抗菌性玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合膜的制備與性質(zhì)

陳桂蕓，曲亮璠，趙 宇，陳 野*

（食品營(yíng)養(yǎng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

抗菌性玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合膜的制備與性質(zhì)

陳桂蕓，曲亮璠，趙 宇，陳 野*

（食品營(yíng)養(yǎng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

采用分步法，先配制殼聚糖/醋酸/乙醇溶液體系，再向其中加入玉米醇溶蛋白，最后利用流延法制成玉米醇溶蛋白/殼聚糖（zein/chitosan，Z/C）復(fù)合膜，探討殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)Z/C復(fù)合膜理化性質(zhì)與抗菌特性的影響。結(jié)果表明：在殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%范圍內(nèi)，混合溶液的黏度和電導(dǎo)率隨殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化成階梯狀變化，且殼聚糖的添加對(duì)復(fù)合膜性質(zhì)有顯著影響，Z/C復(fù)合膜的斷后伸長(zhǎng)率從1.00%提高到6.67%，接觸角從65.97°減小到53.61°，水蒸氣透過(guò)率從5.23 g·m /（m2·h·Pa）提高到9.16 g·m /（m2·h·Pa）；掃描電子顯微鏡觀察，復(fù)合后薄膜保持光滑、均一；大腸桿菌抑菌實(shí)驗(yàn)表明添加殼聚糖使復(fù)合膜具有較強(qiáng)的抗菌特性。

玉米醇溶蛋白；殼聚糖；微觀結(jié)構(gòu)；抗菌性

玉米醇溶蛋白是玉米胚芽的主要蛋白質(zhì)成分[1]，在純水或無(wú)水乙醇中不溶解，易溶于60%～90%的乙醇溶液中[2]。在極性環(huán)境中，玉米醇溶蛋白分子中親水基團(tuán)暴露，疏水基團(tuán)被包埋，能形成穩(wěn)定的膠束結(jié)構(gòu)[3]。由于其本身有較高的脂肪族指數(shù)和表面疏水性[4]，在食品和制藥行業(yè)應(yīng)用廣泛，用于如片劑包衣、獨(dú)立包裝材料、乳化劑、抗氧化劑、口香糖膠基材、藥物包材和支架結(jié)構(gòu)等[5-6]方面。殼聚糖是由自然界中廣泛存在的甲殼素經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到，為β-（1-4）-D-葡萄胺和N-乙酰-D-葡糖胺組成的線性多糖[7]，由于其含有大量的活性羥基和氨基，可發(fā)生水解、烷基化、?；⒖s合和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)。殼聚糖易溶于稀酸，在溶液中結(jié)合H+，可形成帶正電荷的聚電解質(zhì)[8]，具有良好的生物可降解性、生物相容性和抗菌性[9-11]，被廣泛用于醫(yī)用涂敷材料、藥物制劑、抗菌保鮮包材等[12-14]方面。

雖然傳統(tǒng)玉米醇溶蛋白易成膜，但表面疏水程度高、脆度大、機(jī)械強(qiáng)度不高，不利于其在食品領(lǐng)域推廣應(yīng)用[15]，因此，通過(guò)一定的物理和化學(xué)改性對(duì)其進(jìn)行有效誘導(dǎo)處理，使薄膜有序、穩(wěn)定，成為研究熱點(diǎn)。通常選擇與多糖、脂類及其他蛋白相互作用[16]，或者改變pH值、離子強(qiáng)度、溫度、增塑劑等方式來(lái)提高其功能性[17]。蛋白與多糖側(cè)鏈基團(tuán)可以通過(guò)共價(jià)鍵、靜電作用力、氫鍵、范德華力、疏水作用、離子鍵、容積排阻作用及分子纏繞等方式發(fā)生相互作用[18]，二者結(jié)合可以改善材料熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性、溶解度、乳化特性和凝膠特性等。本實(shí)驗(yàn)為提高玉米醇溶蛋白膜的機(jī)械性能和改善其疏水性，通過(guò)先制備一系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的殼聚糖/醋酸/乙醇溶液體系，再向其中加入玉米醇溶蛋白，最后制成玉米醇溶蛋白/殼聚糖（zein/chitosan，Z/C）復(fù)合膜，并研究玉米醇溶蛋白/殼聚糖/醋酸/乙醇復(fù)合溶液特性，進(jìn)一步探討殼聚糖添加對(duì)復(fù)合膜性質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米醇溶蛋白（純度94.7%） 江蘇高郵日星藥用輔料有限公司；殼聚糖（脫乙酰度90%） 浙江金殼藥業(yè)有限公司。

