细菌纤维素对转谷氨酰胺酶催化交联明胶凝胶和成膜性能的影响

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可食性生物降解膜是指以能被生物降解的物质为原料制成的一种可食的、具有一定的保鲜功能和包装保护功能的薄膜,它们在食品工业中的主要目标是阻止氧、二氧化碳、香气、油和水分从环境到食品和从食品到环境的迁移,主要的材料包括多糖类、脂类和蛋白质类。明胶由胶原蛋白控制水解而成,胶原是骨骼、皮肤、肌腱和所有其他结缔组织中的主要纤维蛋白成分。因其生物可降解性、大规模生产成本低和优异的成膜性能,成为一种广泛应用于食品、医药行业的天然聚合物,而且明胶的应用历史悠久,已经被美国食品药品管理局(FDA)认证为一种普遍认为安全(GRS)的材料。但是胶对水的高度敏感性以及由此引起的物理性质的变化对其作为食品包装材料的应用也有所限制。转谷氨酰胺酶(TG)作为酶交联剂已经被广泛应用于食品工业,可以有效改善蛋白质类可降解材料存在的缺陷。细菌纤维素(BC)因其具有较强的液体负载能力、拉伸强度、弹性模量、硬度、密度好、持水保湿能力较强以及具有较高的生物相容性和良好的生物可降解性已被广泛应用于电子、生物医药、食品工业和能源储存等多个领域。所以研究了以明胶为基质,选用转谷氨酰胺酶作为交联剂,并加入细菌纤维素,制备这三种物质共混的可食性降解材料。主要研究了细菌纤维素对明胶的硬度、持水能力、黏度、形成过程等性质的影响,在此基础上,将不同量细菌纤维素添加到由不同量转谷氨酰胺酶交联的明胶之中制备成薄膜,测定薄膜的机械性能、光学性能、阻隔性能等性质,为将此共混材料应用于草莓保鲜做铺垫。确定了凝胶以及薄膜的各项性能后,将更有利于理解共混材料涂层应用于草莓会对草莓的品质、生理性质以及生化性质产生的影响,可以更好地将共混材料应用于食品行业。实验结果包括以下三个方面:1.细菌纤维素含量对明胶凝胶性质的影响以明胶为基质,添加转谷氨酰胺酶作为交联剂,将以明胶质量计的0、2%、4%、6%、8%、10%的经处理的细菌纤维素加入其中,经混合、搅拌、凝固等过程制备成凝胶待用。对所形成凝胶的硬度、持水能力等指标进行测定,并对凝胶进行流变学性质测试。结果表明,添加细菌纤维素后可以有效改善明胶的持水能力;硬度测定结果表明细菌纤维素的加入,利于形成结构更加坚硬的凝胶;通过流变学实验发现,加入细菌纤维素对弹性模量、粘性模量的变化有较大的影响,这些与凝胶的结构也密切相关,温度扫描结果表明细菌纤维素对明胶凝胶的热稳定性有一定的改善作用。2.细菌纤维素含量对转谷氨酰胺酶交联明胶膜性质的影响将转谷氨酰胺酶添加量确定为20U/100mL和80U/100mL,在两种量的转谷氨酰胺酶交联条件下,分别添加明胶质量0%、2%、4%、6%、8%及10%的细菌纤维素,经混合、搅拌、铺膜等步骤在温度为25℃、相对湿度为50%的环境中干燥24h成膜。共混膜制备完成后,对其进行各项指标的分析,比如机械性能、阻隔性能、光学性能、红外光谱、结晶度、热稳定性以及微观结构的分析。结果显示,在20U/100mL转谷氨酰胺酶交联下,细菌纤维素添加量为4%时,膜的机械性能、阻隔性能光学性能达到最佳;红外光谱扫描分析显示细菌纤维素的加入会改变蛋白质的二级结构,增强膜的稳定性;微观结构结果表明加入酶和细菌纤维素后,膜的微观结构有因酶和细菌纤维素的加入而变粗糙的现象,但是无法抵消这两种物质加入后对膜性能产生的正面效果。3.共混膜应用于草莓保鲜在研究了共混材料所制备的凝胶和薄膜的各项性能后,选用转谷氨酰胺酶添加量为20U/100mL、细菌纤维素添加量为明胶质量的4%的比例,将此材料浸涂于草莓表面,待晾干后,置于25℃、相对湿度为90%的环境下进行为期6天的储藏,对草莓的各项性质进行测定,以确定涂膜对草莓品质的影响。实验结果表明,涂膜处理有效减少了草莓的重量损失,并且在储藏期内能更好的保持草莓的外观色泽,草莓中的维生素C也在涂膜处理后得到更好地维持,而且添加了细菌纤维素的涂膜处理组效果优于仅加入酶交联剂的涂膜处理组;此外,对抗氧化酶的活力和含量的测定也显示出涂层处理的优势。
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