李 鵬，甄天元，王玲玲，高 琳，楊偉強，孫 杰

（1.青島農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東青島266109；2.山東省花生研究所，山東青島266100）

可食性膜是以天然可食性物質(zhì)（如：蛋白質(zhì)、多糖、纖維素及其衍生物等）為原料，通過不同分子間相互作用而形成具有多孔網(wǎng)絡結(jié)構薄膜，通過包裹、浸漬、涂布、噴灑于食品表面（或內(nèi)部）達到阻止（或減少）水分、氣體（O2、CO2）或溶質(zhì)的遷移，并對食品起到機械保護的作用[1]。目前在此相關研究領域，國內(nèi)外許多學者進行了研究，但多數(shù)集中在以大豆分離蛋白和多糖及部分類脂為主要基質(zhì)，制備可食用性的食品涂膜材料，用于水果、蔬菜、禽蛋的涂膜保鮮及糕點、糖果的內(nèi)包裝等，對于其他的植物蛋白為原料制備可食性膜，特別是對于可單獨用于食品外包裝的蛋白薄膜研究比較少，也基本處于探討階段。

而花生蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的而且也是產(chǎn)量豐富的一種植物蛋白資源[2]，花生蛋白分子中存在著大量的氫鍵、疏水鍵、二硫鍵、范德華力、離子鍵、配位鍵，可成膜性高，同時花生蛋白膜可以減少食品內(nèi)部水分的蒸發(fā)，阻止空氣中的氧與食品之間發(fā)生的氧化作用，防止微生物的滋生，延長食品的貯藏期，而且由于花生蛋白的交聯(lián)作用較為強烈，膜的機械特性優(yōu)于多糖和脂肪膜[3-4]，所以對于花生蛋白膜的研究與應用日益受到人們的重視。

本文旨在以低變性花生分離蛋白為原料，研究其成膜性，力求通過實驗找到影響花生分離蛋白可食性膜性能，如抗拉強度（TS）、斷裂伸長率（E%）和水蒸氣遷移速率（νWVTR）的部分影響因素與膜性能的關系趨勢，確定膜的最適制備條件，為今后花生分離蛋白膜的制作及應用提供理論與實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低變性花生蛋白粉 青島長壽食品有限公司；甘油 北京鼎國昌盛生物技術有限公司，食用級；無水氯化鈣、硝酸鎂、鹽酸、氫氧化鈉 天津市凱通化學試劑有限公司，均為分析純。

WH-3微型漩渦混合儀 上海滬西分析儀器廠；北京瑞利游標卡尺（0.02mm） 上海量具刃具廠；KA-1600型離心機 上海安亭科學儀器廠；CL-2恒溫磁力攪拌機 江蘇金壇宏凱儀器廠；電子天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；MP-120型酸度計 梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)；DHG-9023A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；DS1型高速組織搗碎機 上海精勝科學儀器有限公司；HH-4型恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構儀 英國Stable Micro System公司。

1.2 花生分離蛋白的提取

采用堿提酸沉法，稱取一定低變性花生蛋白粉，按一定比例加入堿溶液，攪拌、浸提；浸提后離心，過濾；濾液中緩慢加入0.1mol/L HCL溶液，并輕輕攪動，使其pH達到蛋白等電點4.5左右，花生分離蛋白呈白色絮狀沉淀析出，再用水洗滌沉淀至中性；造粒，干燥，粉碎，即得花生分離蛋白[5]。

1.3 蛋白質(zhì)的測定

按GB/T6432-1994，凱氏定氮法進行測定。

1.4 花生分離蛋白可食性膜的制備

將上述所得花生分離蛋白按比例混于蒸餾水中，加入2%甘油（V/V）為增塑劑，制備可食性膜，工藝流程為：配制花生分離蛋白溶液，添加增塑劑，用0.1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)到一定pH后，水浴加熱至所需溫度，攪拌處理30min直到完全溶解，成膜液呈現(xiàn)均勻的狀態(tài)，離心（3000r/min，10min），過濾，量取混合液倒入有機玻璃板上流延均勻，水平放置2h，膜表面成型后，放入65℃鼓風干燥箱中干燥，揭膜即可得到花生分離蛋白可食性膜，揭膜后在相對濕度50%（硝酸鎂飽和溶液）下平衡48h，用以測定性能指標[6-7]。

1.5 單因素及正交實驗設計

單因素實驗考察熱處理溫度（℃）、pH和花生分離蛋白溶液濃度（%）對成膜的影響。通過單因素實驗結(jié)果，確定熱處理溫度、溶液pH、溶液濃度因素的水平，進行L9（33）的正交實驗，采用加權法對花生分離蛋白膜的綜合性能進行評分，正交實驗設計見表1。

1.6 花生分離蛋白可食性膜性能的測定[8-9]