無(wú)水乙醇（分析純） 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；冰乙酸（分析純） 天津市化學(xué)試劑一廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DV-Ⅲ+黏度計(jì) 美國(guó)Brookfield公司；DDS-307電導(dǎo)率儀 上海雷茲高壓互感器有限公司；JY-82A視頻接觸角測(cè)定儀 承德鼎盛試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)設(shè)備公司；Quanta200型掃描電子顯微鏡 捷克FEI公司；RGF5電子萬(wàn)能機(jī) 深圳市瑞格爾儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 復(fù)合膜的制備

將玉米醇溶蛋白溶解于80%的乙醇溶液，配制成蛋白質(zhì)量濃度為100 μg/mL的蛋白溶液，攪拌均勻，60 ℃水浴加熱10 min，利用流延法將溶液澆鑄于聚乙烯纖維板（150 mm×250 mm）上，室溫干燥24 h，制備玉米醇溶蛋白膜（ZN）。

用2%的醋酸溶液配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的殼聚糖醋酸溶液，攪拌均勻，65 ℃水浴10 min，室溫干燥24 h，利用流延法制備殼聚糖膜（CS）。

取一定量殼聚糖溶于2%醋酸溶液，靜置24 h使之充分水合。攪拌條件下緩慢加入無(wú)水乙醇，配制成乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%的殼聚糖/醋酸/乙醇溶液體系，調(diào)節(jié)pH值至5.0±0.1，將一定量玉米醇溶蛋白溶于上述溶液，玉米醇溶蛋白質(zhì)量濃度為100 mg/mL，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為玉米醇溶蛋白的2%、4%、6%、8%，65 ℃水浴加熱10 min，靜置消泡后測(cè)溶液性質(zhì)，利用流延法澆鑄成Z/C復(fù)合膜，室溫干燥24 h。以上3 類薄膜置于相對(duì)濕度（50±4）%，溫度（23±2）℃干燥器中保存48 h，測(cè)薄膜性質(zhì)。

1.3.2 復(fù)合溶液黏度的測(cè)定

將溶液樣品固定于黏度計(jì)操作平臺(tái)上，選取62號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速100 r/min，保持測(cè)試過(guò)程扭矩大于10%，穩(wěn)定30 s后記錄黏度。

1.3.3 復(fù)合溶液電導(dǎo)率的測(cè)定

[19]，在25 ℃條件下校正電導(dǎo)率儀，使測(cè)量值為100 μS /cm，待數(shù)值穩(wěn)定后對(duì)復(fù)合溶液電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量。

1.3.4 Z/C復(fù)合膜機(jī)械性質(zhì)參數(shù)的測(cè)定

將1.3.1節(jié)中平衡后的復(fù)合膜裁成100 mm×60 mm的長(zhǎng)條，用螺旋測(cè)微器測(cè)量膜的厚度，采用電子萬(wàn)能機(jī)測(cè)定其抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，拉伸速率為10 mm/min。實(shí)驗(yàn)溫度為20～23 ℃，相對(duì)濕度為（50±4）%。

1.3.5 Z/C復(fù)合膜表面疏水性的測(cè)定

利用進(jìn)樣器將5 μL去離子水滴豎直滴加于水平臺(tái)膜表面，通過(guò)JY-82A視頻接觸角測(cè)定儀記錄水滴下落過(guò)程，軟件拍照速率5 張/s，連續(xù)記錄10 s，采用軟件量角法測(cè)定接觸角大小。小于60°的接觸角為親水接觸角，大于60°的接觸角為疏水接觸角。

