方晨璐，李 超，王 瑩，孟茁越

（1.咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，陜西 西安 712000；2.陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，陜西 西安 710048；3.陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710021）

隨著大眾環(huán)保意識(shí)的不斷提高，用生物可降解資源替代傳統(tǒng)石油基塑料膜的呼聲日益高漲。在眾多替代品中，淀粉因具有天然無毒、價(jià)格低廉、可再生、易降解等優(yōu)點(diǎn)，已被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的綠色膜材料的原料之一[1-3]。淀粉成膜是利用其凝沉特性，主要是直鏈淀粉分子的結(jié)合，而具有分支結(jié)構(gòu)的支鏈淀粉不僅不易發(fā)生凝沉，而且對(duì)直鏈淀粉的凝沉有一定的抑制作用[3]。研究發(fā)現(xiàn)，綠豆淀粉的直鏈淀粉含量通常高于薯類或谷物淀粉，是良好的成膜基材[2,4-5]，但純綠豆淀粉膜具有脆性大、親水性強(qiáng)、力學(xué)性能差等缺點(diǎn)，因此需加入其他物質(zhì)復(fù)合來進(jìn)行改善。Ren 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖的加入可以提高淀粉/殼聚糖復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，降低水蒸氣透過系數(shù)。Ghanbarzadeh 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉膜中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的檸檬酸，溶解度有所增加。

大豆分離蛋白是以大豆粕為原料生產(chǎn)的一種全價(jià)粉狀天然食品添加劑，具有成膜能力[8-9]。池慧瑩等[10]對(duì)比了水溶性淀粉/大豆分離蛋白復(fù)合膜與單一水溶性淀粉膜的性能差異，發(fā)現(xiàn)它們的斷裂伸長(zhǎng)率雖無顯著差異，但復(fù)合膜具有較好的阻光、阻濕性。Zhang等[11]研究了殼聚糖/大豆分離蛋白共混涂膜對(duì)杏果實(shí)品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜可有效降低杏果實(shí)的失重率，對(duì)可滴定酸和可溶性固形物的保持等發(fā)揮正向作用。但目前關(guān)于綠豆淀粉和大豆分離蛋白復(fù)合可食性膜材料應(yīng)用于水果保鮮領(lǐng)域還鮮有報(bào)道。青脆李是我國(guó)主栽的李子品種之一，果實(shí)單果質(zhì)量在20～40 g 左右。但青脆李屬于呼吸躍變型果實(shí)，采摘后易腐爛變質(zhì)，且不耐貯藏，低溫下更易發(fā)生冷害[12]，因此需要采取適當(dāng)?shù)姆椒▉硌娱L(zhǎng)其貯藏期。

本文以綠豆淀粉和大豆分離蛋白為主要原料，通過性能測(cè)定篩選可食性綠豆淀粉基復(fù)合膜的最佳復(fù)合比例，同時(shí)表征該復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，并考察其對(duì)青脆李貯藏品質(zhì)的影響，以期為可食性綠豆淀粉基復(fù)合膜在水果保鮮中的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

青脆李：購自超市。

綠豆淀粉（直鏈淀粉＞29.5%）：西安香再來調(diào)味品廠；大豆分離蛋白（粗蛋白質(zhì)≥90%，食品級(jí)）：山東萬得福生物科技有限公司；甘油（食品級(jí)）：天津津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；無水氯化鈣、草酸、2,6 二氯靛酚等均為分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

bjhbcz-001-X 型螺旋測(cè)微儀：佛山市立發(fā)五金工具有限公司；DHG-9140A 型臺(tái)式恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FA3103C 型電子天平：上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；TU-1810 型可見分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限公司；TA.XT plus型物性分析儀：英國(guó)Stable Micro System 公司；STA449 F3 型傅里葉紅外光譜儀：德國(guó)布魯克公司；S-4800 型掃描電鏡：日本日立公司；GY-B 型水果硬度計(jì)：濟(jì)南倍能儀器有限公司；WYT-J 型手持糖度計(jì)：廣州滬瑞明儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 綠豆淀粉基復(fù)合膜的制備方法

