（材料學(xué)專業(yè)論文）花生粕制備水溶性薄膜的研究.pdf

花生粕制各水溶性薄膜的研究 中文摘要 中文摘要 本文充分利用價格低廉、來源廣泛、開發(fā)力度欠缺的花生粕作為主要原料， 通過堿提酸沉法從花生粕中提取花生蛋白，并對花生蛋白進(jìn)行?；男院笈cp v a 共混從而制備得到水溶性薄膜。通過研究蛋白質(zhì)提取的優(yōu)化條件、用多種方法表 征花生蛋白的改性效果、研究配方的變化對改性蛋白與p v a 共混液的流變性能、 共混制膜后膜的結(jié)構(gòu)及性能的影響，從而得到在力學(xué)性能、溶解性能以及生產(chǎn)成 本上均較為合理的配方及生產(chǎn)條件。研究得到以下結(jié)論： 1 根據(jù)花生蛋白質(zhì)在不同p h 條件下溶解度不同這一特點(diǎn)來提取花生粕中的 花生蛋白，是可以實(shí)現(xiàn)的。浸提溫度、浸提時間、固液比、浸提p h 值對蛋白的提 取率均有顯著影響。綜合各影響因素，發(fā)現(xiàn)花生蛋白的最佳工藝條件為：固液比 為1 ：1 0 ，p h 值為1 1 ，浸提溫度為5 0 ，浸提時間為1 5 h ，此時花生蛋白的提取 率為3 9 4 。 2 通過i r 、x r d 以及d s c 對經(jīng)提取的花生蛋白改性前后進(jìn)行表征，i r 分析 表明改性后，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，p 折疊的氫鍵受到破壞，花生蛋白的二級結(jié)構(gòu)由 b 折疊轉(zhuǎn)化為q 螺旋或無規(guī)卷曲。x r d 分析表明，花生蛋白粉末是無定形的非晶 結(jié)構(gòu)但局部有序，改性后，分子鏈無規(guī)卷曲程度提高，衍射峰減弱，分子間的無 序化程度進(jìn)一步提高。d s c 分析表明，改性前后花生蛋白的變性溫度發(fā)生變化， 花生蛋白的熱穩(wěn)定性變差。在堿性條件下對花生蛋白進(jìn)行酰化改性是可以實(shí)現(xiàn)的。 3 將經(jīng)提取的花生蛋白改性后的改性蛋白液與p v a 溶液共混，研究其共混液 的流變行為，發(fā)現(xiàn)該共混液為近似于牛頓流體的切力變稀流體，其表觀黏度隨著 溫度的增加而下降；體系表觀粘度隨花生改性時馬來酸酐用量的變化、氧化鈉濃 度的變化、共混時花生蛋白質(zhì)p v a 比例的變化以及共混后固含量變化而變化；體 系的活化能隨著體系的剪切速率增大而下降。可以通過控制相關(guān)影響因素可獲得 較為需要的加工條件。 4 將從花生粕提取的蛋白改性后與聚乙烯醇共混制備了薄膜。該薄膜的溶解 性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于p v a 薄膜。對該水溶性薄膜進(jìn)行吸濕性能、力學(xué)性能、溶解性能 進(jìn)行測研究發(fā)現(xiàn)花生蛋白質(zhì)改性時馬來酸酐的加入量、氫氧化鈉的濃度以及共混 時改性蛋白p v a 的比例對薄膜相關(guān)性能均有影響。在花生蛋白改性時，p h = 1 2 條 花生粕制備水溶性薄膜的研究 中文摘要 件下預(yù)處理花生蛋白，酸酐蛋白質(zhì)量比分別為為( p r o m a 表示) 為1 0 0 1 0 w t ，共 混時改性蛋白p v a 質(zhì)量比( m p r o p v a 表示) 為1 3 w t 時，薄膜的溶解性能，力 學(xué)性能以及吸濕性能較為理想。 5 將共混液制成薄膜后，并用f t i r 、d s c 、s e m 對共混后薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 研究。i r 分析表明，共混后p v a 及改性花生蛋白的聚集結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；d s c 分析 表明，改性花生蛋白的加入破壞了薄膜的熱穩(wěn)定性p v a 分子的規(guī)整性被破壞，p v a 結(jié)晶被破壞，p v a 分子間的作用力被削弱。s e m 分析表明，共混后薄膜表面變得 粗糙，但隨著改性蛋白含量增加時，則改性蛋白以較為規(guī)則的形狀分布在共混膜 中，說明p v a 和改性蛋白有較好的相容性。 關(guān)鍵詞：花生粕，花生蛋白，p v a ，水溶性，薄膜 n 作者：丁玲 指導(dǎo)老師：聞荻江 s t u d yo np r e p a r a t i o no f w a t e rs o l u b l ef i l m w i t hp e a n u tm e a l a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , p e a n u tm e a lw h i c hi sc h e a p ，r i c ha n du n d e r d e v e l o p e di sf u l l yu s e da s t h em a i nm a t e r i a l p e a n u tp r o t e i nw a se x t r a c t e db yt h em e t h o do fb a s ee x t r a c t i o na n d a c i dp r e c i p i t a t i o n , m o d i f i e db ym a l e i ca n h y d d d ea n dt h e nm i x e dw i t hp o l yv i n y l a l c o h o l ( p v a ) t op r e p a r ew a t e rs o l u b l ef i l m t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h