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  • 添加單寧對明膠可食膜性質的影響
  • 來源:愛學術        2019-12-13         3130
【摘要】

將單寧添加到明膠液中澆注成膜,通過氫鍵和疏水鍵等相互作用,使明膠-單寧復合膜形成緊密的結構,從而改善了明膠膜的相關理化性質。首先,添加單寧明顯提高了明膠膜的抗拉伸強度,并且具有單寧濃度依賴性,在單寧添加量為30mg/g時達到最大。然而,單寧的添加降低了明膠膜的斷裂伸長率。同時,添加單寧明顯降低了明膠膜的水蒸氣透過率、氧氣透過率和水溶解度。另外,隨著單寧含量的增加,明膠膜的熱穩定性也得到提高。此外,由于單寧本身的理化性質,單寧增加了明膠膜的粗糙程度和色澤。

明膠作為一種天然高分子材料,由動物組織中的膠原部分降解而形成的三股螺旋結構,主要應用于食品,制藥和化妝品等工業領域。近年來,由于其具有優良的成膜性能,明膠已廣泛地用于可食膜的開發與應用。明膠膜具有良好的熱封性、阻油性、阻氣性、生物相容性和可降解性。然而,明膠膜本身質地易碎、易溶于水,在濕度較低的環境中易被細菌侵蝕,所以如何提高機械性能和阻隔性能引起了人們的極大關注。目前,對明膠膜性能的改良主要集中于物理、化學和酶法對明膠進行交聯網,以及引用其他外源物質對明膠進行改性,比如添加多糖、無機物和納米生物材料等。

單寧又叫鞣質、單寧酸、鞣酸和沒食子酸等,實際上它是一個籠統的名稱,由五倍子酸、間苯二酚、間苯三酚、焦桔酚和其他酚衍生物組成的復雜混合物。單寧能與生物堿、蛋白質和多糖結合,使其物理化學行為發生變化,這主要由于單寧具有與多酚相同的功能,這些功能在一定程度上與多酚-蛋白質相互作用有關系。多酚與蛋白質主要是通過氫鍵和疏水鍵而結合在一起的。基于單寧與蛋白的相互作用,單寧可用于可食性蛋白膜的強化,以達到提高其相關性能的目的。在明膠可食膜中加入單寧,以提高復合膜的交聯性,從而提高膜的機械性能、阻隔性能以及水不溶性。

明膠

添加單寧對明膠可食膜性質的影響

單寧-明膠膜的機械性能

當單寧的添加量在30mg/g以下時,復合膜的拉伸強度隨著單寧添加量的增加而增大,斷裂延伸率則隨著單寧添加量的增加而減小;這是由于單寧含有豐富的酚羥基,這些酚羥基會與明膠發生交聯作用而使復合膜的結構更加緊密。但當單寧的添加量超過30mg/g時,由于過多的單寧顆粒使膜的結構不連續,從而導致復合膜發生了相位分離,使膜的拉伸強度減小,斷裂延伸率增大。當單寧添加量為30mg/g時,其拉伸強度最大為22.10±0.807MPa,斷裂延伸率最小為40.12±0.032%。

單寧-明膠膜水溶性

隨著單寧添加量的增加,復合膜的水溶性降低。當單寧添加量為40mg/g時,水溶性到達最低為27.76%。一般情況下,蛋白膜水溶解性的降低主要由于蛋白膜與其他物質反應生成氫鍵或者發生交聯,從而減少蛋白的側鏈官能團與水結合。在膜干燥過程中,膜中的水分蒸發,同時明膠就會與單寧發生反應而生成疏水鍵與氫鍵。隨著單寧含量的增多,反應更加劇烈,膜的結構也相應變得更加緊密,從而提高復合膜的水不溶性。

單寧-明膠膜的水蒸氣透過性

當單寧添加量在30mg/g以下時,復合膜的水蒸氣透過率隨著單寧量增加而減少,當單寧的添加量在30mg/g時,水蒸氣透過性最小,其值達到(1.49±0.01)x10-11g/(Pa·s·m)。出現這種現象可能是由于單寧中含有豐富的羥基,與明膠發生交聯,交聯可以在明膠分子中間形成密集的網絡結構,收緊分子間的空隙,使水分子很難穿過可食膜基質,同時,曲折的路徑使水分子通過可食膜時必須穿過較長的距離。但是當單寧添加量超過30mg/g時,水蒸氣透過性又變大。這可能由于單寧含有大量的羥基,過多的單寧易吸水而使水蒸氣透過率增加。

單寧-明膠膜的氧氣透過性

當單寧添加量為30mg/g以下時,隨著單寧添加量的增加,復合膜的氧氣透過性是減小的,過氧化值最小為21.63±0.62meg/kg;當其比值超過30mg/g時,其過氧化值反而增加了。出現這種現象可能是由于適量的單寧與明膠發生交聯,交聯可以在明膠分子中間形成密集的網絡結構,減小了分子間的空隙,使氧氣分子很難穿過可食膜基質,同時,單寧本身就具有良好的抗氧化性",并且與氧氣反應,從而也相對降低了氧氣的透過量。當單寧添加量過高,超過30mg/g時,花生油的過氧化值增高可能由于過多的單寧使明膠纖維在干燥過程中相互交聯形成纖維束,同時就會出現通道而形成孔隙,導致更多的氧氣通過復合膜。

單寧-明膠膜的色澤和透明度分析

膜顏色的改變主要取決于添加物本身的性質與濃度。復合膜的吸光度也隨著單寧含量的增加而增加,出現這種情況可能是由于單寧與明膠的交聯性使復合膜結構更加緊密,從而阻止了光的透過,也可能與單寧本身的顏色有密切關系。

單寧-明膠膜的熱穩定分析

明膠膜的玻璃化轉換溫度是68.85℃。隨著單寧添加量的增加,復合膜的玻璃化轉換溫度是上升的,且當單寧的添加量為30mg/g時,玻璃化轉換溫度最大為80.65℃,吸熱峰主要是破壞明膠分子間氫鍵和單寧與明膠之間形成的物理交聯以及明膠三股螺旋結構的重新排列。復合膜熱穩定性的升高和吸熱程度的降低均是由于干燥過程中明膠與單寧之間產生了鍵合作用,而交聯正是鍵合的一種重要的方式。

由上述分析可知,當單寧添加量為30mg/g時,膜的各項性能達到最優。鑒于單寧對明膠膜各項性能的提高,單寧-明膠膜在可食性包裝中具有較大的潛在應用價值。

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參考文獻

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