稱取一定質(zhì)量大豆分離蛋白，加入蒸餾水制成0.04 g/mL 懸浮液，再加入占大豆分離蛋白總質(zhì)量25%的甘油，室溫下攪拌2 min 混勻后，置于60 ℃水浴中加熱至溶解。用蒸餾水制成0.06 g/mL 綠豆淀粉懸浮液，90 ℃水浴中加熱至溶解。再用上述溶液配制綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例（質(zhì)量比）分別為1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3 的膜液（通過對(duì)樣品性能測(cè)試，進(jìn)一步確定最佳比例），以10 000 r/min 均質(zhì)5 min，冷卻后獲得膜液。用流延成膜法將膜液澆鑄在平板槽內(nèi)，于40 ℃、相對(duì)濕度（RH）50%的條件下干燥，使其溶劑蒸發(fā)后揭取成膜，備用。

1.2.2 膜性能測(cè)定

1.2.2.1 厚度

使用螺旋測(cè)微儀，在膜上隨機(jī)取5 個(gè)點(diǎn)測(cè)定，結(jié)果取平均值。

1.2.2.2 含水率、溶脹指數(shù)和溶解度

將膜裁剪成20 cm×20 cm 大小后稱重并讀取初始質(zhì)量，然后于75 ℃干燥至恒重后再次讀取質(zhì)量，接著于室溫下，將膜浸泡在20 mL 蒸餾水中24 h，取出用濾紙將表面的水擦干后讀取第3 次質(zhì)量，最后于75 ℃條件下再次干燥并讀取最后質(zhì)量。根據(jù)文獻(xiàn)[1]計(jì)算含水率、溶脹指數(shù)和溶解度。

1.2.2.3 水蒸氣透過系數(shù)

采用GB/T 1037—2021[13]中的倒杯法測(cè)定水蒸氣透過系數(shù)。在室溫條件下，用膜對(duì)裝有適量無水氯化鈣的稱量瓶進(jìn)行封口并稱重，然后將稱量瓶放入底部為去離子水的干燥器里，平衡12 h 后，每隔2 h 稱量1 次。

1.2.2.4 透明度

使用可見分光光度計(jì)，于650 nm 下測(cè)定膜的透光率，以透光率表示透明度。

1.2.2.5 力學(xué)性能

取15 mm×60 mm 大小的膜，用物性分析儀測(cè)定膜斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度（TS）和斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)定條件：夾具初始距離50 mm，拉伸速度5 mm/min。

1.2.3 膜的結(jié)構(gòu)表征

1.2.3.1 傅里葉紅外光譜分析

取適量膜與KBr 混合研磨后壓片，用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定條件：掃描波數(shù)設(shè)置為全波長(zhǎng)4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，以空氣為空白參比，累計(jì)掃描32 次。

1.2.3.2 掃描電鏡（SEM）分析

將少量膜用導(dǎo)電膠固定于載物臺(tái)上，真空噴金處理后，置于掃描電鏡下拍攝。

1.2.4 青脆李的品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

用上述“1.2.1”制得的膜液對(duì)青脆李進(jìn)行涂膜后轉(zhuǎn)入25℃環(huán)境中貯藏，以未涂膜的青脆李為對(duì)照（CK），每5 d 進(jìn)行1 次指標(biāo)測(cè)定。

1.2.4.1 硬度

隨機(jī)選取10 個(gè)果實(shí)，在果實(shí)赤道部位取間隔等距的3 個(gè)位置，用水果硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)定。

1.2.4.2 可溶性固形物（TSS）含量隨機(jī)選取10 個(gè)果實(shí)，去皮、去核后研磨成勻漿，使用手持糖度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4.3 可滴定酸含量

參考潘旭琳等[14]的方法，采用酸堿滴定法測(cè)定。

1.2.4.4 抗壞血酸含量

采用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定。

1.2.4.5 腐爛率

參考張意靜[15]的方法，采用稱量法計(jì)算。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)樣品進(jìn)行3 次平行測(cè)定，所得數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過方差分析（ANOVA）確定數(shù)據(jù)之間的差異顯著性，以P＜0.05表示顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例對(duì)綠豆淀粉基復(fù)合膜性能的影響

