鱼皮明胶的壳聚糖与酶法复合改性及其膜性能研究

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当前,随着人们环保意识的日益增强,传统的塑料包装膜已不能满足人们在食品包装方面的要求。鱼皮明胶为鱼类加工副产物鱼皮的主要成分,资源丰富,价格低廉,是环境友好型材料之一。近年来,利用可生物降解的鱼皮明胶来制备可食性包装膜越来越受到人们的关注,成为世界各国研究的热点。本文以鱼皮明胶为成膜材料,通过不同脱乙酰度与不同分子量壳聚糖的分子改性与谷氨酰胺转移酶(TGase)的酶促增效,改善鱼皮明胶膜的机械强度与阻水性能,制备可食性复合包装膜。主要研究内容包括以下几部分:(1)鱼皮明胶的基本特性。本研究所用原料为狭鳕鱼皮明胶,其特征氨基酸(脯氨酸和羟脯氨酸)含量明显低于哺乳动物明胶,仅为氨基酸总量的18.4%,符合冷水鱼皮明胶的特点。SDS-PAGE分析表明,狭鳕鱼皮明胶来源于Ⅰ型胶原,红外光谱分析表明,所用鱼皮明胶符合明胶的典型图谱,其酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ的吸收谱带分别在1658 cm-1、1544cm-1和1234 cm-1处。(2)鱼皮明胶成膜液及其改性。鱼皮明胶成膜液经TGase与壳聚糖单独与复合改性后,其凝胶强度与流变学特性均得到显著改善。鱼皮明胶经2%的TGase改性后,其凝胶强度达到了227g,比对照提高了127%。鱼皮明胶经壳聚糖改性后,其凝胶强度随壳聚糖脱乙酰度的减少而增强,而与壳聚糖的分子量无明显相关性。但鱼皮明胶的流变学特性均随着壳聚糖脱乙酰度和分子量的增加而增大。壳聚糖与TGase复合改性后,鱼皮明胶的凝胶强度达到了182g左右,比对照提高了82.0%。在25℃条件下,鱼皮明胶经2%壳聚糖(脱乙酰度93.6%、分子量550kDa)与2%TGase复合改性后,其弹性模量G’、G’’分别比对照增加了20.2倍和7.40倍,流变学性能明显改善。(3)鱼皮明胶复合膜的性能。经TGase改性、壳聚糖改性及TGase与壳聚糖复合改性后,鱼皮明胶膜的力学性能、水蒸气透过性显著改善。综合比较,壳聚糖(脱乙酰度93.6%、分子量550kDa)与TGase复合改性效果最好,与单一明胶膜相比,复合改性膜的热变性温度提高了32.1℃,水蒸气透过性降低了33.3%,拉伸强度、断裂伸长率达到了51.69MPa和38.35%,比对照提高了2.78倍和2.09倍,达到了GB10457-2009食品塑料自粘保鲜膜的标准水平。(4)鱼皮明胶复合膜的结构表征。鱼皮明胶复合膜的红外光谱图显示,由于TGase和壳聚糖的加入,明胶的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、酰胺Ⅲ均向低波数发生了移动,且壳聚糖的氨基变形振动消失,表明TGase催化明胶分子发生了交联反应,形成了新的晶体结构,壳聚糖与明胶之间不是简单的叠加,而是发生了较强的相互作用,形成了很强的氢键。扫描电镜结果表明,复合改性膜的微观结构排列紧密,横断面没有孔洞与裂缝现象,表明改性复合膜为均相体系,鱼皮明胶、壳聚糖、TGase三者之间形成了复杂的共聚物。(5)鱼皮明胶复合膜的应用。将鱼皮明胶复合成膜液应用于南美白对虾的涂膜保鲜,结果表明,鱼皮明胶复合膜可有效抑制对虾细菌生长,减缓挥发性盐基氮上升,延长对虾保鲜期。经涂膜保鲜的对虾,在冷藏6天后,其菌落总数和挥发性盐基氮分别比对照低32.1%和48.9%,保鲜期比对照延长了3天,且具有良好的感官评分。
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