氨基酸對(duì)明膠膜結(jié)構(gòu)及性能的影響

林俊杰 周光宏 何 俊 孫楊贏 潘道東 李 剛 曹錦軒，*

(1 寧波大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院/動(dòng)物蛋白深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波 315211；2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210097；3 浙江華統(tǒng)肉制品股份有限公司，浙江 義烏 322005)

食品包裝中廣泛使用的塑料膜因其不易分解和不可再生帶來(lái)的環(huán)境污染和食品安全問(wèn)題逐漸受到人們的重視，因此急需開(kāi)發(fā)無(wú)毒、可降解、可再生的材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料包裝材料，其中以天然高分子為原料來(lái)制備可食性膜已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。根據(jù)使用的基質(zhì)不同，可食膜可以分為多糖膜、蛋白膜、脂質(zhì)膜和復(fù)合型膜，其中蛋白質(zhì)所形成的可食性蛋白膜具有一定的機(jī)械特性和較好的阻氣性，可以防止脂肪氧化和揮發(fā)性成分揮發(fā)[1]，用于食品包裝可以保持食品質(zhì)量和延長(zhǎng)食品的貨架期[2]，因此蛋白質(zhì)被認(rèn)為是最具潛力的可食性膜材料。

明膠是膠原蛋白通過(guò)酸法、堿法、酶法、鹽堿法或者在加熱條件下所得到的變性產(chǎn)物[3]，其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)毒，而且具有良好的成膜性和生物兼容性，是一種很好的天然可食性膜材料[4-5]。明膠與膠原蛋白具有相似的氨基酸組成，主要包含甘氨酸(Gly)、脯氨酸(Pro)和4-羥基脯氨酸，其中Gly-X-Y、Gly-X-Hyp、Gly-Pro-Y的周期性序列對(duì)于膠原蛋白三維結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定極為重要[6-7]。在形成明膠的過(guò)程中，這種三維螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，但是在明膠成膜的過(guò)程中，明膠又會(huì)逐步向膠原蛋白三維螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)性，從而使得明膠膜具有很好的機(jī)械性能；另一方面，明膠分子間較強(qiáng)作用力(氫鍵和疏水作用)的存在，使得明膠膜具有很大的脆性，限制了它的廣泛應(yīng)用[8]。

增塑劑作為一類非揮發(fā)性的小分子化合物，一般是平均分子質(zhì)量為300～600的高沸點(diǎn)液體，被廣泛用于改善膜的柔韌性和可加工性[9]。增塑劑可以滲入到高分子鏈之間，減少分子移動(dòng)所需要的能量，并且阻止分子鏈間氫鍵的形成，導(dǎo)致分子間的自由體積和移動(dòng)性增加，從而起到增塑的效果[10]。因此，增塑劑對(duì)膜的增塑效果與其理化性質(zhì)密切相關(guān)，包括大小、形狀、化學(xué)結(jié)構(gòu)、極性和溶解度等[11-12]。此外，增塑劑還被分為外增塑劑和內(nèi)增塑劑，外增塑劑是指一些易揮發(fā)物質(zhì)，能與聚合物反應(yīng)，但不能與聚合物分子形成共價(jià)鍵，在蒸發(fā)、遷移或者提取的過(guò)程中易失去；內(nèi)增塑劑一般具有很大的結(jié)構(gòu)，它是從聚合物自身衍化而來(lái)，能夠異物共聚到聚合物分子結(jié)構(gòu)中或者與聚合物反應(yīng)[10]。

