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玉米醇溶蛋白膜研究新进展摘要：玉米醇溶蛋白膜作为一种绿色环保包装材料，具有良好的阻气性、阻湿性。因材料的可食性及可降解性使玉米醇溶蛋白膜在包装材料或可降解薄膜方面具有潜在商业价值，为其在食品、医药和化工等方面的应用奠定基础。本文对玉米醇溶蛋白的提取工艺、成膜工艺、膜的性能及存在的问题等方面进行了综述，为进一步扩大玉米醇溶蛋白膜的应用范围提供依据。关键词：玉米醇溶蛋白膜；可降解性；机械性能；阻隔性1概述近年来，随着人们生活水平的提高以及对“白色污染”问题的重视，对食品的包装材料有了更高的要求，新型的可以取代塑料的可食性内包装材料逐渐成了食品包装行业的发展方向。与塑料包装膜对比，可食性膜具有以下特点：（1）阻水性，延缓食品中组分的迁移及扩散；（2）较好的物理性能，能够提高食品表面机械强度；（3）具有可选择的透过性，阻止食品风味物质的挥发；（4）可食性，与食品一起食用，对食品及环境无污染；（5）抗氧化性，可做食品抗氧化物质的载体，强化食品营养。国外对可食性膜的研究起步较早，据报道，美国有8所大学的食品院系建立了可食性膜研究小组，研制出用于葡萄干、干酪和饼干的可食性包装薄膜；日本酒井理论研究所利用生物技术，以豆渣为原料研制出一种遇热熔化的可食性包装材料；澳大利亚昆士兰土豆容器公司推出可食性土豆容器，成为一次性、无废弃物的畅销食品包装[1]。可食性膜按原料大体分为4类：多糖类可食性膜、蛋白类可食性膜、脂类可食性膜和复合型可食性膜，其中，蛋白类可食性膜以其诸多优点而成为研究的热点。玉米是世界三大粮食作物之一，也是深加工最多的粮食作物。玉米醇溶蛋白是玉米中的主要蛋白质，富含谷氨酸（21%~26%）、亮氨酸（20%）、脯氨酸（10%）、丙氨酸（10%），但是必需氨基酸和酸性氨基酸含量较少，特别是色氨酸和赖氨酸，因此其营养价值相对较低。玉米醇溶蛋白相对分子质量介于25000～45000之间，不溶于水，溶于乙醇，具有较好的成膜性。不少学者通过对玉米醇溶蛋白进行改性而将其利用在食品、医药等行业。段纯明等[2]验证了玉米醇溶蛋白具有生物可降解性。但是作为食品内包装材料要求薄膜具有良好的阻湿性、阻氧特性、良好的机械特性等，保护整个食品的质量。纯的玉米醇溶蛋白膜比较脆而且各方面指标达不到可食性薄膜的使用要求，可以通过添加一定量的增塑剂、交联剂或者优化工艺条件，有效改善玉米醇溶蛋白膜的使用性能。1玉米醇溶蛋白的提取对玉米醇溶蛋白的提取早期采用丙醇提取，之后调节pH值使之沉淀的方法。因为回收丙醇成本较乙醇高，逐渐被乙醇提取取代。相恒绪等[3]采用乙醇浸提法、碱提酸沉法和盐析法提取玉米醇溶蛋白，并且对玉米醇溶蛋白的提取工艺进行了优化，结果表明乙醇浸提法最优，提取率高，变性程度最小。乙醇浸提法的最佳工艺条件2为：提取温度为60℃，料液比0.125g/ml，浸提时间5h，乙醇浓度80%，此时提取率可达82.21%，而玉米醇溶蛋白变性率仅为10.23%。除此之外，程谦伟等[4]运用超声波法提取醇溶蛋白，大大缩短了提取时间，增大了生产能力，而且不加热溶剂，不消耗热能，节约了成本。王步江等[5]利用超声波、微波协同预处理手段提取玉米醇溶蛋白，确定了超声波微波辅助提取玉米醇溶蛋白的最佳工艺条件并建立了回归数学模型，将提取率从单纯利用超声波法的27%提高到56%。验证了该方法提取玉米醇溶蛋白是一条经济可行的工艺路线。2玉米醇溶蛋白制膜工艺和评价指标2.1制膜工艺流程称取玉米醇溶蛋白,按照一定比例加入溶剂,摇匀后放入恒温水浴中加热充分溶解,加入增塑剂后继续加热使之混合均匀,取膜液涂于成膜介质上、在一定温度下干燥成膜。揭膜后在恒温、恒湿环境中平衡48h,裁成标样对膜性能进行测定。2.2膜性能评价指标玉米醇溶蛋白膜性能测定指标有拉伸强度(TS)、断裂伸长率(TS)和透湿性(WVP)、透光性、水溶性及感官检验法(成膜速度、膜色泽及完整率等)。