由圖1A 可知，隨著大豆分離蛋白添加比例的增加，復(fù)合膜厚度不斷增大，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶3 時(shí)，復(fù)合膜厚度比綠豆淀粉膜（復(fù)合比例1∶0）增加了約2 倍，說明大豆分離蛋白是決定膜固形物含量的主要組分。Malherbi 等[16]對(duì)添加不同含量明膠的玉米淀粉復(fù)合膜進(jìn)行了厚度測(cè)試，也得到了相似的結(jié)果。

由圖1A 可知，復(fù)合膜含水率也隨大豆分離蛋白添加比例的增加而增大，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶3 時(shí)，含水率較復(fù)合比例為1∶0 時(shí)提高了約1 倍。這是由于大豆分離蛋白中含大量親水羥基和氨基，其會(huì)同淀粉競(jìng)爭(zhēng)與水分子的結(jié)合，并最終成為提高含水率的重要組分[17]。Liu 等[18]也發(fā)現(xiàn)隨著更多大豆分離蛋白的加入，氧化玉米淀粉復(fù)合膜的含水率也有所提高。

較高的溶脹指數(shù)在多數(shù)情況下限制了包裝膜在水果保鮮中的應(yīng)用。由圖1B 可以看出，隨著大豆分離蛋白添加比例的增加，復(fù)合膜溶脹指數(shù)也有明顯增大，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶3 時(shí)，溶脹指數(shù)較復(fù)合比例1∶0 時(shí)提高了約1 倍。這與大豆分離蛋白具有一定的溶脹性有關(guān)[19]。研究證明，大豆分離蛋白中強(qiáng)極性基團(tuán)相比于淀粉更傾向于與水分子形成氫鍵，因此更有助于溶脹指數(shù)的提高[20]。

復(fù)合膜溶解度也隨著大豆分離蛋白添加比例的增加而增大（圖1B），在綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶3 時(shí)，比1∶0 時(shí)提高了約3 倍。這主要是由于具有強(qiáng)親水性的大豆分離蛋白很容易與水分子發(fā)生相互作用[17]，從而導(dǎo)致膜溶解度增加。綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶0、3∶1、2∶1 時(shí)，膜的溶解度增速較慢，溶解度偏低（13%～18%）。在實(shí)際應(yīng)用中，膜的溶解度并非越高越好，對(duì)于高水分含量水果而言，其包裝采用低溶解性的膜材料為最佳選擇[13]。

水果包裝膜的主要功能之一是保持水果的品質(zhì)，延長(zhǎng)其保質(zhì)期，而水蒸氣的透過情況會(huì)嚴(yán)重影響包裝內(nèi)水果品質(zhì)的變化速率[13]。水蒸氣的透過情況通常用水蒸氣透過系數(shù)（Pv）表示，Pv 越低，說明阻濕性越強(qiáng)[10]。由圖1C 可知，隨著大豆分離蛋白添加比例的增加，復(fù)合膜Pv 呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為2∶1 時(shí)，Pv 最低（1.2×10-5g·mm·cm-2·h-1·Pa-1）。說明當(dāng)大豆分離蛋白含量較低時(shí)，其可均勻地分散在淀粉基體中，并與淀粉間形成強(qiáng)相互作用，從而阻礙水蒸氣通過。而當(dāng)大豆分離蛋白添加比例過高時(shí)，由于其具有的親水性反而利于水蒸氣通過，因此之后Pv 上升較迅速。

透明度是包裝膜的重要指標(biāo)，消費(fèi)者更喜歡選擇透明的膜材料應(yīng)用于水果表面包裝。由圖1C 可知，大豆分離蛋白的增加明顯降低了復(fù)合膜的透明度。這可能與大豆分離蛋白與淀粉間的兼容性有關(guān)，兼容性越強(qiáng)，透明度越低[21]。李大軍等[22]也報(bào)道了過高的玉米醇溶蛋白添加量下測(cè)得玉米淀粉復(fù)合膜的透明度較低。

圖1 綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例對(duì)綠豆淀粉基復(fù)合膜性能的影響Fig.1 Effects of the compound ratios of mungbean starch and soy protein isolate on properties of mungbean starch-based composite film