近年來(lái)，用于明膠膜的增塑劑主要有多元醇(甘油和山梨三醇)、低聚糖(蔗糖)、有機(jī)酸(脂肪酸、酒石酸、蘋(píng)果酸和檸檬酸等)和不同分子質(zhì)量的聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)[10]。Cao等[13]研究蔗糖、油酸、檸檬酸、酒石酸、蘋(píng)果酸、不同分子質(zhì)量的PEG(300、400、600、800、1 500、4 000、10 000、20 000)、山梨三醇、甘露醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺對(duì)明膠膜機(jī)械性能的影響，發(fā)現(xiàn)低分子質(zhì)量的PEG(300)、蘋(píng)果酸、山梨三醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺對(duì)明膠膜具有很好的增塑效果。Orts等[14]發(fā)現(xiàn)氨基酸對(duì)淀粉膜有一定的增塑作用，增塑效果取決于氨基酸的種類。氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本組成單位，添加氨基酸是否對(duì)明膠膜具有增塑效果，對(duì)明膠膜的性能和結(jié)構(gòu)是否有影響尚不清楚。因此，研究不同氨基酸對(duì)明膠膜物理機(jī)械性質(zhì)的影響具有一定的意義。本研究以明膠為原料，甘油為共同增塑劑，根據(jù)氨基酸的大小、結(jié)構(gòu)、極性、溶解性等性質(zhì)的差異，選擇脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸為添加劑，研究上述氨基酸對(duì)明膠膜物理機(jī)械性能及結(jié)構(gòu)的影響，旨在發(fā)現(xiàn)用于明膠膜的新增塑劑。

1 材料與方法

1.1 主要材料

明膠(Type B)、甘油、亮氨酸、絲氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所有試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

FA-1004萬(wàn)分之一電子天平，上海精天電子儀器有限公司；8002溫控水浴鍋，北京永光明醫(yī)療儀器廠；99-1磁力攪拌器，金壇市科析儀器有限公司；MGC-350HPY-2恒溫恒濕培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；UltraScan-PRO測(cè)色儀，美國(guó)亨特立公司；UV1800PC紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司；S-3400N掃描電子顯微鏡，日本基恩斯國(guó)際貿(mào)易有限公司；NEXUS-670傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)尼高力儀器公司；Instron-5569A電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 明膠膜制作 將6 g明膠溶解于100 mL去離子水中，60℃恒溫水浴鍋中加熱并攪拌30 min，然后加入25%(w/w，甘油/明膠)的甘油作為增塑劑，室溫下磁力攪拌30 min后分別加入1 g亮氨酸、絲氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸和谷氨酸，磁力攪拌30 min溶解混合均勻；將成膜液在4 000 r·min-1條件下離心5 min脫除氣泡；取10 mL成膜液傾倒入9 cm的塑料培養(yǎng)皿中，放入25℃、相對(duì)濕度55%±5%的恒溫恒濕箱中干燥48 h，取出揭膜。保存于25℃、相對(duì)濕度50%的恒溫恒濕箱中待測(cè)。

1.3.2 表觀特征 通過(guò)電子顯微鏡在4×10放大倍數(shù)下觀察明膠膜的表觀特征。

1.3.3 厚度測(cè)定 用千分測(cè)厚規(guī)在膜上隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)，測(cè)定其厚度并計(jì)算平均值，單位mm。

1.3.4 機(jī)械特性測(cè)定 按照GB/T 1040.3-2006[15]中塑料拉伸性能試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。將膜剪切成50 mm×20 mm的矩形長(zhǎng)條，利用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，試樣有效長(zhǎng)度為30 mm，拉伸力為100 N，拉伸速度為30 mm·min-1，每組10個(gè)重復(fù)。

1.3.5 水蒸氣透過(guò)率測(cè)定 將4 mL去離子水注入5 mL燒杯中，分別用膜將杯口包覆并用透明膠固定(相對(duì)濕度100%)，然后置于含有無(wú)水硅膠(相對(duì)濕度0%)的干燥器中，8 h內(nèi)每1 h用分析天平稱重一次。按照公式計(jì)算水蒸汽透過(guò)率(water vapor permeability，WVP)[16]：

WVP (g·m-1·s-1·Pa-1)=W × L × A-1× t-1× (P2- P1)-1

(1)

式中，W為燒杯質(zhì)量的變化，g；L為膜的厚度，m；A為膜的表面積，m2；t為燒杯發(fā)生質(zhì)量變化的時(shí)間，s；P2-P1為膜兩側(cè)水蒸氣分壓差，kPa，由于膜兩側(cè)環(huán)境濕度梯度為100%，P2-P1=3.179 kPa(22℃)。

1.3.6 顏色測(cè)定 采用測(cè)色儀測(cè)定膜的顏色性質(zhì)，以L*(黑-白)、a*(紅-綠)、b*(黃-藍(lán))和總色差△E*來(lái)表示。按照公式計(jì)算△E*:

ΔE*=[(ΔL*)2+ (Δa*)2+ (Δb*)2]1/2

(2)

