曹佳媛 胡瑋楠 程金菊

摘要? ? 以乳清濃縮蛋白為基質(zhì)、黃原膠作為增稠劑、甘油作為增塑劑制備可食用膜，包裹在新鮮草莓表面，以期達(dá)到防腐保鮮的目的。同時，探討了乳清濃縮蛋白濃度、黃原膠添加量和膜液pH值對蛋白膜性能的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)化制備可食用膜的原料配比和工藝參數(shù)，得出最佳工藝條件為乳清濃縮蛋白12%、黃原膠添加量0.3%、pH=7。此時，可食用膜具有膜厚度低、透濕系數(shù)低及溶解率適中的特點。

關(guān)鍵詞? ? 草莓;乳清蛋白可食用膜;黃原膠;膜液pH值;原料配比

中圖分類號? ? S668.4;TS205.9? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0223-04

Abstract? ? We used whey protein concentrate as matrix，xanthan gum as thickener，glycerin as plasticizer to prepare edible films，which was wrapped on the surface of fresh strawberries，in order to achieve the purpose of preservation.The effects of whey protein concentration，xanthan gum addition and membrane pH on protein membrane properties were investigated.On the basis of single factor experiment，the ratio of raw materials and process parameters of edible film were optimized，and the optimal process conditions were as follows：whey protein concentrate 12%，xanthan gum added 0.3%，pH=7.At this moment，the edible film is characterized by the feature of low film thickness，low moisture permeability coefficient，and moderate dissolution rate.

Key words? ? strawberry;whey protein edible film;xanthan gum;membrane pH;raw material ratio

隨著社會快速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們更加重視水果的新鮮度和營養(yǎng)價值，對水果的食用品質(zhì)也提出了越來越高的要求。

延長水果的貯藏時間并保持其良好的食用品質(zhì)已成為人們普遍關(guān)心并亟待解決的問題。根據(jù)文獻(xiàn)報道，我國由于保鮮處理不當(dāng)，導(dǎo)致果品每年的腐爛損耗率在20%～25%之間[1]。因此，開發(fā)和研究新型水果防腐保鮮技術(shù)具有非常重要的實際意義。

草莓中富含VC、VE，被稱為“水果皇后”[2]，具有極高的營養(yǎng)價值。但草莓含水量高達(dá)89%以上，呼吸代謝旺盛，采后極易因受白粉病菌和灰葡萄孢霉、根霉等病菌感染以及機械損傷而腐爛變質(zhì)。

草莓采摘后的正常代謝時間為2～3 d，3 d后由于膜脂過氧化的酶促（SOD）和非酶促（ASA）2類防御系統(tǒng)迅速衰退，所以果實進(jìn)入代謝紊亂和組織衰老階段。草莓極不耐儲藏運輸，其鮮銷率在29 ℃下存放8 h后就下降32%;在常溫下（25 ℃）存放1～3 d，果實就會因變色變味而失去原有的風(fēng)味和商品價值[3-4]。

目前，常用的草莓保鮮方法為低溫法和化學(xué)保鮮法，但都存在弊端，一是許多品種對低溫貯藏反應(yīng)敏感，不易保留原有口感;二是利用化學(xué)物質(zhì)過氧乙酸進(jìn)行保鮮，其使用量不好控制，過低對草莓沒有保鮮效果;過高則草莓果實易發(fā)生脫色反應(yīng)，失去原有光澤，組織結(jié)構(gòu)受損，抗菌性下降，更易腐敗。

可食用膜保鮮果蔬技術(shù)由于其無害和方便被廣泛研究和關(guān)注[5]，即通過研究制備一種天然無害的以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的可食用膜，用于草莓的防腐和保鮮。

本文選取乳清濃縮蛋白（WPC-80）為成膜基質(zhì)，研究乳清蛋白濃度、黃原膠濃度以及pH值對膜性能的影響，并測定可食用膜對草莓保鮮的效果，為乳清蛋白可食用膜的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 材料與儀器

乳清濃縮蛋白（WPC-80），新西蘭恒天然乳業(yè)有限公司生產(chǎn);黃原膠，鄂爾多斯市中軒生化股份有限公司生產(chǎn);Tris試劑、HCl、甘油、無水CaCl2、BaCl2等藥品均為分析純，由天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

