溫 越，張 宏，汪樂川，張華江,*，張秀玲,*，Amro ABDELAZEZ，Ahmed M.RAYAN，陳 輝，高詩涵

（1.東北農業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.埃及農業(yè)研究中心動物生產研究所，埃及 開羅 12618；3.埃及蘇伊士運河大學農學院，埃及 伊斯梅利亞 41522；4.河北農業(yè)大學動物科技學院，河北 保定 071001）

塑料包裝由于其易于加工、成本低等特點，廣泛用于食品包裝中[1]。但是塑料難以降解，是環(huán)境污染的主要因素之一，而天然高分子包裝材料因其可再生、生物相容等特性日益受到關注[2]，其基質主要分為蛋白類、多糖類、脂類以及多種復合物類[3]，其中蛋白類物質制成的膜是一種相對良好的載體，可與交聯(lián)劑、增塑劑等結合進而提升膜的物理特性，也可與抑菌劑、抗氧化劑等結合增加膜的功能特性以適應不同食品包裝的目的[4]。

大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）主要從低溫豆粕中提取，其來源豐富且具有一定的生物降解性[5]。SPI中含有的大量氫鍵、疏水鍵和疏水相互作用等使其具有良好的成膜性[6]。但純SPI膜由于阻隔性和穩(wěn)定性能方面具有一定不足之處，限制了其在食品包裝中的發(fā)展[7]。近幾年國內外主要通過共混改性方法來提高SPI膜的相關性能，Hopkins等[8]發(fā)現(xiàn)亞麻籽油可提高SPI膜的營養(yǎng)價值和力學性能，降低膜水蒸氣透過性。Milena-Tosi等[9]發(fā)現(xiàn)用酶解大豆秸稈提取的納米纖維素比酸解提取得到的納米纖維素更能提高SPI膜的力學、阻濕性能，可作為SPI膜的增強劑。

我國蛋品消耗量大，而蛋殼膜（eggshell membranes，ESM）一般作為蛋品加工業(yè)的副產品被廢棄，造成了一定資源浪費[10]。ESM含有角蛋白、膠原蛋白等多種蛋白，是潛在的多肽資源，在工業(yè)應用上具有一定前景[11]。酶解條件溫和且易控制，目前已有很多有關不同天然蛋白質來源（植物和動物）酶解肽的生物活性研究，這些肽通常在天然蛋白質分子序列中活性較低，但被釋放后，它們表現(xiàn)出抗氧化、抑菌和免疫調節(jié)活性等性質[12]，近幾年在食品包裝中添加肽類物質日益受到研究者的關注。姚玉梅等[13]研究發(fā)現(xiàn)牛骨膠原多肽可明顯改善羧甲基纖維素膜的力學性質、疏水性質和表面微觀結構。段星星等[14]研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽能提高明膠膜的光學性質、水蒸氣阻隔性質、力學性質和抑菌性質。

本研究制備了SPI/ESM酶解肽的復合膜，探究ESM酶解肽含量對SPI膜的厚度、機械性能、阻隔性能、光學性能、抗氧化性能、抑菌性能的影響，并利用傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）、X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）分析儀、掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）對膜進行結構的表征，以期制備出一種性能優(yōu)越的可食性膜，使其在易腐食品的活性包裝領域具有廣闊的應用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

ESM粉（純度≥98%） 河北墨源有限公司；堿性蛋白酶（200 000 U/g） 廣東味美源有限公司；大豆分離蛋白（蛋白質量分數(shù)≥90%） 哈爾濱高科技（集團）股份有限公司；甘油、氯化鈉、氯化鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、2,2’-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 天津市凱通化學試劑有限公司；所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

AL204電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多有限公司；DK-S12電熱恒溫水浴鍋 上海精其儀器有限公司；JSM-IT200 SEM 日本JEOL公司；TA.XT Plus質構儀英國Stable Micro Systems公司；101A-3電熱恒溫鼓風干燥箱 上海索域試驗設備有限公司；pHS-3C精密pH計北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；UV-750紫外-可見分光光度計 日本島津公司；SW-CJ-1FDA型超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限公司；OCA20型視頻接觸角測量儀 德國Dataphysics公司；XRD分析儀荷蘭飛利浦有限公司；FTIR儀 梅特勒-托利多（上海）有限公司；CM-700d分光測色計 日本柯尼卡美能達公司；FD-1A-50冷凍干燥機 上海賀帆儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 ESM酶解肽的制備