式中，△L*、△a*和△b*為白板參數(shù)與測(cè)量數(shù)值差值；白板參數(shù)為L(zhǎng)*=93.59、a*=0.98、b*=0.35。

1.3.7 透光率測(cè)定 裁剪樣品尺寸為10 mm×50 mm，將膜樣品貼在比色皿外側(cè)，用紫外分光光度計(jì)在200～800 nm波長(zhǎng)下測(cè)定膜的透光率。以空氣作為空白對(duì)照。選取600 nm波長(zhǎng)下的吸光度，并按照公式計(jì)算透明度(transparency，T)：

T=(-log T600)/x

(3)

式中，T600為600 nm處膜的吸光度；x為膜厚度，mm。

1.3.8 紅外光譜(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)測(cè)定 將冷凍干燥后的膜置于全反射托盤(pán)上，用傅里葉變換紅外光譜儀在室溫下進(jìn)行紅外掃描。掃描范圍為4 000～400 cm-1，掃描次數(shù)為32，分辨率為4 cm-1，掃描間隔為2 cm-1。

1.3.9 二級(jí)結(jié)構(gòu)計(jì)算 采用PeakFit 4.12軟件對(duì)波數(shù)在1 600～1 700 cm-1范圍內(nèi)的圖譜進(jìn)行基線校正、去卷積和二階導(dǎo)數(shù)擬合，直至殘差(R2)大于0.999，得到子峰圖譜，然后根據(jù)各子峰峰位和峰面積計(jì)算對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)(β-折疊、無(wú)規(guī)卷曲、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角)的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0中One-Way-ANOVA進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，并用DUCAN法進(jìn)行Post Hoc檢驗(yàn)。結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氨基酸對(duì)明膠膜厚度的影響

由表1可知，明膠膜的厚度在0.074～0.176 mm范圍內(nèi)，添加亮氨酸和谷氨酸顯著增加了明膠膜的厚度(P< 0.05)。膜的厚度主要取決于膜液中的固體含量[17]，添加亮氨酸和谷氨酸導(dǎo)致膜厚度增加可能與它們?cè)谒休^低的溶解性有關(guān)，當(dāng)膜被干燥時(shí)，固體析出，導(dǎo)致膜表面厚度增加。

2.2 不同氨基酸對(duì)明膠膜機(jī)械性能的影響

由表1可知，對(duì)照組明膠膜抗拉伸強(qiáng)度(tensile strength， TS)和斷裂伸長(zhǎng)率(elongation at break，EAB)分別為14.76 MPa和16.95%，添加脯氨酸和絲氨酸顯著降低了明膠膜的TS(P< 0.05)，并伴隨著EAB的顯著增加(P< 0.05)；亮氨酸明膠膜的TS和EAB分別為57.57 MPa和28.18%，較對(duì)照分別增加了2.90倍和0.66倍；添加谷氨酸使明膠膜的TS從14.76 MPa降至3.38 MPa(P< 0.05)，但對(duì)EAB的影響不顯著；添加甲硫氨酸對(duì)明膠膜的機(jī)械性能無(wú)顯著影響。綜上表明，脯氨酸和絲氨酸對(duì)明膠膜具有一定的增塑效果，而亮氨酸對(duì)明膠膜具有一定的增強(qiáng)效果。

2.3 不同氨基酸對(duì)明膠膜水蒸氣透過(guò)率的影響

由表1可知，對(duì)照組明膠膜水蒸氣透過(guò)率(WVP)為1.18 g·m-1·s-1·Pa-1，添加脯氨酸和絲氨酸后，明膠膜的WVP有一定的升高，但不顯著(P> 0.05)，而添加亮氨酸和谷氨酸后，明膠膜的WVP顯著升高(P< 0.05)。

表1 添加氨基酸對(duì)明膠膜厚度、機(jī)械性能及水蒸氣透過(guò)率的影響Table 1 Effect of adding amino acids on thickness, mechanical properties and WVP of gelatin film

注：同列不同小寫(xiě)字母表示各組別間差異顯著(P< 0.05)。下同。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level. The same as following.

