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1、<p>　　琥珀?；男圆俗训鞍谆鶑秃夏ぶ苽浼捌湫阅苎芯?lt;/p><p>　　李揚 章鋮 鄒昱成 王博 鞠興榮</p><p>　?。暇┴斀?jīng)大學食品科學與工程學院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,</p><p>　　江蘇高校糧油質量安全控制及深加工重點實驗室，南京 210023）</p><p>　　摘要 琥珀酰化改性菜籽

2、蛋白（SRPI）與羥丙基甲基纖維素（HPMC）復合制得薄膜。通過對復合膜機械性能、水蒸氣透過性、透明度、二級結構和微觀結構進行表征。結果表明：菜籽蛋白（RPI）經(jīng)琥珀?；男院螅琒RPI膜與RPI膜相比，拉伸強度提高18.7%，斷裂伸長率提高38.7%，透明度提高121%，并且蛋白膜的二級結構中β-折疊與α-螺旋占比增大，無規(guī)則卷曲占比減小。此外，當SRPI:HPMC=3:1時，復合膜與SRPI膜相比阻水性提高24.1%，拉伸強度提高1

3、01.3%，α-螺旋與無規(guī)則卷曲的占比無明顯變化，而β-轉角占比提升，有利于蛋白膜的結構穩(wěn)定，并且復合膜微觀結構緊湊，均勻，這表明琥珀?；男圆俗训鞍着c羥丙基甲基纖維素具有良好的相容性。本研究為菜籽蛋白基復合膜的開發(fā)與利用提供了理論依據(jù)。</p><p>　　關鍵詞 琥珀酰化 菜籽蛋白 羥丙基甲基纖維素 復合膜</p><p>　　中圖分類號：TS206.4 文獻標識碼：A 文

4、章編號：</p><p>　　Study on preparation and properties of succinylated rapeseed protein based composite films</p><p>　　Li Yang Zhang Cheng Zou Yucheng Wang Bo Zhou Runsong Ju Xingrong</p

5、><p>　　(School of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Collaborative Innovation Center of Modern Grain Circulation and Security of Jiangsu Provincial ,Jiangsu University Ke

6、y Laboratory of Grain and Oil Quality and Safety Control and Deep Processing, Nanjing, Jiangsu 210023, China)</p><p>　　ABSTRACT The composite films were prepared by succinylated rapeseed protein (SRPI) and

7、hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC). The mechanical properties, water vapor permeability, opacity, secondary structure and microstructure of composite films were characterized. Compared with the RPI film, the tensile s

8、trength of SRPI film increased by 18.7%, elongation at break increased by 38.7%, opacity increased by 121%, α- helix content increased and unordered content decreased in the secondary structur</p><p>　　Keywo

9、rds succinylation, rapeseed protein, hydroxyl propyl methyl cellulose, composite film</p><p>　　可食性復合膜可適用于食品的內外包裝,且在自然環(huán)境中可以被降解。該復合膜通過降低食品在儲存過程中可能發(fā)生的品質變化，延緩一些氧化反應的發(fā)生，抑制微生物生長來達到防腐保鮮，延長貨架期的目的[1]。目前，可食性復合膜多由蛋白、多

10、糖與脂質組成，這種復合膜以脂質作為阻水組分，蛋白質或多糖作為脂質的支持介質以保持膜的完整性[2]?？墒承詮秃夏さ脑现饕械矸踇3]，果膠[4]，殼聚糖[5]，魔芋葡甘聚糖[6]，明膠[7]，海藻酸鈉[8]，羥丙基甲基纖維素[9]，大豆蛋白[10]等等。這些原料不僅來源廣泛，可降解，對環(huán)境友好，還可以作為食品風味料和營養(yǎng)強化劑的載體，是近年來科學研究的熱點。蛋白類可食性膜，營養(yǎng)價值優(yōu)越，透明度高，分子間交聯(lián)作用強[11]，機械性能較好。