1.3.6 Z/C復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定

根據(jù)GB 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》[20]，采用“擬杯子法”，將復(fù)合膜裁成有效直徑為10 mm的圓片，將其密封在含10 g無(wú)水CaCl2測(cè)試杯上，置于相對(duì)濕度90%、溫度25 ℃的環(huán)境中96 h，每隔24 h，稱量杯子的質(zhì)量，膜的水蒸氣透過(guò)率（water vapor penetration，WVP）計(jì)算見(jiàn)式（1）。

式中：WVP為水蒸氣透過(guò)率/（g·m/（m2·h·Pa））；t為測(cè)量時(shí)間/h；L為復(fù)合膜厚度/m；ΔP內(nèi)外水蒸氣壓強(qiáng)差/Pa；S為復(fù)合膜的測(cè)試面積/m2；Δm為水蒸氣遷移質(zhì)量/g。純水在25℃時(shí)的飽和蒸氣壓為3.167 1 kPa。

1.3.7 Z/C復(fù)合膜微觀結(jié)構(gòu)觀察

用液氮將復(fù)合膜脆斷成2 mm×2 mm的碎片，用鑷子固定到樣品臺(tái)上，噴金鍍膜處理5 min，真空度為200 Pa，加速電壓為20 kV，觀察復(fù)合膜的表面和橫斷面結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為5 000。

1.3.8 Z/C復(fù)合膜抗菌性分析

將牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、氯化鈉5 g、瓊脂粉20 g溶于1 000 mL蒸餾水中，高溫高壓蒸汽滅菌（＞121 ℃）20 min，配制成固體培養(yǎng)基。大腸菌群常作為飲水、食物或藥物的衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)選取大腸桿菌作為實(shí)驗(yàn)菌種，評(píng)價(jià)復(fù)合膜抗菌性能。將大腸桿菌接種于固體培養(yǎng)基中，于相對(duì)濕度40%、27 ℃條件下活化24 h，使菌種進(jìn)入穩(wěn)定的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。取一滿環(huán)于10 mL無(wú)菌生理鹽水中，漩渦振蕩均勻，形成菌懸液。經(jīng)無(wú)菌固體培養(yǎng)基重新融化，降溫至50 ℃左右后倒入培養(yǎng)皿中，待重新凝固，加入0.1 mL菌懸液，用涂布器涂勻。用鑷子將直徑0.6 cm的復(fù)合膜試樣輕貼于培養(yǎng)基表面，在相對(duì)濕度40%、27 ℃條件下，培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。通過(guò)測(cè)量抑菌圈直徑大小評(píng)價(jià)抑菌性能的強(qiáng)弱[21]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行各試樣間差異性分析，每個(gè)試樣測(cè)3 次，取其平均值，結(jié)果表示為±s。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米醇溶蛋白/殼聚糖/醋酸/乙醇復(fù)合溶液黏度及電導(dǎo)率

圖1 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合溶液黏度與電導(dǎo)率的影響Fig. 1 Effect of different chitosan concentrations on viscosity and electronic conductivity of mixed solutions

由圖1可知，未添加殼聚糖的復(fù)合溶液黏度較低，隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合溶液黏度增加。這是因?yàn)闅ぞ厶擎湺伪旧頌楦叻肿娱L(zhǎng)鏈線性結(jié)構(gòu)，含有大量的羥基和氨基等親水性功能基團(tuán)，在酸性條件中具有較好的黏性、膠凝性[22]。在攪拌過(guò)程中殼聚糖鏈段舒展、取向、重新與玉米醇溶蛋白分子鏈間相互纏結(jié)，黏度增加，新的有序聚集導(dǎo)致鏈段的剛性增加，鍵合增多[23]，通過(guò)交聯(lián)作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于黏度受脫乙酰度、濃度、溫度等因素影響，所以復(fù)合溶液黏度隨殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)。殼聚糖的加入改變?nèi)芤褐兴址植?，進(jìn)而影響玉米醇溶蛋白的空間構(gòu)象與促進(jìn)玉米醇溶蛋白分子極性基團(tuán)的暴露，對(duì)成膜后性質(zhì)穩(wěn)定性有積極作用。合適的黏度、流動(dòng)性也有利于膜形成過(guò)程中結(jié)構(gòu)的均勻與性質(zhì)的穩(wěn)定。