eo p t i m i z a t i o n c o n d i t i o nf o rp e a n u ta b s t r a c t i o n ，t h em o d i f i c a t i o ne f f e c tc h a r a c t e r i z e db yf r l r , d s c ， a n dx r d ，t h et h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fm o d i f i e dp r o t e i n p v am i x t u r e ，t h es t r u c t u r a la n d p r o p e r t yi n f l u e n c eo fm o d i f i e dp r o t e i n p v af i l m s ot h a tt h es u i t a b l em a n u f a c t u r e c o n d i t i o nc a nb eg a i n e d t h e nt h ef o l l o w i n gr e s u l t sa r eo b t a i n e d ： 1 p e a n u tp r o t e i nc a nb ea b s t r a c t e da c c o r d i n gt h ed i f f e r e n ts o l u b i l i t yo fp e a n u t p r o t e i nu n d e rd i f f e r e n tp hv a l u e i tw a sf o u n dt h a tw h e np hi s 11 ，e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r ei s5 0 c ，s o l i d l i q u i dr a t i oi s1 1 0 ，a n dt h ee x t r a c t i o nt i m ei s1 5 h ，t h e e x t r a c t i o nr a t ec a nr e a c h3 9 4 w h i c hc a nb ec a l l e do p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n 2 i r 、x r d 、d s cw e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z e dp e a n u tp r o t e i na n dm o d i f i e dp e a n u t p r o t e i n i rs h o w sm o l e c u l a rs t r u c t u r ec h a n g e sa f t e rm o d i f i c a t i o n ，x r ds h o w st h a t m o l e c u l a rc o n f o r m a t i o nc h a n g e s ，d s cs h o w sd e n a t u r a t i o nt e m p e r a t u r ed e c r e a s e s a c c o r d i n g l y , t h ea c y l a t i o nm o d i f i c a t i o nc a nb er e a l i z e du n d e ra l k a l i n ec o n d i t i o n s 3 t h em i x t u r eo fm o d i f i e dp e a n u tp r o t e i n p v as o l u t i o ni ss h e a r - t h i n n i n gf l u i d ， t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo fm i x t u r ec h a n g e sa c c o r d i n gt ot h ed o s a g eo fm a l e i ca c i da n d t h ec o n c e n t r a t i o no fn a o h d u r i n gm o d i f i c a t i o n ，t h er a t i oo fm o d i f i e dp r o t e i n p v aa n d t h ec o n t e n to fm o d i f i e dp r o t e i n p v ad u r i n gm i x i n g ，a c t i v a t i o ne n e r g yd e c r e a s e sw h e n s h e a rr a t ei n c r e a s e s s u i t a b l em a n u f a c t u r ec o n d i t i o nc a l lb eg a i n e db yc o n t r o l l i n gr e l a t e d f a c t o r s 4 m o d i f i e dp e a n u tp r o t e i nw a sm i x e d 晰也p o l yv i n y la l c o h o l ( p v a ) ，a n dw a t e r s o l u b l ef i l mw a sp r e p a r e db yt h em i x t u r e t h em o i s t u r ea b s o r p t i o n , m e c h a n i c a la n d s o l u b l ep r o p