大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究，大豆分离蛋白（SP[)由于其来源丰富，价格便宜JD工成型方 便，且其膜具有可降解性、透氧率低％已经成为各国研究者广泛关 注的重要天然离分子材料之一。但同时由于大豆分离蛋白分子中 含有许多氬基、羧基等亲水性基团，和石油为原料合成的聚烯烃类 材料相比，大豆分离蛋白膜在机械强度及耐水性方面有一定的缺 陷^】。经天然共混改性制备的生物薄膜具有可降解性、生物相容性、 通透性相比单组分大豆分离蛋白膜有所改蕃等优点。利用天然多糖 等高分子材料替代有污染、难降解的入工合成材料具有非常重要的 现实意义和广阔的应用前景。

瓜尔胶是从瓜尔豆中提取的一种天然可再生离分子中性多糖，大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究，具有安全无毒、生物相容性好、可被生物完全降解等优点，被广泛地 应用于各个领域中。瓜尔胶含多-0H有望与蛋白质分子中 C00H等基团作用，减弱大豆蛋白分子间和分子内的氢键相互作 用，提高蛋白质链段的运动能力，从而增加膜材的柔顺性，改蕃大豆 蛋白的加Z性能。

因此，本课题采用大豆分离蛋白为成膜基质，天然瓜尔胶多糖 为添加剂，通过调节二者间的质量比例关系，采取加热的方式使大 豆分离蛋白变性，以甘油为增塑剂，调节大豆分离蛋白的空间网络 结构及柔韧性，蒸馏水和无水乙醇为溶剂，通过变化大豆分离蛋白、 瓜尔胶以及增塑剂间量的关系，结合调节共混溶液pH,优化膜的抗 拉强度和断裂伸长率。

1试验材料与方法

1.1材料与设备

1.1.1材料大豆分离蛋白（SPI，哈高科大豆食品有限责任公 司）水分5.31%、蛋白质91.60%、灰分4.51%;瓜尔胶{印度进□，天 津华裕经济贸易有限公司）其余试剂均为国产分析纯。

1.1.2设备电子分析天平(O.OOlg，北京赛多利斯仪器系统有 限公司）；DZW电热恒温水浴锅（天津莱斯特仪器有限公司）；PH计 (上海雷磁仪器厂型定时电动搜拌器（江苏省金坛市金城国 胜实验仪器厂丨干燥器（湖南汇虹试剂有限公司）；嗶旋测微器 (0.001mm哈尔滨置具刃具厂hTA.XT-Pbs质构仪丨Stable Micro System Ltd);电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司h 自制玻瑰板。

1.2方法

1.2.1膜性能測定①膜厚（Him Thickness,FT)0在被测膜上随 机取5点，用螺旋测微器(0.001mm)满定厚度，取平均值。膜厚单位 为mm。②抗拉强度(tensile strength,TS)0抗拉强度测定前，先将待 测样品防止装有饱和溴化钾水溶液的室溫条件干燥器中，均衡 48h。将膜裁切成工字型长条，用质构仪测定，拉伸速度为5ram/s,有 效拉伸距离为100mm，记录膜破裂时的抗拉力每种膜测定3个 样，取平均值即得。③断裂伸长率(Breaking Elongation，BE)。将膜裁

作者简介：晴春®(1979-丨，女，山东烟台人，东北农业大学成拣学院,讲师， 研究生，研究方向为相食、油脂及植物蛋白工程i于国萍U%3-)， 女，黑龙江呼兰人，教授，研究方向为食品化学及食品加工c

切成长如图所示尺寸的工字型长条，用质构仪测定，拉伸速度为 5mm/s,有效拉伸距离为100mm,记录膜受到张力至断裂时的膜长\ 根据下式计算:E=()/W< 100%;