有機玻璃板（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA），由哈爾濱市鐘藝有機玻璃廠生產(chǎn);烘箱、pH計、溫度計、干燥器、透濕杯、電子天平、布氏漏斗、螺旋測微器、恒溫水浴鍋、酸堿滴定管、磁力攪拌器，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院提供。

1.2? ? 試驗方法

1.2.1? ? Tris-HCl緩沖溶液的制備。Tris為弱堿，通過向Tris堿性水溶液中加入HCl調(diào)節(jié)不同pH值。

1.2.2? ? 可食用膜的制備。用電子天平稱取適量WPC-80加入Tris-HCl緩沖溶液中，磁力攪拌15 min使其充分溶解，配制成不同濃度梯度的WPC溶液。水浴加熱至80 ℃并保持15 min，冷卻后加入黃原膠和甘油，攪拌均勻并除去氣泡，于有機玻璃板（聚甲基丙烯酸甲醋，PMMA）上涂膜，保證膜面厚度適中，均勻且透明。涂抹后靜置15 min，在60 ℃的干燥箱中干燥5 h，干燥后揭膜。

1.2.3? ? 單因素試驗。首先以WPC濃度為變量進(jìn)行單因素試驗，設(shè)置濃度分別為9%、10%、11%、12%、13%。確定其他變量及工藝：成膜液中Tris-Hcl緩沖液pH=7，黃原膠濃度為0.3%，甘油濃度為25 g/L，變性溫度為80 ℃、時間為15 min，干燥溫度為60 ℃、時間為5 h。每個濃度做3組平行試驗，測量所得的膜厚度、透濕系數(shù)和溶解性，并取平均值。

確定成膜液中的WPC最佳濃度后，以黃原膠濃度為變量進(jìn)行單因素試驗，設(shè)置濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，其他工藝參數(shù)同上，研究可食用膜的各項性能。

確定成膜液中的最佳原料配比后，以Tris-HCl緩沖溶液的pH值為變量進(jìn)行單因素試驗，設(shè)置緩沖液中pH值分別為5、6、7、8、9，其他工藝參數(shù)同上，研究可食用膜的各項性能。

1.2.4? ? 正交試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，為確定最優(yōu)成膜方案，本試驗進(jìn)行L9（33）正交試驗，試驗設(shè)計如表1所示。

1.3? ? 膜的性質(zhì)測定

1.3.1? ? 膜厚度的測定。選擇從有機玻璃板上揭下的完好、均勻的膜，隨機取5個點，用螺旋測微器測量其厚度，取平均值。膜厚度越薄，所對應(yīng)的濃度配比越好。

1.3.2? ? 透濕系數(shù)的測定。采用修正的ASTM（american society for testing and materials）法進(jìn)行測定。將BaCl2飽和溶液放入干燥器底部，將無水CaCl2進(jìn)行粉碎處理和烘干至恒重后放入透濕杯內(nèi)。將待測薄膜覆蓋于透濕杯上，在25 ℃下放入干燥器內(nèi)，每隔1 h稱量透濕杯的重量，做透濕杯重和時間的關(guān)系曲線，得到二者的線性關(guān)系，其斜率即為水蒸氣透過速率C（g/h）[6]。使用1.3.1所測得的膜厚度計算透濕系數(shù)，計算公式如下：

WVP=C×X/A×ΔP

式中，WVP—透濕系數(shù)[g·mm/（m2·h·kPa）];X—膜厚（mm）;ΔP—膜兩側(cè)水蒸氣壓差，查閱文獻(xiàn)得25℃時水蒸氣的飽和蒸汽壓為3.168 4 kPa。

1.3.3? ? 溶解性的測定。稱取約0.2 g重量的膜W1，加入20 mL蒸餾水使其充分溶解，密封靜置24 h后，使用布氏漏斗進(jìn)行抽濾。抽濾完畢后將濾紙和不溶的物質(zhì)放入烘箱中干燥24 h。用電子天平稱取濾紙重量為W2，烘干物總質(zhì)量為W3，可食用膜溶解率計算公式如下：