11、</p><p>　　菜籽蛋白作為可食性膜基料有很多的優(yōu)點。首先菜籽蛋白營養(yǎng)可食，氨基酸組成平衡，并且蛋白消化率達95%~100%，是一種優(yōu)質蛋白[12]。我國以及加拿大等地區(qū)大面積種植菜籽，菜籽主要作為油料作物，其副產(chǎn)品菜籽粕中蛋白含量約35%~40%（干基）[13]，而菜籽粕主要被用作動物飼料或者植物堆肥，造成蛋白資源的極大浪費。開發(fā)利用菜籽粕中的蛋白資源，有極大的經(jīng)濟價值和社會意義。此外，菜籽蛋白還具有良好

12、的成膜性[14]，特別是改性后的菜籽蛋白，其機械性能等功能特性得到明顯改善。Wang等 [15]的研究表明，利用?；男圆俗训鞍兹芤簢婌F干燥形成的微載體壁材的機械強度（450 MPa）顯著高于未改性菜籽蛋白微載體（390 MPa）。</p><p>　　HPMC是一種水溶性的纖維素衍生物，具有良好的成膜性[16]。HPMC中含有大量的易形成氫鍵的羥基[17]，可以與蛋白質分子形成分子間氫鍵，提高共混膜的機械性能。

13、而其官能團的取代程度，取代類型以及聚合物鏈的長短都會影響它的溶解性，透水性和機械性能[18]。</p><p>　　本實驗將SRPI與HPMC復合制可食性薄膜，通過探討其最佳制備條件，并對SRPI/HPMC復合膜的機械性能、水蒸氣透過性、透明度、二級結構以及微觀結構進行研究，為開發(fā)食品的內層包裝提供數(shù)據(jù)支撐。</p><p><b>　　1 材料與方法</b><

14、/p><p><b>　　1.1 實驗材料</b></p><p>　　雙低油菜籽、HPMC（平均摩爾質量為16 000 g/mol，甲氧基取代度為1.9,羥丙基取代度為8.5，黏度η為19 mPa·s）、石油醚（沸程 30~60 ℃）、甘油、吐溫20、琥珀酸酐等化學試劑均購自上海阿拉丁生物化學技術有限公司，分析純。</p><p>&l

15、t;b>　　1.2 實驗方法</b></p><p>　　1.2.1 菜籽蛋白（RPI）制備</p><p>　　雙低菜籽脫殼，粉碎，過篩（60目），石油醚脫脂8 h，并干燥過篩（40目），得到脫脂菜籽粕。用蒸餾水按料液比1︰10溶解脫脂菜籽粕，用1 mol/L NaOH調節(jié)pH至8.0，離心（4 ℃，8 000 g，20 min），取上清液用1mol/L HCl調節(jié)pH

16、至4.5，靜置1 h，離心（4℃，8 000 g，20 min），得沉淀。取沉淀進行透析（100 ku），冷凍干燥，得到菜籽蛋白。</p><p>　　1.2.2琥珀酰化改性菜籽蛋白（SRPI）</p><p>　　取適量菜籽蛋白配置10%（w/v）的菜籽蛋白溶液，用1 mol/L NaOH調節(jié)pH至8.0，分次加入10%琥珀酸酐（以蛋白質量計），用1 mol/L NaOH維持pH=8.0

17、，恒溫磁力攪拌（45 ℃），當pH基本穩(wěn)定不變，反應完成，經(jīng)過濾，透析，冷凍干燥，得琥珀?；男圆俗训鞍?。</p><p>　　1.2.3 琥珀酰化改性菜籽蛋白基復合膜制備</p><p>　　按照表1，取相應質量的RPI，SRPI溶于100 mL餾水中，恒溫磁力攪拌（50 ℃，500 r/min，1 h）。HPMC溶液恒溫磁力攪拌（90 ℃，500 r/min，1.5 h）。按照表1各成

18、分的配比等體積混合蛋白與HPMC的成膜液并磁力攪拌（90 ℃，500 r/min，0.5 h），并添加2.0% (w/v)的甘油作為增塑劑，1.5%（w/v）的吐溫20 作為乳化劑，使各組分混合均勻。量取制得的各種成膜液25 mL傾倒于聚四氟乙烯平板(PTFE) (10 cm × 10 cm ×1 mm)。在恒溫恒濕箱中干燥24 h，成膜（50 ℃，RH=50%）。SRPI︰HPMC=1︰1，SRPI︰HPMC=2︰