1.6.1 膜厚度測定 用螺旋測微儀在膜上隨機取5點，準確測量膜的厚度，取其平均值，用作該樣品抗拉強度和水蒸氣遷移速率公式中的厚度值（T）。

1.6.2 抗拉強度測定 用質(zhì)構儀測定。每種組分的膜準備十個樣品進行測定。將膜制成長（L）4.0cm，寬（W）2.0cm的試樣，測量其厚度（T），質(zhì)構儀的初始夾距設定為40mm，拉引速度0.5mm/s，在質(zhì)構儀上讀取膜破裂時的拉力（F）數(shù)值。按公式（1）計算膜的TS：

式中：F：作用在膜兩端的最大拉力，N；T：膜的厚度，由螺旋測微器測出，mm；W：為膜的寬度，mm。

1.6.3 斷裂伸長率E%的測定 是衡量膜的機械強度的另一指標，用質(zhì)構儀測定。每種組分的膜準備十個樣品進行測定。將膜制成長（L）4.0cm，寬（W）2.0cm的試樣，測量其厚度（T），質(zhì)構儀的初始夾距設定為40mm，拉引速度0.5mm/s，測量膜斷裂時的膜的延伸長度（L0），按公式（2）計算膜的E：

式中：L0：膜斷裂時被拉伸的長度，mm；L：膜的原始長度40mm。

1.6.4 水蒸氣遷移速率 將待測的花生分離蛋白膜密封于裝有無水氯化鈣的小錐形瓶口處，在室內(nèi)放置平衡24h，稱量小錐形瓶質(zhì)量的變化。水蒸氣遷移速率單位為g/（m2·h），按公式（3）計算：

式中：Δm：水蒸氣遷移量，g；A：膜的面積，m2；t：測定的時間，h。

1.7 膜性能綜合評分原則

實驗采用加權法對花生分離蛋白膜的綜合性能進行評分[10]，滿分為100分。膜性能評分標準：TS，40分；E，32分；νWVTR，20分；表觀效果8分。

1.7.1 TS（40分） TS≥2.0MPa，分值40分；1.5MPa≤TS＜2.0MPa，30分≤分值＜40分；1.0MPa≤TS＜1.5MPa，20分≤分值＜30分；0.5MPa≤TS＜1.0MPa，10分≤分值＜20分；0MPa≤TS＜0.5MPa，0分≤分值＜10分。

1.7.2 E（32分） E≥200%，分值32分；150%≤E＜200%，24分≤分值＜32分；100%≤E＜150%，16分≤分值＜24分；50%≤E＜100%，8分≤分值＜16分；0%≤E＜50%，0分≤分值＜8分。

1.7.3 νWVTR（20分） νWVTR≤15g/（m2·h），分值20分；10g/（m2·h）＜νWVTR≤15g/（m2·h），15分≤分值＜20分；15g/（m2·h）＜νWVTR≤20g/（m2·h），10分≤分值＜15分；20g/（m2·h）＜νWVTR≤25g/（m2·h），5分≤分值＜10分；25g/（m2·h）＜νWVTR≤30g/（m2·h），0分≤分值＜5分。

1.7.4 表觀效果（8分） 觀察所成的膜是否表面光滑，色澤透明，容易成膜，容易揭膜，分值8分，不符合條件的酌情減分。

1.8 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS軟件進行方差分析和均值顯著性差異分析（采用鄧肯氏復極差法測驗顯著性水平，設p≤0.05時顯著性差異）。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生分離蛋白的蛋白含量

采用堿溶酸沉法制取的花生分離蛋白的蛋白含量為94.4%，達到了分離蛋白的標準（蛋白含量在90%以上）。

2.2 影響膜性能的單因素實驗

2.2.1 熱處理溫度對花生分離蛋白可食性膜性能的影響 在對成膜液的熱處理過程中，隨著熱處理溫度的上升，使得最終蛋白膜的TS先上升后下降，溫度上升到75℃時，膜的TS得到顯著的提高（p＜0.05），此后隨著溫度的升高TS略微有所降低，但差異不顯著（p＞0.05）（表2）。這可能主要是因為適度的熱處理削弱了蛋白質(zhì)分子間作用力，使大分子從原來有秩序的緊密結(jié)構變?yōu)闊o秩序的松散結(jié)構，使原來藏在分子內(nèi)部的巰基和疏水性氨基酸側(cè)鏈殘基等暴露在分子表面，從而有利于蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間相互作用，在干燥過程中蛋白質(zhì)分子重新形成二硫鍵，形成堅固的網(wǎng)絡結(jié)構，使TS提高[11]，但若熱處理溫度過高，時間過長，又使得蛋白質(zhì)分子過度變性，造成蛋白質(zhì)分子鏈斷裂，不利于網(wǎng)絡結(jié)構的形成[12]。

