玉米醇溶蛋白成膜在柑橘保鲜中的应用

欧阳小艳，吴正奇，万端极，孙 武，马 超

（1湖北工业大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430068，2湖北工业大学食品与制药工程学院，湖北 武汉430068）

玉米醇溶蛋白（zein）是玉米黄粉中的主要储藏蛋白，它是由平均分子量为25 000～45 000的棒状蛋白分子组成的混合物，其疏水性很强。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%），缺乏能带电的酸性、碱性和极性基团的氨基［1］。这种特殊的氨基酸结构可以形成很强的分子内二硫键，其与分子间的疏水键一起构成的玉米醇溶蛋白极易成膜，并且这种膜光滑，耐水，耐油，防腐，可用于保鲜、防潮、隔氧、抗紫外线等，还有一定的抑菌作用［2］，然而，常温下纯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剂以改善它的柔韧性。作为环境友好材料的蛋白膜被广泛用于果蔬贮藏保鲜，能够在较长时间内保持果蔬原有形貌，减少果蔬水分、糖分等营养物质的散失，防止微生物生长，并且操作简单，成本低廉，保鲜效果明显，是理想的天然营养保鲜剂［3］。

根据应用领域的不同，可以将蛋白膜成膜方法分为浇铸成膜、挤压成膜、流延成膜、涂布或喷雾等［4－5］。但蛋白膜成膜普遍存在操作费用高、涂被不均匀、产品质量低劣、不适合大规模生产等问题［6－7］。流延法因操作设备常见、方法简单、溶液中可加入各种增塑剂改变膜机械特性等优点备受业界人士青睐［8］。本文采用流延成膜法，即首先对玉米醇溶蛋白膜的最佳成膜工艺条件作了一系列研究，然后在最优成膜条件下对柑橘进行涂膜实验，为玉米醇溶蛋白成膜工艺提供一定理论依据，同时为玉米醇溶蛋白膜在柑橘保鲜中的应用提供技术支撑。

1 试验材料与方法

1.1 材料

玉米黄粉:山东福洋生物科技有限公司。

1.2 试剂与仪器

FA-N/JA-N电子分析天平，上海之信仪器有限公司；101-1型电热鼓风恒温干燥箱，武汉格莱莫检测设备有限公司；HH-2数显恒温水浴锅，金坛市城西晓阳电子仪器厂；RX100III索尼相机，索尼公司；MASTER-4T型糖度仪，上海仪电物理光学仪器有限公司；乙醇，国药集团化学试剂有限公司；冰醋酸，国药集团化学试剂有限公司；甘油，上海权旺生物科技有限公司；油酸，四川天宇油脂化学有限公司；果糖，北京新世盛隆商贸有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程设计 玉米黄粉→冰醋酸浸提→离心→上清液干燥→玉米醇溶蛋白→烘干→粉碎过筛→加入增塑剂成膜→涂被于柑橘表面保鲜。

1.3.2 玉米醇溶蛋白的制备 将50g玉米黄粉加入600mL体积分数为85%的冰醋酸，55℃的水浴锅中浸提3h，重复提取3次，合并3次浸提的上清液，然后调节溶液酸碱度至玉米醇溶蛋白等电点pl6.2，除杂纯化，再选择真空冷冻干燥装置进行干燥，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强度的测定:

测定面积为2.5cm×5cm的膜在平衡48h后的拉伸强度。记录拉伸长度，用螺旋测微器测量膜的厚度d。拉伸强度

式中:ρ为拉伸强度，MPa；F为抗拉力，g；g为重力加速度；dm为膜的平均厚度，mm。

为防止样本受环境条件影响，测量要迅速，且每次从干燥器中取一个样本测量，每个样本平行测定3次。

失重率

式中:R为失重率，%；m1为该组柑橘的初重量，g；m2为该组柑橘N天后的重量，g。

1.3.4 玉米醇溶蛋白成膜试验 选取固液比、冰醋酸浓度、增塑剂、成膜介质等单因素进行试验，以玉米醇溶蛋白膜的拉伸强度为分析指标，通过分析单因素试验结果来确定最佳成膜条件。

表1 正交试验因素水平表

2 玉米醇溶蛋白成膜的分析与讨论

2.1 玉米醇溶蛋白成膜的单因素试验

2.1.1 玉米醇溶蛋白成膜剂的选择 取3个烧杯，各加入10g玉米醇溶蛋白，按固液比1∶8分别加入85%乙醇溶液（A）、pH 13碱液（B）和85%冰醋酸溶液（C）配成玉米醇溶蛋白液，均向内加入0.5%甘油为增塑剂，搅拌20min后放入80℃恒温水浴锅中加热15min，移取10mL的膜液涂于玻璃皿上，进行自然干燥，观察成膜情况，结果见图1。

由图1可知，85%乙醇溶液形成的膜透明性较好，但膜不完整、不均匀，膜质粗糙，裂纹多；pH 13溶液形成的膜透明性很差，膜完整，但不太均匀，有裂纹和空隙；85%冰醋酸形成的膜完整性好，膜厚，膜质细致均匀，但膜透明度略低。因此，选择85%冰醋酸作为成膜剂为宜。

图1 不同溶液形成的玉米醇溶蛋白膜

2.1.2 固液比对玉米醇溶蛋白成膜性能的影响

以85%冰醋酸作为提取剂，温度80℃，0.5%甘油为增塑剂，固液比依次为1∶6、1∶8、1∶10、1∶12的条件下在不锈钢板上成膜，结果见表2。

表2 不同固液比对玉米醇溶蛋白揭膜完整性的影响

由表2分析可知，随着固液比的增加，玉米醇溶蛋白膜机械强度先增加后下降，导致揭膜过程中呈现完整性由好变差的趋势。因此固液比1∶8为最佳。

2.1.3 冰醋酸浓度对玉米醇溶蛋白成膜性能的影响 在固液比为1∶10、温度80℃、0.5%甘油为增塑剂，冰醋酸浓度依次为60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%的条件下在不锈钢板上成膜，结果见图2。