由圖1還可知，未添加殼聚糖的復(fù)合溶液具有一定電導(dǎo)率，添加殼聚糖后電導(dǎo)率明顯增加，但隨殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，電導(dǎo)率趨于平穩(wěn)。溶液中，玉米醇溶蛋白分子側(cè)鏈氨基酸能兩性解離，暴露出—COO-與—NH3+，在pH 5的環(huán)境中，蛋白膠束整體呈正電性，因此具有一定電導(dǎo)率。因?yàn)闅ぞ厶呛写罅繅A性氨基，在酸性溶液中，殼聚糖鏈段氨基質(zhì)子化形成—NH3+，能明顯提高溶液總電荷數(shù)量。但隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成倍增加，殼聚糖分子間、玉米醇溶蛋白分子間、殼聚糖與玉米醇溶蛋白分子間靜電作用導(dǎo)致表面電荷減少，且高濃度溶液離子間相互作用也影響線性關(guān)系[24]，導(dǎo)致復(fù)合溶液電負(fù)性未成倍增加，最終趨于平穩(wěn)。復(fù)合膜形成過(guò)程中溶液的電負(fù)性強(qiáng)可以減輕溶劑蒸發(fā)與復(fù)合膜形成過(guò)程中由于極性變化而造成的變性聚集、析出、在表面堆簇等狀況，有利于復(fù)合膜保持穩(wěn)定。

2.2 Z/C復(fù)合膜性質(zhì)

2.2.1 機(jī)械特性

由圖2可知，傳統(tǒng)玉米醇溶蛋白膜脆性較大，易斷裂，當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少時(shí)，復(fù)合膜整體機(jī)械性質(zhì)沒(méi)有提高，但隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，Z/C膜的抗拉強(qiáng)度與斷后伸長(zhǎng)率成上升趨勢(shì)。當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，斷后伸長(zhǎng)率提高到6.67%，整體機(jī)械性質(zhì)較好。2%殼聚糖的Z/C復(fù)合膜機(jī)械性質(zhì)較差，原因可能是殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)少，在靜電斥力作用下，玉米醇溶蛋白分子與殼聚糖鏈段間分布呈現(xiàn)不均勻性，分子間作用力以蛋白分子間相互作用為主，少部分蛋白與多糖相結(jié)合，導(dǎo)致在同一橫斷面上分布不均勻，在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，抗拉強(qiáng)度較低。當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加后，殼聚糖的鏈段與玉米醇溶蛋白分子鏈充分纏結(jié)，此時(shí)以蛋白與多糖基團(tuán)間交互作用為主，交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)分布均勻，致使整體上Z/C復(fù)合膜機(jī)械性能有所提高，并且殼聚糖本身的水凝膠特質(zhì)使其形成的薄膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能保持更多水分，復(fù)合膜中水分起到一定塑化作用[25]，對(duì)機(jī)械性能有積極作用。因此，添加適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)殼聚糖可以改善復(fù)合膜作為食品包材的機(jī)械性質(zhì)，尤其是對(duì)包材的塑性有顯著提高作用。

2.2.2 表面疏水性

圖3 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)Z/C復(fù)合膜表面接觸角大小的影響Fig. 3 Effect of different chitosan concentrations on contact angle of composite fi lms