e r t ya l et e s t e d ，m e a n w h i l e ，t h ei n f l u e n c eo fp v ac o n t e n t ，u s a g eo f m a l e i e u i a n h y d r i d ea n dc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d ed u r i n gm o d i f i c a t i o nt ot h ep r o p e r t i e s o ff i l ma r ea l s od i s c u s s e d r e s e a r c hs h o w st h a tw h e np r o m a - 10 w t , p h = 10 ， m - p r o p v ai s1 3 w t t h et h em o i s t u r ea b s o r p t i o n , m e c h a n i c a la n ds o l u b l ep r o p e r t yo f f i l mi sg o o d 5 s t r u c t u r eo ff i l mw a ss t u d i e db yf t i r 、d s c 、s e m i rs h o w sa g g r e g a t i o n s t r u c t u r eo fm o d i f i e dp e a n u ta n dp v ac h a n g e sa f t e rm i x t u r e ；d s cs h o w st h et h e r m a l s t a b i l i t yc h a n g e sd u et od e s t r u c t i o no fm o l e c u l a rr e g u l a r i t yo fp v a s e ms h o w sw h e n t h ec o n t e n to f m o d i f i e dp e a n u tp r o t e i ni n c r e a s e s ，c o m p a t i b i l i t yo fm o d i f i e dp r o t e i na n d p v a i m p r o v e s k e y w o r d s ：p e a n u tm e a l ，p e a n u tp r o t e i n , p v a ，w a t e rs o l u b l e ，f i l m i v w r i t t e n b yd i n gl i n g s u p e r v i s e db y w e n d i j i a n g 蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)聲鯛 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文 不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含力獲得蘇 州大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作 出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本 聲明的法律責(zé)任。 研究生簽名：二j 生全 e l 期：趔2 ：立 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 蘇州大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、清華大學(xué)論 文合作部、中國社科院文獻(xiàn)信息情報中心有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論 文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論 文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的 保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的 全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)蘇州大學(xué)學(xué)位辦辦理。 研究生簽名： 期：輩 花生柏制各水溶性薄膜的研究第1 章前言 第1 章前言 摘要：本章概述了花生粕的應(yīng)用現(xiàn)狀，簡要介紹了從花生粕提取花生蛋白的 幾種方法，并詳細(xì)介紹了目前花生蛋白的應(yīng)用現(xiàn)狀。同時，介紹了水溶性薄膜的 應(yīng)用與研究現(xiàn)狀。研究分析表明，利用花生粕制備水溶性薄膜將會拓寬了花生粕 的應(yīng)用范圍。 關(guān)鍵詞：花生粕，花生蛋白，水溶性薄膜 a b s t r a c t ：t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no f u t i l i t yo fp e a n u tm e a la n d e x t r a c tt e c h n i q u e so fs o m ek i n d so fp e a n u tp r o t e i n m e a n w h i l e ，t h ea p p l i c a t i o no f p e a n u tp r o t e i nw a si n t r o d u c e di nd e t a i l s a n a l y s e si n d i c a t e dt h a tu t i l i t yo fp e a n u tm e a l i np r e p a r a t i o no fw a t e rs o l u b l ef i l mw i l lb r o a d e nt h ea p p l i c a t i o na r e ao fp e a n u tm e a l 。 