根據(jù)Tirgarian等[15]的方法并稍加改進。將ESM粉以1∶20（m/V）溶于100 mL蒸餾水中，加入NaOH固體調節(jié)溶液的pH值達到10.0。然后在40 ℃下40 kHz超聲處理20 min，加入終質量濃度為1.0 g/mL的堿性蛋白酶，保持pH值不變。40 ℃加熱4 h后滅酶，12 000 r/min離心10 min后通過0.45 μm的濾膜過濾，將濾液凍干即得ESM酶解肽。

1.3.2 SPI/ESM酶解肽復合膜的制備

將10.0 g SPI和5.0 g甘油混合到300 mL蒸餾水中，50 ℃下磁力攪拌1 h，再分別以0、1、2、3、4、5 g/100 mL（以膜液體積計）的添加量添加ESM酶解肽，選擇0～5 g/100 mL的添加量是因為預實驗發(fā)現(xiàn)ESM酶解肽添加量更高時會降低復合膜的拉伸強度和阻隔性能，繼續(xù)攪拌20 min后置于硅膠板（200 mm×150 mm×5 mm）上，放入鼓風干燥箱中50 ℃干燥8 h后冷卻至室溫回軟剝離[16]。

1.3.3 膜的相關指標測定

1.3.3.1 厚度測定

根據(jù)郭寬等[17]的方法，在待測膜上任意取10 個位置用0.01毫米精度的手動千分尺測量，結果取平均值。

1.3.3.2 機械性能測定

根據(jù)支雅雯等[18]的方法，采用質構儀測定膜的拉伸強度和斷裂伸長率。將膜裁成15 mm×100 mm的長方形膜片，探頭為TA/36R，上升速率和下降速率均為5 mm/s，最小感應力為5 g。分別通過式（1）、（2）計算拉伸強度和斷裂伸長率。

式中：TS為膜的拉伸強度/MPa；F為膜斷裂時的最大作用力/N；S為膜的橫截面面積/mm2；EB為膜的斷裂伸長率/%；L1為膜斷裂時的長度/mm；L0為膜的初始長度/mm。

1.3.3.3 阻隔性能測定

水蒸氣透過率采用擬杯子法測定[19]，將裁成大小適中的膜密封在裝有3.0 g無水氯化鈣的50 mL廣口瓶瓶口處，置于裝有飽和氯化鉀溶液的真空干燥器中，每隔12 h測量廣口瓶的質量，直至平衡。使用式（3）計算水蒸氣透過率。

式中：WVP為水蒸氣透過率/（g·mm/（m2·d·kPa））；Δm為廣口瓶的質量差/g；L為膜厚度/mm；A為復合膜面積/m2；ΔP為復合膜兩側的水蒸氣壓差/kPa；t為測定時間/h。

氧氣透過率根據(jù)支雅雯等[18]的方法測定，將裁成大小適中的膜密封在含有1 mL亞油酸的50 mL錐形瓶口，測定并計算出7 d后錐形瓶的質量差，根據(jù)式（4）計算氧氣透過率。

式中：OP為氧氣透過率/（mg/（cm2·d））；Δm為錐形瓶質量差/mg；A為復合膜面積/cm2；t為測定時間/d。

1.3.3.4 接觸角測定

將裁成10 mm×10 mm的復合膜放入裝有無水硫酸銅的干燥器內常溫干燥24 h（以下干燥同樣方法）后利用視頻接觸角測角儀測定接觸角，其測量范圍為0～180°，注射水滴量為0.5 μL[19]。

1.3.3.5 光學性能測定

在復合膜上任意裁3 個直徑20 mm圓片，利用CM-700d分光測色計測定并記錄L*、a*、b*值[20]。

將膜裁成20 mm×40 mm的長方形條貼在比色皿一側，置于紫外-可見分光光度計中，測定波長200～800 nm范圍內的紫外-可見光譜[21]。

1.3.3.6 抗氧化性能測定

ABTS陽離子自由基清除率測定：將25.0 mg復合膜和5.0 mL無水乙醇混合，24 h后得到膜提取液；將7 mmol/L ABTS溶液與2.45 mmol/L過硫酸鉀溶液等體積混合避光反應16 h，用無水乙醇稀釋至734 nm處吸光度為0.70±0.02；在3.7 mL ABTS溶液中分別加入0.3 mL上述膜提取液或0.3 mL蒸餾水分別制成樣品組和對照組，黑暗中反應10 min后于734 nm波長處測定其吸光度。ABTS陽離子自由基清除率按式（5）計算[22]。