力學(xué)性能是決定包裝膜能否被廣泛應(yīng)用的重要因素。常見的測(cè)試指標(biāo)主要包括抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，分別與膜材料的剛性和韌性有關(guān)。由圖1D 可以看出，隨著大豆分離蛋白添加比例的增加，復(fù)合膜的TS 整體表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為2∶1 時(shí)，復(fù)合膜的TS 最大（35 MPa），說明此時(shí)膜的剛性最強(qiáng)。當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例為1∶0、3∶1、2∶1 時(shí)，抗拉強(qiáng)度明顯增加，這可能和大豆分離蛋白與淀粉之間的界面相互作用有關(guān)，這種相互作用主要是基于二者間的化學(xué)相似性。之后隨著大豆分離蛋白添加比例的提高，抗拉強(qiáng)度逐漸降低，說明高含量的大豆分離蛋白會(huì)導(dǎo)致其與淀粉之間發(fā)生相分離。而斷裂伸長(zhǎng)率整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明膜的韌性不斷增強(qiáng)，當(dāng)綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例≥2∶1 時(shí)，其斷裂伸長(zhǎng)率變化不顯著。綜合以上性能發(fā)現(xiàn)，綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1 時(shí)的綠豆淀粉基復(fù)合膜具備溶解性低、阻濕性強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)等特點(diǎn)，可進(jìn)一步應(yīng)用于水果保鮮。

2.2 綠豆淀粉基復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)表征

為進(jìn)一步了解綠豆淀粉與大豆分離蛋白的結(jié)構(gòu)及相互作用，對(duì)綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）進(jìn)行了傅里葉紅外光譜測(cè)試，同時(shí)以綠豆淀粉膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例1∶0）為空白對(duì)照，結(jié)果如圖2 所示。與綠豆淀粉膜相比，復(fù)合膜吸收峰位置基本未改變，只是整體向高波數(shù)略有移動(dòng)，說明在復(fù)合膜內(nèi)存在強(qiáng)烈的分子間氫鍵相互作用，這些相互作用會(huì)使得其組分間形成較好的相容性[5]。

圖2 綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）和綠豆淀粉膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例1∶0）的傅里葉紅外光譜圖Fig.2 FTIR spectra of mungbean starch-based composite film(compound ratio 2∶1)and mungbean starch film(compound ratio 1∶0)

綠豆淀粉膜在3 200～3 600 cm-1、2 940 cm-1、1 630 cm-1和1 420 cm-1附近出現(xiàn)了吸收峰，分別對(duì)應(yīng)羥基、C-H 鍵、葡萄糖環(huán)和O-H 鍵的伸縮振動(dòng)。這與Van Soest 等[23]關(guān)于原淀粉吸收峰的報(bào)道一致。而復(fù)合膜在3 200～3 600 cm-1附近的吸收峰則是由淀粉和蛋白質(zhì)的羥基以及蛋白質(zhì)N-H 鍵的共同伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。2 940 cm-1附近的峰則是與淀粉和蛋白質(zhì)C-H 鍵的振動(dòng)有關(guān)。在1 630 cm-1、1 420 cm-1附近的峰除對(duì)應(yīng)淀粉和蛋白質(zhì)O-H 鍵以及蛋白質(zhì)C=O 鍵的振動(dòng)外，還與蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)（代表C-O鍵、C-N 鍵、N-H 鍵）和Ⅲ區(qū)振動(dòng)有關(guān)[5]。

綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）的掃描電鏡結(jié)果如圖3 所示。由圖3可以看出：綠豆淀粉膜表面均勻、無孔，但稍粗糙（圖3A）；綠豆淀粉基復(fù)合膜與綠豆淀粉膜相比表面更加平滑均勻，且相分離不明顯（圖3B）。這說明綠豆淀粉和大豆分離蛋白復(fù)合后的兼容性更好，主要是由于大豆分離蛋白的加入提高了整個(gè)體系的膠黏性，這與上述FTIR 的結(jié)果一致。

圖3 綠豆淀粉膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例1∶0）（A）和綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）（B）的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM images of mungbean starch film(compound ratio 1∶0)(A)and mungbean starch-based composite film(compound ratio 2∶1)(B)

