大豆分離蛋白瓜爾膠共混復(fù)合膜的研究，大豆分離蛋白（SP[)由于其來源豐富，價(jià)格便宜JD工成型方 便，且其膜具有可降解性、透氧率低％已經(jīng)成為各國研究者廣泛關(guān) 注的重要天然離分子材料之一。但同時(shí)由于大豆分離蛋白分子中 含有許多氬基、羧基等親水性基團(tuán)，和石油為原料合成的聚烯烴類 材料相比，大豆分離蛋白膜在機(jī)械強(qiáng)度及耐水性方面有一定的缺 陷^】。經(jīng)天然共混改性制備的生物薄膜具有可降解性、生物相容性、 通透性相比單組分大豆分離蛋白膜有所改蕃等優(yōu)點(diǎn)。利用天然多糖 等高分子材料替代有污染、難降解的入工合成材料具有非常重要的 現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

瓜爾膠是從瓜爾豆中提取的一種天然可再生離分子中性多糖，大豆分離蛋白瓜爾膠共混復(fù)合膜的研究，具有安全無毒、生物相容性好、可被生物完全降解等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地 應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。瓜爾膠含多-0H有望與蛋白質(zhì)分子中 C00H等基團(tuán)作用，減弱大豆蛋白分子間和分子內(nèi)的氫鍵相互作 用，提高蛋白質(zhì)鏈段的運(yùn)動能力，從而增加膜材的柔順性，改蕃大豆 蛋白的加Z性能。

因此，本課題采用大豆分離蛋白為成膜基質(zhì)，天然瓜爾膠多糖 為添加劑，通過調(diào)節(jié)二者間的質(zhì)量比例關(guān)系，采取加熱的方式使大 豆分離蛋白變性，以甘油為增塑劑，調(diào)節(jié)大豆分離蛋白的空間網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)及柔韌性，蒸餾水和無水乙醇為溶劑，通過變化大豆分離蛋白、 瓜爾膠以及增塑劑間量的關(guān)系，結(jié)合調(diào)節(jié)共混溶液pH,優(yōu)化膜的抗 拉強(qiáng)度和斷裂伸長率。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1材料與設(shè)備

1.1.1材料大豆分離蛋白（SPI，哈高科大豆食品有限責(zé)任公 司）水分5.31%、蛋白質(zhì)91.60%、灰分4.51%;瓜爾膠{印度進(jìn)□，天 津華裕經(jīng)濟(jì)貿(mào)易有限公司）其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.1.2設(shè)備電子分析天平(O.OOlg，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有 限公司）；DZW電熱恒溫水浴鍋（天津萊斯特儀器有限公司）；PH計(jì) (上海雷磁儀器廠型定時(shí)電動搜拌器（江蘇省金壇市金城國 勝實(shí)驗(yàn)儀器廠丨干燥器（湖南匯虹試劑有限公司）；嗶旋測微器 (0.001mm哈爾濱置具刃具廠hTA.XT-Pbs質(zhì)構(gòu)儀丨Stable Micro System Ltd);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司h 自制玻瑰板。

1.2方法

1.2.1膜性能測定①膜厚（Him Thickness,FT)0在被測膜上隨 機(jī)取5點(diǎn)，用螺旋測微器(0.001mm)滿定厚度，取平均值。膜厚單位 為mm。②抗拉強(qiáng)度(tensile strength,TS)0抗拉強(qiáng)度測定前，先將待 測樣品防止裝有飽和溴化鉀水溶液的室溫條件干燥器中，均衡 48h。將膜裁切成工字型長條，用質(zhì)構(gòu)儀測定，拉伸速度為5ram/s,有 效拉伸距離為100mm，記錄膜破裂時(shí)的抗拉力每種膜測定3個(gè) 樣，取平均值即得。③斷裂伸長率(Breaking Elongation，BE)。將膜裁

作者簡介：晴春®(1979-丨，女，山東煙臺人，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)成揀學(xué)院,講師， 研究生，研究方向?yàn)橄嗍场⒂椭爸参锏鞍坠こ蘨于國萍U%3-)， 女，黑龍江呼蘭人，教授，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)及食品加工c

