張　超，郭曉飛，李　武，馬　越，趙曉燕

（北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

干燥溫度對(duì)大豆分離蛋白/羧甲基纖維素復(fù)合膜性能的影響

張超，郭曉飛，李武，馬越，趙曉燕*

（北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

研究干燥溫度對(duì)大豆分離蛋白/羧甲基纖維素復(fù)合膜的影響。結(jié)果顯示90℃干燥復(fù)合膜的厚度較其他復(fù)合膜顯著降低（p＜0.05），密度顯著提高（p＜0.05），其抗拉伸強(qiáng)度是30℃干燥復(fù)合膜的2.64倍（p＜0.05）、水蒸氣透過(guò)率僅為30℃干燥復(fù)合膜的78%（p＜0.05）。干燥溫度90℃顯著提高復(fù)合膜的性能。

干燥溫度，大豆分離蛋白，復(fù)合膜，拉伸強(qiáng)度，透明度

由于“白色污染”日益嚴(yán)重，具有可降解特性的可食用膜逐漸成為研究熱點(diǎn)［1-4］。研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白（Soybean protein-isolate，SPI）復(fù)合膜在較低干燥溫度下獲得均一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［5］；然而在較高的干燥溫度下，SPI復(fù)合膜內(nèi)部均一性降低，但原料分子之間交聯(lián)作用加強(qiáng)［6］。本研究考察干燥溫度對(duì)SPI/羧甲基纖維素（carboxymethylcellulose，CMC）復(fù)合膜性能的影響，以期為提高SPI/CMC復(fù)合膜的性能提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

GS5000型SPI 食品級(jí)，山東谷神科技股份有限公司；CMC食品級(jí)，北京霞光食品添加劑有限公司；硬脂酸食品級(jí)，上海延蜂油脂化工有限公司；甘油純度≥99%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司。

Model CD-6 BS測(cè)厚儀Mitutoyo Co.，日本；T-10 basic手持分散機(jī)IKA公司，德國(guó)；TA.XT plus物性分析儀Stable Micro SystemsTM，Godalming，Surrey，英國(guó)；PERMATRAN-W Model 1/50 G水蒸氣透過(guò)率儀、Mocon OX-TRAN Model 2/61氧氣透過(guò)測(cè)定儀MOCON公司，美國(guó)；CM3700d型色差分析儀Konica Minolta有限公司，日本；UV-1800型分光光度計(jì)島津公司，日本；HR1861型食品粉碎機(jī)Philips電器中國(guó)有限公司，中國(guó)；DHG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱北京雅士林實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司，中國(guó)；RT 5 power型磁力攪拌器IKA公司，德國(guó)；KQ-500DE型超聲波振蕩儀昆山市超聲儀器有限公司，中國(guó)。

1.2復(fù)合材料的制備

將SPI和CMC分別溶于去離子水中，室溫下攪拌24h，將SPI與CMC溶液按1∶1（固形物質(zhì)量為2%，w/v）的比例進(jìn)行混合，添加SPI和CMC質(zhì)量25%（w/w）的甘油和6%（w/w）的硬脂酸，攪拌30min后再分散處理5min；混合液超聲脫氣20min后傾倒至平板，置于30℃的烘箱中干燥成膜36～40h，揭膜后將其置于25℃環(huán)境，濕度為55%±3%的飽和硝酸鎂干燥器中貯藏48h以上。

1.3厚度和密度的測(cè)定

依據(jù)GB/T 6672-2001［8］測(cè)定復(fù)合膜的厚度，每張膜對(duì)稱選取12個(gè)點(diǎn)測(cè)定，以平均值表示復(fù)合膜的厚度。密度為單位體積復(fù)合膜質(zhì)量與體積之比，稱取單位面積膜的質(zhì)量，以質(zhì)量除以面積與厚度的乘積，單位為g/cm3。

1.4抗拉伸強(qiáng)度測(cè)定

采用美國(guó)實(shí)驗(yàn)材料學(xué)會(huì)的測(cè)定方法［9］。將樣品裁成25mm×80mm，初始夾具之間距離為45mm，拉伸觸發(fā)力5g，拉伸速率1mm/s，測(cè)試重復(fù)五次以上，求抗拉伸強(qiáng)度平均值。計(jì)算參照公式（1）。

式中，TS為抗拉伸強(qiáng)度，MPa；F為材料斷裂所承受最大拉力，N；a為材料的厚度，mm，b為材料寬度，mm。

1.5水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定

依據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試［10］。樣品測(cè)試面積為5cm2，高純氮?dú)獯祾卟牧系膬蓚?cè)，滲透?jìng)?cè)和干燥側(cè)的濕度分別為50%和15%。樣品測(cè)定三次，求其平均值。計(jì)算參照公式（2）。

其中，WVP為樣品水蒸氣通過(guò)率，g·m/m2·d；WVPR為水蒸氣的傳遞速率g/m2·d·MPa；△P為材料兩側(cè)的壓差，0.1MPa；a為材料厚度，m。

