谷朊粉与其制备蛋白膜性能的相关性研究

张亚茹 王六强 李晓娟 黄雅露 张春红

(沈阳农业大学食品学院，沈阳 110866)

谷朊粉与其制备蛋白膜性能的相关性研究

张亚茹 王六强 李晓娟 黄雅露 张春红

(沈阳农业大学食品学院，沈阳 110866)

选取国内10种市售谷朊粉分别制备蛋白膜，分析谷朊粉的主要品质及蛋白膜的性能，通过相关性分析及逐步回归分析研究谷朊粉与蛋白膜品质之间的相关关系。相关分析表明：谷朊粉的巯基含量、溶解性、麦醇溶蛋白含量、吸水率、粗蛋白含量、水分含量、泡沫稳定性与膜的透光率、水溶性、阻氧性、水蒸气透过率及拉伸强度呈显著(P<0.05)或极显著相关(P<0.01)。逐步回归分析得出谷朊粉的粗蛋白含量、巯基含量、麦醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性对膜性能的影响较大。

谷朊粉 蛋白膜 品质 相关性

谷朊粉膜是一种以谷朊粉为原料，添加一定的增塑剂干燥后得到的可食性蛋白膜。其制备方法主要有2种，浇铸法是将成膜溶液倾倒到模具里干燥后形成可以揭下的薄膜；涂布或喷雾法是将成膜溶液涂布或喷雾于食品上，在食品表面形成薄膜[1-2]。该膜具有良好的柔韧性和阻隔性，能延长食品的保质期，可被生物降解，无污染，可替代化学合成材料应用于食品包装。

由于谷朊粉的原料和生产工艺不同，不同企业生产的谷朊粉品质存在差异[3-4]。目前，对谷朊粉膜的研究主要集中在成膜条件的优化[5-7]、膜的性能改善[8-10]、成膜机理[11]研究及膜的应用[12]等方面。关于原料谷朊粉品质对蛋白膜性能影响的研究报道较少。本研究选用10种具有代表性的市售谷朊粉为试材，分别制备蛋白膜，通过相关性分析及逐步回归分析，建立谷朊粉品质与蛋白膜性能之间的关系，为企业选取合适的谷朊粉制备蛋白膜，提高膜的性能提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

不同来源的10种谷朊粉及其生产企业见表1。

大豆色拉油：秦皇岛金海粮油工业有限公司。

表1 不同来源的10种谷朊粉及其生产企业

1.2 仪器和设备

T18分散机：德国IKA公司；紫外/可见分光光度计(Uitrospace2100pro)：Biochrom有限公司；SZF-06A粗脂肪测定仪：上海新嘉电子有限公司；CHY-C2薄膜测厚仪：济南兰光机电技术有限公司：电子拉力试验机：广州标际包装设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 谷朊粉理化指标及功能性的测定

水分测定：参照GB 5009.3—2010；灰分测定：参照GB/T 5505—2008；粗蛋白质测定：参照GB/T 5511—2008；粗脂肪测定：参照GB/T 5512—2008；粗细度测定：参照GB/T 5507—2008；谷朊粉二硫键及巯基含量测定：Ellman’s试剂比色法[13]；麦醇溶蛋白含量测定：参照司学芝[14]的方法；溶解性的测定：双缩脲法[15]；持水力的测定：差量法[16]；吸水率的测定：参照GB/T 21924—2008；持油力的测定：差量法[16]；起泡性及泡沫稳定性测定：搅打法[17]。

1.3.2 谷朊粉膜制备方法[11]

取一定量谷朊粉，溶于体积分数为45%乙醇溶液中(料液比1∶10)，加入20%甘油(以蛋白质计)，调节膜液pH 12，60 ℃磁力搅拌30 min，60 ℃恒温水浴反应30 min，真空脱气消泡。取一定量成膜液倒入玻璃板上，60 ℃干燥1.5 h，揭膜，放于相对湿度50%、室温环境下保存48 h，待测。

1.3.3 膜性能的测定

水溶性的测定：105 ℃恒重法[18]；透光率的测定：比色法[6]；水蒸气透过系数(WVP)的测定：参照GB 1037—1988 塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法(杯式法)。阻氧性的测定：参照Shiyi等[19]方法；拉伸强度测定：参照GB 13022—1991。取厚度均匀的薄膜，将其裁剪为100 mm×15 mm，利用微控电子万能试验机进行测定，试验速度为50 mm/min。