表面接觸角大小是評(píng)價(jià)材料疏水性的良好指標(biāo)。由圖3可知，玉米醇溶蛋白膜本身的表面疏水性較強(qiáng)，接觸角大小為（65.97±3.36）°，而殼聚糖膜雖然本身含大量—OH、—NH2等極性基團(tuán)，具有較好的吸水保水能力，但形成殼聚糖膜時(shí)表面分子鏈段中極性基團(tuán)分布比本體的低，形成表面疏水層，加之膜表面過(guò)于光滑，造成接觸角度較大[26]。復(fù)合后復(fù)合膜表面疏水程度降低，最低為（53.61±4.07）°，因?yàn)橛H水物質(zhì)的加入與酸性的環(huán)境在一定程度上引起蛋白的空間結(jié)構(gòu)的重新排列，促使玉米醇溶蛋白極性基團(tuán)的暴露程度增加，殼聚糖鏈段親水基團(tuán)與玉米醇溶蛋白側(cè)鏈親水基團(tuán)兩者相互促進(jìn)，形成了親水基團(tuán)朝外且均勻分布的聚集體，因此Z/C復(fù)合膜表面粗糙度減小，整體有向親水性方向轉(zhuǎn)變的變化趨勢(shì)。

2.2.3 水蒸氣透過(guò)率

圖4 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)Z/C復(fù)合膜水蒸氣透過(guò)率的影響Fig. 4 Effect of different chitosan concentrations on water vapor transmission rate of composite fi lms

水蒸氣透過(guò)復(fù)合膜分為吸附、擴(kuò)散、解析3 個(gè)步驟，與原料的親/疏水性、空間結(jié)構(gòu)、厚度、蒸氣壓差關(guān)系密切[27-28]。各復(fù)合膜樣品的厚度均為（0.10±0.03） mm，雖然殼聚糖分子本體含有較多的親水基團(tuán)，但由于在成膜過(guò)程中，大部分親水基團(tuán)被包裹于材料內(nèi)部，造成了材料的表面疏水性較強(qiáng)，因此對(duì)空氣中水分阻水性能較好，且內(nèi)部保水能力較強(qiáng)，加之其表面結(jié)構(gòu)光滑致密，造成水蒸氣難以透過(guò)復(fù)合膜。由圖4可知，玉米醇溶蛋白膜與殼聚糖膜的水蒸氣透過(guò)率較小，而Z/C復(fù)合膜的透濕性整體增加。一方面是因?yàn)闅ぞ厶堑募尤胧筞/C復(fù)合膜表面的活性親水基團(tuán)數(shù)目增多，復(fù)合膜的表面親水性有所提高，因此對(duì)水的吸附能力增強(qiáng)，導(dǎo)致復(fù)合膜兩側(cè)水蒸氣壓力差增加；另一方面是因?yàn)樵谒嵝原h(huán)境中，蛋白分子與多糖分子均攜帶正電荷，在靜電斥力作用下，Z/C復(fù)合膜的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)較玉米醇溶蛋白膜松散，甚至有孔洞存在，并且隨殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，靜電斥力增加，在水分從高濕度向低濕度傳遞的過(guò)程中，促進(jìn)水分滲透的間隙通道暢通，導(dǎo)致隨著殼聚糖濃度的增加，水蒸氣透過(guò)率緩慢增加的趨勢(shì)。因此，Z/C復(fù)合膜在保鮮及保持水果外皮光澤等透濕性包裝材料中具有應(yīng)用潛力。

2.2.4 微觀結(jié)構(gòu)觀察

圖5 SEM觀察玉米醇溶蛋白膜、5%Z/C復(fù)合膜的表面與斷面結(jié)構(gòu)Fig. 5 SEM images of the surface and cross-section of zein fi lms and 5% Z/C composite fi lms

從圖5可以看出，由于未加塑化劑，玉米醇溶蛋白膜表面粗糙，有大片層狀裂痕，斷面成片層狀，內(nèi)部有部分蛋白顆粒堆積現(xiàn)象，整體不均勻。受其微觀結(jié)構(gòu)影響，玉米醇溶蛋白膜整體機(jī)械性質(zhì)較差。而Z/C復(fù)合膜表面未出現(xiàn)表面裂痕，斷面處片層結(jié)構(gòu)明顯減少，說(shuō)明復(fù)合有利于機(jī)械性質(zhì)的提高，但出現(xiàn)了少許孔洞，可能因?yàn)檩^高濃度復(fù)合溶液的黏度較大，微量氣體滯留溶液內(nèi)部，難以消泡完全，或是乙醇與水相溶劑蒸發(fā)速率不一造成的孔隙，對(duì)透氣性與均勻性產(chǎn)生影響。整體上，添加殼聚糖可以起到一定程度“交聯(lián)劑”作用，使蛋白與多糖基團(tuán)交聯(lián)形成新的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，使親水基團(tuán)在表面暴露的數(shù)目增加，流延所成復(fù)合膜表面與斷面表現(xiàn)出更光滑與均一的結(jié)構(gòu)，這有利于材料向親水性方向轉(zhuǎn)變，又不至使材料過(guò)于親水而影響其在食品包材方面的應(yīng)用。

