復合增塑劑對玉米醇溶蛋白膜性能的影響

馬立娜 李桂娟 李娜娜 秦立福 康海楊

（長春工業(yè)大學化學工程學院，吉林 長春 130012）

復合增塑劑對玉米醇溶蛋白膜性能的影響

馬立娜 李桂娟 李娜娜 秦立福 康海楊

（長春工業(yè)大學化學工程學院，吉林 長春 130012）

以木糖醇和甘油為復合增塑劑制備出木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜。通過TGA、掃描電鏡、紅外光譜及電子織物強力機研究玉米醇溶蛋白膜的熱性能、微觀結構及力學性能。結果表明：在160℃之前膜性能穩(wěn)定，與純玉米醇溶蛋白膜相比，添加復合增塑劑后玉米醇溶蛋白膜表面產生了多孔結構，隨木糖醇含量增加孔洞結構有增大的趨勢，抗拉強度略有下降，伸長率有所提高。

玉米；醇溶蛋白；增塑劑；蛋白膜；熱性能；微觀結構；力學性能

玉米醇溶蛋白是可降解的蛋白類天然高分子化合物，是玉米淀粉加工的副產物，由于原料來源豐富、價格低廉而受到人們的關注［1］。玉米醇溶蛋白中氨基酸組成較獨特，分子間以疏水健、氫鍵和有限的二硫鍵相連，特殊的分子形狀和分子結構決定了它能形成透明、均勻的薄膜，成為食品、藥品及包裝等領域的研究熱點［2］。但是純玉米醇溶蛋白膜的抗拉強度、延展性、吸濕性等性能還不理想，膜比較硬且脆，塑性較差，成膜后的機械性能較低，限制了玉米醇溶蛋白膜的應用范圍［3－5］。蔡花真等［6］以甘油為增塑劑制備了大豆分離蛋白和玉米醇溶蛋白復合膜，其抗拉強度平均值為5.89MPa。陳野等［7］研究了前處理乙醇濃度對玉米醇溶蛋白膜性質的影響。本試驗選用木糖醇和甘油作為復合增塑劑，對玉米醇溶蛋白膜進行改性，分析了玉米醇溶蛋白膜的熱性能、微觀結構及力學性能，為提高玉米醇溶蛋白膜的綜合性能提供基礎研究。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

玉米醇溶蛋白：本實驗室自制；

無水乙醇：天津福晨化學試劑廠；

木糖醇：山東福田藥業(yè)有限公司；

甘油：天津福晨化學試劑廠。

電子天平：GB303型，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；

數控超聲波清洗器：KQ－300DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

磁力攪拌器：JB－2型，上海雷磁新涇儀器有限公司；

恒溫干燥箱：SKFG－01型，湖北省黃石市醫(yī)療器械廠；

低速離心機：TDL－4A型，上海菲恰爾分析儀器有限公司；

熱分析儀：STA409PC型，德國耐馳儀器制造有限公司；

掃描電子顯微鏡：JXA－840型，日本JEOL公司；

傅里葉變換紅外光譜儀：Nexus 670型，美國熱電集團尼高力儀器公司；

多功能電子織物強力機：YG026PC－500型，溫州方圓儀器有限公司。

1.2 試驗過程

1.2.1 玉米醇溶蛋白膜的制備 將玉米醇溶蛋白粉加入80%乙醇溶液中，濃度為0.1g／mL，放在磁力攪拌器上攪拌60min，然后放入超聲波清洗器中超聲10min，加入增塑劑（樣品編號及配方見表1），磁力攪拌至全溶，超聲波處理，使其充分混合，采用流延法成膜，45℃烘干備用。

表1 樣品編號及配方Table 1 Number and formula for xylitol／glycerol zein films

1.2.2 膜性能測定 用TGA對其進行分解溫度和熱穩(wěn)定性的分析，在氮氣氣氛下，加熱速度為10℃／min，測試溫度范圍30～600℃；將樣品干燥并進行噴金處理，采用掃描電鏡對其進行表面微觀結構分析；根據GB／T 26691——2011標準，采用多功能電子織物強力機測定膜的抗拉強度和伸長率；通過紅外吸收光譜儀對樣品進行結構分析，波長范圍500～4 000cm－1。

2 結果與討論

2.1 膜的熱性能分析

圖1是玉米醇溶蛋白膜和不同組成的木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的熱重（TG）及微分熱重（DTG）曲線。其熱降解過程可分為3個階段：水分蒸發(fā)造成質量減少階段（第一階段），質量穩(wěn)定階段（第二階段），膜熱分解造成的質量減少階段（第三階段）。從TG曲線可以看出，第一階段均發(fā)生在30～100℃，隨木糖醇含量的增加，第一階段的失重率從2.50%增加到5.44%，這與木糖醇的親水性有關；在第三階段，純玉米醇溶蛋白膜在200℃開始分解，加入增塑劑的玉米醇溶蛋白膜在160～170℃開始分解，圖1中樣品b、c、d的DTG曲線均出現兩次峰值，且隨木糖醇含量的增加第一個峰的峰值向高溫方向移動，樣品a、b、c、d的DTG曲線分別在334，340，327，343℃左右出現最大峰值，即達到最大失重速率。