19、1，SRPI︰HPMC=3︰1，保存以待測量。</p><p>　　表1 不同配比的各成分的成膜液/100 mL</p><p>　　1.2.4 Zeta電位的測定</p><p>　　將樣品稀釋至0.01%，取少量注入電位池（緩緩注入，防止氣泡產(chǎn)生），放入電位儀中，測試溫度為25 ℃，即可測得Zeta電位值。均進樣三次，每次重復記錄三次，取其平均值。</p&

20、gt;<p><b>　　1.2.5厚度測定</b></p><p>　　在SRPI/HPMC復合膜表面隨機選取7個點,用電子數(shù)顯卡尺測量其厚度,取其平均值,用于復合膜機械性能、水蒸氣透過性等參數(shù)的計算。</p><p>　　1.2.6透明度測定</p><p>　　將SRPI/HPMC復合膜剪成5 cm×1 cm的矩形

21、長條,貼在玻璃比色皿的一側，在λ=600 nm下測定吸光度，空白比色皿作對照，重復測定5次。計算公式如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：Opacity為膜的透明度；A為在波長600 nm下測得的吸光度。</p><p>　　1.2.7 傅立葉變換紅外測定</p><p>　　取S

22、RPI/HPMC復合膜60 ℃下干燥3 h，在Bruker Tensor 27傅立葉變換紅外光譜儀中對其進行檢測分析，測試參數(shù)為:掃描波長范圍800～4 000 cm-1，分變率4 cm-1，掃描次數(shù)32 次[20]。曲線去卷積擬合和峰值分布用軟件PeakFit（v 4.12 Systat軟件有限公司，加利福尼亞）。定量分析蛋白質的二級結構 如表2所示：</p><p>　　表2 酰胺I帶各峰的指認標準[19]&

23、lt;/p><p>　　1.2.8 機械性能測試</p><p>　　根據(jù)美國材料試驗協(xié)會制定的薄型塑料片材拉伸性能的標準測試方法ASTM- D882-02，將薄膜剪切為6 cm×2 cm的長條狀,采用TA-XT2i型物性儀測試其抗拉強度TS和伸長率E。初始夾距50 mm,拉伸速度1 mm/s,測試前將樣品置于23 ℃，RH = 53%恒溫恒濕箱內平衡72 h,重復測試5次，取其平均

24、值?？估瓘姸群蛿嗔焉扉L率計算見公式:</p><p>　　式中: TS 為復合膜的抗拉強度( MPa ); F 為拉伸最大應力( N ); S 為拉伸前截面積( mm2 ); E 為復合膜斷裂伸長率; L0的原始長度( mm ); △ L膜條斷裂時伸長長度( mm )。</p><p>　　1.2.9水蒸氣透過性(WVP)</p><p>　　根據(jù)GB1037，采

25、用“杯法”測定。用雙面膠和石蠟將膜樣品密封于內裝有8 g無水硫酸銅的小玻璃燒杯杯口，置于裝有20 mL的飽和氯化鎂溶液的干燥器內168 h,每隔24 h測量1次燒杯的重量，按如下公式計算水蒸氣透過率WVP：</p><p>　　式中：W為增加的燒杯重量（g）; L為膜的平均厚度（mm）; t為測量的時間長（168 h）; S 為杯口的面積（m2）; △p為式樣兩側的水蒸氣壓差（KPa），25℃下為 3.1671K

26、Pa。</p><p>　　1.2.10 SRPI/HPMC復合膜表面及橫截面形態(tài)</p><p>　　SRPI/HPMC復合膜表面及橫截面形態(tài)結構在TM3000型掃描電鏡（SEM）下進行觀察，膜樣品用雙面膠固定在鋁盤上，表面進行噴金處理，加速電壓為15.0 KV，放大倍數(shù)為100 0×。</p><p><b>　　2 結果與分析</b&