式中：A1為對照組的吸光度；A2為樣品的吸光度。

DPPH自由基清除率測定：取上述1 mL膜提取液和2 mL 0.2 mmol/L DPPH溶液混合作為樣品組，1 mL提取液、1 mL蒸餾水和1 mL無水乙醇混合作為對照組，1 mL蒸餾水和1 mL無水乙醇混合作為空白組，所有組的混合溶液先避光反應30 min，再用紫外-可見分光光度計測量其在517 nm波長處的吸光度，DPPH自由基清除率按式（6）計算[23]。

式中：A1為樣品組的吸光度；A2為對照組的吸光度；A3為空白組的吸光度。

1.3.3.7 抑菌性能測定

抑菌圈直徑測定按照焦欣欣等[24]的瓊脂擴散法并稍加改動。分別吸取0.01 mL大腸桿菌（G-）和金黃色葡萄球菌（G+）的菌液（105～106CFU/mL）分別于牛肉膏培養(yǎng)基上并均勻涂開，將裁成直徑20 mm的圓膜片放在培養(yǎng)基表面，37 ℃培養(yǎng)24 h后記錄抑菌圈直徑。

1.3.3.8 FTIR分析

將膜干燥24 h至水分完全蒸發(fā)后研磨，取2 mg樣品與200 mg干燥的KBr混勻壓片，采用FTIR儀測定的條件為波數(shù)范圍4 000～500 cm-1、分辨率4 cm-1，獲得32 次掃描的平均值[25]。

1.3.3.9 XRD分析

將膜干燥24 h后用XRD分析儀進行廣角X射線衍射分析，2θ范圍為6°～40°，放射源為Cu-Kα射線，λ為0.154 nm，電壓為40 kV，電流為30 mA，掃描速率為5（°）/min[26]。

1.3.3.10 SEM觀察

將裁成10 mm×10 mm的正方形膜片干燥24 h后對其噴金鍍膜，SEM的離子濺射儀實驗距離設為5 cm，電流30 mA，真空度0.05 mbar，試樣的噴金厚度大于5 nm，濺射時間50 s左右。樣品經噴金處理后放入已開啟預熱30 min SEM觀察室，并抽真空，施加5 kV電壓，調整尺寸，將焦距調節(jié)清晰后，對膜表面（放大倍數(shù)1 000）和橫截面（放大倍數(shù)3 000）結構進行觀察，獲取復合膜結構圖像[27]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

通過SPSS 21.0對測得的數(shù)據(jù)進行方差分析，采用t檢驗進行差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著，用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜厚度、機械性能的影響

膜的厚度是物理性能的一個重要指標，它與成膜液體積和鋪開面積大小有關[28]，本實驗均采用相同的鋪開面積（200 mm×150 mm×5 mm）。ESM粉是雞蛋殼內膜烘干后先磨碎后過篩得到的，ESM酶解后的溶液成分主要為低分子肽、水以及少部分的黏多糖[29]，冷凍干燥使酶解液中的水分升華，因此ESM酶解肽純度較高。ESM酶解肽添加量對SPI膜的影響如表1所示，隨著ESM酶解肽添加量從1 g/100 mL增加到5 g/100 mL，其厚度較純SPI膜增加了46.15%～138.46%。這可能是因為隨著ESM酶解肽添加量的增加，成膜液固形物含量增加，最終導致膜的厚度增加[30]。添加4 g/100 mL的ESM酶解肽復合膜的厚度比純SPI膜增加了115.38%。

膜的拉伸強度和斷裂伸長率取決于添加的聚合物基質和添加劑的類型[31]。如表1所示，復合膜的拉伸強度在0～4 g/100 mL ESM酶解肽添加量范圍內顯著增加（P＜0.05），最大值為10.28 MPa，較純SPI膜增加了100.78%。可能是因為隨著ESM酶解肽添加量增加，其與SPI之間通過氫鍵發(fā)生交聯(lián)產生的網(wǎng)絡結構越來越穩(wěn)定[16]。當ESM酶解肽添加量增加到5 g/100 mL時，拉伸強度降低至7.47 MPa，這可能是由于過量的ESM酶解肽在SPI膜中分散性較差，影響了SPI和甘油之間的分子間相互作用，使膜表面結構發(fā)生變化，因此當ESM酶解肽添加量超過一定限度會導致拉伸強度的降低[32]。而斷裂伸長率隨ESM酶解肽添加量的增加而顯著增加（P＜0.05），ESM酶解肽添加量為0～4 g/100 mL時的復合膜斷裂伸長率比純SPI膜增加了38.23%～64.72%，其中添加含有4 g/100 g的ESM酶解肽復合膜的斷裂伸長率比純SPI膜增加了57.87%。這說明SPI與ESM酶解肽之間的相互作用可以降低膜的剛性，使其更具延展性和靈活性[14]。

