自然条件下玉米醇溶蛋白膜的稳定性分析

　　随着环境污染的日益加重， 急需新型可降解的环境友好材料替代塑料包装材料， 蛋白质是目前公认的具有应用潜力的原材料之一， 已有很多的相关研究[1-4]. 玉米醇溶蛋白是从玉米淀粉生产的副产物中提取出来的一种蛋白质，可以溶解在 70%~80%的乙醇中，具有良好的成膜性[5-7],和其它蛋白膜一样，蛋白膜在自然环境条件下放置一定时间， 其机械性有劣变的趋势，限制了其应用。

　　目前多数的研究是将玉米醇溶蛋白膜放置在特定的环境中进行储藏， 以抗拉强度和断裂延伸率为指标考察膜的储藏稳定性， 探讨膜的机械性能受环境条件的影响[8-9].然而在实际应用中，作为食品包装材料或者包装物品后可能是暴露在自然环境中，因此， 有必要对玉米醇溶蛋白膜在自然环境中的稳定性进行研究。

　　本文是对在自然环境条件下的玉米醇溶蛋白膜的稳定性进行研究。 此处所指的室温自然环境是在自然条件下的室内通风处， 环境温度和湿度均为自然条件， 此时蛋白膜在储藏过程中机械性能的变化与实际应用环境更为接近， 对玉米醇溶蛋白膜的应用研究更具价值。

　　1 材料与方法

　　1.1 原料与试剂

　　玉米醇溶蛋白：蛋白质含量 91.2%;无水乙醇、聚乙二醇-400、丙三醇，化学试剂均为分析纯。

　　1.2 仪器与设备

　　TA.XT2i 物性测定仪， 螺旋测微器，AY-120 电子分析天平，81-2 型磁力搅拌器，HH-2 型电热恒温水浴锅。

　　1.3 玉米醇溶蛋白膜的制备和储藏

　　称取一定量的玉米醇溶蛋白粉， 加入体积分数为 75%乙醇溶液（m（蛋白）∶m（乙醇溶液）=1:10）搅拌混合均匀，加入甘油（0.2 g/g zein）和聚乙二醇-400（PEG-400,0.4 g/g zein），继 续搅拌 20 min,放 入80 ℃水浴加热 15 min 后，取出再搅拌 15 min. 将蛋白质含量为 1.56 g 的蛋白成膜液注入成膜托盘（密胺材质，130 mm × 130 mm），70 ℃水浴加热干燥成膜，2 h 后揭膜。

　　选取表面平整光滑、 厚度均匀的玉米醇溶蛋白膜存放在自然环境中，每隔 10d 取样测其机械性能。

　　1.4 玉米醇溶蛋白膜机械性能的测定

　　将蛋白膜裁成 10 mm × 50 mm 的长条状，对称选取 8 个点测量厚度，取平均值。

　　物性测定仪测定膜的机械性能，A/TG 探头，有效拉伸长度 30 mm, 测试速率 1.0 mm/s. 抗拉强度（TS, MPa ）和断裂延伸率（EB, %）的计算公式：TS=Fδ×W,式中：δ 为膜样品的厚度，mm;W 为膜样品的宽度，10 mm.

　　EB=L1L0×100% ,式中：L0为膜拉伸前的有效长度，30 mm;L1为膜断裂时拉伸的长度，mm.

　　1.5 统计分析

　　所有实验至少重复 5 次，实验结果表示为：平均值±标准偏差。数据采用 Excel、SPSS Statistic 19.0 软件进行分析和异常数据筛选。
　　
　　2 结果讨论

