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您当前位置:创联食用胶网 » 行业快讯 » 添加单宁对明胶可食膜性质的影响

  • 添加单宁对明胶可食膜性质的影响
  • 来源:爱学术        2019-12-13         3934
【摘要】

将单宁添加到明胶液中浇注成膜,通过氢键和疏水键等相互作用,使明胶-单宁复合膜形成紧密的结构,从而改善了明胶膜的相关理化性质。首先,添加单宁明显提高了明胶膜的抗拉伸强度,并且具有单宁浓度依赖性,在单宁添加量为30mg/g时达到最大。然而,单宁的添加降低了明胶膜的断裂伸长率。同时,添加单宁明显降低了明胶膜的水蒸气透过率、氧气透过率和水溶解度。另外,随着单宁含量的增加,明胶膜的热稳定性也得到提高。此外,由于单宁本身的理化性质,单宁增加了明胶膜的粗糙程度和色泽。

明胶作为一种天然高分子材料,由动物组织中的胶原部分降解而形成的三股螺旋结构,主要应用于食品,制药和化妆品等工业领域。近年来,由于其具有优良的成膜性能,明胶已广泛地用于可食膜的开发与应用。明胶膜具有良好的热封性、阻油性、阻气性、生物相容性和可降解性。然而,明胶膜本身质地易碎、易溶于水,在湿度较低的环境中易被细菌侵蚀,所以如何提高机械性能和阻隔性能引起了人们的极大关注。目前,对明胶膜性能的改良主要集中于物理、化学和酶法对明胶进行交联网,以及引用其他外源物质对明胶进行改性,比如添加多糖、无机物和纳米生物材料等。

单宁又叫鞣质、单宁酸、鞣酸和没食子酸等,实际上它是一个笼统的名称,由五倍子酸、间苯二酚、间苯三酚、焦桔酚和其他酚衍生物组成的复杂混合物。单宁能与生物碱、蛋白质和多糖结合,使其物理化学行为发生变化,这主要由于单宁具有与多酚相同的功能,这些功能在一定程度上与多酚-蛋白质相互作用有关系。多酚与蛋白质主要是通过氢键和疏水键而结合在一起的。基于单宁与蛋白的相互作用,单宁可用于可食性蛋白膜的强化,以达到提高其相关性能的目的。在明胶可食膜中加入单宁,以提高复合膜的交联性,从而提高膜的机械性能、阻隔性能以及水不溶性。

明胶

添加单宁对明胶可食膜性质的影响

单宁-明胶膜的机械性能

当单宁的添加量在30mg/g以下时,复合膜的拉伸强度随着单宁添加量的增加而增大,断裂延伸率则随着单宁添加量的增加而减小;这是由于单宁含有丰富的酚羟基,这些酚羟基会与明胶发生交联作用而使复合膜的结构更加紧密。但当单宁的添加量超过30mg/g时,由于过多的单宁颗粒使膜的结构不连续,从而导致复合膜发生了相位分离,使膜的拉伸强度减小,断裂延伸率增大。当单宁添加量为30mg/g时,其拉伸强度最大为22.10±0.807MPa,断裂延伸率最小为40.12±0.032%。

单宁-明胶膜水溶性

随着单宁添加量的增加,复合膜的水溶性降低。当单宁添加量为40mg/g时,水溶性到达最低为27.76%。一般情况下,蛋白膜水溶解性的降低主要由于蛋白膜与其他物质反应生成氢键或者发生交联,从而减少蛋白的侧链官能团与水结合。在膜干燥过程中,膜中的水分蒸发,同时明胶就会与单宁发生反应而生成疏水键与氢键。随着单宁含量的增多,反应更加剧烈,膜的结构也相应变得更加紧密,从而提高复合膜的水不溶性。

单宁-明胶膜的水蒸气透过性

当单宁添加量在30mg/g以下时,复合膜的水蒸气透过率随着单宁量增加而减少,当单宁的添加量在30mg/g时,水蒸气透过性最小,其值达到(1.49±0.01)x10-11g/(Pa·s·m)。出现这种现象可能是由于单宁中含有丰富的羟基,与明胶发生交联,交联可以在明胶分子中间形成密集的网络结构,收紧分子间的空隙,使水分子很难穿过可食膜基质,同时,曲折的路径使水分子通过可食膜时必须穿过较长的距离。但是当单宁添加量超过30mg/g时,水蒸气透过性又变大。这可能由于单宁含有大量的羟基,过多的单宁易吸水而使水蒸气透过率增加。

单宁-明胶膜的氧气透过性

当单宁添加量为30mg/g以下时,随着单宁添加量的增加,复合膜的氧气透过性是减小的,过氧化值最小为21.63±0.62meg/kg;当其比值超过30mg/g时,其过氧化值反而增加了。出现这种现象可能是由于适量的单宁与明胶发生交联,交联可以在明胶分子中间形成密集的网络结构,减小了分子间的空隙,使氧气分子很难穿过可食膜基质,同时,单宁本身就具有良好的抗氧化性",并且与氧气反应,从而也相对降低了氧气的透过量。当单宁添加量过高,超过30mg/g时,花生油的过氧化值增高可能由于过多的单宁使明胶纤维在干燥过程中相互交联形成纤维束,同时就会出现通道而形成孔隙,导致更多的氧气通过复合膜。

单宁-明胶膜的色泽和透明度分析

膜颜色的改变主要取决于添加物本身的性质与浓度。复合膜的吸光度也随着单宁含量的增加而增加,出现这种情况可能是由于单宁与明胶的交联性使复合膜结构更加紧密,从而阻止了光的透过,也可能与单宁本身的颜色有密切关系。

单宁-明胶膜的热稳定分析

明胶膜的玻璃化转换温度是68.85℃。随着单宁添加量的增加,复合膜的玻璃化转换温度是上升的,且当单宁的添加量为30mg/g时,玻璃化转换温度最大为80.65℃,吸热峰主要是破坏明胶分子间氢键和单宁与明胶之间形成的物理交联以及明胶三股螺旋结构的重新排列。复合膜热稳定性的升高和吸热程度的降低均是由于干燥过程中明胶与单宁之间产生了键合作用,而交联正是键合的一种重要的方式。

由上述分析可知,当单宁添加量为30mg/g时,膜的各项性能达到最优。鉴于单宁对明胶膜各项性能的提高,单宁-明胶膜在可食性包装中具有较大的潜在应用价值。

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参考文献

W Wang,Y Zhang,R Ye,et al,Physical crosslinkings of edible cllagen casing [J]. Intemational Joumal of Biological Macromolecules,2015,81:920-925

曹娜,符玉华,贺军辉.明胶膜的性能研究进展[J].高分子通报,2007,8:1-6

王书园,俞凌云,朱云.单宁的分析研究现状[J].江苏调味副食品2008,25(5):16-19


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