2.3 Z/C復(fù)合膜抗菌性

表1 復(fù)合膜抗菌性的比較Table 1 Effect of different chitosan concentrations on antibacterial activity of composite fi lms

抗菌包裝作為抑制微生物生長(zhǎng)，延長(zhǎng)食物保質(zhì)期的新方法，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由表1可知，玉米醇溶蛋白膜不具抗菌性，其周圍細(xì)菌繁殖旺盛，是細(xì)菌良好的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。殼聚糖膜遇水易溶解，溶化流延處有較強(qiáng)抗菌性，但由于其在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中外觀形貌嚴(yán)重不穩(wěn)定，所以難以單獨(dú)成為抗菌食品涂敷材料或包材。Z/C復(fù)合膜放置點(diǎn)周圍出現(xiàn)了明顯的圓形抑菌圈，并隨殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加先增大后減小，說(shuō)明Z/C復(fù)合膜能對(duì)微生物生長(zhǎng)繁殖有明顯的抑制作用，Z/C復(fù)合膜中的天然抗菌活性物質(zhì)能夠在細(xì)胞表面形成一層不通水聚合物層[29]，防止重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，導(dǎo)致細(xì)胞缺乏營(yíng)養(yǎng)。隨殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜表面電負(fù)性明顯增加，通過(guò)靜電引力將表面帶負(fù)電荷的大腸桿菌吸附在Z/C復(fù)合膜表面[30]，Z/C復(fù)合膜攜帶的正電荷與微生物細(xì)胞膜上所帶的負(fù)電荷發(fā)生相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞通透性發(fā)生巨大變化，細(xì)胞內(nèi)蛋白與其他物質(zhì)的泄露?？傊?，殼聚糖的添加使玉米醇溶蛋白膜新增了抗菌特性，同時(shí)良好地保持原有材料形貌不受破壞，因此Z/C復(fù)合膜在食品的抗菌保鮮的涂覆與包材及延長(zhǎng)食品保質(zhì)期等方面具有應(yīng)用潛力。

3 結(jié) 論

相比玉米醇溶蛋白膜，適當(dāng)添加殼聚糖使得Z/C復(fù)合膜在表面親水性、力學(xué)性質(zhì)方面有所提高，在未加塑化劑條件下，復(fù)合表面依然光滑、均一，殼聚糖在其中起到一定程度增塑作用，又避免了復(fù)合膜表面過(guò)于潤(rùn)濕而影響應(yīng)用廣度。相較復(fù)合其他物質(zhì)，復(fù)合殼聚糖可以提高Z/C復(fù)合膜電負(fù)性，具備較強(qiáng)抗菌特性，這一特點(diǎn)在制備具有一定響應(yīng)性的食品抗菌保鮮包材、生物相容性醫(yī)學(xué)材料、控釋膠囊壁材及靜電紡絲等方面具有很大潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙華, 張英華, 陶靜. 玉米醇溶蛋白提取及其對(duì)酒精發(fā)酵的影響[J].釀酒科技, 2006(9): 30-36. DOI:10.13746/j.njkj.2006.09.005.

[2] 宋葉萍, 謝軍軍, 姚雅君, 等. 玉米醇溶蛋白的電紡研究進(jìn)展[J]. 高科技纖維與應(yīng)用, 2008, 33(1): 38-42. DOI:10.3969/ j.issn.1007-9815.2008.01.008.

