乳清蛋白基纤维素复合膜性质研究

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乳清蛋白基可食膜已被广泛研究,但乳清蛋白膜在机械性能和水蒸气阻隔性能方面仍存在一定缺陷。纤维素的共混改性可以形成分子间的作用力,增强其机械性能;转谷氨酰胺酶(transglutaminase,TG酶)可以促进蛋白质发生共价交联,增强其机械性能和阻隔性能,而两者共同对乳清蛋白基膜的作用研究较少。本课题基于纳米微晶纤维素(nanocrystalline cellulose,NCC)和TG酶对乳清蛋白基复合膜的影响研究,确定乳清蛋白基纤维素复合膜的适宜成膜条件,并对复合膜进行结构表征和包装性能研究,为今后乳清蛋白基纤维素复合膜的实际应用奠定了理论基础。首先,通过对膜的机械性能、透光率和水蒸气透过率的测定,确定制备复合膜的适宜条件为:乳清蛋白浓度10%(w/v),NCC添加量10%(以乳清蛋白质量基准,w/w),甘油添加量45%(以乳清蛋白质量为基准,w/w),TG酶添加量9 U/g蛋白(反应温度50℃,反应时间2 h),所制备复合膜的抗拉强度达到2.38 MPa,断裂伸长率达到86.75%,透光率达到55.5%,水蒸气透过率达到4.62×10-12 gmPa-1s-1m-2。与乳清蛋白膜相比,其抗拉强度和断裂伸长率分别提高了1.02倍和9.74%,水蒸气透过率降低了12.59%,透光率没有显著改变。其次,通过SDS-PAGE电泳、红外光谱、内源荧光光谱、差示扫描量热法以及扫描电镜,研究乳清蛋白基膜的蛋白质分子量、二级结构和构象变化,复合膜的热稳定性和微观结构变化。结果表明,TG酶的催化作用使乳清蛋白产生了大分子聚合物,且大分子聚合物含量与加酶量呈正相关;复合膜中蛋白基和纤维素之间有氢键作用的存在,TG酶和NCC的加入显著改变了蛋白的二级结构:α-螺旋含量增高,无规卷曲含量显著降低,蛋白结构向稳定有序化转变。色氨酸周围微环境极性增加,蛋白质的构象发生变化。复合膜的热变性温度随着加入纤维素和TG酶均有所提高,且TG酶的处理和NCC的加入,减少了复合膜表面的孔径和孔洞数量,形成致密均匀的网络结构。最后,通过包装干酪实验,分别研究不同乳清蛋白基膜对硬质干酪的包装效果。结果表明,包装效果最好的是乳清蛋白-纳米微晶纤维素-TG酶交联复合膜,其包装干酪各指标在30天的贮藏过程中变化程度最低,失重率为3.09%,pH值由4.70降低到4.15,脂肪氧化OD532nm值由最初的0.040增长至0.047。其中在贮藏前10天内,乳清蛋白-纳米微晶纤维素-TG酶交联复合膜包装干酪溶液pH和脂肪氧化的变化程度与PE膜包装样品的变化相当,且乳清蛋白-纳米微晶纤维素-TG酶复合膜和PE膜的包装干酪样品被评定者接受的贮藏天数均为20天。
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