2.2 膜的表面特征分析

圖2是木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜表面的掃描電鏡圖片。由圖2可知，純玉米醇溶蛋白膜（樣品a）表面致密，部分表面有細小的裂紋和破裂，加入增塑劑的玉米醇溶蛋白膜（樣品b、c、d）表面呈現出立體多孔結構。這是由于木糖醇和甘油具有親水性，在成膜過程中結合了水分子，水分子在膜干燥過程中轉化為氣態(tài)逸出，從而形成了立體多孔結構。膜中孔洞大小相當，分布均勻，說明增塑劑在膜中分散性較好［8］。比較樣品b、c和d可以發(fā)現，隨木糖醇含量的增加孔洞尺寸有增大的趨勢，這將會對膜的阻隔性能和緩釋作用產生影響，為此在今后的實際應用中，可以選擇合適配方來滿足不同應用場合下對膜的需求。

圖1 木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的熱重（TG）及微分熱重（DTG）曲線Figure 1 TG and DTG curves for xylitol／glycerol zein films

2.3 膜的抗拉強度和伸長率分析

表2是木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的拉伸強度（TS）和斷裂伸長率（EB）。由表2可知，隨著木糖醇含量的增加，膜的TS值從12.02MPa逐漸下降到8.55MPa，斷裂伸長率則從1.8%逐漸增大到3.1%。這是因為木糖醇和甘油的加入減小了蛋白分子鏈之間的應力，因而拉伸強度降低；此外，鏈段運動能力增強，故玉米醇溶蛋白膜的斷裂伸長率提高，膜柔韌性得到改善［9］。

2.4 膜的結構分析

圖3是流延法制備的玉米醇溶蛋白膜的紅外光譜圖，圖中3 307cm－1處為─OH伸縮振動；2 963cm－1處為─CH3的C─H伸縮振動；1 660cm－1處為─C═O伸縮振動；1 535cm－1處為─NH3＋的N─H變角振動；1 452cm－1處為─CH3的C─H變角振動；1 298cm－1處為─OH（平面）彎曲振動；1 245cm－1處為─O─SO3─磺酸基S═O伸縮振動的吸收峰；1 007～1 125cm－1處為C─O（H）伸縮振動；878 cm－1處為C─C伸縮振動。木糖醇和甘油的特征峰發(fā)生在1 007～1 125，878cm－1。與純玉米醇溶蛋白膜相比，木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的紅外光譜圖沒有明顯變化，說明增塑劑的加入沒有改變玉米醇溶蛋白的化學結構。

圖2 木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的掃描電鏡圖片Figure 2 SEM photographs for xylitol／glycerol zein films

表2 木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的力學性能Table 2 Mechanical properties for xylitol／glycerol zein films

3 結論

熱性能分析表明木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜在160℃之前熱性能穩(wěn)定；用木糖醇／甘油對玉米醇溶蛋白膜進行物理改性后，膜內部形成多孔結構，孔洞大小相當，分布均勻，隨木糖醇含量的增加孔洞尺寸有增大的趨勢；拉伸強度從12.02MPa逐漸下降到8.55MPa，斷裂伸長率則從1.8%逐漸增大到3.1%；通過對膜的紅外光譜分析，表明增塑劑的加入沒有改變玉米醇溶蛋白的化學結構。

圖3 木糖醇／甘油／玉米醇溶蛋白膜的紅外光譜Figure 3 Infrared spectrum for xylitol／glycerol zein films

1 李夢琴，任紅濤，王躍.玉米醇溶蛋白殼聚糖復合膜的制備［J］.中國食品學報，2011，11（4）：71～77.

2 吳磊燕，溫其標，楊曉泉.塑化劑對玉米醇溶蛋白膜表面及機械性質的影響［J］.化工學報，2010，61（1）：137～145.

3 陳野，杜悅，王冠禹.前處理乙醇濃度對玉米醇溶蛋白膜性質的影響［J］.食品科學，2009，30（19）：100～103.

4 郭寬，趙曉燕，張超.提高玉米醇溶蛋白膜機械性能的研究進展［J］.中國油脂，2009，34（5）：25～28.

5 Qin Wang，G W Padua.Properties of zein films coated with drying oils［J］.Agric.Food Chem.，2005（53）：3 444～3 448.

6 蔡花真，徐艷艷，李夢琴.可食性復合蛋白成膜條件研究［J］.食品與機械，2010，26（5）：112～147.

7 陳野，杜悅，王冠禹.前處理乙醇濃度對玉米醇溶蛋白膜性質的影響［J］.食品科學，2009，30（19）：100～103.

8 Qin Wang，Leilei Yin，Graciela W Padua.Effect of hydrophilic and lipophilic compounds on zein microstructures［J］.Food Biophys，2008（3）：174～181.

9 Funda Tihminlioglu，Isa Dogan Atik，Banu zen.Effect of cornzein coating on the mechanical properties of polypropylene packaging films［J］.J.Appl.Polym.Sci.，2011（119）：235～241.

Effect of compound plasticizer on zein films

MA Li－na LI Gui－juan LI Na－na QIN Li－fu KANG Hai－yang

（College of Chemical Engineering，Chang Chun University of Technlogy，Changchun，Jilin130012，China）

Xylitol／glycerol／zein film were produced with xylitol／glycerol as a compound plasticizer.Microstructure，mechanical properties and thermal stability of xylitol／glycerol／zein film were studied.The thermal properties of xylitol／zein film were stable below 160℃，there was holes in zein film which contained xylitol and glycerol，the tensile strength of xylitol／glycerol／zein film is lower than the tensile strength of pure zein film，but the elongation at break of the xylitol／glycerol／zein film was higher than the elongation at break of pure zein film.

corn；zein；plasticizer；protein films；thermal properties；microstructure；mechanical properties

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.03.046

馬立娜（1985－），女，長春工業(yè)大學在讀碩士研究生。E－mail：malina505＠126.com

李桂娟

2011－12－10