[3] LOEWIK D W P M, HEST J C M V. Peptide-based amphiphiles[J]. Chemical Society Reviews, 2004, 33(4): 234-245. DOI:10.1002/ chin.200432295.

[4] CABRA V, ARREGUIN R, VAZQUEZDUHALT R, et al. Effect of alkaline deamidation on the structure, surface hydrophobicity, and emulsifying properties of the Z19 α-zein[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(2): 439-445. DOI:10.1021/jf061002r.

[5] HERNANDEZ-IZQUIERDO V M, KROCHTA J M. Thermoplastic processing of proteins for film formation: a review[J]. Journal of Food Science, 2008, 73(2): R30-R39. DOI:10.1111/j.1750-3841.2007.00636.x.

[6] LUO Yangchao, WANG Qin. Zein-based micro- and nano-particles for drug and nutrient delivery: a review[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2014, 131(16): 1107-1117. DOI:10.1002/app.40696.

[7] 羅華麗, 魯在君. 殼聚糖作為藥物載體的緩釋機(jī)理的研究進(jìn)展[J].天中學(xué)刊, 2006, 21(2): 38-40.

[8] 王志亮. 殼聚糖: 海藻酸鈉聚電解質(zhì)復(fù)合膜的制備及性能研究[D].北京: 北京化工大學(xué), 2014: 19-22.

[9] DEVI M P, SEKAR M, CHAMUNDESWARI M, et al. A novel wound dressing material-fibrin-chitosan-sodium alginate composite sheet[J]. Bulletin of Materials Science, 2012, 35(7): 1157-1163. DOI:10.1007/s12034-012-0404-5.

[10] ARANAZ I, HARRIS R, NAVARRO-GARC?A F, et al. Chitosan based fi lms as supports for dual antimicrobial release[J]. Carbohydrate Polymers, 2016, 146(1): 402-410. DOI:10.1016/j.carbpol.2016.03.064.

[11] 黃盛東, 陳松, 李思東. 殼聚糖抗菌活性研究進(jìn)展[J]. 廣州化工, 2014, 42(24): 7-9.

[12] 周群飛, 敖寧建. 殼聚糖創(chuàng)傷敷料膜的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào), 2013, 64(8): 68-75.

[13] 周三九. 殼聚糖淀粉抗菌復(fù)合膜的性能優(yōu)化及保鮮效果評(píng)價(jià)[D]. 哈爾濱: 黑龍江大學(xué), 2015: 11-15.

[14] LUO Y, WANG Q. Recent development of chitosan-based polyelectrolyte complexes with natural polysaccharides for drug delivery[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 64(2): 353-367. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2013.12.017.

[15] 劉君, 陳野, 周淑紅, 等. 異丙醇濃度對(duì)流延法成型玉米醇溶蛋白膜性質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2013, 29(5): 961-964. DOI:10.13982/ j.mfst.1673-9078.2013.05.055.

[16] GU Luping, WANG Miao, ZHOU Jingwen. Effects of protein interactions on properties and microstructure of zein-gliadin composite films[J]. Journal of Food Engineering, 2013, 119(2): 288-298. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2013.05.022.

[17] WANG Le, XIAO Man, DAI Shuhong, et al. Interactions between carboxymethyl konjac glucomannan and soy protein isolate in blended films[J]. Carbohydrate Polymers, 2014, 101(1): 136-145. DOI:10.1016/j.carbpol.2013.09.028.

[18] 劉佳, 孫淑香, 王岸娜, 等. 蛋白質(zhì)與多糖相互作用研究進(jìn)展[J]. 糧食與油脂, 2012, 23(9): 1-5.

[19] 何素文. 靜電紡絲納米纖維形態(tài)影響因素的分析與驗(yàn)證[D]. 上海:東華大學(xué), 2011: 54-55.

[20] 化學(xué)工業(yè)部. 塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法: GB1037—1988[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1988.

[21] 丁克毅, 王虹霞, 劉軍, 等. 果膠/殼聚糖抗菌膜結(jié)構(gòu)及性能分析[J]. 西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 40(5): 680-685. DOI:10.3969/j.issn.1003-4271.2014.05.08.