k e y w o r d s ：p e a n u tm e a l ，p e a n u tp r o t e i n , w a t e r - s o l u b l ef i l m 1 1 概述 花生粕是花生榨油后的副產(chǎn)物，富含蛋白質(zhì)資源，其花生蛋白含有人體必需 的八種氨基酸，屬于完全蛋白。我國是花生生產(chǎn)大國，花生產(chǎn)量居世界首位。目 前，我國在花生加工和綜合利用上主要用于榨油，榨油之后富含蛋白質(zhì)的花生粕 大多數(shù)都用作飼料， 這造成了蛋白資源嚴(yán)重浪費(fèi)。 充分利用花生粕中的蛋白資源，拓展花生蛋白的應(yīng)用范圍，已成為花生加工 領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)課題。目前關(guān)于花生蛋白加工生產(chǎn)的報道較少，本章詳細(xì)介紹了 花生蛋白開發(fā)和利用的現(xiàn)狀，并且對以后花生蛋白的發(fā)展方向作了一定的預(yù)測。 水溶性塑料薄膜作為一種環(huán)保的包裝材料，在歐美、日本等國被廣泛用于各 種產(chǎn)品的包裝，例如農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑、礦物添加劑、 洗滌劑、混凝土添加劑、混凝土增強(qiáng)材料、攝影用化學(xué)試劑及園藝護(hù)理的化學(xué)試 劑等【l - 3 1 。 花生粕中含有大量的植物蛋白，原料豐富，價格低廉，目前已開始用作綠色 纖維原料，如開發(fā)作為水溶性薄膜的原料，在成本和社會效益上都是十分理想的。 花生粕制備水溶性薄膜的研究第1 章前言 1 2 花生粕制備花生蛋白 花生蛋白包括花生濃縮蛋白和花生分離蛋白。花生濃縮蛋白和花生分離蛋白 是以粗花生蛋白或花生蛋白粉為原料制得，其蛋白質(zhì)含量較高，具有較好的功能 性，能作為食品添加劑及糧食強(qiáng)化劑用于食品工業(yè)中?；ㄉ鷿饪s蛋白的制方法主 要包括酸沉淀制備法、乙醇洗滌制備法、酸沉淀和醇沉淀相結(jié)合制備法和己烷含 水乙醇混合溶劑制備法。這些方法都是以花生蛋白粉或冷榨花生餅為原料，通過 調(diào)節(jié)p h 值或有機(jī)溶劑沉淀的方法除去少量水溶性糖分、灰分和其他可溶性成分， 而淀粉和纖維素隨凝集的蛋白質(zhì)集中為一體；隨后再通過低溫干燥、粉碎即制得 花生濃縮蛋白。劉大川【4 】等曾采用一步法制備花生濃縮蛋白，制得的產(chǎn)品品質(zhì)和功 能性質(zhì)較佳，尤其是溶解性較好。花生分離蛋白的蛋白含量高于花生濃縮蛋白， 但由于其生產(chǎn)成本較高，所以應(yīng)用不如花生濃縮蛋白廣泛。其制備方法主要包括 堿浸提酸沉淀制備法和超濾膜制各法。前者是通過調(diào)節(jié)p h 值，利用堿提酸沉的方 法不僅除去可溶性糖分，還除去淀粉、纖維素等成分，所得產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量較高 ( 9 0 ) ；后者則是在堿性條件下，根據(jù)花生蛋白與其他物質(zhì)分子量上的差別，通 過超濾的方法來分離花生蛋白質(zhì)，通常與堿提酸沉法結(jié)合使用【5 - 6 】。 李明姝等【7 】貝0 采用堿提酸沉法研究制取花生分離蛋白的優(yōu)化條件。結(jié)果顯示， 當(dāng)花生粕勻漿料液比為1 ：s ( m v ) 、堿浸提液p h 為8 2 、浸提溫度為6 0 ，重復(fù)浸 提兩次，每次浸提2 h ，酸沉p h 為4 5 ，制取的花生分離蛋白純度達(dá)9 0 2 1 ，為花生 蛋白的合理有效利用奠定基礎(chǔ)。 1 3 花生蛋白的應(yīng)用現(xiàn)狀 1 3 1 花生蛋白在食品加工中的應(yīng)用 目前，食品加工是花生蛋白運(yùn)用最多的一個方向，主要利用了花生蛋白自身 的營養(yǎng)價值及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。目前在食品加工方面，花生蛋白主要用于制備蛋白飲料， 仿肉制品等傳統(tǒng)的食品加工領(lǐng)塒8 1 。為了在食品加工上獲得較好的性能，往往采取 改性的方法來拓寬花生蛋白在食品加工中的應(yīng)用范圍【9 】，于此同時隨著蛋白質(zhì)改性 的發(fā)展，也出現(xiàn)了一些具有保健等特殊作用的花生蛋白產(chǎn)品。 以花生蛋白為主要原料制成的液體飲料，具有不含膽固醇，含有人體必需的 氨基酸維生素等的優(yōu)點(diǎn)，是一種具有保健功能的飲料。 在花生型飲料開發(fā)上，曲敬陽【l o 】以花生為主要原料，添加大豆等輔料，并通 2 花生粕制備水溶性薄膜的研究第1 章前言 過升番、促溶和增穩(wěn)處理，得到高營養(yǎng)、良好風(fēng)味和穩(wěn)定性好的仿乳蛋白飲料。 劉金平等【l l 】以花生為主要原料，添加牛奶，白砂糖經(jīng)乳酸菌發(fā)酵，制得優(yōu)質(zhì)風(fēng)味 型花生酸奶。 韓珍瓊等【1 2 】研究以花生仁作為原料，用氯化鈣作為凝固劑的花生蛋白質(zhì)凝膠 食品工藝，并確定了最佳的工藝條件，得到的花生蛋白食品凝固狀態(tài)良好，有彈 性，質(zhì)地細(xì)膩，口感細(xì)嫩。 除此以外，花生蛋白可以作為食品添加劑加入肉制品當(dāng)中，改善肉的質(zhì)構(gòu)特 性【1 3 】，也可以以花生蛋白制得仿肉食品。 