1.4 统计分析方法

试验数据均3次测量取平均值，数据处理采用Excel 2003及SPSS 17.0[20]。

2 结果与分析

2.1 谷朊粉的基本成分及功能性分析

GB/T 21924—2008要求一级谷朊粉的含水量不低于8%，二级不高于10%；一级谷朊粉的粗脂肪和灰分质量分数均不高于1.0%，二级不高于2.0%；一级谷朊粉的粗蛋白质质量分数不低于85%，二级不低于80%；一级谷朊粉的吸水率不低于170%，二级不低于160%。由表2可知，10种谷朊粉样品的水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白含量和吸水率指标均符合谷朊粉国标要求。不同谷朊粉的灰分、巯基、二硫键含量、溶解性、起泡性及泡沫稳定性等指标变异系数较大，说明不同企业生产的谷朊粉品质不同，且品质之间的差异比较大。因此，本研究选用的10种谷朊粉具有一定的代表性。

2.2 不同谷朊粉成膜性比较

以10种谷朊粉为原料，在相同的条件下制备蛋白膜，比较不同膜液的特性及谷朊粉的成膜性，结果见表3。由表3可知，10种谷朊粉的膜液性质及成膜性之间差异较大。3号谷朊粉的溶解性最好，其次是5号和8号，其他几种谷朊粉溶解性相对较差，内有不溶解的絮状沉淀，这与谷朊粉的溶解性排序基本一致。3、5、7、8、9和10号成膜液的黏度较大。膜液经过干燥后，揭膜难易程度也不同，其中3、8及10号膜光滑，容易揭膜，4号和6号膜质较脆，不易揭膜。受谷朊粉颜色的影响，膜的颜色基本偏黄色，其中4号和9号膜颜色较深，影响膜的外观。

表3 不同谷朊粉成膜性比较

2.3 不同谷朊粉膜功能性描述性统计

由表4可知，不同膜的透光率、油脂过氧化值及水蒸气透过系数变异系数较大，说明不同谷朊粉制备蛋白膜的性质差异较大。

表4 不同谷朊粉膜功能性描述性统计

2.4 不同谷朊粉膜性能指标间的相关性分析

由表5可知，膜的水溶性与拉伸强度呈极显著负相关，与水蒸气透过系数呈极显著正相关；膜的油脂过氧化值与水蒸气透过系数极呈显著正相关；膜的拉伸强度与水蒸气透过系数呈显著负相关。说明所选用的指标之间具有较好的相关性。

表5 不同谷朊粉膜性能之间相关性分析

2.5 不同谷朊粉膜性能的综合评价

采用熵权法对膜性能的5个指标进行客观赋权，然后运用Topsis法对膜性能进行客观的综合评价。经计算透光率、水溶性、油脂过氧化值、拉伸强度及水蒸气透过系数权重分别为0.19、0.27、0.22、0.17和0.16。基于熵权法赋权，采用Topsis法客观评价谷朊粉膜的性能，结果见表6。由表6可知，5号膜的综合品质最好，其次是8号及6号，4号膜的综合品质最差。利用主成分分析方法对10种谷朊粉的品质进行综合评价时，排在前2位的分别是8号和5号谷朊粉，说明品质好的谷朊粉具有良好的成膜性，制成蛋白膜的性能也较好。

表6 不同谷朊粉膜Topsis综合评价结果

注：Di+、Di-分别表示每个评价对象与最优方案和最劣方案之间的距离；Ci表示各评价指标与最优方案和最劣方案的接近程度。

2.6 谷朊粉品质与蛋白膜性能之间的相关性分析

对蛋白膜的性能与谷朊粉品质之间进行相关性分析，结果见表7。由表7可知，谷朊粉品质与膜性能之间存在较好的相关性。谷朊粉中粗蛋白含量与膜的油脂过氧化值呈极显著负相关，与水蒸气透过系数呈显著负相关；谷朊粉中水分含量与膜的油脂过氧化值呈极显著正相关，与水蒸气透过系数呈显著正相关。分析原因认为，谷朊粉中粗蛋白含量高，水分含量低，谷朊粉的品质相对较好，制成膜的阻隔性能良好。谷朊粉中巯基含量与膜的透光率呈极显著正相关。分析原因认为，当谷朊粉中巯基含量高时，二硫键含量相对较少，形成膜的致密程度较差，膜的透光率较高。谷朊粉中麦醇溶蛋白含量与膜的拉伸强度呈极显著正相关，与膜水溶性呈极显著负相关，与膜水蒸气透过系数呈显著负相关。这可能是因为谷朊粉吸水时，水分子与蛋白质分子中的亲水基团相互作用形成湿面筋，其中的麦谷蛋白形成蛋白网络，麦醇溶蛋白通过非共价键结合在麦谷蛋白中，形成较紧密的三维结构，使其具有一定的黏弹性，延伸性及成膜性。在一定范围内，麦醇溶蛋白含量越高，膜的致密性越好。