切成長如圖所示尺寸的工字型長條，用質(zhì)構(gòu)儀測定，拉伸速度為 5mm/s,有效拉伸距離為100mm,記錄膜受到張力至斷裂時(shí)的膜長\ 根據(jù)下式計(jì)算:E=()/W< 100%;

式中：E為斷裂伸長率（100%);：U為膜斷裂時(shí)的長度為 膜的原長(m);每種膜測定3個(gè)樣，取平均值即得。

1.2.2成膜工藝①不同大豆分離蛋白（SPI)濃度膜的制備工 藝。大豆分離蛋白瓜爾膠共混復(fù)合膜的研究，將 3.0、4,0、5.0、6.0%(w/v)SPI 粉宋，1.5%<w/v>增塑劑丙三酵加 入到裝有去離子水：無水乙酵=4:〗【v/v)的燒杯中，未加瓜爾膠多 糖,30±1^恒溫水浴鍋均質(zhì)，水浴加熱至80±1^，維持溫度反應(yīng) 30min，冷卻消泡，溶液澆鑄于模具中，自然晾干，在室溫條件下溴化 鉀飽和水溶液的干燥器中均衡備用，依大豆分離蛋白的用量由低到 高將膜分別標(biāo)記為：lG3-0、IG4-0，IG5-0和IC6-0，作為空白實(shí)驗(yàn)作 對照。②不同瓜爾膠(GG)濃度膜的制備工藝。將3.0、4,0、5.0、6.0% (w/v)SPI粉末，丨.5%(w/v)增塑劑丙三酵和(U5%、0.20%和0.25% (Wv)的瓜爾膠多糖加入到裝有去離子水：無水乙酵-4: lU/v)的到 燒杯中。接下來方法同依瓜爾膠多糖和大豆分離蛋白的用量由 低到高將大豆分離蛋白復(fù)合膜分別標(biāo)記為：IG3-3,IG3-4和丨G3-5: IG4-3iIC4-4 和 IG4-5;IG5-3，lG5-4 和 IG5-5:IG6-3,IG6-4 和 IG6-5。③不同甘油濃度膜的制備工藝。將5.0%( w/v)SP丨粉末，0.5、 1.0、1.5、2.0、3.0%(1^)增塑劑丙三酵和0,15%(貨^)的瓜爾膠多糖 加入到裝有去離子水：無水乙醇=4: l(v/v)的到燒杯中。接下來方法 同1丨。依據(jù)增塑劑丙三醇的用置由低到高將大豆分離蛋白復(fù)合膜 分別標(biāo)記為,丨(；0-0.5、100-1刀,100-1.5和丨06-2,0;100-3.0。@不 同pH條件膜的制備工藝。將iO%(w/v)SP丨粉末，L5(w/v)增塑劑丙 H醇和(L20^(w/v)的瓜爾膠多糖加入到裝有去離子水：無水乙酵= 4:l(v/v)的到燒杯中，在30±1冗恒溫水浴鍋均質(zhì)得到共混水溶液。 室溫條件下用配置的2mol/L或O.lmol/L的NaOH和HC1溶液調(diào)節(jié) 混合體系pH分別為6.0、7,0、8.0、9,0、10,0,80±1弋水浴鍋反應(yīng) 30min，冷卻消泡，溶液澆鑄于模具中，自然晾干，揭膜，在室溫條件 下溴化鉀飽和水溶液的干燥器中均衡備用，依據(jù)增塑劑丙三醇的用 置由低到高將大豆分離蛋白復(fù)合膜分別標(biāo)記為JG-6、IG-7、IG-8、

IG-9'IOIO。

2結(jié)果與分析

2.1大豆分離蛋白復(fù)合膜IG抗拉強(qiáng)度的研究

2.1.1大豆分離蛋白 和瓜爾膠濃度對復(fù)合膜抗 拉強(qiáng)度的影響如圖1表 示的是大豆分離蛋白濃度 分別為 3、4、5、69fc( w/v)和 瓜爾膠濃度分別為0,00、 0.15.0.20.0,25% (w/v) % 到 IG3、IG4、IG5、IG6 四個(gè) 系列16種復(fù)合膜的抗拉

