1 双层膜成膜性能

2.1.1 浓度对双层膜的影响

表1为壳聚糖浓度对双层膜的影响情况。由表1可知 ,1%壳聚糖的双层膜成膜较慢且揭膜完整率较差;6%壳聚糖溶液的双层膜成膜黏度过高,膜的色泽较差; 3%壳聚糖的双层膜性能更好。

表1 壳聚糖浓度对双层膜的影响

2.1.2 温度对双层膜的影响

浓度为3%的壳聚糖溶液分别在40 ℃,60 ℃和80 ℃加热后,制成的双层膜的性能数据见表2。

表2 温度对双层膜的影响

由表2可知,随着温度升高,壳聚糖溶液黏度增加,且成膜时间更短,膜的韧性更好,从而揭膜完整率更高;膜的色泽变化不明显,80 ℃水浴加热膜的性能更好。

2.1.3 pH值对双层膜影响

将pH为3,5和7的3%壳聚糖溶液在80 ℃水浴加热后,分别与乳清蛋白溶液制备双层膜,其膜的性能数据见表3。

表3 pH对双层膜的影响

表4 一周后西红柿感官结果

由表3可知,双层膜的色泽和成膜时间并无明显区别,但pH为4和5时由于膜的抗拉伸强度较弱,所以揭膜完整率较差,而pH为5时膜的韧性更好,揭膜率也更好。

2.2 西红柿保鲜效果

2.2.1 感官评价

由感官结果可知,随着时间的增长,未经保护的西红柿出现失水、变软老化的现象;经过乳清蛋白涂膜的西红柿基本维持了原有的形貌,由于乳清蛋白的脆性和水解性,不能完全对西红柿保鲜;经过壳聚糖和乳清蛋白双层膜涂膜的西红柿,能够较好地保持原来的形貌,说明壳聚糖和乳清蛋白双层膜具有较好的保鲜作用。

2.2.2 西红柿失重率变化

分别称取西红柿的初始重量w0和储藏期每天的重量wi,测得番茄的失重率[19-20]。失重率计算式为:

西红柿失重率变化情况见图1。

图1 西红柿失重率变化

由图1可知,未经处理的西红柿随着时间的增长,失重率升高迅速;乳清蛋白涂膜和壳聚糖-乳清蛋白双层涂膜的西红柿,随着时间的增长,失重率有所增加但速度缓慢。说明两种膜均防止西红柿水分的流失,起到了保鲜作用。

2.2.3 番茄果实总酸含量变化

采用酸碱滴定法来测定总酸度。取一定量的西红柿滤液,加入酚酞溶液作指示剂,然后用氢氧化钠标准溶液滴定西红柿滤液,当滤液维持微红色30 s不褪色即为滴定终点。依据滴定消耗的标准氢氧化钠溶液体积计算总酸含量[21-23]。酸碱滴定法测得总酸度结果如图2。

图2 西红柿总酸度变化

由图2可知,随着时间的增加,西红柿总酸度会逐渐下降,但未涂膜的西红柿酸度下降速度更快;乳清蛋白涂膜和壳聚糖-乳清蛋白双涂膜的西红柿由于有保护膜的阻碍,降低了西红柿的呼吸作用,酸度下降缓慢,原有成分维持较好。

3 结论

(1)壳聚糖-乳清蛋白双层膜在壳聚糖溶液浓度为3%,反应温度为80℃,溶液pH为5的条件下,成膜时间短,色泽澄清透明,易于揭膜检测,具有较好的成膜性能。

(2)壳聚糖-乳清蛋白双层膜中,由于壳聚糖具有抗菌性能,对西红柿进行涂膜后,具有一定的保鲜作用。