图2 冰醋酸浓度与膜拉升强度的关系

由图2可知，随着冰醋酸浓度的增加，玉米醇溶蛋白膜的拉升强度呈逐渐增大趋势；冰醋酸浓度大于90%时，增加的非常缓慢。因此选择浓度为90%的冰醋酸作为玉米醇溶蛋白成膜最佳溶剂。

2.1.4 不同增塑剂对玉米醇溶蛋白成膜性能的影响 以85%冰醋酸作为提取剂、温度80℃、固液比1∶10的条件下，分别以0.5%果糖、0.5%果糖＋0.5%甘油、0.5%甘油三者作为增塑剂在不锈钢板上成膜，结果见图3。

图3 不同增塑剂对玉米醇溶蛋白膜的影响

由图3可以看出，添加0.5%甘油的膜拉伸强度最大，达到20.68g/mm2，因此选择0.5%甘油作为增塑剂。

2.1.5 成膜介质对玉米醇溶蛋白成膜性能的影响

以85%冰醋酸作为提取剂，0.5%甘油为增塑剂，在温度80℃，固液比1∶10的条件下分别在玻璃板、光滑塑料板、不锈钢板上成膜，结果见表3。

表3 不同成膜介质对成膜性能的影响

在这3种成膜介质中，不锈钢板的传热效果最好，表面光洁度也高，成膜性能也好，而玻璃板和光滑塑料板传热性差，导致成膜液中溶剂挥发不均匀，因而成膜性能也差，因此选择不锈钢板作为成膜介质。

2.2 正交试验确定玉米醇溶蛋白成膜的最佳条件

在单因素试验的基础上，设计正交实验因素水平表进行正交试验L9（34），正交试验结果如表4所示。

表4 正交试验的结果

由表4的正交实验结果可知，各因素对玉米醇溶蛋白膜拉伸强度的影响大小顺序为:增塑剂＞冰醋酸浓度＞成膜介质＞固液比。最优成膜条件为A1B3C3D2，即固液比0.125，冰醋酸浓度90%，0.5%甘油作增塑剂，成膜介质为光滑塑料板，在此条件下，玉米醇溶蛋白膜拉伸强度最大。在此最佳工艺条件下进行3组平行验证试验制备玉米醇溶蛋白膜，此时蛋白膜的拉伸强度为20.35g/mm2。

3 玉米醇溶蛋白膜在柑橘保鲜中的应用

3.1 玉米醇溶蛋白膜对柑橘感官性能的影响

选取性状与大小相近的10个柑橘，每5个为一组，分为1号组和2号组，用水洗净，浸泡于消毒液中15min以杀灭细菌，取出晾干后。2号组作为对照，将1号组的柑橘浸于制备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，对处理5、10、15、20d后的柑橘进行感官性能评价。

表5 柑橘表面感官评价表

由表5分析可知，随着时间的延长，涂膜样品能较长时间保持原有外观，说明蛋白膜能有效延缓柑橘内香味和溶质等营养成分向空气中传输，抑制需氧菌的生长，延缓柑橘品质下降和腐败变质，从而达到延长柑橘保藏时间的效果。

3.2 玉米醇溶蛋白膜对柑橘失重率的影响

选取性状与大小相近的10个柑橘，每5个为一组，分为1号组和2号组，用水洗净，浸泡于消毒液中15min以杀灭细菌，取出晾干后，2号组作为对照，将1号组的柑橘浸于制备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，对处理2、4、6、8、10、12、14d后的柑橘进行涂膜失重率评价（图4）。

图4 柑橘失重率

由图4分析可知，随着时间的延长，2号组柑橘失重率增幅较1号组大，说明玉米醇溶蛋白膜能阻碍样品内水分的蒸发，从而降低样品失重率。

3.3 玉米醇溶蛋白膜对柑橘总糖含量的影响

选取性状与大小相近的10个柑橘，每5个为一组，分为1号组和2号组，用水洗净，浸泡于消毒液中15min以杀灭细菌，取出晾干后，2号组作为对照，将1号组的柑橘浸于制备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，对处理5、10、15、20d后的柑橘总糖进行测定。实验结果见图5。

图5 柑橘总糖量与时间关系图

由图5可见，各组柑橘的总糖均明显下降，但涂膜柑橘能较长时间保持总糖含量，说明玉米醇溶蛋白膜能阻隔氧气的渗入，从而抑制柑橘的呼吸作用，减少糖分损耗，从而达到保鲜的效果。

4 结论

本课题是以玉米黄粉为原料，首先通过浸提制得玉米醇溶蛋白，然后再用85%冰醋酸作为成膜剂，采用单因素和正交试验对成膜过程进行深入研究和分析。玉米醇溶蛋白成膜过程中，各因素影响大小顺序为:增塑剂＞冰醋酸浓度＞成膜介质＞固液比，最佳工艺条件为:固液比1∶8，冰醋酸浓度90%，0.5%甘油作增塑剂，成膜介质为光滑塑料板，在此条件下，玉米醇溶蛋白膜拉伸强度为20.35g/mm2。

通过对柑橘表面进行涂膜实验，发现玉米醇溶蛋白膜对柑橘感官性能和失重率、总糖含量都有极大影响。蛋白膜样品能随着时间延长保持较好外观，阻碍柑橘内部水分和糖分等营养物质的消耗。

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