FS=W1-（W3-W2）/W1×100

式中，F(xiàn)S—膜的溶解度（%）;W1—稱取膜的重量（g）;W2—濾紙的重量（g）;W3—烘干物的總質(zhì)量（g）。

1.4? ? 數(shù)據(jù)處理

使用Origin8進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖，使用SPSS Statistics 19進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? WPC濃度對膜性能的影響

WPC為大分子蛋白質(zhì)，其主要通過離子鍵和分子間氫鍵等多種相互作用來影響膜的性能。由圖1（a）可以看出，可食用膜的厚度會隨著WPC濃度的增大而增大，這主要是由分子間相互作用力增大造成的。當(dāng)WPC濃度為9%時，形成的膜薄且脆，不易從有機玻璃板上揭下，多為細(xì)小的碎片;當(dāng)WPC濃度為13%時，蛋白質(zhì)分子互相纏繞，連接成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成凝膠，不易成膜。由圖1（b）可以看出，在成膜液分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，隨著WPC濃度的增大，可食用膜的透濕系數(shù)和溶解率都呈下降趨勢，但差異不顯著（P>0.05）。在濃度為12%時降到最低，透濕系數(shù)可達(dá)到0.435 g·mm/（m2·h·kPa），溶解率可達(dá)到15.18%;當(dāng)濃度大于12%時，由于形成凝膠狀態(tài)，膜厚、透濕系數(shù)和溶解率均進(jìn)一步增大。在對草莓的防腐及延長貯存期過程中，低透濕系數(shù)和溶解率將降低草莓的水分流失，延緩呼吸代謝作用，防止草莓失水枯萎、變色變味、品質(zhì)下降，對草莓的保鮮及儲運起到了良好的作用。因此，在控制其他變量不變的情況下，WPC的最佳濃度為12%，這與任? 舉等[6]、楊坤[8]的研究結(jié)果較為一致。

2.2? ? 黃原膠濃度對膜性能的影響

黃原膠是由假黃單胞菌屬產(chǎn)生的單孢多糖，具有極強的親水性，但易抱團(tuán)而形成不溶膠體，是一種集增稠、懸浮、乳化和穩(wěn)定于一體的生物多糖，對成膜液的黏度和流動性等都起到很大作用，進(jìn)而影響可食用膜的性質(zhì)[9]。

由圖2（a）可以看出，膜的厚度隨著黃原膠濃度的增大而增大，黃原膠濃度在0.2%～0.5%時可形成完整膜。當(dāng)黃原膠濃度為0.1%時，溶液黏度過小，不易交聯(lián)成膜;當(dāng)黃原膠濃度為0.5%時，成膜液中黏度過大，在有機玻璃板上涂膜時較難脫除氣泡，導(dǎo)致不易形成薄且均一透明的膜。由圖2（b）可以看出，可食用膜的透濕系數(shù)和溶解率都隨黃原膠濃度的增大而增大，且差異不顯著（P>0.05），其主要原因是黃原膠為親水性物質(zhì)，可以改善膜的阻水性能，因其極性強且不易形成致密分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以會使水蒸氣的透過率上升，也在一定程度上彌補了WPC膜不易溶于水的缺點[10]?；パa過后可使覆蓋在草莓表面的可食用膜入口即溶，不影響草莓的食用口感，這與王振宇等[11]、李? 瑜等[12]的研究結(jié)果較為一致。

2.3? ? 成膜液pH值對膜性能的影響

pH值主要通過影響WPC和黃原膠的溶解度、分子構(gòu)型來影響膜的性質(zhì)[13-14]。因為WPC的等電點為4.9，黃原膠的等電點為4.7，所以在pH=5時，成膜液中多為絮狀沉淀，不是均一介質(zhì)無法干燥成膜。由圖3（a）可以看出，膜的厚度隨pH值的變化不大，差異不顯著（P>0.05）。由圖3（b）可以看出，隨pH值升高，溶解率呈緩慢上升趨勢，主要是由于離成膜基質(zhì)的等電點越遠(yuǎn)，分子間相互作用力越強，所帶的電荷也增多，易于與水分子團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，溶解性增大。透濕系數(shù)在pH=7時達(dá)到最小，為0.427 g·mm/（m2·h·kPa），此時膜的保鮮貯存性能較好，這與李慧[15]的觀點較為一致。