2.4 不同氨基酸對(duì)明膠膜顏色的影響

色澤是衡量消費(fèi)者對(duì)食品包裝滿意度的一個(gè)重要指標(biāo)。由表2可知，氨基酸的類型對(duì)明膠膜的顏色具有顯著影響，添加脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸均顯著降低了膜的L*值和a*值(P< 0.05)，并伴隨著b*值和ΔE*值的增加；除添加脯氨酸外，添加其他氨基酸均顯著增加了b*值和ΔE*值(P< 0.05)。結(jié)果表明，添加氨基酸可以增加明膠膜的黃度。

2.5 不同氨基酸對(duì)明膠膜透光率的影響

薄膜的光學(xué)性質(zhì)是影響其外觀、適銷性和應(yīng)用的重要屬性。清晰的可食用薄膜通常在食品包裝系統(tǒng)中具有更高的適用性和可接受性。由表3可知，在紫外光200 nm下，所有的明膠膜均呈現(xiàn)較低的透光率，透光率在0.33%～0.61%范圍內(nèi)。在可見(jiàn)光350～800 nm范圍內(nèi)，對(duì)照組明膠膜的透光率在71.63%～90.49%范圍內(nèi)，添加甲硫氨酸、谷氨酸、絲氨酸和亮氨酸明顯降低了明膠膜透光率，而添加脯氨酸后呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，尤其在500～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。

表2 添加不同氨基酸對(duì)明膠膜顏色的影響Table 2 Effect of adding different amino acids on the color of gelatin film color

膜的透明度對(duì)其外觀以及應(yīng)用等有重要影響，透明度值越高，表明膜的透明度越低。由表3可知，添加脯氨酸降低了明膠膜的透明度值，而添加亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸顯著增加了明膠膜的透明度值，降低了明膠膜的透明度。

表3 不同氨基酸明膠膜的透光度和透明度Table 3 Light transmission and transparency of gelatin films containing different amino acids

2.6 不同氨基酸對(duì)明膠膜表面形貌的影響

添加不同氨基酸的明膠膜在熒光顯微鏡下的表面形貌如圖1所示。對(duì)照組和添加脯氨酸的明膠膜展現(xiàn)出光滑透明的膜表面，而添加亮氨酸和谷氨酸的膜表面粗糙，且具有許多黑洞，這主要是由于在成膜的過(guò)程中，有顆粒析出膜表面，當(dāng)光通過(guò)膜表面時(shí)被反射，從而形成較多黑洞；而粗糙的膜表面可能是因?yàn)檫@些氨基酸在膜中分散不均勻，這可能也是添加亮氨酸和谷氨酸的明膠膜相對(duì)于對(duì)照組具有更高的水蒸氣的透過(guò)率和更低透光率的原因。此外，添加絲氨酸和甲硫氨酸的明膠膜表面形成了許多花紋，從而阻礙了光的透過(guò)。不同膜表面形貌可能與氨基酸的溶解度有關(guān)，不易溶于水的亮氨酸和谷氨酸在膜干燥的過(guò)程中析出表面，極易溶于水的脯氨酸形成了均勻、光滑、透明的薄膜，而絲氨酸和甲硫氨酸處于兩者之間。

圖1 添加不同氨基酸明膠膜的表觀特征Fig.1 Apparent characteristics of gelatin films with different amino acids added

2.7 不同氨基酸對(duì)明膠膜紅外譜圖的影響

由圖2可知，明膠膜的酰胺A、酰胺B、酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ帶對(duì)應(yīng)的波數(shù)分別出現(xiàn)在3 285.27、3 075.78、1 628.5、1 542.95和1 235.59 cm-1，其中酰胺A代表N-H伸縮振動(dòng)通過(guò)氫鍵與OH基團(tuán)結(jié)合[18]；酰胺B代表=C-H和-NH3的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)[18]；酰胺-Ⅰ振動(dòng)模式主要與CN拉伸，CCN變形和平面NH彎曲模式耦合的C=O伸縮振動(dòng)有關(guān)[5]；酰胺Ⅱ代表N-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)和C-N基團(tuán)的伸縮振動(dòng)[5]；酰胺Ⅲ代表C-N和N-H鍵的平面振動(dòng)或甘氨酸CH2基團(tuán)的振動(dòng)[19]。波數(shù)1 031～1 033 cm-1處代表甘油中的羥基峰[19]。