表1 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的厚度和機械性能Table 1 Thickness and mechanical properties of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.2 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜阻隔性能的影響

水蒸氣透過率和氧氣透過率是判斷食品在包裝適用性的重要指標之一，食品包裝膜應盡可能減少水分在環(huán)境和食品中的轉移[33]。如圖1所示，隨著ESM酶解肽添加量增加，復合膜的水蒸氣透過率和氧氣透過率均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。在0～4 g/100 mL ESM酶解肽添加量范圍內，復合膜的水蒸氣透過率從22.38 g·mm/（m2·d·kPa）減小到8.16 g·mm/（m2·d·kPa），氧氣透過率從1.13 mg/（cm2·d）減小到0.18 mg/（cm2·d），這說明添加4 g/100 g ESM酶解肽復合膜的水蒸氣透過率和氧氣透過率比純SPI膜分別降低了63.54%和84.07%，這是因為少量肽與SPI分子通過氫鍵交聯(lián)使得膜的結構更加緊密且存在有序的分散分子，因此氣體透過膜孔隙需要通過更長的路徑，使得水蒸氣透過率在此范圍顯著降低[34]。當ESM酶解肽添加量繼續(xù)增加到5 g/100 mL時，復合膜水蒸氣透過率也隨之增加到16.64 g·mm/（m2·d·kPa），氧氣透過率增加到0.31 mg/（cm2·d），這是因為肽添加量過高會使膜的增塑作用增強，導致膜的自由體積增加，使膜中的蛋白質網(wǎng)絡變得更疏松和更易滲透，因此水蒸氣透過率和氧氣透過率升高[35]；但其值仍低于純SPI膜，可能是因為SPI具有親水基團使得SPI膜本身具有一定的親水性[36]。

圖1 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的水蒸氣透過率和氧氣透過率Fig.1 WVP and OP of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.3 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜接觸角的影響

膜表面的親水性可通過接觸角衡量，接觸角越大則膜的疏水性就越高，當接觸角小于65°時，膜表現(xiàn)為親水性[37]。如圖2所示，純SPI膜的接觸角僅為40.23°，表現(xiàn)為親水性。當ESM酶解肽添加量從1 g/100 mL增加到4 g/100 mL時，復合膜的接觸角比純SPI膜增加了45.99%～110.42%，這說明一定添加量ESM酶解肽與SPI共價交聯(lián)暴露更多的疏水基團。隨著ESM酶解肽添加量增加到5 g/100 mL，接觸角較純SPI膜減小了17.82%，這可能是因為過量ESM酶解肽的分子構象變小且電離出氨基和羧基，使親水性進一步提高[38]。

圖2 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的接觸角Fig.2 Contact angle of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.4 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜光學性能的影響

食品包裝會影響消費者的購買意愿，而且聚合物薄膜的顏色取決于其配方中添加的物質[39]。L*值表示亮度，0～100表示由黑到白；a*值表示紅色（+）和綠色（-）；b*值表示黃色（+）和藍色（-）。由表2可知，隨著ESM酶解肽添加量的增加（0～5 g/100 mL），SPI薄膜的L*值從90.17降低至70.22，這意味著加入ESM酶解肽能使SPI膜的表面變暗。Hopkins等[8]報道，薄膜亮度可能與薄膜厚度、添加物發(fā)生的散射和折射有關，這與復合膜厚度逐漸增加的結論一致。隨著ESM酶解肽添加量的增加（0～5 g/100 mL），b*值從19.09增加到61.31，表明復合膜的黃色變得更深，a*值從負變?yōu)檎?，表明薄膜表面向紅色轉變，a*和b*的增加可能是因為ESM酶解肽本身為橙黃色[40]。以上結果說明隨ESM酶解肽添加量增加，復合膜的顏色加深，而深色薄膜有助于光敏食物的包裝儲存[41]。

