亓偉杰，連子騰，代世成，廖培龍，鄭環(huán)宇，王 歡*

（1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 哈爾濱 150030 2 黑龍江省綠色食品科學(xué)研究院 哈爾濱 150030）

近年來，我國(guó)綠色科技迅速發(fā)展，環(huán)保成為發(fā)展主流。人們?cè)谧非蠛?jiǎn)便、高效的同時(shí)，更注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)，對(duì)可再生、可降解包裝材料的興趣日益劇增[1]。傳統(tǒng)的食品包裝材料雖在保藏和運(yùn)輸過程中起關(guān)鍵性作用，但其難降解，嚴(yán)重污染環(huán)境等缺陷與“綠色、健康、可持續(xù)”的發(fā)展理念相違背?？墒衬ぶ饕且蛏锞酆衔镏g的相互作用而形成，其可解決傳統(tǒng)包裝材料帶來的問題。

研究表明，大豆分離蛋白、殼聚糖以及納米纖維均是良好的成膜材料。殼聚糖具有天然、安全、無毒等特點(diǎn)，其分子之間存在大量氨基和羥基形成氫鍵作用力，易形成一層連續(xù)的薄膜結(jié)構(gòu)，阻隔性能較好[2]。纖維素納米纖維的結(jié)構(gòu)是單個(gè)或聚集的長(zhǎng)鏈，它是通過交替連接結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)而形成的，作為優(yōu)良的控釋劑和穩(wěn)定劑可以顯著提高可食用包裝膜的抗氧化和抗菌性能[3]。殼聚糖-纖維素納米纖維可食膜應(yīng)用在高水分食品領(lǐng)域具有較大的防水和抑菌潛力，而在拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等機(jī)械性能方面有所不足[4]。李帥等[5]成功制備的大豆蛋白殼聚糖可食膜表現(xiàn)出較好的伸展性，防水性能有所缺陷。Han 等[6]將納米纖維素加入大豆蛋白膜中，結(jié)果表明薄膜的可溶性物質(zhì)和溶脹特性顯著降低，機(jī)械性能得到明顯改善，在阻隔性能不足。大豆分離蛋白與殼聚糖以及纖維素納米纖維雖都具有良好的相容性，但單一原料或兩者結(jié)合制成的包裝膜均無法滿足食品包裝要求[7]。將3 種成膜材料結(jié)合起來，利用其相互作用可提高可食膜的相關(guān)性能。

目前采用大豆分離蛋白、殼聚糖、纖維素納米纖維三者復(fù)合來制備可食性薄膜的研究還較少。本研究采用不同濃度的大豆分離蛋白與殼聚糖、纖維素納米纖維混合制備可食膜，利用FTIR（傅里葉紅外光譜）、XRD（X 射線衍射）、SEM（掃描電子顯微鏡）及DSC（差示掃描量熱）分析其結(jié)構(gòu)變化；研究蛋白濃度對(duì)其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率機(jī)械性能、膜的厚度、不透明度、水蒸氣透過率、氧氣透過率、親水性能、溶解性及接觸角等理化性質(zhì)的變化，揭示大豆分離蛋白、殼聚糖和納米纖維素分子相互作用以及對(duì)可食膜的性能影響，為蛋白多糖膜的發(fā)展研究提供技術(shù)理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白（純度≥90%），殼聚糖（脫乙酰度＞90%），上海源葉生物科技有限公司；纖維素納米纖維（水凝膠狀），廣東中山納纖絲新材料有限公司；甘油（食品級(jí)），上海源葉生物科技有限公司；無水氯化鈣，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；亞油酸，上海源葉生物科技有限公司；其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

AL204 型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PHS-3C 型實(shí)驗(yàn)室pH 計(jì)，中國(guó)上海雷磁公司；測(cè)厚規(guī)（精度0.001 mm），日本島津公司；數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋，金壇市雙捷實(shí)驗(yàn)儀器廠；磁力攪拌器，廣州儀科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro Systems 公司；TU-1800紫外-可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Empyrean X 射線衍射儀，馬爾文帕納科公司；S-3400N 掃描電子顯微鏡，日本日立公司；OCA20 視頻接觸角測(cè)定儀，德國(guó)Dataphysics 公司；Magna-4R 560 傅里葉變換紅外光譜，日本島津公司；DSC3 差示量熱掃描儀，瑞士梅特勒公司。

