可食性玉米醇溶蛋白膜的制备及其在食品保藏中的应用研究
随着消费者对食品品质和保藏期要求的提高，以及环保意识的增强， 以天然生物材料制成的可食性包装膜逐渐成为研究的热点和发展趋势。与合成包装材料相比， 可食性膜能被生物降解， 无任何污染，此外还可以作为食品风味料、营养强化剂、抗氧化剂、抗微生物制剂的载体[1]。
玉米醇溶蛋白（zein）是玉米中一种重要的贮藏蛋白，可溶于70%～80%的乙醇溶液，属于醇溶蛋白。玉米醇溶蛋白富含含硫氨基酸， 蛋白质分子间以较强的二硫键、疏水键相连，这使得玉米醇溶蛋白具有良好的成膜性[2]。作为一种可再生的天然高分子蛋白，它具有生物可降解性和生物兼容性，一方面，它可以单独用作保鲜膜，另一方面，也可作为薄膜涂层在食品等的保鲜上发挥作用。
玉米醇溶蛋白和所有的蛋白质一样， 是两性电解质，提取时主要利用其溶解性、等电点、盐析和沉淀等性质。玉米醇溶蛋白的提取原料一般为玉米蛋白粉（湿法加工淀粉产生的副产品）、玉米酒糟或玉米，玉米醇溶蛋白的提取主要包括萃取、离心、沉淀和烘干等步骤[3，4]。
目前， 国内外对玉米醇溶蛋白膜的研究主要集中于以下几个方面： 筛选最佳的玉米醇溶蛋白膜配方及成膜技术条件，玉米醇溶蛋白膜在果蔬、食品保藏中的应用，但由于玉米醇溶蛋白纯度不足、配方不合理及成膜技术等问题， 玉米醇溶蛋白薄膜脆性较大，弹性差、韧性差，其机械性能尚不能满足实际生产需要， 这些可以通过添加增塑剂改善薄膜的脆性和其它机械性能[5]。
本文以玉米加工过程中的副产物为主要原料，提取高纯度玉米醇溶蛋白， 配以适量可食用的增塑剂——油酸，探索最优的薄膜配方，制备可食性玉米醇溶蛋白保鲜膜， 对该可食性薄膜的机械性能进行测定与评估，并且将该可食性蛋白膜应用于圣女果、荷兰瓜、草莓、馒头等食物的保鲜，研究其在食品保藏中的效果。
1 ·材料与方法
1.1 原料与试剂
玉米蛋白粉；考马斯亮蓝G-250，优级纯；牛血清白蛋白，生化试剂；氯化钠，分析纯；磷酸，分析纯；乙醇（95%）， 分析纯； 石油醚， 分析纯； 聚乙二醇400，实验试剂；丙三醇，分析纯；油酸，分析纯。
1.2 实验仪器
KQ2200 型超声波清洗器；TGL-10B 型高速离心机；GZX-9070 MBE 电热鼓风干燥箱；SP-722E型可见分光光度计；FA2204N 型电子天平；SZF-06A型粗脂肪测定仪；HH-4 型智能数显恒温水浴锅；TA-XT2i 型质构仪，P/2 柱形探头。
1.3 试验方法
1.3.1 玉米醇溶蛋白的提取
利用超声波萃取方法玉米淀粉加工副产物———玉米蛋白粉中的玉米醇溶蛋白的提取流程如图1 所示。研究了不同超声波处理时间，乙醇溶液浓度，以及料液比对蛋白得率的影响。
1.3.2 玉米醇溶蛋白膜的制备
（1）玉米醇溶蛋白膜的成膜方法
取一定量的玉米醇溶蛋白， 加入一定量的增塑剂（以总蛋白量计），溶于一定体积分数的乙醇溶液中， 超声波震荡5 min 促进溶解，60 ℃恒温水浴反应30 min， 得到蛋白膜液。取一定量成膜液倒入8cm 玻璃平皿中进行流延成膜，自然环境下晾干。待成膜液干燥后，加微量水浸泡30 min，揭膜。
（2）玉米醇溶蛋白膜制备
分别取0.6 g 已制备的玉米醇溶蛋白，加入6mL体积分数分别为70%、80%和90%的乙醇溶液，分别按照1∶8、1∶10 和1∶12 的料液比，20%、30%和40%的比例（以醇溶蛋白的量计） 添加丙三醇、聚乙二醇400 和油酸，进行单因素实验。
将成膜液均匀平铺于玻璃平皿中， 待溶液自然风干成膜，观察不同乙醇浓度，料液比，不同增塑剂及增塑剂含量对玉米醇溶蛋白膜性能的影响。通过观察确定一种最佳的配比方法。
（3）玉米醇溶蛋白膜的感官评分标准
10 人组成感官评定小组， 对所制取的膜的颜色、透明度、质地等指标进行评定，评分标准见表1，评定时采用盲评计分的方式，最终记取平均分。