粉碎、蒸煮、配料、膠磨、灌腸等工序， 1 3 2 花生肽 陳曉華【1 4 】利用花生餅為原料，經(jīng)烘烤、 制得美味，健康的仿肉類制品。 隨著花生蛋白精加工的不斷發(fā)展，有關(guān)人士對花生粕進(jìn)行酶解改性，通過肽 鍵的斷裂，分子量的降低，得到有卓越生理功能的花生蛋白多肽，花生肽含有人 體必需的多種氨基酸，花生蛋白具有良好的抗氧化作用，且花生肽分子量低，較 易被人體吸收，一些抗菌肽甚至可以抑制艾滋病病毒，具有較大的開發(fā)潛力。 莫琪【l5 】等用木瓜蛋白酶水解花生粕，將絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)水解成肽和氨基酸， 值得了蛋白肽飲料。李曉剛等【l6 】以花生粕為原料，用內(nèi)肽酶與端解酶組成的組合 酶來酶解花生蛋白，對花生蛋白邊酶解邊進(jìn)行修飾。史軍等【1 7 】將花生蛋白經(jīng)過堿 性蛋白酶a l c a l a s c 和復(fù)合蛋白酶p r o t a m e x 水解得到活性肽溶液，通過單因素試驗(yàn) 以及正交試驗(yàn)得到了優(yōu)化組合，并進(jìn)一步研究活性肽的抗氧化特性，結(jié)果表明， a l c a l a s e 對花生蛋白的水解能力好，花生肽具有較強(qiáng)的抗氧化性及有效清除羥自由 基的能力。 王金華等【1 8 】以將花生蛋白酶解得到低分子多肽混合物，加入檸檬酸等輔料制 得了花生肽飲料。這種花生肽飲料低過敏性，極易吸收，具有較高的保健作用。 1 3 3 花生蛋白纖維 花生蛋白屬于天然高分子，具備高分子材料的眾多優(yōu)點(diǎn)。隨著人們環(huán)保意識 的提高以及石油資源的緊缺，以天然高分子為原料制得再生纖維越來越受到廣泛 關(guān)注。繼大豆纖維之后，花生蛋白纖維的研制與開發(fā)也日益受到關(guān)注。最早出現(xiàn) 的花生蛋白纖維是由英國i c i 公司制備，商品名稱為a r d i l ，該纖維吸水率為1 4 左右，斷裂強(qiáng)度為0 8 9 d 。花生蛋白纖維的制備主要是通過改變花生蛋白的聚集態(tài) 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。 花生粕制備水溶性薄膜的研究 第1 章前言 宋代輪等【1 9 】將花生蛋白溶于氫氧化鈉，得到花生蛋白液，然后加入降解劑疏 基乙醇改性花生球蛋白，使得花生球蛋白的二硫鍵展開，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由螺旋狀展 開為線形直鏈狀，最后將以溶解的聚乙烯醇與改性的花生球蛋白接枝，共混共聚， 制成含有花生蛋白的混合紡絲液，紡絲得到花生蛋白改性聚乙醇纖維。這種纖維 光澤度好，保暖效果強(qiáng)，吸濕適宜，可再生，符合環(huán)保、健康等要求，但是纖維 的強(qiáng)度不夠高，同時比較容易發(fā)生形變。 除了添加聚乙醇共混紡絲以外，也有添加羥基和氰基高聚物來制得花生蛋白 纖維的【2 們。該花生蛋白纖維的加工工藝為：在備好提純的花生蛋白溶液中，加入 助劑，人工合成酶，在5 0 6 0 ( 2 下攪拌半個小時作為，放置1 2 小時，添加羥基和 氰基聚合物，配置成一定濃度的蛋白紡絲液，經(jīng)6 0 7 0 c 攪拌5 0 6 0 分鐘熟成后， 抽成0 9 3 d t e x 的絲，然后將絲束縮醛穩(wěn)定，再經(jīng)過定型等工序得到花生蛋白纖維， 但該生產(chǎn)工序得到的花生蛋白紡絲的可紡性差，不能用于大批量的生產(chǎn)。 袁秋紅【列】于2 0 0 7 年公開了一種多功能花生蛋白纖維及其制造方法。這種花生 蛋白纖維是將分離提純的花生蛋白質(zhì)溶解在溫度4 0 6 0 c ，濃度2 5 9 1 5 0 酣的氫氧 化鈉1 3 小時，再加入1 3 0 的丙烯酰胺和o 1 1 的引發(fā)劑，攪拌均勻在 3 0 6 0 c 反應(yīng)l _ 4 小時后，經(jīng)發(fā)酵、壓濾、脫硫、水洗、上油、脫水烘干后得到花 生蛋白纖維黏膠絲，其中還含有0 8 1 0 的羅布麻纖維。該工藝條件下生產(chǎn)的花生 蛋白纖維除具備上述花生蛋白纖維的優(yōu)點(diǎn)外，還具有抗菌、防紫外和遠(yuǎn)紅外及軟 化血管和降壓的功能。 今后，花生蛋白纖維的研究重點(diǎn)將集中在提高花生蛋白纖維的強(qiáng)度、可紡性、 抗形變性能以及提高產(chǎn)量等方面。 1 3 4 花生蛋白薄膜 根據(jù)國際包裝工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，在破壞環(huán)境的垃圾中，塑料占了大多數(shù)，其中 很大一部分來自食品塑料包裝的廢棄物【2 2 1 。白色污染的問題越來越受到廣泛關(guān)注。 如何解決塑料薄膜不可降解的問題，目前成為包裝行業(yè)熱點(diǎn)的課題，采用天然高 分子制備的包裝材料由于無環(huán)境污染問題而日益成為包裝行業(yè)的研究方向。 繼玉米淀粉包裝膜，甲殼素薄膜，纖維素薄膜等薄膜相繼出現(xiàn)以后，小麥蛋 白膜，大豆蛋白膜等 2 3 。2 7 】的出現(xiàn)得人們在包裝原料的來源進(jìn)一步擴(kuò)大到蛋白質(zhì)領(lǐng)域。 作為包裝膜，目前主要集中在食品包裝薄膜方面，蛋白質(zhì)食品包裝薄膜的加 工工藝為：溶解蛋白質(zhì)使其變成為蛋白質(zhì)溶液，加入增塑劑等各種助劑，再加入 4 花生粕制備水溶性薄膜的研究第1 章前言 交聯(lián)劑交聯(lián)以提高包裝材料的機(jī)械性能，將制備好的溶液在光滑的平板上面干燥 剝離，即得到蛋白質(zhì)食品包裝薄膜【2 8 2 9 1 。