1.3 大豆分離蛋白-殼聚糖-纖維素納米纖維可食膜的制備

用100 mL 1%冰乙酸溶解3 g 殼聚糖，攪拌均勻；將大豆分離蛋白溶于100 mL 蒸餾水中制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，1.5%，3%，4.5%，6%的大豆分離蛋白溶液，并于80 ℃水浴攪拌30 min，之后用2 mol/L 鹽酸溶液將殼聚糖及大豆分離蛋白溶液pH值調(diào)至3.0。精確稱量15.0 g 纖維素納米纖維溶于100 mL 蒸餾水，攪拌30 min 備用[8]。將不同濃度的大豆分離蛋白溶液與殼聚糖和纖維素納米纖維溶液按照1 ∶1 ∶1（體積比）的比例混合均勻，此時(shí)蛋白分別為0%，0.5%，1%，1.5%，2%，后加入2%甘油，混合攪拌1 h 后，靜置除去氣泡后流延成膜，最后經(jīng)60 ℃鼓風(fēng)干燥5～6 h 成膜。以不加大豆分離蛋白的殼聚糖纖維素納米纖維可食膜作為對(duì)照[9]。

1.4 結(jié)構(gòu)測(cè)定

1.4.1 傅里葉紅外光譜分析（FTIR）使用傅里葉紅外光譜儀對(duì)膜進(jìn)行掃描。將膜剪切成1 cm×1 cm 規(guī)格大小，在400～4 000 cm-1范圍內(nèi)測(cè)定，以4 cm-1的分辨率獲得32 次掃描的平均值[10]。

1.4.2 X 射線衍射分析（XRD）根據(jù)李彤等[11]的方法，干燥后的可食膜置于XRD 分析儀上進(jìn)行分析，2θ 范圍為5°～40°，放射源為Cu-Kα 射線（λ=0.154 nm），掃描速率為3°/min。

1.4.3 差示掃描量熱分析（DCS）將可食膜放在經(jīng)25 ℃和50%相對(duì)濕度條件下處理2 d 過密封的約5 mg 標(biāo)準(zhǔn)鋁盤中，并用液氮快速冷卻至-10℃。DSC 曲線在0～300 ℃的溫度范圍內(nèi)，在干燥氮?dú)饬飨?，?0 ℃/min 的加熱速率測(cè)得[12]。

1.4.4 掃描電子顯微鏡觀察（SEM）采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察膜的橫截面形態(tài)，取2 mm×2 mm 膜樣品固定，噴金，掃描電鏡下觀察，加速電壓5 kV[10]。

1.5 性能測(cè)定

1.5.1 厚度的測(cè)定 根據(jù)陳姍姍[9]的方法，在可食膜的4 角及中央各取1 點(diǎn)，用測(cè)厚規(guī)測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的厚度，單位為mm，用于膜機(jī)械性能計(jì)算。每個(gè)樣品測(cè)量不少于3 次。

1.5.2 不透明度的測(cè)定 參照羅愛國(guó)等[13]的方法，使用分光光度計(jì)測(cè)定膜的透光率。把可食膜制成10 mm×50 mm 的長(zhǎng)條狀，放在比色皿的一側(cè)，并利用無膜的比色皿作為空白。在600 nm 處測(cè)吸光度（A），按照公式計(jì)算透光率。

式中：A600——600 nm 處測(cè)得的吸光值；d——膜的厚度，mm。

1.5.3 拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 將可食膜剪切成1 cm×5 cm 的長(zhǎng)條狀，確保測(cè)試樣品完整無破損。將兩端用醫(yī)用膠帶粘住，將兩端夾在兩個(gè)探頭之間使其保持緊繃狀態(tài)，固定在質(zhì)構(gòu)儀器上。設(shè)定可食膜的初始夾距在3 cm，力臂為5 kg。記錄膜斷裂時(shí)的最大拉力F 數(shù)值以及斷裂伸長(zhǎng)率。