式中：E为断裂伸长率（100%);：U为膜断裂时的长度为 膜的原长(m);每种膜测定3个样，取平均值即得。

1.2.2成膜工艺①不同大豆分离蛋白（SPI)浓度膜的制备工 艺。大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究，将 3.0、4,0、5.0、6.0%(w/v)SPI 粉宋，1.5%<w/v>增塑剂丙三酵加 入到装有去离子水：无水乙酵=4:〗【v/v)的烧杯中，未加瓜尔胶多 糖,30±1^恒温水浴锅均质，水浴加热至80±1^，维持温度反应 30min，冷却消泡，溶液浇铸于模具中，自然晾干，在室温条件下溴化 钾饱和水溶液的干燥器中均衡备用，依大豆分离蛋白的用量由低到 高将膜分别标记为：lG3-0、IG4-0，IG5-0和IC6-0，作为空白实验作 对照。②不同瓜尔胶(GG)浓度膜的制备工艺。将3.0、4,0、5.0、6.0% (w/v)SPI粉末，丨.5%(w/v)增塑剂丙三酵和(U5%、0.20%和0.25% (Wv)的瓜尔胶多糖加入到装有去离子水：无水乙酵-4: lU/v)的到 烧杯中。接下来方法同依瓜尔胶多糖和大豆分离蛋白的用量由 低到高将大豆分离蛋白复合膜分别标记为：IG3-3,IG3-4和丨G3-5: IG4-3iIC4-4 和 IG4-5;IG5-3，lG5-4 和 IG5-5:IG6-3,IG6-4 和 IG6-5。③不同甘油浓度膜的制备工艺。将5.0%( w/v)SP丨粉末，0.5、 1.0、1.5、2.0、3.0%(1^)增塑剂丙三酵和0,15%(货^)的瓜尔胶多糖 加入到装有去离子水：无水乙醇=4: l(v/v)的到烧杯中。接下来方法 同1丨。依据增塑剂丙三醇的用置由低到高将大豆分离蛋白复合膜 分别标记为,丨(；0-0.5、100-1刀,100-1.5和丨06-2,0;100-3.0。@不 同pH条件膜的制备工艺。将iO%(w/v)SP丨粉末，L5(w/v)增塑剂丙 H醇和(L20^(w/v)的瓜尔胶多糖加入到装有去离子水：无水乙酵= 4:l(v/v)的到烧杯中，在30±1冗恒温水浴锅均质得到共混水溶液。 室温条件下用配置的2mol/L或O.lmol/L的NaOH和HC1溶液调节 混合体系pH分别为6.0、7,0、8.0、9,0、10,0,80±1弋水浴锅反应 30min，冷却消泡，溶液浇铸于模具中，自然晾干，揭膜，在室温条件 下溴化钾饱和水溶液的干燥器中均衡备用，依据增塑剂丙三醇的用 置由低到高将大豆分离蛋白复合膜分别标记为JG-6、IG-7、IG-8、

IG-9'IOIO。

2结果与分析

2.1大豆分离蛋白复合膜IG抗拉强度的研究

2.1.1大豆分离蛋白 和瓜尔胶浓度对复合膜抗 拉强度的影响如图1表 示的是大豆分离蛋白浓度 分别为 3、4、5、69fc( w/v)和 瓜尔胶浓度分别为0,00、 0.15.0.20.0,25% (w/v) % 到 IG3、IG4、IG5、IG6 四个 系列16种复合膜的抗拉

强度变化柱状图。1G3指 的是蛋白浓度为39Mw/

如图2。从柱状图分析 图2 lG-6、IG-7、IG-8、IG-9 JG-10

可以得出，在pH大于膜抗拉强度随pH变化柱状图

7,0情况下，随着pH增大，复合膜的抗拉强度稍有增大，这与莫文敏

添加置为0.50%7»r

w/v时不能成膜，_600 所以选取甘油浓|=丨 度 1.0、1,5、2,0和|3勝 3.0%w/v 进行试 g 2JJO. 验。图可以看出，^ 随着添加增塑剂1X00

I

图 5 IG-6、1G-7、IG^8、IG-9、IG-10 膜断裂伸长率随pH变化柱状图

1S2,0

甘油浓度(％

图 6 lGG-l、IGG-lj、JGG-2、IGG-3 膜断裂伸长率随甘油浓度变化柱状图

V)，瓜尔胶浓度分别为0•00,0.15,0.20, 0.25%(w/v)对应复合膜 IG3-0、IG3-3、IG3-4、IG3-5，IG4、】G5、IG6类同。由图可以看出四 种瓜尔胶浓度f均是大豆分离蛋白浓度为5%(w/v)时复合膜的抗拉 强度最大，并且在同样瓜尔胶浓度条件下，复合膜抗拉强度随大豆 分离蛋白浓度由3%到6%先增大后降低。这可能是由于随着大豆蛋 白浓度的增大，经加热变性的蛋白置增多，暴露出更多的活性基团， 这些活性基团经相互作用有助于形成致密的网络结构，但当蛋白浓 度增大到6%时，由子大量蛋白没有溶解，变性蛋白*没有继续增 大,而致使蛋白没有增多的活性基团经相互作用形成致密的网络结 构，所以复合膜的抗拉强度有所降低。瓜尔胶浓度由0.15%到 0.25%,复合膜的抗拉强度呈现增大的趋势,这可能是由子大豆分离 蛋白体系中加入瓜尔胶后发生了氢键或疏水等相互作用，改变了蛋 白原来的结构，形成新的立体网络结构，随着瓜尔胶浓度的增大，新 的网络结构越来越致密，最终使复合膜的抗拉强度增大。

2.1.2 pH对大豆分离蛋白复合膜抗拉强度的影响取大豆分离 蛋白浓度3、4、5、6%Wv复合膜抗拉强度最大的5%w/v浓度作为 pH影响因子的后续研 究浓度c取瓜尔胶浓度=

为0.20%w/v以及甘油 浓度为l_5%w/v得到虐=

在不同pH条件下的》4,00

复合膜 IG-6JG-7、_ =

IG-8、IG-9、IC-10,测名:

得相应膜的抗拉强度〇〇〇 隨pH的变化柱状图 等人研究的结果一致、这是由子随着成膜液碱性增强，结合受热条 件，蛋白变性更加明显，蛋白分子结构发生重组，这有助于形成紧密 的空间网络结构，最终使复合膜的抗拉强度增大。

2.1.3甘油浓度对大豆分离蛋白膜抗拉强度的影响图3表示 的是随着复合膜IGG-1、IGG-1.5、1GG-2、IGG-3材料中添加甘油量 的增加其抗拉强度的变化柱状图，在大豆分离蛋白复合膜中，甘油

甘油置的增加， 膜的抗拉强度是 降低的I这是因

为甘油是一种多羟基物质，含量增加，单位体积羟基的数目增多，大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究，结合水分子的数目也增多，使膜中蛋白质相对含最下降，削弱了其分 子间的相互作用，结构变差，膜的致密性下降

2.2大豆分离蛋白复合膜IG断裂伸长率的研究

2.2.1大豆分离蛋白和瓜尔胶浓度对复合膜断裂伸长率的影响 图4表示的是不同大豆分离蛋白浓度以及不同瓜尔胶浓度条 件下复合膜丨G3 -0、IG4 -0, IG5 -(MG6 -0: IG3 -3 JG4 -3、1G5 -3、 IG6—3; rG3-4、IG4-4JG5-4JG6-4JG3-5、IG4-5、IG5-5JG6-5 的 断裂伸长率变化柱状图。由图可以看出，随着大豆分离蛋白浓度由 3.0%w/v增大到5.0%w/v，同等瓜尔胶浓度条件下比较，复合膜的断 裂伸长率是降低的。但当蛋白浓度达到6.0%Wv时，各种不同瓜尔 胶浓度复合膜的断裂伸长率增大。另外，当大豆分离蛋白浓度一定 时•随着瓜尔胶浓度的增大<CM5~0.25%Wv)复合膜的断裂伸长率 是下降的（大豆分离蛋白浓度6.0%w/v对应复合膜除外丨，这可能是 由于瓜尔胶与大豆分离蛋白经微弱的氢铤或疏水相互作用改变了 大豆分离蛋白原来致密的机构，形成比较疏松的结构，由于这种作 用比较微弱，而使断裂伸长率降低。

2.2.2对大豆分离蛋白复合膜断裂丨申长率的影响图3表示

的是随着大豆分离蛋白复合膜丨G-&IG-7JG-8、丨G-9、1G-10成膜

溶液的pH变化，：

复合膜断裂伸长 率的变化柱状 由图可以看出，随 着pH由60变化岛^

到丨0.0,复合膜的

断裂伸长率成递PH

增的趋势，这是因 为，随着溶液碱性 增强，大豆分离蛋120丨

白变性明显，这对？100:

于膜的机械强度 改善是有利的，断 S灿 裂伸长率的增加，

意味着大豆分离 蛋白经变性后其原来的 分子内和分子间氯键受 到破坏，增大了分子空 间的流动性，因此复合膜的柔韧性增大，断裂伸长率增大。

2.2.3甘油含置对大豆分离蛋白复合膜断裂伸长率的影响图 6表示的大豆分离蛋白-瓜尔胶M合膜丨GG-I、IGG-】.5、IGG-2、 【GG-3在增塑剂浓度由L0% w/v逐渐增大到3.0%w/v时，相应膜的 断裂伸长率变化柱状图，并且发现随着增塑剂甘油浓度的增大，复 合膜的断裂伸长率明显增大，甚至当甘油浓度为3.0%W/v时，复合 膜的断裂伸长率增至1]1,43%。这是因为甘油作为小分子穿插与大 豆分离蛋白分子的立体结构中，对膜的柔韧性起了很关键的作用， 所以膜的断裂伸长率M着甘油浓度的增大而增大。

3小结

3.1绐定实验条件下，蛋白浓度为5%w/v时复合膜的抗拉强度 最大，大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究，且随着瓜尔胶在复合膜中含氍的增加，其抗拉强度是增大的； 随着pH由7.0变化到】0.0,复合膜的抗拉强度是增大的；随着甘油 含量的增大，复合膜的抗拉强度是降低的。

3.2在给定实验条件下，蛋白浓度为5%w/v时复合膜的断裂伸 长率最小，且随着瓜尔胶在复合膜中含貴的增加，其断裂伸长率是 降低的（复合膜中蛋白浓度为3、4、5%w/v时）；随着pH由6.0变化 到10.0,复合膜的断裂伸长率是增大的；随著甘油含量的增大，复合 膜的断裂伸长率是增大的。

本文推荐企业：山东东达生物化工有限公司（http://www.sddasw.com/)，是专业的瓜尔胶和瓜尔豆胶生产厂家，专业生产瓜尔胶和瓜尔豆胶。拥有雄厚的技术力量，先进的生产工艺和设备。山东东达生物化工有限公司全体员工为海内外用户提供高技术,高性能，高质量的瓜尔胶和瓜尔豆胶产品。热忱欢迎国内外广大客户合作共赢。