2.3 綠豆淀粉基復(fù)合膜對(duì)青脆李貯藏品質(zhì)的影響

綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）對(duì)常溫貯藏期間青脆李品質(zhì)的影響結(jié)果如表1 所示。硬度是直觀反映果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[24]。由表1 可見，在貯藏期間，CK 組與涂膜組青脆李的果實(shí)硬度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從貯藏第5 天開始，CK 組青脆李的果實(shí)硬度已逐漸低于涂膜組，且在貯藏第25 天時(shí)，CK 組與涂膜組的硬度差距最大，說明綠豆淀粉基復(fù)合膜能夠有效保持青脆李的硬度。

表1 綠豆淀粉基復(fù)合膜（綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1）對(duì)常溫貯藏期間青脆李品質(zhì)的影響Table 1 Effects of mungbean starch-based composite film(composite ratio 2∶1)on the qualities of green crisp plum during normal temperature storage

可溶性固形物是評(píng)價(jià)果蔬風(fēng)味的一項(xiàng)重要指標(biāo)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在貯藏過程中，CK 組青脆李的TSS 含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在貯藏第20 天時(shí)果實(shí)的TSS 含量達(dá)到最高，為22.6%。在貯藏前期，青脆李中淀粉、果膠、粗纖維等成分會(huì)因其成熟度的增加而被不斷分解成葡萄糖，表現(xiàn)為TSS 含量升高[25]；貯藏后期，TSS 作為呼吸作用主要消耗物質(zhì)而下降[24]。涂膜組青脆李的TSS 含量在貯藏期間呈逐漸上升趨勢(shì)，第25 天時(shí)達(dá)到21.7%，比CK 組的最高峰低。因此，綠豆淀粉基復(fù)合膜能更有效地減緩青脆李中TSS含量的上升，有利于果實(shí)風(fēng)味的保持。

有機(jī)酸和抗壞血酸（又稱VC）是評(píng)價(jià)水果新鮮度的關(guān)鍵因素。由表1 可見，在貯藏期間，CK 組和涂膜組的青脆李可滴定酸和抗壞血酸含量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但涂膜組青脆李的可滴定酸和抗壞血酸含量均高于CK 組。貯藏至25 d 時(shí)，CK 組和涂膜組青脆李的可滴定酸含量分別為0.3%和0.5%，抗環(huán)血酸含量分別為3.2 mg/g 和5.8 mg/g，表明綠豆淀粉基復(fù)合膜可以有效延緩青脆李中有機(jī)酸和抗壞血酸的降解。

水果腐敗會(huì)直接影響其可食性，誤食這種水果會(huì)發(fā)生嘔吐腹瀉等癥狀。由表1 可以看出，CK 組和涂膜組青脆李分別在貯藏第10 天和第15 天時(shí)開始出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象，之后腐爛率逐漸上升，至貯藏第25 天時(shí)，腐爛率分別為13.8%和2.4%。如圖4 所示，在整個(gè)常溫貯藏期間，與CK 組相比，涂膜組青脆李的品質(zhì)較好，未發(fā)生明顯軟化和腐爛現(xiàn)象。

圖4 常溫貯藏期間青脆李品質(zhì)變化照片F(xiàn)ig.4 Images of plum quality changes during storage at room temperature

3 結(jié)論

通過研究綠豆淀粉與大豆分離蛋白不同復(fù)合比例對(duì)綠豆淀粉基復(fù)合膜性能的影響，獲得了可食性綠豆淀粉基復(fù)合膜最佳復(fù)合比例。結(jié)果顯示：在綠豆淀粉與大豆分離蛋白復(fù)合比例2∶1 的條件下，可以獲得溶解度低、阻濕性強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)的綠豆淀粉基復(fù)合膜。將該復(fù)合膜進(jìn)一步應(yīng)用于青脆李貯藏保鮮中，發(fā)現(xiàn)綠豆淀粉基復(fù)合膜能較好地維持青脆李的硬度、可溶性固形物含量和可滴定酸含量等品質(zhì)指標(biāo)，有效延長(zhǎng)了其在常溫下的貨架期。該研究將為可食性淀粉基膜在水果保鮮中的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。