谷朊粉的溶解性与膜的透光率呈显著正相关。分析原因认为，不同谷朊粉在干燥过程中受热程度和蛋白质变性程度不同，溶解性好的谷朊粉制备的膜表面比较光滑，膜的透光率较好。谷朊粉的吸水率与膜的水溶性和水蒸气透过系数呈极显著负相关，与油脂过氧化值呈显著负相关，与拉伸强度呈显著正相关。谷朊粉的泡沫稳定性与膜的油脂过氧化值和水蒸气透过系数呈显著负相关。这可能是因为谷朊粉的泡沫稳定性与其吸水率呈显著正相关，而如前所述，谷朊粉的吸水率与膜的水蒸气透过系数呈极显著负相关，与膜的油脂过氧化值呈显著负相关。

表7 谷朊粉品质与蛋白膜性能之间的相关性分析

2.7 谷朊粉品质与蛋白膜性能之间的回归分析

对不同膜性能与谷朊粉品质之间进行逐步回归分析，结果见表8。

表8 谷朊粉品质与蛋白膜性能之间的回归分析

由表8可知，每个回归方程的F值及复相关系数R都达到极显著水平，说明这些方程是符合数学分析要求的，通过这些方程可以很好地说明自变量与因变量之间的动态关系。从回归方程可以看出，谷朊粉的粗蛋白含量、巯基含量、麦醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性对膜性能的影响较大。其中膜的透光率受巯基含量及溶解性影响较大；膜的水溶性受谷朊粉的吸水率及起泡性的影响较大；膜的油脂过氧化值受谷朊粉中粗蛋白含量影响较大；膜的拉伸强度受谷朊粉中麦醇溶蛋白含量影响较大；膜的水蒸气透过系数受谷朊粉的吸水率影响较大。

3 结论

3.1 选取的10种谷朊粉品质之间差异性较大，以它们为原料进行研究具有一定的代表性。

3.2 膜的性能与谷朊粉品质之间具有较好的相关性。膜的透光率与谷朊粉中巯基含量呈极显著正相关；与溶解性呈显著正相关。膜的水溶性与谷朊粉中麦醇溶蛋白含量及吸水率呈极显著负相关。膜的油脂过氧化值与谷朊粉中水分含量呈极显著正相关，与粗蛋白含量呈极显著负相关，与谷朊粉的吸水率及泡沫稳定性呈显著负相关。膜的拉伸强度与谷朊粉中麦醇溶蛋白含量呈极显著正相关；与吸水率呈显著正相关。膜的水蒸气透过系数与谷朊粉中水分含量呈显著正相关，与粗蛋白含量、麦醇溶蛋白含量及泡沫稳定性呈显著负相关；与吸水率呈极显著负相关。

3.3 逐步回归分析表明各方程的F值及复相关系数R均达到极显著水平。从入选回归方程的各项指标来看，膜的品质受谷朊粉的粗蛋白、巯基、麦醇溶蛋白含量、溶解性、吸水率及起泡性的影响较大。建议在制备蛋白膜时，选用上述指标好的谷朊粉作为生产原料。

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Correlation Between Wheat Gluten and the Properties of Protein Films

Zhang Yaru Wang Liuqiang Li Xiaojuan Huang Yalu Zhang Chunhong

(College of Food，Shenyang Agriculture University，Shenyang 110866)

In order to study the processing adaptability of different gluten, ten kinds of wheat gluten in China were prepared for protein films respectively. The main quality of wheat gluten and the properties of films were analyzed. The relationship of the quality index between wheat gluten and the films were studied by correlation and stepwise regression analysis. The results of correlation analysis showed that the effects of the Sh radical content, solubility, content of wheat gliadin, water absorption, crude protein content, moisture content, foam stability in wheat gluten to the light transmittance, solubility resistance of oxygen, water vapor permeability and tensile strength on tne quality of films were significant(P<0.05)or extremely significant(P<0.01). The result of stepwise regression analysis showed that crude protein content, hydrosulfuryl content, content of wheat gliadin, solubility, water absorption and foaming of the wheat gluten were significant impact to the overall performance of the films.

wheat gluten, protein films, quality, correlation

TB484

A

1003-0174(2016)02-0018-05

郑州市科技创新体系建设计划(N2013NC1072)

2014-07-20

张亚茹，女，1991年出生，硕士，植物蛋白质

张春红，女，1968年出生，副教授，植物蛋白质、酶工程