表2 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的色澤Table 2 Color parameters of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

紫外線會影響光敏食品的品質，例如使食品發(fā)生氧化、營養(yǎng)成分流失和出現(xiàn)異味，因此紫外線透光率是光敏食品包裝的重要測量指標。復合膜的紫外線透光率如圖3所示，所有復合膜的透光率在200～300 nm的范圍內都接近于零，表現(xiàn)出對紫外線良好的阻隔性能，這是因為SPI中的酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸都是敏感的生色團，它們可以吸收波長小于300 nm的光[42]。與純SPI膜相比，ESM酶解肽的加入降低了SPI膜可見光（350～800 nm）的透光率，光散射增加，因此復合膜的阻光性增加。綜上，與純SPI相比，添加ESM酶解肽后，紫外光和可見光的透光率均降低，可能是因為SPI與ESM酶解肽之間的相互作用（形成氫鍵）增強了蛋白質聚集程度，且復合膜本身呈棕黃色[16]。

圖3 不同添加量ESM酶解肽復合大豆蛋白膜的紫外-可見光譜Fig.3 UV-visible absorption spectra of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.5 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜抗氧化活性的影響

如圖4所示，隨著ESM酶解肽添加量從1 g/100 mL增加到5 g/100 mL，復合膜的ABTS陽離子自由基清除率從15.09%增加到76.53%，DPPH自由基清除率從11.22%增加到59.53%，兩者均在ESM酶解肽添加量為5 g/100 mL的復合膜中最高。可能是因為加入的物質可作為螯合劑和電子給體增加膜的抗氧化活性[36]。多肽的抗氧化能力與其分子質量有關，分子質量越小越能有效地與自由基反應[43-44]，ESM酶解肽由于富含小分子肽可作為抗氧化劑添加到食品中。此外，在純SPI膜中也具有微弱的抗氧化活性，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是SPI水解時產生了具有抗氧化活性的肽級分子[45]。

圖4 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的抗氧化活性Fig.4 Antioxidant activity of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.6 ESM酶解肽添加量對SPI復合膜抑菌性能的影響

如圖5所示，SPI不含抗菌成分，因此純SPI膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均無作用（抑菌圈直徑與原膜片直徑相同，均為20 mm），這與Riquelme等[46]研究的結論相同。隨著ESM酶解肽添加量增加，復合膜對2 種細菌的抑菌圈直徑均顯著增加（P＜0.05），這表明ESM酶解肽的加入可以有效提高SPI膜的抑菌性能，這與ESM酶解肽的固有抗菌生物學活性有關，主要是因為其會導致細菌生物膜形成離子通道并產生跨膜孔，從而導致細胞內物質失衡，失衡的物質再與特定的細胞內靶標結合而使DNA序列復制、轉錄和翻譯過程失控[47]。另外，金黃色葡萄球菌（G+）的抑菌圈直徑顯著大于大腸桿菌（G-）（P＜0.05），說明革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌更容易受到抑菌劑作用，這個結論與Burt等[48]的報道一致。這種差異的原因是微生物內部結構不同，革蘭氏陰性菌的外部磷脂膜包含脂多糖等成分，這使細胞壁不易滲透親脂性溶質，另外，其孔蛋白可以自由屏蔽親水性溶質；而革蘭氏陽性菌只有一個外肽聚糖層，因此該層骨架薄弱，無法保護其內部結構，所以更易被抑菌劑作用[49]。

圖5 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的抑菌圈直徑Fig.5 Diameters of inhibitory zones of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.7 不同ESM酶解肽添加量的SPI復合膜的FTIR分析