與多糖薄膜相比，蛋白質(zhì)薄膜的阻氣性 和機(jī)械性能較好，但是由于蛋白質(zhì)有許多的親水性基團(tuán)以及增塑劑的使用，蛋白 質(zhì)薄膜的阻濕性能比較差，在一些潮濕的環(huán)境中，蛋白質(zhì)薄膜的機(jī)械性能也不理 想，需要進(jìn)行一定的處理。 花生分離蛋白具有較好的成膜性能。花生分離蛋白膜具有一定的抗拉強(qiáng)度， 還具有一定的阻止水蒸氣遷移的能力，是一種很有發(fā)展前途的可食性膜。但花生 分離蛋白的空間結(jié)構(gòu)比較致密，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃蕴幚恚愿纳瞥赡ぬ匦?。四?輕化工業(yè)學(xué)院的馮冶平等1 3 0 對花生蛋白作為食品包裝薄膜作了相關(guān)的研究。研究 發(fā)現(xiàn)：花生分離蛋白經(jīng)適當(dāng)?shù)膲A處理和熱處理有利于蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的相 互作用，形成穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使抗拉強(qiáng)度提高，可以改善其成膜特性，增塑劑 不會明顯降低膜的阻濕性能，膜的厚度對機(jī)械性能影響較小，但對阻濕性能影響 較大，另外還研究了交聯(lián)劑對可食性膜的阻濕性能和機(jī)械性能的影響。環(huán)氧氯丙 烷和戊二醛交聯(lián)均能有效地提高膜的抗拉強(qiáng)度和阻濕性能，且隨著交聯(lián)劑濃度的 增大，交聯(lián)作用越強(qiáng)。此外，環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)膜光滑透明，易于揭膜；戊二醛交 聯(lián)可得到由淡黃色、紅橙色向紅色過渡的一系列不同顏色的可食性膜，有利于改 善食品的感官品質(zhì)。 c h i n - c h il i u 等1 3 l 】對花生蛋白膜進(jìn)行了一系列的物理處理，將成型后的花生蛋 白薄膜分別進(jìn)行紫外放射、熱處理、超聲波處理后，可以發(fā)現(xiàn)花生蛋白薄膜的機(jī) 械強(qiáng)度都有所提高，其中熱處理后的效果最為明顯。薄膜的阻氧和抗水性能也極 大提高。 a j a n g c h u d 等【3 2 1 研究了增塑劑的類型和含量對花生薄膜性能的影響。他們分 別用甘油、山梨醇、聚乙二醇以及丙烯醇來進(jìn)行增塑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘油較其他增 塑劑得到的花生蛋白薄膜的性能最好。在試驗(yàn)的增塑劑濃度范圍內(nèi)，增塑劑的濃 度對阻濕性和阻氧性沒有影響，但是薄膜的拉伸強(qiáng)度隨著增塑劑含量的增加而降低。 迄今為止，人們對于花生蛋白薄膜的研究和開發(fā)還不夠成熟，花生蛋白薄膜 的研究目前集中在食品包裝膜上，應(yīng)用非常有限。 1 4 水溶性薄膜的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 1 4 1 水溶性薄膜的成膜機(jī)理 水溶性薄膜的成膜材料宏觀上都是親水物質(zhì)，在他們的分子結(jié)構(gòu)中都大量的 花生粕制各水溶性薄膜的研究第1 章前言 親水極性基團(tuán)。如蛋白材料是氨基酸的衍生物和聚合物，分子中含有大量親水的 羧基( - - c o o h ) 、氨基( h n n 一，n = l 或2 ) 、酰氨基( 一c o n h 一) ；淀粉是多糖類 物質(zhì)，也含有少量蛋白物質(zhì)( 應(yīng)該說是含氮物質(zhì)) ，分子中有大量羥基( 一o h ) ；p v a 是聚乙酸乙烯酯經(jīng)不同程度醇解后的產(chǎn)物，分子中有大量羥基( o h ) 和酰基 ( o c c h 3 ) 。這些基團(tuán)的存在，使得這些物質(zhì)的分子和分子鏈鍵間產(chǎn)生強(qiáng)烈的結(jié)合 作用，形成很大的結(jié)合力，導(dǎo)致它們難在室溫和低溫下溶與水，破壞這些作用需 要一定的能量。因此，可以通過增加分子間的距離或調(diào)節(jié)阻隔物質(zhì)，在保證這些 水溶性鍵的完好存在下，破壞或降低分子間的作用，讓水分子進(jìn)入這些物質(zhì)分子 間順利結(jié)合而易溶于水。 1 4 2p v a 水溶性薄膜 p v a 聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯酯醇解得到的： 如h ：1 h 七型誓+ 伽，一c h 七 ( ! o o c h 36 h 為得到水溶性能較好的p v a 薄膜，目前采取的方法主要有：前改性【3 3 1 、后反 應(yīng)改性1 3 4 】及共混改性【3 5 1 。 前改性是以聚合度和皂化度合適的聚乙烯醇為原料，與( 甲基) 丙烯酸系【3 6 】 或吡咯烷酮溶液【3 7 。3 9 】在堿性條件下進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)，充分反應(yīng)后，在堿性條 件下進(jìn)行部分或完全水解，以達(dá)到陰離子改性的目的。然后與一定皂化堵的聚乙 烯醇在合適的重量百分比的范圍內(nèi)混合，得到膜原料。 后改性技術(shù)是將乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物皂化后得到的乙烯乙烯醇共聚體 為原料，以( 甲基) 丙烯酸系化合物通過邁克爾加成反應(yīng)得到初步產(chǎn)物【伽。 圖1 1支鏈淀粉結(jié)構(gòu) 6 共混改性是兩種或兩種以上均 聚物或共聚物通過共混的方式對 p v a 進(jìn)行改性，從而使得官能團(tuán)的 分布與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，得到水溶性 能較好的膜原料。 