（4）玉米醇溶蛋白膜机械性能测定
使用TA-XT2i 型质构仪， 选择P/2 柱形探头（Column from Probe）， 对每种样品分别进行穿透测试。测定条件设置如下： 探头测量模式为HLDD（Force Relaxation）；探头测试前下降速度为0.5 mm/s，测试速度为0.5 mm/s，测试后上升速度为10 mm/s，下降距离为4 mm，引发力为5 g，数据采集速率为200 p/s。每种样品测定3 次，测试（压力-时间）曲线在同一个图上显示，典型的测试图如图2 所示。
说明①2 所对应的最高点为玉米醇溶蛋白膜破裂点，压力感应器记录薄膜破裂的力，表示薄膜的抗拉强度，单位为g；②1~2 之间的面积，表示测试探头下压至薄膜破裂点是所做的功，说明薄膜的坚实性，单位为g/s；③1~2 之间的距离为到达薄膜破裂时的距离， 即测试探头下压过程中薄膜破裂时探头下移的距离，由于薄膜具有弹性特征，根据质构学理论，可以将薄膜破裂时下移距离定义为该薄膜的弹性，单位为mm。
1.3.3 玉米醇溶蛋白膜的保鲜应用
（1）荷兰瓜涂膜方法
选择瓜条饱满、顺直、粗细均匀、无机械损伤的荷兰瓜，清洗沥干后处理。5 根用配制好的涂膜液涂于荷兰瓜表面，涂抹均匀后，自然晾干；另一根作为空白对照样，自然风干后，置于室温下（20～25 ℃）贮藏。
（2）保鲜效果的测定
感官评定：评定小组由5 人组成，品评人员对荷兰瓜贮藏期间的色泽、口感（即脆度） 进行感官评价。
（3）失重率的测定
失重率=（每个荷兰瓜的初始质量-放置一段时间后该荷兰瓜的质量）/每个荷兰瓜的初始质量玉米醇溶蛋白对荷兰瓜的保鲜效果测定每隔12 h 测定一次。
2 ·结果与讨论
图2 质构仪测定玉米醇溶蛋白膜性能曲线2.1 玉米醇溶蛋白膜最佳成膜条件的确定
2.1.1 乙醇浓度对薄膜性能的影响
在料液比（g:mL）1∶10、油酸用量40%，采用不同浓度乙醇制备可食性膜，其抗拉强度、弹性、韧性变化情况如图3 所示。
由图3 可知，随着乙醇浓度的增加，玉米醇溶蛋白膜的抗拉强度、弹性、韧性均呈上升趋势，抗拉强度由341.0 g 增至349.2 g，弹性由1.743 mm 上升到2.122 mm，韧性则由193.68 g·s 升高到209.85 g·s，故确定乙醇体积分数为90%。
2.1.2 料液比对薄膜性能的影响
在使用90%的乙醇溶液、40%的油酸增塑，按不同料液比制备可食性膜，其抗拉强度、弹性、韧性变化情况如图4 所示。
由图4 得出：随着液固比的增加，蛋白膜的抗拉强度、弹性、韧性均呈先升高、后降低的趋势，液固比为10 ∶1 时， 蛋白膜的性能最佳， 抗拉强度为374.05g，弹性为2.614 mm，韧性为216.25 g·s。这是因为在蛋白溶液干燥成膜过程中， 随着乙醇溶液的挥发，蛋白质分子链通过分子间二硫键、疏水作用、氢键等形成蛋白聚合物。在该过程中，液固比大时，蛋白溶液浓度低，溶液中蛋白分子链较分散，单位体积中巯基数目少， 进而不利于蛋白质分子间的相互作用， 导致形成的蛋白膜抗拉强度小； 当液固比小时，则相反。
2.1.3 增塑剂种类及浓度对薄膜性能的影响
（1）不同增塑剂对薄膜性能的影响
按1∶10 的比例加入90%的乙醇溶液，分别添加聚乙二醇400（20%、30%、40%）、丙三醇（20%、30%、40%）、油酸（20%、30%、40%）增塑。依据试验结果， 表明三种增塑剂增塑制备的玉米醇溶蛋白膜均呈淡黄色， 这主要是由于制备的玉米醇溶蛋白中含有玉米黄色素， 通过石油醚脱脂脱色可减轻黄色； 其中， 以油酸增塑的薄膜透明度较好，以丙三醇增塑的薄膜的质地较细腻。但丙三醇、聚乙二醇400 增塑的薄膜韧性较差，且不易揭膜，故选取油酸为增塑剂。