由圖2可知，對(duì)照組、脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸明膠膜對(duì)應(yīng)的酰胺Ⅰ帶波數(shù)分別出現(xiàn)在1 628.50、1 626.89、1 628.21、1 628.09、1 626.52 和1 626.36 cm-1；對(duì)照組、脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸明膠膜對(duì)應(yīng)的酰胺A帶波數(shù)分別出現(xiàn)在3 285.27、3 284.91、3 284.15、3 284.48、3 280.85和3 282.25 cm-1。與對(duì)照組(3 074.36 cm-1)相比，添加脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸的酰胺B帶波數(shù)分別出現(xiàn)在 3 072.78、3 074.34、3 073.76、3 071.57 和3 071.99 cm-1。結(jié)果表明，添加脯氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸酰胺A，酰胺B和酰胺Ⅰ向低波數(shù)偏移，而亮氨酸和谷氨酸對(duì)明膠紅外譜圖無(wú)明顯影響。

圖2 添加不同氨基酸明膠膜紅外譜圖Fig.2 FTIR spectra of gelatin films containing different amino acids

2.8 不同氨基酸對(duì)明膠膜二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

由于酰胺Ⅰ(1 700～1 600 cm-1)的構(gòu)象敏感，所以常被用來(lái)確定蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)[20]。選取波數(shù)在1 651 ～1 660 cm-1范圍為α-螺旋結(jié)構(gòu)，在1 600 ～1 639 cm-1范圍為β-折疊結(jié)構(gòu)，1 661 ～1 700 cm-1范圍為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，1 640 ～1 650 cm-1范圍為無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[21]。由圖3可知，明膠膜主要由β-折疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。添加氨基酸后，無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量減少，α-螺旋結(jié)構(gòu)含量無(wú)明顯變化，添加脯氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸后β-折疊和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)含量增加，添加谷氨酸和亮氨酸對(duì)明膠二級(jí)結(jié)構(gòu)影響不明顯。

圖3 添加不同氨基酸對(duì)明膠膜二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of adding different amino acids on the secondary structure of gelatin films

3 討論

增塑劑對(duì)膜的增塑效果取決于增塑劑的理化性質(zhì)(大小、形狀、化學(xué)構(gòu)成、分子質(zhì)量和功能基團(tuán))和其與聚合物的兼容性(極性、氫鍵、介電常數(shù)和溶解度)[13]。本研究結(jié)果表明，添加脯氨酸和絲氨酸增加了明膠膜的斷裂伸長(zhǎng)率，并伴隨著拉伸強(qiáng)度的降低，這可能是因?yàn)榘被嶂械臉O性基團(tuán)能夠破壞明膠分子產(chǎn)生的氫鍵，從而削弱明膠分子間的作用力，導(dǎo)致分子間的自由體積增大，使明膠分子更易移動(dòng)，因而膜材料柔性增加，拉伸強(qiáng)度下降[22]。本研究還發(fā)現(xiàn)，添加亮氨酸和谷氨酸時(shí)，膜表面有固體顆粒析出，但是亮氨酸膜質(zhì)地較硬較脆，而谷氨酸膜相對(duì)較軟，因而亮氨酸增加了明膠膜的拉伸強(qiáng)度，而谷氨酸降低了膜的拉伸強(qiáng)度，這可能與氨基酸的性質(zhì)有關(guān)。添加亮氨酸可同時(shí)增加明膠膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，這與Wu等[23]報(bào)道添加5%羥基磷灰石對(duì)明膠膜機(jī)械性能影響的結(jié)果一致。

為延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，一般要求保鮮膜具有較低的水蒸氣透過(guò)率[24]。本研究結(jié)果表明，添加脯氨酸和絲氨酸增加了明膠膜的水蒸氣透過(guò)率，可能是因?yàn)檫@2種氨基酸對(duì)明膠膜具有一定的增塑效果，增加了明膠鏈間的自由體積，加快了水的擴(kuò)散。此外，添加亮氨酸和谷氨酸時(shí)，明膠膜水蒸氣透過(guò)率較對(duì)照組分別提升了1.14和1.12倍，這可能與氨基酸的溶解度有關(guān)。不溶于水的增塑劑在膜干燥過(guò)程中容易析出，形成不連續(xù)區(qū)，導(dǎo)致水蒸氣透過(guò)率增加[25]。