式中：TS——膜的拉伸強(qiáng)度，MPa；F——膜斷裂時(shí)的最大作用力，N；d——膜的厚度，mm；l——膜的夾距，mm。

1.5.4 水蒸氣透過率的測(cè)定 根據(jù)GB-1037-70，采用擬杯子法[14]進(jìn)行水蒸氣透過率測(cè)定。水蒸氣透過系數(shù)（WVP）計(jì)算公式為：

式中：WVP——水蒸氣透過系數(shù)，g·mm/（h·m2·kPa）；q/t——單位時(shí)間內(nèi)錐形瓶增加質(zhì)量的算術(shù)平均值，g/h；d——膜的厚度，mm；S——膜的試驗(yàn)面積，m2；Δp——試樣兩側(cè)的蒸汽壓差，kPa。

1.5.5 氧氣透過率的測(cè)定 根據(jù)ASTMD3985-95[15]方法并稍作修改，在常壓室溫條件下往錐形瓶中加入1 mL 亞油酸，用可食膜包住瓶口并用石蠟密封。測(cè)量試驗(yàn)?zāi)さ拿娣e，每隔24 h 測(cè)量錐形瓶的質(zhì)量，直至不再變化。氧氣透過率（OP）的計(jì)算方式為：

式中：OP——氧氣透過率，g/（m2·d）；Δm——亞油酸增加的質(zhì)量，g；S——膜的面積，m2；t——試驗(yàn)的時(shí)間，d。

1.5.6 接觸角的測(cè)定 根據(jù)支雅雯等[16]的方法稍加修改，將膜剪切成1 cm×2 cm 規(guī)格大小，使用兩個(gè)載玻片夾住。采用液滴法通過接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定。測(cè)量范圍0～180°，滴水量為0.5 μL。

1.5.7 吸水能力的測(cè)定 將可食膜剪切成3 cm×3 cm 規(guī)格，吸干水分稱重W1，將其放置在盛有30 mL 蒸餾水的平皿中，2 h 后取出并用紙巾瀝干水分，稱重記為W2。吸水率計(jì)算公式為

1.5.8 溶解性的測(cè)定 根據(jù)王亞珍等[17]的方法，將可食膜剪切成3 cm×3 cm 規(guī)格，在干燥器中放至恒重稱重為W1，然后將其放入盛有30 mL 蒸餾水的平板中，在室溫下（25 ℃）溶解12 h 后，將膜取出吸干水分放入干燥器至恒重稱重W2。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有試驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和分析由SPSS 軟件完成，并用Origin 8.0 作圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的FTIR 影響

圖1 顯示了不同大豆分離蛋白濃度可食膜在4 000～500 cm-1范圍內(nèi)的FTIR 圖。空白組分別在3 250 cm-1、1 600 cm-1（C=O 伸縮振動(dòng)）、1 530 cm-1（N-H 彎曲振動(dòng)）有特征振動(dòng)吸收峰，3 250 cm-1處的峰是由于C-N 和O-H 的伸展彎曲[18]。當(dāng)大豆分離蛋白為1%時(shí)，在3 250 cm-1的吸收峰紅移至3 290 cm-1，相對(duì)于其它3 組移動(dòng)范圍最大，這是由于大豆蛋白和殼聚糖的氨基與纖維素納米纖維的羥基之間發(fā)生了分子鍵合[19]，宏觀表現(xiàn)為具有較好的拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率。1 540 cm-1是殼聚糖氨基基團(tuán)的振動(dòng)引起的，結(jié)果表明殼聚糖與纖維素納米纖維之間有靜電作用[8]。FTIR 證實(shí)了大豆分離蛋白、殼聚糖、纖維素納米纖維通過氫鍵及靜電相互作用共同維持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且蛋白為1%時(shí)，三者更好的結(jié)合，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[20]。