隨著熱處理溫度的升高，花生分離蛋白膜的E也是先升高后有所降低，75℃時E達到最大值（p＜0.05），此后隨著溫度增加，差異不顯著（p＞0.05）。這主要是經(jīng)過熱處理后，蛋白分子結(jié)構由緊密變得松散，原先的球狀分子結(jié)構變?yōu)榫€性分子結(jié)構，更多線性的蛋白分子鏈重新排列，分子定向程度提高，使得E增加，因此溫度對E的影響較大。

花生分離蛋白膜νWVTR，隨著熱處理溫度升高，發(fā)生顯著變化（p＜0.05），當經(jīng)過75℃處理時，數(shù)值最小。這表明適當?shù)臒崽幚砟艽龠M蛋白質(zhì)分子中的氫鍵和二硫鍵斷裂，結(jié)構展開，疏水性基團暴露出來，提高花生蛋白疏水性，加強了分子間相互作用和二硫鍵重新分布，形成堅固的網(wǎng)絡結(jié)構，提高其阻水性能[13-14]。

表2 熱處理溫度對花生分離蛋白膜性能的影響（n=5，±sD）Table 2 Effect of temperature on the properties of the film（n=5，±sD）

表2 熱處理溫度對花生分離蛋白膜性能的影響（n=5，±sD）Table 2 Effect of temperature on the properties of the film（n=5，±sD）

注：同列不同的字母表示差異顯著（p＜0.05）；表2、表3同。

熱處理溫度（℃） TS（MPa） E（%） VWVTR（g/（m2·h））55 0.63±0.02a100.53±14.63a 25.31±3.18a 65 0.88±0.14a108.92±22.96a 21.85±2.45b 75 1.41±0.16b129.15±18.65b 15.31±2.57c 85 1.23±0.21b125.46±23.71b 17.32±2.13d 95 1.37±0.24b126.26±22.25b 19.73±2.36e

2.2.2 pH對花生分離蛋白可食性膜性能的影響 pH在8～11之間，花生分離蛋白溶解性比較好，膜液均勻，可以得到表面光滑、具有一定彈性和強度的薄膜，其性能指標見表3。由表3可以看出，pH對膜的TS存在顯著差異（p＜0.05）。從pH7～9，TS增大，這主要由于堿使蛋白質(zhì)變性，內(nèi)部基團暴露，有利于堅固網(wǎng)格結(jié)構的形成；從pH9～11，TS又下降，由于極端堿性條件下，負離子之間極強的靜電排斥作用阻礙了蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的連接，從而阻礙了膜的形成。

表3 pH對花生分離蛋白可食性膜性能的影響（n=5，±sD）Table 3 Effect of pH on the properties of the film（n=5，±sD）

表3 pH對花生分離蛋白可食性膜性能的影響（n=5，±sD）Table 3 Effect of pH on the properties of the film（n=5，±sD）

pH TS（MPa） E（%） VWVTR（g/（m2·h））7 0.74±0.06d 41.24±10.31d 22.34±4.6b 8 1.21±0.14c 93.45±15.40d 21.60±3.46b 9 1.41±0.16b 125.15±18.65b 15.31±2.57a 10 1.25±0.07b 135.89±17.16b 21.50±2.68b 11 0.91±0.09c 150.45±21.15a 23.30±3.87b

膜的E隨pH的增大而增大（p＜0.05），這可能是因為，高pH堿使蛋白分子間相互作用減弱，而蛋白質(zhì)是富有彈性的物質(zhì)，所以使得膜的柔韌性較好，膜的E增加。

νWVTR隨著pH的升高呈先下降后升高的趨勢，當pH為9時值最小（p＜0.05），這與蛋白質(zhì)網(wǎng)絡結(jié)構的形成有直接聯(lián)系，pH為9時膜的結(jié)構變得更加致密，阻止了水蒸氣的滲透，因此膜的水蒸氣透過系數(shù)減小。

2.2.3 蛋白溶液濃度對花生分離蛋白膜性能的影響

由表4可見，花生分離蛋白濃度在2%～10%都可以成膜，但濃度在2%～4%時，由于蛋白含量太低，蛋白質(zhì)分子比較分散，不易于蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)作用，不易成膜；質(zhì)量分數(shù)在6%～8%時，能形成較好的花生分離蛋白膜，且容易揭膜，可以得到柔軟、表面光滑的薄膜。由表4可知，隨著花生分離蛋白濃度的增加，膜的TS和E隨之增強，νWVTR有所下降?；ㄉ鞍诐舛壬咭馕吨赡と芤褐杏懈嗟幕ㄉ鞍追肿舆M行交聯(lián)，溶質(zhì)分子間的作用力加強，提高了蛋白膜的機械強度[15]。

表4 花生分離蛋白溶液濃度對花生分離蛋白膜性能的影響（n=5，±sD）Table 4 Effect of PPI concentration on properties of the film（n=5，±sD）