強(qiáng)度變化柱狀圖。1G3指 的是蛋白濃度為39Mw/

如圖2。從柱狀圖分析 圖2 lG-6、IG-7、IG-8、IG-9 JG-10

可以得出，在pH大于膜抗拉強(qiáng)度隨pH變化柱狀圖

7,0情況下，隨著pH增大，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度稍有增大，這與莫文敏

添加置為0.50%7»r

w/v時(shí)不能成膜，_600 所以選取甘油濃|=丨 度 1.0、1,5、2,0和|3勝 3.0%w/v 進(jìn)行試 g 2JJO. 驗(yàn)。圖可以看出，^ 隨著添加增塑劑1X00

I

圖 5 IG-6、1G-7、IG^8、IG-9、IG-10 膜斷裂伸長率隨pH變化柱狀圖

1S2,0

甘油濃度(％

圖 6 lGG-l、IGG-lj、JGG-2、IGG-3 膜斷裂伸長率隨甘油濃度變化柱狀圖

V)，瓜爾膠濃度分別為0•00,0.15,0.20, 0.25%(w/v)對應(yīng)復(fù)合膜 IG3-0、IG3-3、IG3-4、IG3-5，IG4、】G5、IG6類同。由圖可以看出四 種瓜爾膠濃度f均是大豆分離蛋白濃度為5%(w/v)時(shí)復(fù)合膜的抗拉 強(qiáng)度最大，并且在同樣瓜爾膠濃度條件下，復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度隨大豆 分離蛋白濃度由3%到6%先增大后降低。這可能是由于隨著大豆蛋 白濃度的增大，經(jīng)加熱變性的蛋白置增多，暴露出更多的活性基團(tuán)， 這些活性基團(tuán)經(jīng)相互作用有助于形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但當(dāng)?shù)鞍诐?度增大到6%時(shí)，由子大量蛋白沒有溶解，變性蛋白*沒有繼續(xù)增 大,而致使蛋白沒有增多的活性基團(tuán)經(jīng)相互作用形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，所以復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度有所降低。瓜爾膠濃度由0.15%到 0.25%,復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)增大的趨勢,這可能是由子大豆分離 蛋白體系中加入瓜爾膠后發(fā)生了氫鍵或疏水等相互作用，改變了蛋 白原來的結(jié)構(gòu)，形成新的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著瓜爾膠濃度的增大，新 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越致密，最終使復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度增大。

2.1.2 pH對大豆分離蛋白復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度的影響取大豆分離 蛋白濃度3、4、5、6%Wv復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度最大的5%w/v濃度作為 pH影響因子的后續(xù)研 究濃度c取瓜爾膠濃度=

為0.20%w/v以及甘油 濃度為l_5%w/v得到虐=

在不同pH條件下的》4,00

復(fù)合膜 IG-6JG-7、_ =

IG-8、IG-9、IC-10,測名:

得相應(yīng)膜的抗拉強(qiáng)度〇〇〇 隨pH的變化柱狀圖 等人研究的結(jié)果一致、這是由子隨著成膜液堿性增強(qiáng)，結(jié)合受熱條 件，蛋白變性更加明顯，蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，這有助于形成緊密 的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終使復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度增大。

2.1.3甘油濃度對大豆分離蛋白膜抗拉強(qiáng)度的影響圖3表示 的是隨著復(fù)合膜IGG-1、IGG-1.5、1GG-2、IGG-3材料中添加甘油量 的增加其抗拉強(qiáng)度的變化柱狀圖，在大豆分離蛋白復(fù)合膜中，甘油

甘油置的增加， 膜的抗拉強(qiáng)度是 降低的I這是因

為甘油是一種多羥基物質(zhì)，含量增加，單位體積羥基的數(shù)目增多，大豆分離蛋白瓜爾膠共混復(fù)合膜的研究，結(jié)合水分子的數(shù)目也增多，使膜中蛋白質(zhì)相對含最下降，削弱了其分 子間的相互作用，結(jié)構(gòu)變差，膜的致密性下降

