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传统食品包装袋难降解,易污染环境。可食膜材料一般由脂类、树脂、多糖和蛋白质中的一种或几种组成,其中大豆分离蛋白SPI营养价值高、成膜性好、易降解等优势,但由于其存在机械性能差、热稳定性低和阻隔性差等缺陷,限制了其在食品工业中的应用。添加了脂类组分的SPI膜,与空白对照组相比,可大幅提高膜产品自身的性能。单月桂酸甘油酯(GML)是一种非离子型表面活性剂,其分子结构不对称,同时含有疏水性的长链烃基以及亲水性的羟基,兼具良好的乳化性及防腐性。SPI和GML共混制得的薄膜或涂层,作为食品包装材料或者涂膜剂可大幅延长食品的货架期,同时兼具可食、可降解等优点。
来自浙江工业大学海洋学院的顾赛麒、余晓梅、蔡燕萍等拟通过研究GML添加量对SPI复合膜成膜特性的影响,并运用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)技术初步探讨了两者的成膜机制,旨在为SPI复合膜等新型可食性包装材料的研发与应用提供理论依据。
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膜特性分析
GML添加量对机械性能的影响TS与E的变化规律基本相似,均在GML添加量为0.2%时达到最大值。当GML添加量等于或者超过0.4%时,TS呈逐步下降趋势但整体降幅较缓,而E变化趋势不明显,仅在GML添加量为1.0%时显著下降(P<0.05)。蛋白膜中添加脂类组分会导致复合膜的机械性能变差。当GML添加量较低时(0.2%左右),GML-SPI复合膜的机械性能却达到最佳。
GML添加量对WVP的影响与空白对照样相比,添加GML可以有效降低GML-SPI复合膜的WVP。当GML添加量在0.2%~0.4%时,WVP下降幅度较小;而当GML添加量大于0.4%时,WVP显著下降(P<0.05)。SPI膜中添加GML可显著降低其水蒸气透过能力。
GML添加量对水溶性的影响GML-SPI复合膜的水溶性随着GML添加量的增加而降低,但当GML添加量到达1.0%时,水溶性略微上升,因此,在包装高含水量的食品时,选用低水溶性的GML-SPI复合膜,其产品质量稳定性较好。
GML添加量对透光率及色泽的影响GML-SPI复合膜的透光率随着GML添加量的增加而降低,当GML添加量为0.4%时,透光率已降至空白对照组的60%左右,ML-SPI复合膜的L*值和W值却随着GML添加量的增加而上升。可食性包装膜自身的色泽一定程度上会影响食品感官品质,而GML-SPI复合膜L*值、W值高,在此方面优势突出。
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成膜机制探讨
傅里叶变换红外光谱分析
~cm-1和~cm-1分别是N—H和O—H的伸缩振动特征吸收带。各组样品均在cm-1处有宽而强的吸收峰。cm-1处为C—H的伸缩振动峰,而cm-1处有吸收峰则证明羰基的存在。随着GML添加量的增加,cm-1的峰形变得尖锐且强度增大;当GML添加量超过0.4%时,cm-1处开始出现较为明显的吸收峰。酰胺Ⅰ带、Ⅱ带的特征吸收峰分别位于~cm-1以及~cm-1范围内,随着GML添加量的增加,GML-SPI复合膜在上述区域内的吸收峰强度逐渐降低,不同GML添加量的GML-SPI复合膜样品其FT-IR图较为相似,当添加GML后,除羰基特征峰外,FT-IR图中未出现其他新的特征峰。
XRD分析
空白对照组样品(SPI膜)与不同GML添加量的复合膜其XRD图基本一致,均在2θ为20°处有较宽的主峰,在其他区域未有新衍射峰出现,表明SPI和GML可能未发生化学反应而产生新的物质,两者仅是物理相互作用。SPI膜的结晶度为0.55%,而加入0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的GML后,GML-SPI复合膜的结晶度分别提升到1.78%、22.17%、35.80%、39.21%、39.76%。SPI膜的衍射峰宽且较平滑,表明该膜是一种非结晶聚合物;当加入GML后,开始出现较窄、较尖锐的衍射峰,表明GML-SPI复合膜中出现了结晶析出的现象。
DSC分析
当GML添加量小于或等于0.2%时,GML-SPI复合膜无明显结晶峰出现;而当GML添加量超过0.2%时,GML-SPI复合膜在10~20℃范围内开始出现结晶峰,且随着GML继续添加,结晶温区变窄、结晶峰形变尖、结晶热增大,表明GML-SPI复合膜的结晶度会随着GML添加量的增加而升高。分析熔融曲线可知,添加GML后,GML-SPI复合膜在40~50℃左右均有吸收峰出现,推测GML添加量对GML-SPI复合膜的玻璃化转化温度影响不大。空白对照组样品(SPI膜)无明显玻璃化转化峰。还可发现,在~℃范围内出现了另一吸收峰(为熔融峰),并且随着GML添加量的增加,熔融峰面积减小,熔融起始温度提高。
SEM图像分析
GML的添加改变了GML-SPI复合膜表面平整度:未添加GML时,SPI膜表面较为平滑;GML添加量为0.2%时,复合膜表面平整度开始发生变化;GML添加量超过0.2%时,复合膜表面平整度大幅下降。
未添加GML的SPI膜中存在较多空隙,结构不紧密,GML添加量为0.2%时,膜内空隙减少;而当添加量超过0.2%时,膜内空隙消失。添加GML后,GML-SPI复合膜的结晶度提高,导致孔隙率下降。复合膜表面已经出现小球状的GML颗粒,表明当GML添加量大于或等于0.8%时,GML-SPI复合膜中发生了两相分离现象。当GML添加量较大时,与SPI相容性较差,在缓慢的干燥过程中,部分GML向膜表面迁移,并最终在GML-SPI复合膜表面形成脂质层。
结论本实验研究了GML添加量对GML-SPI复合膜成膜特性的影响。结果表明,随着GML添加量的增加,GML-SPI复合膜的TS和E呈先上升后下降趋势,该复合膜的WVP、透光率、水溶性逐渐下降,而L*值和W值有所增加。通过FT-IR、XRD、DSC和SEM分析发现:GML和SPI分子间主要以氢键、疏水作用力等次级键相互结合,并未产生新的化学键;添加GML可使GML-SPI复合膜的结晶度提高,熔点升高;同时也会造成复合膜的内部空隙逐渐减小,变得更加致密;当GML添加量超过0.8%时,GML-SPI复合膜中会出现两相分离现象。
本文《单月桂酸甘油酯添加量对大豆分离蛋白复合膜成膜特性的影响》来源于《食品科学》年38卷21期-页,作者:顾赛麒,余晓梅,蔡燕萍,丁玉庭。DOI:10./spkx--21039。图片来源于百度图片。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改:《食品科学》通讯员江西师范大学瑶湖校区生命科学学院袁媛编辑/责编:张睿梅为进一步深入研究食品产业科技创新基础理论,保障食品质量与安全,研发具有营养和保健功能的食品,推动食品科学研究的进步,带动食品产业的技术创新,更好地保障人类身体健康和提高生活品质,北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志,将与国际谷物科技学会(ICC)、合肥工业大学生物与食品工程学院、安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室、南京财经大学食品科学与工程学院、华美食品学会(CAFS)共同于年8月2-3日在安徽合肥举办“第十届食品科学国际年会”,
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