上海一恒培养箱对明胶膜结构及性能的分析

食品包装中广泛使用的塑料膜因其不易分解和不 可再生带来的环境污染和食品安全问题逐渐受到人们 的重视，因此急需开发无毒、可降解、可再生的材料来 代替传统的塑料包装材料，其中以天然高分子为原料 来制备可食性膜已成为近年来国内外研究的热点。根 据使用的基质不同，可食膜可以分为多糖膜、蛋白膜、 脂质膜和复合型膜，其中蛋白质所形成的可食性蛋白 膜具有一定的机械特性和较好的阻气性，可以防止脂 肪氧化和挥发性成分挥发，用于食品包装可以保持 食品质量和延长食品的货架期，因此蛋白质被认为 是最具潜力的可食性膜材料。

1 材料与方法

1. 1 主要材料

明胶( Type B) 、甘油、亮氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸、 脯氨酸、谷氨酸、精氨酸，国药集团化学试剂有限公司。 所有试剂均为国产分析纯。

1. 2 主要仪器与设备

FA－1004 万分之一电子天平，上海精天电子仪器 有限公司; 8002 温控水浴锅，北京永光明医疗仪器厂; 99－1 磁力搅拌器，金坛市科析仪器有限公司; 上海一恒LHS-100CL恒温恒湿培养箱，上海一恒科学仪器有限 公 司; UltraScan-PRO 测 色 仪，美国亨特立公司; UV1800PC 紫外－可见光分光光度计，上海菁华科技仪 器有限公司; S－3400N 扫描电子显微镜，日本基恩斯 国际贸易有限公司; NEXUS－670 傅里叶变换红外光谱 仪，美国尼高力仪器公司; Instron－5569A 电子万能材 料试验机，美国英斯特朗公司。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 明胶膜制作

将 6 g 明胶溶解于 100 mL 去离 子水中，60℃恒温水浴锅中加热并搅拌 30 min，然后加 入 25%( w /w，甘油/明胶) 的甘油作为增塑剂，室温下 磁力搅拌 30 min 后分别加入 1 g 亮氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸和谷氨酸，磁力搅拌 30 min 溶解混合均 匀; 将成膜液在 4 000 r·min－1 条件下离心 5 min 脱除 气泡; 取 10 mL 成膜液倾倒入 9 cm 的塑料培养皿中， 放入 25℃、相对湿度 55%±5%的恒温恒湿箱中干燥 48 h，取出揭膜。保存于 25℃、相对湿度 50%的恒温恒湿 箱中待测。

1. 3. 2 表观特征

通过电子显微镜在 4×10 放大倍 数下观察明胶膜的表观特征。

1. 3. 3 厚度测定

用千分测厚规在膜上随机选取 10 个点，测定其厚度并计算平均值，单位 mm。

1. 3. 4 机械特性测定

按照 GB /T 1040. 3－2006中塑料拉伸性能试验方法进行测定。将膜剪切成 50 mm×20 mm 的矩形长条，利用电子万能材料试验机进 行测试，试样有效长度为 30 mm，拉伸力为 100 N，拉 伸速度为 30 mm·min－1 ，每组 10 个重复。

2 结果与分析

明胶膜的厚度在 0. 074 ～ 0. 176 mm 范围内，添加亮氨酸和谷氨酸显著增加了明胶膜的厚 度( P ＜ 0. 05) 。膜的厚度主要取决于膜液中的固体含量，添加亮氨酸和谷氨酸导致膜厚度增加可能与它 们在水中较低的溶解性有关，当膜被干燥时，固体析出，导致膜表面厚度增加。色泽是衡量消费者对食品包装满意度的一个重要 指标。氨基酸的类型对明胶膜的颜色具 有显著影响，添加脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、丝氨酸和甲 硫氨酸均显著降低了膜的 L* 值和 a* 值( P ＜ 0. 05) ， 并伴随着 b* 值和 ΔE* 值的增加; 除添加脯氨酸外，添 加其他氨基酸均显著增加了 b* 值 和 ΔE* 值 ( P ＜ 0. 05) 。结果表明，添加氨基酸可以增加明胶膜的黄度。对照组和添加脯氨酸的明胶膜展现 出光滑透明的膜表面，而添加亮氨酸和谷氨酸的膜表 面粗糙，且具有许多黑洞，这主要是由于在成膜的过程 中，有颗粒析出膜表面，当光通过膜表面时被反射，从 而形成较多黑洞; 而粗糙的膜表面可能是因为这些氨 基酸在膜中分散不均匀，这可能也是添加亮氨酸和谷 氨酸的明胶膜相对于对照组具有更高的水蒸气的透过 率和更低透光率的原因。此外，添加丝氨酸和甲硫氨 酸的明胶膜表面形成了许多花纹，从而阻碍了光的透 过。不同膜表面形貌可能与氨基酸的溶解度有关，不 易溶于水的亮氨酸和谷氨酸在膜干燥的过程中析出表 面，极易溶于水的脯氨酸形成了均匀、光滑、透明的薄 膜，而丝氨酸和甲硫氨酸处于两者之间。

3 讨论

增塑剂对膜的增塑效果取决于增塑剂的理化性质 ( 大小、形状、化学构成、分子质量和功能基团) 和其与 聚合物的兼容性( 极性、氢键、介电常数和溶解度)。 本研究结果表明，添加脯氨酸和丝氨酸增加了明胶膜 的断裂伸长率，并伴随着拉伸强度的降低，这可能是因 为氨基酸中的极性基团能够破坏明胶分子产生的氢 键，从而削弱明胶分子间的作用力，导致分子间的自由 体积增大，使明胶分子更易移动，因而膜材料柔性增 加，拉伸强度下降。本研究还发现，添加亮氨酸和 谷氨酸时，膜表面有固体颗粒析出，但是亮氨酸膜质地 较硬较脆，而谷氨酸膜相对较软，因而亮氨酸增加了明 胶膜的拉伸强度，而谷氨酸降低了膜的拉伸强度，这可 能与氨基酸的性质有关。添加亮氨酸可同时增加明胶 膜的拉伸强度和断裂伸长率，这与 Wu 等报道添加 5%羟基磷灰石对明胶膜机械性能影响的结果一致。