1 4 3 淀粉類水溶性薄膜 淀粉是一種多糖類物質(zhì)。未改 性的淀粉結(jié)構(gòu)通常有兩種：直鏈淀 粉和支鏈淀粉( 見圖2 和圖3 ) ，是 花生粕制各水溶性薄膜的研究 第1 章前言 聚合的多糖類物質(zhì)。 通常淀粉的水溶性較差，為了改善淀粉的冷水不溶性，加快其水合速度，改 善其耐熱耐剪切性能，往往采用改性的方法來獲取比較合適的淀粉。目前比較普 遍的方法有接枝淀粉、醚化淀粉及氧化淀粉【4 1 4 3 1 。 圖1 2直鏈淀粉結(jié)構(gòu) 接枝淀粉是將淀粉與聚丙烯 腈、聚丙烯酸等發(fā)生聚合反應(yīng)，生 成接枝共聚物。醚化淀粉是通過將 淀粉上的官能團(tuán)的衍生化，引入具 有醚鍵的取代基來實(shí)現(xiàn)的。氧化淀 粉是利用一些強(qiáng)氧化劑，使得淀粉分子部分?jǐn)嗔阎频玫摹Ｍㄟ^這些改性，淀粉能 形成強(qiáng)韌、清晰、連續(xù)的薄膜，比酸解淀粉或原淀粉的薄膜更為均勻，收縮及爆 裂的可能性更小，薄膜的水溶性最好，而且對薄膜的透明性影響較, , j d 4 3 1 。 淀粉類薄膜在溫度低時發(fā)硬，甚至發(fā)脆，其力學(xué)性能，防水防潮性能較差， 且成膜性能不好，因而往往需要與p v a 共混來提高其成膜性能與力學(xué)性能。 1 4 4 蛋白質(zhì)水溶性薄膜 c o o h 蛋白質(zhì)成膜劑是以天然蛋白質(zhì)及其改性產(chǎn)品為 l 主要成分的成膜劑，包括動物蛋白和植物蛋白兩大 n h 2 一彳一h 類。蛋白質(zhì)是由2 0 多種l 型q 一氨基酸經(jīng)共價肽鍵 r i 殘基( 一c o n h 一) 連接而成的生物大分子。動物蛋白質(zhì) 圖1 3 氨基酸分子結(jié)構(gòu)和植物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)通常是多種氨基酸類物質(zhì)，通過肽 共價鍵聚合后也稱為多肽，當(dāng)分子量超過1 0 0 0 0 時稱 為蛋白質(zhì)，其基本結(jié)構(gòu)單元為氨基酸，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 蛋白質(zhì)類水溶性薄膜的研究目前較少，對于蛋白類材料，要獲得水溶性薄膜， 需要解決低溫或室溫水溶解性。為了改善蛋白質(zhì)的溶解性能，往往采取化學(xué)方法 對其改性。常見的化學(xué)改性方法有脫酰胺化、酰胺化、磷酸化等。改性往往引起 蛋白質(zhì)初級結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到增加溶解性，凝膠性，吸水性，穩(wěn)定性等功能性，滿 足生產(chǎn)加工上面的需求 4 4 。6 1 。 1 5 花生粕水溶性薄膜的研究目的及應(yīng)用前景 從總體上看，目前對于花生粕的研究仍然力度不夠，絕大多數(shù)花生粕用來作 為飼料，這造成蛋白資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。盡管部分花生粕用于提取花生蛋白，但花 7 花生粕制各水溶性薄膜的研究第1 章前言 生蛋白的應(yīng)用主要集中在食品加工上面，直接作為食品原料應(yīng)用于傳統(tǒng)食品加工 領(lǐng)域，而對于花生蛋白功能性產(chǎn)品研究很少。 花生粕價格低廉，花生蛋白降解后形成二氧化碳?xì)怏w，不對土壤或空氣造成 危害，同時花生蛋白是高分子材料，具備高分子材料的眾多優(yōu)良特性，利用花生 蛋白的這些特點(diǎn)，開發(fā)新品種將會成為開發(fā)花生蛋白的重點(diǎn)。今后，應(yīng)該進(jìn)一步 發(fā)展花生蛋白纖維，提高其抗張強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使其可紡性能 提高，適于大規(guī)模的生產(chǎn)。另外，除了發(fā)展花生蛋白可食性薄膜以外，發(fā)展花生 蛋白塑料以來代替目前廣泛使用的合成塑料，也必將是今后發(fā)展的一個重點(diǎn)。通 過改性制備的水溶性p v a 薄膜本身具備較好的生物特性和降解特性，但改性過程 中產(chǎn)生的副產(chǎn)物往往具有生物學(xué)不行為的缺點(diǎn)，花生蛋白質(zhì)分子鏈上有大量的親 水性基團(tuán)，利用花生蛋白大分子鏈上的親水基團(tuán)生產(chǎn)水溶性薄膜以來代替改性聚 乙烯醇，在成本和社會效益上面都是非常理想的。因此，本課題的研究目的是從 花生粕中提取花生蛋白，通過對花生蛋白的改性，共混從而制備得到溶解性能、 力學(xué)性能優(yōu)良的水溶性薄膜，拓寬花生粕的應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低水溶性薄膜的生 產(chǎn)成本，為水溶性薄膜的研究提供新的思路。 