27、gt;</p><p>　　2.1 成膜液的Zeta電位</p><p>　　Zeta 電位的數(shù)值與分散系的穩(wěn)定性有關，反映分散系中顆粒相互排斥與吸引力的大小。Zeta 電位絕對值越高，體系越穩(wěn)定。從表3中可以看出，所有的溶液的Zeta電位絕對值均大于30，說明溶液都有較好的穩(wěn)定性。</p><p>　　表3 不同配比的SRPI/HPMC復合膜的厚度和Zeta電位絕

28、對值</p><p>　　小寫字母不同，表示差異顯著性 （p < 0.05）</p><p>　　2.2 厚度和透明度</p><p>　　表3測定數(shù)據(jù)顯示，不同配比的SRPI/HPMC復合膜厚度在0.158～0.167 mm之間，與市售保鮮膜厚度相近（約0.10 mm）。食品包裝材料的透明度直接影響食品的感官特性。因在堿性條件下制得的RPI膜，顏色略微偏黃，

29、一定程度上影響膜的感官性狀，通過與HPMC復合制備的膜的透明度較RPI膜顯著提高（P < 0.05）。不同復合配比的膜透明度能無明顯差異（P > 0.05）。從圖1可以看出不同配比的SRPI/HPMC復合膜都有良好光學性能。這就滿足食品包裝透明可見的要求。</p><p>　　小寫字母不同，表示差異顯著性 （ p < 0.05）</p><p>　　圖 1 RPI和不同配

30、比的SRPI/HPMC復合膜的透明度</p><p>　　2.3傅立葉變換紅外光譜分析</p><p>　　圖2為RPI,SRPI,HPMC,SRPI/HPMC膜在800～4 000 cm-1范圍的FT-IR光譜。實驗結果表明，（與對照組比較）；不同配比的SRPI/HPMC復合膜3 300 cm-1附近有一個強而寬的吸收峰，是由羥基O-H伸縮振動引起的[20]。在SRPI/HPMC復合膜3

31、 287 cm-1處的吸收峰由分子間氫鍵O-H和酰胺N-H伸縮振動引起的，1 550 cm-1處是酰胺II帶（-NH彎曲振動）的吸收峰[21]，1 247 cm-1的吸收是C-N伸縮振動造成的，1 403 cm-1是C-OH振動，2 923，2 867 cm-1處是烷烴C-H伸縮振動引起的較弱的吸收，1 037，945 cm-1是由C-O-C伸縮振動引起的。SRPI/HPMC復合膜的3 460～3 160 cm-1處出現(xiàn)一個較寬的吸收，

32、隨著蛋白比例增大，峰值變寬，角度變鈍，推測其原因可能是由于蛋白中發(fā)生氫鍵間的締合作用增多。從紅外光譜分析中可以看出,隨著菜籽蛋白比例的提高，SRPI/HPMC復合膜特征峰強度明顯增強,共混主要表現(xiàn)成膜分子之間的共價鍵的變化。當兩種組分之間的相互作用加強時，表明這兩組分相容性較</p><p>　　圖2 不同配比的SRPI/HPMC復合膜的紅外光譜圖</p><p>　　圖3 酰胺I帶各峰在

33、高斯曲線擬合后峰值所占的面積</p><p>　　2.4 機械性能測試</p><p>　　拉伸強度（TS）和斷裂伸長率(E)是反映膜機械性能的兩個主要指標。各實驗組機械性能測試結果見圖4，實驗結果顯示，RPI膜拉伸強度值太?。ī?.0 MPa），不能滿足食品包裝材料的使用要求。SRPI膜與RPI膜相比，拉伸強度提高18.7%，斷裂伸長率提高38.7%， SPRPI/HPMC復合膜拉伸強度

34、和斷裂伸長率較SRPI都有顯著地提升（P < 0.05），當SRPI︰HPMC=3︰1時，拉伸強度提高101.3%，說明RPI經(jīng)琥珀?；男院?，溶液均一穩(wěn)定，是形成SRPI/HPMC共混膜良好機械性能的重要基礎。此外，不同配比的SRPI/HPMC復合膜機械性能測試結果表明，SRPI比例的增加，制備的SRPI/PMC共混膜拉伸強度顯著降低（P < 0.05），膜的斷裂伸長率顯著增大（P < 0.05）。這可能因為單位體積