　　不同季节的室温自然环境条件储存的玉米醇溶蛋白膜机械性能的变化如图 1、图 2 所示。

　　从图 1 可见， 不同季节储藏的玉米醇溶蛋白膜抗拉强度的变化趋势总体相同， 而稳定性有较大的差别。春、夏、秋、冬四季储藏的膜的抗拉强度分别在储藏 21 d、40 d、50 d、40 d 时取得最大值；储藏过程中膜的稳定性春>冬>秋>夏， 蛋白膜断裂延伸率的变化趋势相同。 这种储藏稳定性的变化与不同季节的气温和湿度都密切相关。 郑州属暖温带亚湿润季风性气候。 具有四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗湿润，冬季寒冷干燥的气候特征。 气象监测数据显示，郑州地区的四季相对湿度春<冬<秋<夏[10].【1】

　　
　　在春季室温条件下，室内的温度较低，存放时不利于蛋白膜内部大分子的聚合， 因此膜的机械性能变化较小，稳定性较高。夏季室温较高，环境潮湿，一方面有利于蛋白质分子之间及其与小分子增塑剂之间的重排和交联，另一方面也加剧了甘油的析出，促进膜的老化， 因此膜的抗拉强度在储藏期增加的幅度很大。 与春、冬两季相比，夏季储藏的蛋白膜在储藏的前 20 d 膜的抗拉强度变化较慢，这主要是由于蛋白膜在储藏初期吸收环境中的水分， 软化了蛋白膜的刚性结构，一定程度上抑制膜的老化；储藏 20d后蛋白膜的抗拉强度急剧上升， 可能是因为膜中大分子交联和膜的老化。郑州的夏、秋两季的相对湿度没有显着差异，都保持较高的水平，可见空气湿润也是秋季的气候特点。 秋季储藏的蛋白膜由于较低的环境气温和较高的湿度，抑制其内部大分子聚合，而吸收的环境水分对蛋白膜起到增塑作用， 和夏季储藏的蛋白膜相比抗拉强度变化较缓慢，增加值较小，在储藏 40 d 后方达到最大值，所以秋季的气候条件可在一定程度上延缓蛋白膜的老化。冬季少雨雪，环境湿度和温度都较低， 所以冬季储藏的蛋白膜抗拉强度变化较夏季缓慢，较秋季要快，秋冬两种气候条件下储藏的膜的抗拉强度的增加值基本相同。总之，在储藏后期蛋白膜的抗拉伸强度均会降低， 但储藏实验结束时，膜的抗拉强度都高于新制备的膜。

　　由图 2 可以看出， 秋季储藏的蛋白膜的断裂延伸率的变化趋势和其它三季有很大的差别， 呈现出先增大、后降低的趋势，而其它三季在储藏过程中蛋白膜的断裂延伸率则出现先降低、后增加的趋势。【2】

　　
　　总体来看， 玉米醇溶蛋白膜的机械性能在不同季节条件下都会随着储藏时间的延长而发生变化，玉米醇溶蛋白膜所处的环境对其机械性能具有明显的影响。

　　3 结论

　　春季储藏的蛋白膜的抗拉强度的变化趋势和其它三季有较大的区别，最大抗拉强度较低，出现的时间较早； 秋季储藏过程中蛋白膜的断裂延伸率的变化趋势和其它三季有很大的差别，呈现出先增大、后降低的趋势， 而其它三季在储藏过程中蛋白膜的断裂延伸率则出现先降低、后增加的趋势。 因此，蛋白膜所处的环境对其机械性能具有明显的影响， 特别是环境的温度和湿度。

　　参考文献：

　　[1] González A, Strumia C M, Igarzabal A I C. Cross-linked soyprotein as material for biodegradable films: Synthesis, char-acterization and biodegradation [J]. Journal of Food Engi-neering, 2011, 106: 331-338.
　　[2] Wang, L., Auty, M.A.E., Kerry, J.P. Physical assessment ofcomposite biodegradable films manufactured using wheyprotein isolate, gelatin and sodium alginate[J]. J. Food Eng.2010, 96:199-207.
　　[3] Chen L, Reddy N, Yang Y. Soy proteins as environmentallyfriendly sizing agents to replace poly （vinylalcohol） [J]. Envi-ron Sci Pollut Res, 2013（3）： 1-11.