膜的色澤和光學(xué)性質(zhì)是消費(fèi)者評(píng)定膜食品包裝的兩個(gè)重要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，添加氨基酸增加了明膠膜的黃度值(b*值)，這與Nuanmano等[26]研究明膠水解物對(duì)肌原纖維蛋白膜顏色影響的結(jié)果相似，這主要是因?yàn)槟じ稍镞^(guò)程中-NH3與C=O發(fā)生了美拉德反應(yīng)，添加氨基酸增加膜液中游離氨基含量，在膜干燥過(guò)程中的美拉德反應(yīng)更明顯。此外，本研究結(jié)果還表明，在200 nm紫外光下，明膠膜都具有很低的透光率，這與Ahmad等[27]報(bào)道的魚(yú)皮明膠/米粉復(fù)合膜透光率結(jié)果一致，主要是因?yàn)槊髂z中含有大量的芳香氨基酸能吸收紫外光。本研究還發(fā)現(xiàn)，添加脯氨酸、亮氨酸、谷氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸均會(huì)降低明膠膜紫外光透過(guò)率，尤其是添加甲硫氨酸，表明在紫外光范圍內(nèi)，添加甲硫氨酸更有助于降低光透過(guò)率。在350～800 nm可見(jiàn)光范圍內(nèi)，膜的透光率主要取決于固體顆粒在膜中的分散程度[28]。亮氨酸和谷氨酸在膜干燥過(guò)程中有固體物質(zhì)析出，具有反射光的作用，從而阻礙了可見(jiàn)光的透過(guò)，降低了明膠膜的透光率；而甲硫氨酸和絲氨酸降低膜的可見(jiàn)光透光率主要是因?yàn)樵谀さ谋砻嫘纬闪嘶y。

紅外光譜圖中酰胺Ⅰ帶向低波數(shù)偏移表明氨基酸中的活性基團(tuán)能與明膠反應(yīng)，減弱明膠膜鏈間的作用力[27]；酰胺A帶向低波數(shù)移動(dòng)表明氨基酸明膠分子反應(yīng)是通過(guò)氫鍵作用的[29]；酰胺B帶向低波數(shù)移動(dòng)表明明膠官能團(tuán)的構(gòu)象發(fā)生了變化[28]，這可能與明膠二級(jí)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大部分依靠非共價(jià)鍵力，如氫鍵、范德華力、靜電相互作用和疏水相互作用。本研究中，明膠二級(jí)結(jié)構(gòu)以β折疊為主，這與史洲銘等[30]的研究結(jié)果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)，添加脯氨酸、絲氨酸和甲硫氨酸使得無(wú)規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)向β-折疊，這可能是因?yàn)楦彼帷⒔z氨酸和甲硫氨酸與明膠反應(yīng)形成了氫鍵，使得較高波數(shù)的無(wú)規(guī)卷曲向低波數(shù)的β-折疊轉(zhuǎn)變[21]，這與紅外光譜中酰胺Ⅰ帶的變化結(jié)果一致。鄭雅爻等[31]研究鰱魚(yú)皮明膠提取方法對(duì)明膠膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)明膠膜的機(jī)械強(qiáng)度與明膠的α-螺旋結(jié)構(gòu)含量存在顯著正相關(guān)，與其他二級(jí)結(jié)構(gòu)不存在顯著相關(guān)性，這也解釋了氨基酸的添加使明膠中的無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)減少，未增加明膠膜機(jī)械強(qiáng)度，反而導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率的增加，因此不同氨基酸影響明膠膜機(jī)械性能的機(jī)制不同，仍有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

明膠膜的厚度、機(jī)械性能、顏色、水蒸氣透過(guò)率、透光率等性能的變化取決于添加的氨基酸種類。本研究所用的5種氨基酸，除了甲硫氨酸外，脯氨酸、亮氨酸、絲氨酸和谷氨酸都可以作為明膠膜的天然增塑劑，增加明膠膜柔韌性；添加脯氨酸的明膠膜的柔韌性最好，具有更好的表觀特征，表面光滑緊致，同時(shí)具有更高的透明度、透光率和相對(duì)較低的水蒸氣透過(guò)率。綜上所述，脯氨酸最適合作為明膠膜的天然增塑劑。