2.2 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的XRD 影響

XRD 一般用于晶體結(jié)構(gòu)以及復(fù)合物成分之間的相容性分析，從圖2 可以看出隨著蛋白濃度的增大可食膜XRD 的變化規(guī)律。納米纖維素本身就是結(jié)晶和非結(jié)晶組合體[21]，對(duì)膜的結(jié)晶度也有著一定的影響。添加1%蛋白使得2θ 從22.45°移至22.25°，峰值強(qiáng)度達(dá)到最大，說明蛋白的加入增加了分子之間有序性，結(jié)晶度升高，膜的強(qiáng)度增大[22]，蛋白更好的與兩種多糖相結(jié)合。而隨著蛋白濃度的升高使得峰值降低，結(jié)晶度下降，破壞了分子有序性。以上說明1%的大豆分離蛋白可使可食膜結(jié)晶度提高，分子結(jié)構(gòu)變得更為緊密，分子之間距離減小，可食膜中蛋白分子二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[11]，這也導(dǎo)致了可食膜機(jī)械性能和阻隔性能的變化。

圖2 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的XRD 影響Fig.2 XRD effects of different concentrations of soybean protein isolate on edible film

2.3 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的DSC 影響

DSC 評(píng)價(jià)了可食膜的熱性能，通過分析差示量熱掃描曲線得知其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及聚合物相容性，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是指由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)所對(duì)應(yīng)的溫度[8]。圖3顯示了可食膜的差示掃描量熱曲線以及確定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。從圖中可以看出，加入1%的大豆分離的可食膜相對(duì)于空白組來說變化不顯著，變性溫度為117 ℃時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，這種現(xiàn)象的變化可能是3 種聚合物之間相互作用穩(wěn)定的結(jié)果，導(dǎo)致無定形聚合物鏈的自由旋轉(zhuǎn)減少[23]。添加2%蛋白的可食膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化最顯著（P＜0.05），可能是過量帶正電荷的蛋白分子削弱三者之間氫鍵作用，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，與Samir 等[24]研究結(jié)果相符。

圖3 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的DSC 影響Fig.3 DSC effect of different concentration of soybean protein isolate on edible membrane

2.4 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的SEM 影響

利用掃描電子顯微鏡對(duì)可食膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖4 所示，添加1%大豆分離蛋白的可食膜橫截面結(jié)構(gòu)較均勻致密，孔洞較少，堆積緊密，表明1%的蛋白可食膜可能具有良好的的阻隔性能和機(jī)械性能。同時(shí)，圖中也顯示，當(dāng)添加的蛋白濃度過高時(shí)，橫截面出現(xiàn)空隙，凹凸不平，這是由于未結(jié)合的游離蛋白發(fā)生聚集，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，加速了水分子以及其它分子的進(jìn)入[23]，導(dǎo)致水蒸氣和氧氣等分子的進(jìn)入。因此蛋白濃度為1%時(shí)有利于與殼聚糖以及纖維素納米纖維的相容。

圖4 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜的SEM 影響Fig.4 SEM effects of different concentrations of soybean protein isolate on edible membrane

2.5 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜厚度和不透明度的影響

厚度是影響可食膜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。厚度過大不但浪費(fèi)原料，并且不宜包裝食品；厚度過小，影響膜的阻隔性能，不能更好阻擋水分子滲透[25]。因此，控制厚度大小是制備可食膜的關(guān)鍵所在[7]。由圖5 可以看出，隨著大豆分離蛋白濃度的增加，可食膜的厚度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這是由于蛋白濃度越大，單位體積內(nèi)的成膜液干物質(zhì)含量越多，使得可食膜厚度越來越厚[7]。可食膜的組分對(duì)厚度有較大影響，蛋白基質(zhì)中添加適量的納米纖維素使得可食膜厚度增大[8]。

圖5 不同含量的大豆分離蛋白對(duì)可食膜厚度和不透明度的影響Fig.5 Effects of different concents of soybean protein isolate on thickness and opacity of edible film