[22] HE Suwen, LI Shanshan, HU Zuming, et al. Effects of three parameters on the diameter of electrospun poly (ethylene oxide) nanofibers[J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2011, 11(2): 1052-1059. DOI:10.1166/jnn.2011.3080.

[23] LUO Yangchao, ZHANG Boce, CHENG Wenhsing, et al. Preparation, characterization and evaluation of selenite-loaded chitosan/TPP nanoparticles with or without zein coating[J]. Carbohydrate Polymers, 2010, 82(3): 942-951. DOI:10.1016/j.carbpol.2010.06.029.

[24] MAHMOUD R, SAVELLO P A. Mechanical properties of and water vapor transferability through whey protein films[J]. Journal of Dairy Science, 1992, 75(4): 942-946. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(92)77834-5.

[25] WANG Qin, PADUA G W. Properties of zein fi lms coated with drying oils[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(9): 3444-3448. DOI:10.1021/jf047994n.

[26] 尹詩(shī)衡. 角膜修復(fù)材料表面等離子體改性與表面性能研究[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2012: 46-51.

[27] TANG Chuanhe, JIANG Yan, WEN Qibiao, et al. Effect of transglutaminase treatment on the properties of cast films of soy protein isolates[J]. Journal of Biotechnology, 2005, 120(3): 296-307. DOI:10.1016/j.jbiotec.2005.06.020.

[28] 傅明連, 鄭炳云, 陳彰旭, 等. 羧甲基纖維素/殼聚糖高吸水性樹(shù)脂的制備與性能[J]. 莆田學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 19(5): 75-78.

[29] ALONSO D, GIMENO M, OLAYO R, et al. Cross-linking chitosan into UV-irradiated cellulose fi bers for the preparation of antimicrobialfinished textiles[J]. Carbohydrate Polymers, 2009, 77(3): 536-543. DOI:10.1016/j.carbpol.2009.01.027.

[30] ALISHAHI A, A?DER M. Applications of chitosan in the seafood industry and aquaculture: a review[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5(3): 817-830. DOI:10.1007/s11947-011-0664-x.

Preparation and Properties of Antibacterial Zein/Chitosan Composite Film

CHEN Guiyun, QU Liangfan, ZHAO Yu, CHEN Ye*
(Key Laboratory of Food Nutrition and Safety, Ministry of Education, College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

Zein/chitosan composite films were prepared by casting after addition of zein to chitosan/acetic acid/ethanol mixed systems containing different concentrations of chitosan (CS) in order to improve the mechanical and hydrophilic properties of zein film. The effect of CS concentration on physicochemical properties and antibacterial activity of zein/ chitosan composite fi lms was investigated. Results indicated that the viscosity and conductivity of mixed solutions showed step-like changes with increasing CS concentration from 2% to 8%, and the properties of composite fi lms were markedly affected by addition of CS, leading to an increase in elongation at break from 1.00% to 6.67%, a reduction in contact angle from 65.97° to 53.61°, and an elevation in water vapor transmission rate from 5.23 to 9.16 g·m /(m2·h·Pa). Scanning electron microscope observation indicated the composite fi lms showed a smooth and homogeneous surface. Furthermore, the composite fi lms possessed potent antibacterial activity against Escherichia coli.

zein; chitosan; microstructure; antibacterial

10.7506/spkx1002-6630-201715010

TQ321.4

A

1002-6630（2017）15-0058-05

陳桂蕓, 曲亮璠, 趙宇, 等. 抗菌性玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合膜的制備與性質(zhì)[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(15): 58-62. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201715010. http://www.spkx.net.cn

CHEN Guiyun, QU Liangfan, ZHAO Yu, et al. Preparation and properties of antibacterial zein/chitosan composite fi lm[J]. Food Science, 2017, 38(15): 58-62. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201715010. http://www.spkx.net.cn

2016-07-01

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31271974）

陳桂蕓（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参锏鞍啄z機(jī)理。E-mail：aliyychen@163.com

*通信作者：陳野（1968—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：chenye@tust.edu.cn