35、中SRPI聚集的越多，形成的蛋白質分子網(wǎng)絡結構將加強分子鏈間的相互作用，宏觀上表現(xiàn)為膜的斷裂伸長性能增加。HPMC的結構單元D-吡喃式葡萄糖殘基上含有-OCH3(-［OCH2CH-(CH3)］nOH)與未反應的-OH，屬活性基團，且支鏈較長，與SRPI分子上的氨基或酰氨基之間產(chǎn)</p><p>　　字母不同，表示差異顯著性 （ p < 0.05）</p><p>　　圖 4 RPI

36、 和不同配比的SRPI/HPMC共混膜機械性能</p><p>　　2.5 水蒸氣透過性</p><p>　　水蒸氣透過性（WVP）是一個表征膜重要的性質,其直接反映膜控制水分在食品與外界環(huán)境中遷移的能力[26,27]。不同配比的SRPI/HPMC復合膜WVP詳見圖 5，測定結果顯示，RPI膜WVP為0.4 317 (ng/m2spa)，與之對比，不同配比的SRPI/HPMC復合膜WVP均

37、顯著降低（P < 0.05），主要原因是HPMC的結構單元D－吡喃式葡萄糖殘基上含有甲氧基(－OCH3)，－OCH3是疏水性基團，HPMC大分子上的羥丙基與蛋白質分子的－NH2和－COO－基團之間形成氫鍵，形成較為穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構，使大量的疏水集團暴露在體系中，從而提高膜的疏水性。當SRPI︰HPMC=3︰1時，復合膜與SRPI膜相比阻水性提高24.1%。可見，SRPI/HPMC復合膜具有更好的阻水性能。</p>&l

38、t;p>　　字母不同，表示差異顯著性 （ p < 0.05）</p><p>　　圖 5 RPI和不同配比的SRPI/HPMC復合膜的透水性</p><p>　　2.6 蛋白基膜的的表面和橫截面的微觀結構的掃描電鏡圖</p><p>　　圖6反映了不同配比的蛋白基膜的的表面和橫截面的微觀結構。RPI和HPMC能夠形成相對比較光滑的薄膜，無明顯不均勻空洞

39、。純的菜籽蛋白膜（RPI）和琥珀酰化改性的菜籽蛋白（SRPI）表面較為平整，出現(xiàn)細小裂痕，并且有蛋白質結晶，這可能會導致膜的機械性能和阻水性能較差。SRPI︰HPMC=1︰1時，SRPI/HPMC復合膜結構不均勻，出現(xiàn)團塊小顆粒（圖6 C），當SRPI︰HPMC=3︰1時（如圖6 E），膜表面結構變得緊湊，均勻，表明當復合膜中菜籽蛋白含量較高時，與HPMC容易形成結構致密的復合膜。 </p><p>　　圖 6

40、不同配比的SRPI/HPMC復合膜表面和橫截面的掃描電鏡圖：A: RPI; B: SRPI; C: 1︰1; D: 2︰1; E:3︰1;</p><p>　　F: RPI橫截面; G:SRPI橫截面；H: 1︰1橫截面; I：2︰1橫截面; J: 3︰1橫截面</p><p><b>　　3 結論</b></p><p>　　本實驗通

41、過琥珀?；男缘牟俗训鞍着c羥丙基甲基纖維素復合制得可食性薄膜條件的研究，結果表明， SRPI膜與RPI膜相比，拉伸強度、斷裂伸長率和透明度都有顯著提高，并且蛋白膜的二級結構中無規(guī)則卷曲占比減小，微觀結構較為緊密。HPMC作為菜籽蛋白的良好的復合材料，在SRPI︰HPMC=3︰1時，能顯著地改善SRPI膜的機械性能，光學性能以及阻水性能，通過共混的方式，實現(xiàn)了菜籽蛋白膜性能的改進，提升了菜籽蛋白基膜的實際應用價值，為可食性膜的應用提供理論

42、參考。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] BERTUZZI M A, GOTTIFREDI J C, ARMADA M. Mechanical properties of a high amylose content corn starch based film, gelatinized at low temperature[J

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