（2）不同质量分数油酸对薄膜性能的影响按1∶10 的比例加入90%的乙醇溶液，添加不同质量分数的油酸，制备的可食性薄膜的抗拉强度、弹性、韧性变化情况如图5 所示。
从图5 可以看出，油酸含量为30%时，蛋白膜的抗拉强度最高，但弹性和韧性较差；含量为40%时，弹性和韧性都达到最大水平，故选取添加40%的油酸增塑。
2.2 玉米醇溶蛋白膜在果蔬保鲜应用的初探
2.2.1 荷兰瓜贮藏期间感官品质评价
荷兰瓜涂膜处理贮藏保鲜8 d 后，对其颜色、脆度进行感官评价，结果如见表2。涂膜组比对照组的品评得分高出5 分， 这说明玉米醇溶蛋白膜涂膜液对荷兰瓜的颜色和脆度起到了一定的保护作用。
2.2.2 涂膜处理对荷兰瓜失重率的影响
由于呼吸作用和蒸腾作用， 果蔬在贮藏过程中会丢失一定的水分，使其呈萎蔫、疲软状态，并且光泽消失，商品价值降低。因此，果蔬保鲜的首要任务之一就是防止果蔬失水。从图6 可以看出，随贮藏时间的延长失重率增大， 涂膜后的荷兰瓜的失重率明显低于对照组（不涂膜组）样品。原因是涂膜荷兰瓜表面的玉米醇溶蛋白具有强疏水性， 能够阻止水分的蒸发，故降低失重率。
2.2.3 复合醇溶蛋白膜对馒头保鲜效果的评价
馒头是我国人民尤其是北方人民的主要食品，但馒头在春夏季尤其是夏季由于天气温度高、相对湿度大，馒头易发霉变质，所以研究如何提高馒头的保质期才能实现馒头的工业化， 本文研究了玉米醇溶蛋白膜结合天然抑菌物质延长馒头的保质期。在常温（25±2） ℃下和相对湿度（85±5）%条件下，分别三组馒头的保质期实验， 其中第一组是玉米醇溶蛋白膜添加五味子提取液（作为天然抑菌物质）包装馒头，第二组是玉米醇溶蛋白膜包装馒头，第三组为空白对照组即超市购买的馒头， 每组样品分别做三个平行实验， 然后观察馒头在实验温度和湿度条件下的微生物生长情况，结果表明，空白对照组第二天馒头表面就出现干裂现象， 玉米醇溶蛋白膜组实验第三天馒头开始出现霉斑、表面未出现干裂情况，而玉米醇溶蛋白膜结合五味子醇提抑菌液的实验组第六天馒头才开始出现霉斑且表面未出现干裂情况，这说明玉米醇溶蛋白膜具有一定的保湿作用， 玉米醇溶蛋白膜结合五味子醇提抑菌液对馒头具有较好的保鲜抑菌作用，能延长馒头的保质期。
3· 结论
（1）在玉米醇溶蛋白膜的制备中，综合乙醇浓度、料液比、增塑剂种类和增塑剂浓度四个因素，以感官评定和质构仪抗拉强度、弹性、韧性为评价指标，结果表明：料液比、增塑剂含量一定时，玉米醇溶蛋白膜的抗拉强度、弹性、韧性均随乙醇体积分数的增大而增强，乙醇体积分数为90%时，抗拉强度、弹性、韧性分别为349.2 g、2.122 mm、201.34 g·s；乙醇体积分数、增塑剂一定时，料液比为1∶10 时，蛋白膜的抗拉强度、弹性、韧性表现出最佳水平；乙醇体积分数、料液比一定，以聚乙二醇400、丙三醇、油酸三种增塑剂增塑时，以油酸增塑所成薄膜颜色、质地、韧性等品质最好，故选取油酸增塑；油酸含量作为变量时，膜的抗拉强度均较高，油酸含量为30%，抗拉强度为493.0 g，油酸含量为40%时，抗拉强度有所下降，但弹性、韧性均有所增强，故选取40%的油酸增塑。
（2）玉米醇溶蛋白膜在荷兰瓜的保鲜应用得出以下结果：在室温贮藏8 d 后，涂膜荷兰瓜在色泽和口感上均得到良好保持；在失重率上，室温贮藏3 d后， 涂膜组的失重率为15.1%， 对照组失重率为20.1%，相差5 个百分点以上。玉米醇溶蛋白膜结合天然抑菌剂能够延长馒头的保质期， 因此试验结果证明了玉米醇溶蛋白膜具有一定的阻水性， 为其在食品保鲜中的应用提供了基础。
由于玉米醇溶蛋白膜属于生物可降解材料，具有安全性高、可食性和可降解性， 可替代塑料保鲜膜， 不仅可以充分利用玉米加工中的副产品———玉米蛋白粉，而且能够缓解白色污染，带来巨大的经济效益和生态效益。