1.6透光性測(cè)定

將每張膜裁成矩形放入分光光度計(jì)的比色皿中，以空氣為參比；每張膜測(cè)定三次，求其平均值。膜的透光性參照公式（3）。

其中，T為樣品的透光性；T600nm為材料在600nm下的透光率，a為材料的厚度，m。

1.7顏色測(cè)定

使用測(cè)色儀中LAB顏色系統(tǒng)表征樣品的顏色，所有樣品重復(fù)測(cè)試三次以上，以平均值表示樣品顏色［2］。

1.8統(tǒng)計(jì)分析

利用Orgin 8.0對(duì)圖像進(jìn)行繪制；SAS 9.1.3（美國(guó)SAS公司）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與討論

2.1SPⅠ/CMC復(fù)合膜

表1顯示干燥溫度對(duì)復(fù)合膜基本參數(shù)的影響。當(dāng)干燥溫度為90℃時(shí)，SPI/CMC復(fù)合膜厚度顯著低于其他溫度下干燥獲得復(fù)合膜的厚度（p＜0.05），而復(fù)合膜的密度顯著高于其他溫度下干燥獲得復(fù)合膜的密度（p＜0.05）。

表1　干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜基本參數(shù)的影響Table 1　Effect of drying temperature on basic parameters of SPI/CMC composite films

2.2SPⅠ/CMC復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度

圖1為干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度的影響。隨著干燥溫度提高，復(fù)合膜抗拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)干燥溫度為90℃時(shí)，SPI/CMC復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度顯著高于其他溫度條件下的拉伸強(qiáng)度（p＜0.05），達(dá)到30℃干燥復(fù)合膜抗拉伸強(qiáng)度的2.64倍。原因可能在于90℃促使SPI球狀結(jié)構(gòu)的伸展，使分子間結(jié)構(gòu)更加緊湊和致密［11-12］。

圖1　干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度的影響Fig.1　Effect of drying temperature on tensile strength of SPI/CMC composite films

2.3SPⅠ/CMC復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率

圖2　干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率的影響Fig.2　Effect of drying temperature on water vapor permeability of SPI/CMC composite films

圖2顯示隨著干燥溫度升高，復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。當(dāng)干燥溫度為90℃時(shí)，復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率顯著低于其他溫度條件下復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率（p＜0.05）。90℃干燥復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率顯著低于其他復(fù)合膜（p＜0.05），僅為30℃干燥復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率的78%。

2.4SPⅠ/CMC復(fù)合膜光學(xué)性能

表2為干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜顏色和透光性的影響。90℃干燥的復(fù)合膜的透光性最強(qiáng)，顯著高于其他溫度干燥獲得的復(fù)合膜（p＜0.05）。復(fù)合膜在30℃和120℃干燥時(shí)的L值顯著高于60℃和90℃干燥的復(fù)合膜（p＜0.05）；復(fù)合膜在120℃干燥下的b*值顯著高于其他復(fù)合膜（p＜0.05），原因在于較高的溫度引發(fā)美拉德反應(yīng)或焦糖化反應(yīng)，生成的產(chǎn)物引起復(fù)合膜顏色發(fā)黃［7］。

表2　干燥溫度對(duì)SPI/CMC復(fù)合膜光學(xué)性能的影響Table 2　Effect of drying temperate on optics of SPI/CMC composite films

3　結(jié)論

在90℃干燥的SPI/CMC復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)最為致密、拉伸強(qiáng)度最高、水蒸氣透過(guò)率最低、透明度最高。90℃干燥的復(fù)合膜性能較30℃干燥的復(fù)合膜性能顯著提高。因此，干燥溫度90℃更加靠近膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一和分子間交聯(lián)作用加強(qiáng)之間的平衡點(diǎn)。

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Effect of drying temperature on properties of soybean protein-isolate/ carboxymethylcellulose composite films

ZHANG Chao，GUO Xiao-fei，LI Wu，MA Yue，ZHAO Xiao-yan*
（Beijing Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops（North China），Ministry of Agriculture，Key Laboratory of Urban Agriculture（North），Ministry of Agriculture，Beijing 100097，China）

The effect of drying temperature on properties of soybean protein isolate/carboxymethyl cellulose composite films was evaluated.The drying temperature of 90℃ lowered the thickness of the composite films and enhanced their density significantly（p＜0.05）.The tensile strength and water vapor permeability of the composite films dried at 90℃was 2.64 time and 78%of those of the composite films dried at 30℃，respectively. The drying temperature of 90℃improved the performance of the composite films effectively.

drying temperature；soybean protein isolate；composite film；tensile strength；transparency

TS201

A

1002-0306（2015）10-0317-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.058

2014－08－04

張超（1978-），男，博士，副研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究。

趙曉燕（1969-），女，博士，研究員，主要從事蔬菜深加工方面的研究。

北京市優(yōu)秀人才（2010D002020000012）；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)新學(xué)科培養(yǎng)（KJCX20140204）資助。