參考文獻(xiàn) 1 】a n k u s hb ，n i c h o l a sa ，p o l y ( a c r y l i ca c i d ) - 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1 4 3 7 【9 】9 潘秋琴，沈蓓莢，程霜花生蛋白質(zhì)的磷酸化改性【j 】沖國油脂1 9 9 7 ，2 2 ( 1 ) ：2 5 2 7 1 0 曲敬陽高營養(yǎng)花生蛋白奶的研制【j 山東食品科技，2 0 0 3 ，5 ：2 7 3 2 1 1 劉金平，梁西愛花生酸奶的研制 j 】中國乳品工業(yè)，2 0 0 6 ，3 4 ( 3 ) ：2 1 2 2 1 2 g 珍瓊，張玲花生蛋白質(zhì)凝膠食品的生產(chǎn)工藝研究【j 】食品工業(yè)科 技2 0 0 6 ，6 ：11 2 1 1 5 【1 3 】石曉，周瑞寶，張眷暉花生蛋白在火腿腸中的應(yīng)用研究【j 】糧油加工2 0 0 6 ， 6 ：8 2 - 8 4 1 4 】陳曉華植物蛋白火腿腸唧c n ：1 4 3 7 8 8 9 ，2 0 0 3 【1 5 】莫琪酶法水解花生粕制備蛋白飲料和蛋白粉 j 】農(nóng)牧產(chǎn)品開發(fā)1 9 9 6 ，7 ： 1 9 2 0 【1 6 】李曉剛，張永丹花生粕的酶解新工藝研究叨食品工業(yè)科技2 0 0 4 ，2 ： 1 0 2 - 1 0 3 17 】史軍，王金水，蔡鳳英，劉進(jìn)璽花生蛋白酶解條件及其活性肽抗氧化特性 研究叨河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報2 0 0 6 ，2 7 ( 6 ) ：2 9 3 3 1 8 】王金華，王紅保健型花生肽飲料的研制川產(chǎn)品開發(fā)2 0 0 2 ，1 2 ：3 0 1 9 】宋代輪，顧淑英花生蛋白改性聚乙醇纖維的制造方法【p 】c n ：1 5 8 4 1 5 2 a ， 2 0 0 5 【2 0 】韓吉侖，閔承騫，姜進(jìn)崗，毛諧安利用花生蛋白生產(chǎn)纖維的方法 p 】c n ： 1 6 8 3 6 1 5 a ，2 0 0 5 2 1 ；鈺& b - r - 多功能花生蛋白纖維及其制造方法【p 】c n ：1 9 1 2 2 0 2 a ，2 0 0 7 【2 2 】陳宗道前進(jìn)中的可食性性包裝【j 】糧油食品科技，1 9 9 3 ， ( 1 0 ) 2 3 2 5 2 3 i s s a ms e b t i ，f r e d e r i q u eh a n p i c h a v a n t ，v e r o n i q u ec o m a e d i b l eb i o a c t i v e f a t t ya c i d 。c e l l u l o s i cd e r i v a t i v ec o m p o s i t e su s e di nf o o d - p a c k a g i n ga p p l i c a t i o n s j j a g r i c f o o dc h e m 2 0 0 2 ，5 0 ( 15 ) ：4 2 9 0 - 4 2 9 4 【2 4 l i n az h a n g ，h a i q i n gl i u b i o d e g r a d a b i l i t yo fr e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i l m si n s o i l 陰i n de n g c h e m r e s ， 1 9 9 6 ，3 5 ( 1 2 ) ：4 6 8 2 - 4 6 8 5 2 5 t h ed p h a n ，f d e b e a u f o r t ，d l u u ，a v o i l l e y f u n c t i o n a lp r o p e r t i e so f 9 花生粕制備水溶性薄膜的研究 第1 章前言 e d i b l ea g e r - b a s e da n ds t a r c h - b a s e df i l m sf o rf o o dq u a l i t yp r e s e r v a t i o n j a g r i c f o o d c h e m ，2 0 0 5 ，5 3 ( 4 ) ，9 7 3 - 9 8 1 2 6 】馮芳，劉預(yù)，趙斌元，胡克鰲水溶性殼聚糖包裝膜的制備方法 【p 】c n ：15 9 4 4 0 6 a ，2 0 0 5 【2 7 m l e t e n d r e ，g d a p r a n o ， m l a c r o i x ， s s a l m i e r i ，d s t g e l a i s p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n db a c t e r i a lr e s i s t a n c eo fb i o d e g r a d a b l em i l kp r o t e i n f i l m sc o n t a i n i n ga g a ra n dp e c t i n j a g r i c j f o o dc h e m 2 0 0 2 ，5 0 ( 2 1 ) ：6 0 1 7 6 0 2 2 【2 8 】蘇峻峰，黃震，騰立軍等高強(qiáng)度耐水大豆分蛋白離包裝薄膜及其制備方法 和應(yīng)用 p 】c n ：19 7 8 5 3 2 a ，2 0 0 7 【2 9 符玉華，曹娜可食性包裝膜及其制備方法和用途 p 】c n ：1 7 4 3 3 7 9 a ，2 0 0 6 【3 0 】馮冶平，劉達(dá)玉改善花生分離蛋白成膜及保藏特性研究叨食品科 學(xué)2 0 0 5 ，2 6 ( 1 ) ：5 2 5 6 【31 】c h i n - c h il i u ，a n g e l am t e l l e z - g a r a y ，m e l e n ac a s t e l l - p e r e z p h y s i c a la n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f p e a n u t p r o t e i nf i l m s j l e b e n s m i t t e l - w i s s e n s c h a f t u n d t e c h n o l o g i e 2 0 0 4 ，3 7 ( 7 ) ：7 31 - 7