表4 花生分離蛋白溶液濃度對花生分離蛋白膜性能的影響（n=5，±sD）Table 4 Effect of PPI concentration on properties of the film（n=5，±sD）

花生分離蛋白溶液濃度（%） TS（MPa） E（%） VWVTR（g/（m2·h））2 1.02±0.12c 120.25±20.16a 28.86±3.25a 4 1.14±0.63bc 153.13±15.21b 25.91±5.60b 6 1.86±0.21a 160.42±20.85b 24.48±4.79b 8 1.41±0.13b 173.87±17.91b 23.47±6.13b 10 1.03±0.10c 165.82±18.88b 22.43±4.74b

2.3 正交實驗結(jié)果

通過單因素實驗研究表明，熱處理溫度、溶液pH、溶液濃度對膜性能有很大影響，綜合考慮，通過正交實驗，采用了加權法對花生分離蛋白膜的綜合性能進行評分[16-17]，正交實驗結(jié)果如表5所示。

表5 成膜正交實驗結(jié)果與分析Table 5 Results and analysis of the filming orthogonal experiments

從表5中可以看出，各因素對花生分離蛋白膜性能影響的主次關系依次為C＞B＞A，即蛋白溶液濃度＞pH＞熱處理溫度?？沙醪胶Y選條件為A2B2C3，即熱處理溫度75℃、pH9、花生分離蛋白濃度為8%。在此條件下進行驗證實驗，結(jié)果表明此條件下制得的花生分離蛋白可食性膜具有較佳的性能，綜合評分為70.3，TS、E和νWVTR分別達到1.41MPa，173.87%，23.47g/（m2·h），證明該制膜工藝參數(shù)合理可行。

3 結(jié)論

花生分離蛋白具有良好的成膜性能。在2%的甘油為增塑劑的條件下，花生分離蛋白濃度8%，pH9，熱處理溫度為75℃，此時成膜質(zhì)地透明柔軟，具有較高的強度和延伸性，并能有效地阻止水蒸氣的遷移。

[1]羅學剛.國內(nèi)外可食性包裝膜研究進展[J].中國包裝，1999，19（5）：102-103.

[2]陳艷君.2012年我國花生及花生油市場分析暨2013年展望[J].糧食與油脂，2013，26（2）：36-39.

[3]劉硯，熊柳，孫高飛，等.花生分離蛋白可食性膜的制取及性能[J].中國油脂，2008，33（9）：19-22.

[4]馮治平，劉達玉.改善花生分離蛋白成膜及保藏特性研究[J].食品科學，2005，26（1）：52-56

[5]楊偉強，李鵬，袁濤，等.從花生蛋白粉中提取花生分離蛋白的條件優(yōu)化[J].中國油脂，2009，34（1）：34-37.

[6]馮治平，黃丹.還原劑對花生分離蛋白膜的保藏性能影響研究[J].食品科技，2007（3）：242-246.

[7]Liu C C，Tellez-Garay A M，Castell-Perezc M E.Physical and mechanical properties of peanut protein films[J].LWT-Food Science and Technology，2004，37（7）：731-738

[8]包惠燕，郭乾初，歐仕益.不同pH下阿魏酸對大豆分離蛋白膜性能的影響[J].食品科學，2004，25（9）：67-70.

[9]陳義勇，徐宇.花生蛋白膜的特性研究[J].食品研究與開發(fā)，2010，31（3）：58-62.

[10]王昊，張東杰.酶法改性大豆分離蛋白成膜條件的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學刊，2011（1）：57-61.

[11]莫文敏，曾慶孝，張孝祺.熱處理和堿處理對可食性大豆分離蛋白膜性能的影響[J].食品工業(yè)科技，2001，22（3）：22-24.

[12]郭寬，張超，趙曉燕，等.熱處理溫度對大豆分離蛋白膜功能性質(zhì)的影響[J].中國糧油學報，2011，26（7）：27-30.

[13]Jangchud A，Chinnan M S.Peanut Protein Film as Affected by Drying Temperature and pH of Film Forming Solution[J]. Journal of Food Science，1999，64（1）153-157.

[14]Kim K M，Weller C L，Hanna M A，et al.Heat curing of soy protein films at selected temperatures and pressures[J].Food Science and Technology，2002，35（2）：140-145.

[15]孫旸，孫春玉，李靚，等.大豆分離蛋白膜的制備及相關因素分析[J].中國農(nóng)學通報，2010，26（18）：92-95

[16]張華江，遲玉杰，夏寧，等.可食性大豆復合蛋白膜的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2008，34（9）：73-77.

[17]周紅鋒，張子勇，歐仕益.大豆分離蛋白可食膜的制備及微波處理對性能的影響[J].包裝工程，2006，27（2）：28-30.