同樣，殼聚糖與納米纖維素的結(jié)合對(duì)可食膜厚度也有一定的作用[26]。對(duì)于不透明度而言，在食品中的應(yīng)用同樣至關(guān)重要，其保護(hù)食品免受紫外線輻射引起的氧化，但是可食膜的高不透明度也會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者對(duì)食物的視覺模糊[3]?？墒衬げ煌该鞫冉Y(jié)果如圖5 所示，隨著蛋白濃度的增大，不透明度呈快速上升趨勢(shì)，蛋白濃度為1%時(shí)達(dá)到3.59%，較對(duì)照組提高16.67%。隨后上升趨勢(shì)增長(zhǎng)減緩，主要是因?yàn)殡S著蛋白濃度的提高，蛋白與殼聚糖及纖維素納米纖維相互作用趨向飽和，過量的蛋白會(huì)導(dǎo)致可食膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參差不齊（見圖4），影響可見光的透過，由于大豆分離蛋白帶入過多正電荷使納米纖維素團(tuán)聚，引起光的散射，導(dǎo)致可食膜不透明度的升高[3]。結(jié)果顯示，1%的添加量不僅可以滿足食品的可見度，同時(shí)降低了光線對(duì)食品的透射氧化，對(duì)光敏食品也具有一定阻光性[13]。

2.6 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響

可食膜的機(jī)械性能決定了其在食品包裝實(shí)際應(yīng)用范圍。通常，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率用于表示它的最大應(yīng)力強(qiáng)度和柔韌性，主要與基體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相互作用力有關(guān)[27]。不同濃度的大豆分離蛋白可食膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率如圖6 所示，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，1.5%，2%時(shí)，拉伸強(qiáng)度無顯著變化。蛋白添加量為1%的可食膜拉伸強(qiáng)度為6.42 MPa，比未添加提高44.45%，這是由于其內(nèi)部分子相互作用，大豆蛋白與殼聚糖較容易形成分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[28]，纖維素納米纖維與蛋白質(zhì)可發(fā)生鍵合和交聯(lián)作用[29]，三者通過氫鍵以及靜電相互作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。但由于過量的蛋白加入，殼聚糖與納米纖維素結(jié)合位點(diǎn)趨于飽和狀態(tài)，氫鍵逐漸被較弱的靜電相互作用而取代。與空白組相比，1%蛋白的加入使得可食膜斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)98.75%，提高25.68%，原因可能是由于膜的剛性結(jié)構(gòu)受其柔韌性影響，而納米纖維素是否在基質(zhì)內(nèi)均勻分散又影響著膜的剛性和柔性，較多帶有正電荷蛋白的加入使得納米纖維素因靜電作用發(fā)生團(tuán)聚，其小尺寸效應(yīng)逐漸明顯，這些因素導(dǎo)致分子間距離變小，可食膜柔性降低，從而減小膜的斷裂伸長(zhǎng)率[30]。

圖6 不同含量的大豆分離蛋白對(duì)可食膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響Fig.6 Effects of different concents of soybean protein isolate on tensile strength and elongation at break of edible film

2.7 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜氧氣透過率和水蒸氣透過率的影響

不同大豆蛋白濃度制備可食膜的氧氣透過率和水蒸氣透過率的變化情況如圖7 所示。空白組水蒸氣透過率高達(dá)0.92 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，當(dāng)添加1%的大豆分離蛋白時(shí)可食膜的水蒸氣透過率達(dá)到最低，為0.86 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，可能是由于蛋白均勻分散到基質(zhì)里，蛋白與殼聚糖和納米纖維素充分結(jié)合，形成的可食膜結(jié)構(gòu)比較致密，而且大豆分離蛋白的加入，讓水分子在擴(kuò)散和溶解過程中路徑變得曲折，有效阻礙了水蒸氣在可食膜中的擴(kuò)散[31]，水蒸氣透過率因此降低；當(dāng)?shù)鞍诐舛雀哂?%時(shí)，水蒸氣透過率升高，這是由于蛋白與兩種多糖結(jié)合位點(diǎn)有限，隨著蛋白濃度的增加使得結(jié)合位點(diǎn)飽和，過量的蛋白分子游離在結(jié)構(gòu)之外，可食膜結(jié)構(gòu)松散，水分子更容易穿透可食膜[7]。1%蛋白添加量的可食膜氧氣透過率低至10.63 g·m-2·d-1，同樣是由于可食膜結(jié)構(gòu)因蛋白濃度不同結(jié)構(gòu)不一致，致密程度決定氧氣透過率的大小，變化規(guī)律與水蒸氣透過率形成一致。