不同ESM酶解肽添加量的SPI復合膜的FTIR如圖6所示。FTIR可以反映薄膜中聚合物之間的相互作用（主要是氫鍵），這種相互作用將直接影響膜的性能[50]。純SPI膜在1 630、1 534 cm-1和1 234 cm-1處顯示了SPI的特征酰胺帶，分別對應酰胺I帶（C＝O拉伸振動）、酰胺II帶（N-H彎曲振動）和酰胺III帶（C—N和N—H拉伸振動）的特征峰，這與Wang Haixia等[51]的結論一致。純SPI膜在3 272 cm-1處的吸收峰歸因于膜中SPI中的游離O—H和N—H拉伸振動[52]。2 935cm-1處的吸收峰歸因于＝C-H和-NH3+的非對稱拉伸振動，1 038 cm-1處的吸收峰歸因于C-H和C-O-H的變形[53]。與純SPI膜相比，添加量為5 g/100 mL復合膜的酰胺I帶特征峰從1 630 cm-1處移至1 635 cm-1處，且含不同添加量ESM酶解肽的SPI復合膜的紅外光譜在1 235～1 115 cm-1范圍內與純SPI不同，這可能是由于ESM酶解肽與SPI之間發(fā)生了相互作用[54]。隨著ESM酶解肽添加量從0增加到5 g/100 mL，3 272 cm-1處的吸收峰向更低的波數(shù)移動，表明SPI、甘油和ESM酶解肽的-OH之間形成氫鍵，且ESM酶解肽在復合膜中均勻穩(wěn)定分布[55]；3 700～3 100 cm-1吸收峰變窄也進一步表明SPI基質的活性基團與ESM酶解肽之間除氫鍵外沒有其他化學鍵作用[56]。

圖6 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的FTIR圖Fig.6 FTIR spectra of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.8 不同ESM酶解肽添加量SPI復合膜的X射線衍射分析

由圖7可知，純SPI膜2θ在8.6°和19.5°處出現(xiàn)的衍射峰分別歸因于SPI二級結構的α-螺旋和β-折疊[57]，而且2θ在19.5°左右出現(xiàn)的是無定型峰，表明非晶態(tài)球蛋白（7S和11S）是膜的重要組成部分[58]。與純SPI膜對比，ESM酶解肽添加后沒有出現(xiàn)新的衍射峰，這說明SPI與ESM酶解肽之間的相容性較好[59]；ESM酶解肽添加量從0增加到5 g/100 mL，峰的位置從19.5°移動到20.6°，且峰的寬度逐漸增加，強度逐漸減弱，這表明SPI的晶體結構在一定程度上被損壞[60]，這主要是因為ESM酶解肽加入后與甘油和SPI分子之間相互作用形成了交聯(lián)網(wǎng)絡結構限制了SPI分子鏈的活動，使得復合膜結晶程度降低[61]。

圖7 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的XRD圖Fig.7 XRD patterns of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.9 不同ESM酶解肽添加量SPI復合膜的SEM觀察結果

微觀結構是反映薄膜表面結構和內部特性的重要指標[62]。如圖8所示，純SPI膜表面不均勻，橫截面有少量的孔洞，這種不穩(wěn)定的結構構象使得純SPI膜在機械、阻隔性能方面有劣勢。隨著ESM酶解肽添加量增加到4 g/100 mL，復合膜表面逐漸變得光滑連續(xù)，橫截面變得更加致密，且沒有出現(xiàn)相的分離，說明ESM酶解肽與SPI相容性較好（與XRD分析結論一致），其原因是兩者官能團都具有羥基，相互作用形成了氫鍵（與FTIR分析的結論一致），分子間通過氫鍵交聯(lián)形成了致密的網(wǎng)絡結構，這也是拉伸強度在此范圍逐漸增大的微觀原因。此外，在含5 g/100 mL ESM酶解肽的復合膜中存在無定形結構，這主要是由于SPI中的蛋白質和過多肽分子發(fā)生聚集[63]，能使水蒸氣的擴散能力增強，與WVP的趨勢一致。

圖8 不同ESM酶解肽添加量復合大豆蛋白膜的SEM圖Fig.8 SEM of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

3 結 論

本實驗制備了添加0～5 g/100 mL ESM酶解肽的SPI復合膜并研究其理化性質與微觀結構，并進一步探究其變化機理。與純SPI膜相比，加入4 g/100 mL ESM酶解肽后其拉伸強度和接觸角最高，水蒸氣透過率和氧氣透過率最低；復合膜的厚度、斷裂伸長率、紫外線阻隔能力、抗氧化和抑菌性能都隨ESM酶解肽添加量增加而顯著增加，且對革蘭氏陽性的抑菌效果更好；FTIR與XRD分析結果表明SPI基團與肽分子之間相容性較好，并主要以氫鍵的形式相互作用；SEM觀察結果表明SPI/ESM酶解肽復合膜較純SPI膜相比表面變得更光滑致密，出現(xiàn)的空隙較少，但過高的ESM酶解肽添加量會產生無定型結構，進而一定程度降低復合膜的包裝性能。因此復合膜綜合性能最優(yōu)的ESM酶解肽添加量為4 g/100 mL。