2.2大豆分離蛋白復(fù)合膜IG斷裂伸長率的研究

2.2.1大豆分離蛋白和瓜爾膠濃度對復(fù)合膜斷裂伸長率的影響 圖4表示的是不同大豆分離蛋白濃度以及不同瓜爾膠濃度條 件下復(fù)合膜丨G3 -0、IG4 -0, IG5 -(MG6 -0: IG3 -3 JG4 -3、1G5 -3、 IG6—3; rG3-4、IG4-4JG5-4JG6-4JG3-5、IG4-5、IG5-5JG6-5 的 斷裂伸長率變化柱狀圖。由圖可以看出，隨著大豆分離蛋白濃度由 3.0%w/v增大到5.0%w/v，同等瓜爾膠濃度條件下比較，復(fù)合膜的斷 裂伸長率是降低的。但當(dāng)?shù)鞍诐舛冗_(dá)到6.0%Wv時(shí)，各種不同瓜爾 膠濃度復(fù)合膜的斷裂伸長率增大。另外，當(dāng)大豆分離蛋白濃度一定 時(shí)•隨著瓜爾膠濃度的增大<CM5~0.25%Wv)復(fù)合膜的斷裂伸長率 是下降的（大豆分離蛋白濃度6.0%w/v對應(yīng)復(fù)合膜除外丨，這可能是 由于瓜爾膠與大豆分離蛋白經(jīng)微弱的氫鋌或疏水相互作用改變了 大豆分離蛋白原來致密的機(jī)構(gòu)，形成比較疏松的結(jié)構(gòu)，由于這種作 用比較微弱，而使斷裂伸長率降低。

2.2.2對大豆分離蛋白復(fù)合膜斷裂丨申長率的影響圖3表示

的是隨著大豆分離蛋白復(fù)合膜丨G-&IG-7JG-8、丨G-9、1G-10成膜

溶液的pH變化，：

復(fù)合膜斷裂伸長 率的變化柱狀 由圖可以看出，隨 著pH由60變化島^

到丨0.0,復(fù)合膜的

斷裂伸長率成遞PH

增的趨勢，這是因 為，隨著溶液堿性 增強(qiáng)，大豆分離蛋120丨

白變性明顯，這對？100:

于膜的機(jī)械強(qiáng)度 改善是有利的，斷 S燦 裂伸長率的增加，

意味著大豆分離 蛋白經(jīng)變性后其原來的 分子內(nèi)和分子間氯鍵受 到破壞，增大了分子空 間的流動性，因此復(fù)合膜的柔韌性增大，斷裂伸長率增大。

2.2.3甘油含置對大豆分離蛋白復(fù)合膜斷裂伸長率的影響圖 6表示的大豆分離蛋白-瓜爾膠M合膜丨GG-I、IGG-】.5、IGG-2、 【GG-3在增塑劑濃度由L0% w/v逐漸增大到3.0%w/v時(shí)，相應(yīng)膜的 斷裂伸長率變化柱狀圖，并且發(fā)現(xiàn)隨著增塑劑甘油濃度的增大，復(fù) 合膜的斷裂伸長率明顯增大，甚至當(dāng)甘油濃度為3.0%W/v時(shí)，復(fù)合 膜的斷裂伸長率增至1]1,43%。這是因?yàn)楦视妥鳛樾》肿哟┎迮c大 豆分離蛋白分子的立體結(jié)構(gòu)中，對膜的柔韌性起了很關(guān)鍵的作用， 所以膜的斷裂伸長率M著甘油濃度的增大而增大。

3小結(jié)

3.1紿定實(shí)驗(yàn)條件下，蛋白濃度為5%w/v時(shí)復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度 最大，大豆分離蛋白瓜爾膠共混復(fù)合膜的研究，且隨著瓜爾膠在復(fù)合膜中含氍的增加，其抗拉強(qiáng)度是增大的； 隨著pH由7.0變化到】0.0,復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度是增大的；隨著甘油 含量的增大，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度是降低的。

3.2在給定實(shí)驗(yàn)條件下，蛋白濃度為5%w/v時(shí)復(fù)合膜的斷裂伸 長率最小，且隨著瓜爾膠在復(fù)合膜中含貴的增加，其斷裂伸長率是 降低的（復(fù)合膜中蛋白濃度為3、4、5%w/v時(shí)）；隨著pH由6.0變化 到10.0,復(fù)合膜的斷裂伸長率是增大的；隨著甘油含量的增大，復(fù)合 膜的斷裂伸長率是增大的。

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