圖7 不同含量的大豆分離蛋白對(duì)可食膜氧氣透過率和水蒸氣透過率的影響Fig.7 Effects of different concents of soybean protein isolate on oxygen and water vapor permeability of edible membrane

2.8 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜接觸角的影響

研究可食膜的接觸角大小也是研究其水分敏感性的重要方法之一，接觸角越大說明可食膜表面疏水能力越強(qiáng)，反之，接觸角越小說明可食膜親水性越好[32]。從表1 可以看出，在加入0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)蛋白和1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)蛋白都會(huì)顯著增強(qiáng)可食膜的疏水作用，其中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的可食膜接觸角最高達(dá)到88.32°，說明三者復(fù)合物表面親水基團(tuán)減少，而過高濃度蛋白的加入使得接觸角變小，是因?yàn)槌霈F(xiàn)大量游離氨基酸，減弱疏水性，現(xiàn)象原因與可食膜的吸水性能變化的原因一致。

表1 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜接觸角的影響Table 1 Effects of different concentrations of soybean protein isolate on contact angle of edible membrane

2.9 不同濃度大豆分離蛋白對(duì)可食膜吸水能力和溶解性的影響

食品中通常有一定量的水分，可食膜本身的結(jié)構(gòu)受到水分子的影響，作為食品包裝材料若有較高的親水性最終可能會(huì)自行崩解[33-34]。不同大豆分離蛋白濃度對(duì)可食膜的吸水性能和溶解性變化規(guī)律如圖8 所示，隨著大豆分離蛋白濃度的增大，可食膜吸水率呈現(xiàn)先降低再增大的趨勢(shì)，其中1%大豆分離蛋白可食膜吸水率最低，為347.82%，這是由于大豆分離蛋白、殼聚糖與纖維素納米纖維發(fā)生靜電以及氫鍵相互作用使得納米纖維表面-OH 被結(jié)合[35]，可食膜表面親水基團(tuán)減少，吸水性能降低。對(duì)于溶解性而言，由圖8 可以觀察到隨著蛋白濃度添加至1%溶解性低至51.26%，這可能是三者相互作用形成致密結(jié)構(gòu)并減少親水基團(tuán)，形成后的結(jié)構(gòu)難溶于水，而低于或高于1%蛋白濃度均增大了可食膜的親水及溶解性，原因是形成的結(jié)構(gòu)不緊密以及過高蛋白濃度對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)保證高水分含量食品安全、防止食品的污染起到了關(guān)鍵性作用[36-37]。

圖8 不同含量的大豆分離蛋白對(duì)可食膜的吸水性能和溶解性的影響Fig.8 Effects of different concents of soy protein isolate on water absorption and solubility of edible membrane

3 結(jié)論

本研究通過將不同濃度的大豆分離蛋白與殼聚糖、纖維素納米纖維混合制得可食膜，通過FTIR、XRD、DSC、SEM 探究其結(jié)構(gòu)變化，研究蛋白濃度對(duì)可食膜的機(jī)械性能、不透明度、水蒸氣透過率、氧氣透過率及親水性的影響。FTIR 及XRD 顯示大豆蛋白添加量為1%時(shí)可食膜內(nèi)部氫鍵與靜電相互作用更強(qiáng)，親水基團(tuán)大幅度減少，分子間距離變小，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密。與其它樣品相比，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的可食膜在機(jī)械性能、阻隔性能等方面均有顯著（P＜0.05）提高，這些性能的提升增強(qiáng)了可食膜的包裝應(yīng)用范圍，防止食物的氧化腐爛及水分流失，為食品貯藏運(yùn)輸提供了保障。