2.4? ? 正交試驗

由表2可知，在以膜厚度為評價指標(biāo)時，影響因素從大到小依次為WPC濃度>黃原膠濃度>pH值，最優(yōu)的水平組合為WPC濃度10%、黃原膠濃度0.3%、pH=7，此時可食用膜厚度最薄，對于草莓色澤等影響最小。由表3可知，在以透濕系數(shù)為評價指標(biāo)時，影響因素為WPC濃度=黃原膠濃度>pH值，最優(yōu)的水平組合為WPC濃度12%、黃原膠濃度0.2%、pH=7，此時可食用膜透濕系數(shù)最小，對草莓的防腐保鮮起到一定作用;由表4可知，在以溶解率為評價指標(biāo)時，影響因素為WPC濃度>黃原膠濃度>pH值，最優(yōu)的水平組合為WPC濃度11%、黃原膠濃度0.3%、pH=9，此時可食用膜溶解度適中，不會在水蒸氣較高的環(huán)境中發(fā)生自溶現(xiàn)象，既能起到保護(hù)作用，又可在食用時入口即溶，不會對草莓口感造成影響。

通過加權(quán)分析綜合評價，得出對于可食用膜各指標(biāo)影響因素為WPC濃度>黃原膠濃度>pH值，最優(yōu)的水平組合為WPC濃度12%、黃原膠濃度0.3%、pH=7，此時膜具有膜厚度低、透濕系數(shù)低和溶解率適中的特點。

2.5? ? 草莓防腐保鮮可食用膜的感官評定

通過正交試驗確定可食用膜最優(yōu)化的成膜配方為乳清濃縮蛋白12%、黃原膠添加量0.3%、pH=7。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行草莓防腐保鮮可食用膜的感官評定。

根據(jù)丁? 華等[16]制定的草莓感官評價標(biāo)準(zhǔn)（表5）進(jìn)行感官評定，采取10分標(biāo)準(zhǔn)，評價員為期5 d分別對正常放置的草莓和由可食用膜覆蓋的草莓進(jìn)行感官評分，所得分?jǐn)?shù)取平均值，繪制圖。

從圖4可以看出，無論是有膜還是無膜，草莓的感官評分都隨著天數(shù)的增多而顯著下降。當(dāng)草莓覆蓋防腐保鮮可食用膜時，第1天的感官評分沒有新鮮草莓高，因為食用膜具有淡黃色，對新鮮草莓的外觀產(chǎn)生一定影響[17-18]。但隨著天數(shù)的增加，有食用膜的草莓明顯比無食用膜草莓的感官評分要高，特別是從第3天開始，無食用膜覆蓋的草莓品質(zhì)呈直線式下降，這主要是由于膜脂過氧化的酶促（SOD）和非酶促（ASA） 2類防御系統(tǒng)迅速衰退，果實進(jìn)入代謝紊亂和組織衰老階段，與于天穎等[4]的觀點相吻合。到達(dá)第5天，無膜草莓的評分低至3.8分，而有膜草莓仍保持在6.5分，處于保存品質(zhì)及格線以上，這說明了乳清蛋白可食用膜對草莓的品質(zhì)保護(hù)起到了一定的作用。

3? ? 結(jié)論

（1）通過單因素試驗，評定了WPC濃度、黃原膠濃度及pH值對膜性能的影響，得知WPC濃度為10%～12%、黃原膠濃度為0.2%～0.4%、pH值為6～9時，可形成較完整、薄且均一透明的可食用膜，為可接受范圍。本試驗在此成膜基礎(chǔ)上優(yōu)化原料配比和工藝參數(shù)。

（2）通過正交試驗，綜合各方面理化因素分析，得出對于可食用膜各指標(biāo)的影響因素依次為WPC濃度>黃原膠濃度>pH值，最佳成膜工藝為WPC濃度12%、黃原膠濃度0.3%、pH=7。此時制得的草莓防腐保鮮可食用膜厚度較薄，不影響草莓色澤;透濕系數(shù)最低，可以延緩草莓組織衰敗;溶解率適中，入口可溶，對口感并未造成較大影響。

（3）對有膜包被的新鮮草莓和無膜包被的新鮮草莓進(jìn)行感官分析，隨著天數(shù)的增加，前者評分明顯高于后者，這說明乳清蛋白可食用膜對草莓的品質(zhì)保護(hù)起到了一定作用。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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