研究者由于研究目的不同而对膜性能测定也不一样,多数学者着重于单一测定指标膜机械性能研究,如刘雪雁等研究玉米醇溶蛋白膜形成条件对膜性能（透明度、抗拉强度、透湿性）影响。可食性包装薄膜要求具有良好阻湿性及机械性能,因此,研究玉米醇溶蛋白膜综合性能应以阻湿性、机械性能为主要指标；使膜性能测定指标将从单一评价指标向更能体现包装膜综合性能多项评价指标方向发展。3玉米醇溶蛋白膜性能的改善纯的玉米醇溶蛋白本身具有良好的成膜特性，但所成的膜较脆，限制了其应用范围。因此，需要对玉米醇溶蛋白膜进行性能的改善。玉米醇溶蛋白膜的性能受多方面的影响，如成膜工艺，增塑剂等。3.1前处理对膜性能的影响陈野等[6]通过利用不同浓度的乙醇溶液对玉米醇溶蛋白进行前处理，再将处理后3的蛋白挤压成膜，讨论了不同乙醇浓度对成型的玉米醇溶蛋白膜机械性能、热特性等的影响。结果表明采用90%乙醇浓度前处理成型的玉米醇溶蛋白膜具有良好的机械性能和耐水性；通过电镜扫描观察成型的膜具有均一相；热质量分析表明成型的玉米醇溶蛋白膜在150℃以下保持热稳定性。3.2成膜方法对膜性能的影响及改善Sessa等[7]将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入玉米醇溶蛋白粉中，采用热压工艺生产玉米醇溶蛋白膜，并研究了相对湿度、聚乙烯吡咯烷酮相对分子质量、浓度对玉米醇溶蛋白膜机械性能的影响。结果显示在环境湿度为50%，相对分子质量为36000时经过热压工艺生产的玉米醇溶蛋白膜拉伸强度最大。随着PVP浓度的增大以及相对湿度的增加，拉伸强度及延伸率呈现下降趋势。3.3增塑剂对膜性能的影响通过添加增塑剂，使增塑剂分子插入到玉米醇溶蛋白分子链之间，削弱蛋白分子链间的应力，增加蛋白分子链的移动性，降低蛋白分子链的结晶程度，可以使玉米醇溶蛋白膜的塑性增加。常用的增塑剂有多糖、多醇、硬脂酸和软脂酸等。吴磊燕等[8]研究了不同的增塑剂（甘油、油酸和聚乙二醇）及增塑剂用量对玉米醇溶蛋白膜表面特性和机械特性的影响。试验结果表明含油酸的成膜液黏度最大，含甘油的成膜液黏度最小；随着聚乙二醇含量的增加蛋白膜抗拉强度下降，延伸率急剧增加。含甘油和油酸蛋白膜具有相同趋势但效果不明显。糖类（果糖、半乳糖、葡萄糖）也可以作为增塑剂使用。研究发现，添加糖类增塑剂的膜表面比较光滑并且增塑剂能够很好地分散在膜中。半乳糖作为增塑剂加入膜中时玉米醇溶蛋白膜与水面的接触角最大。但是，果糖对膜表面张力的影响大于葡萄糖及半乳糖。3.4交联剂对膜性能的影响添加一定量的交联剂也可以加强蛋白质分子间或者分子内的键合作用，改善膜的机械性能和阻隔性能。Kim向玉米蛋白液中加入1-乙基-3-(3-二甲丙氨基）碳化二酰亚胺（EDC)和羟基琥珀酰亚胺(NHS)，制备的膜的抗拉强度得到明显的增强［。甲醛，戊二醛、己二醛、肉桂醛对膜抗拉强度都有一定影响，但是就安全性考虑肉桂醛安全性最高。44玉米醇溶蛋白复合膜及其应用玉米醇溶蛋白复合膜是以玉米醇溶蛋白为基质同时添加其它物质（多糖、蛋白质或脂肪酸等）所制成膜,具有复合几种材料各自成膜优点,能更好发挥各种薄膜特殊性能。由于复合膜中成膜基质种类、含量不同,膜透明度、机械强度、阻气性、耐水、耐湿性表现也不同,因此可满足不同食品包装需要。添加增塑剂玉米醇溶蛋白膜在一定程度上也可视作为一种复合膜。由于纯玉米醇溶蛋白膜存在脆性大、易破碎、刚性强等缺陷,使玉米醇溶蛋白膜应用受限,因此,以玉米醇溶蛋白为基质与其它物质按一定比例结合制成复合膜,有利于改善膜性能扩大膜应用范围、提高膜的商业价值。目前,国内外报道的有关玉米醇溶蛋白应用文献基本都是以玉米醇溶蛋白为基质加入其它物质制成复合膜。玉米醇溶蛋白在制药工业用于片剂糖衣、胶囊剂；在食品工业用于防止干果物品吸水和肉制品劣变的涂料；在饲料工业制成颗粒饲料粘结剂,及在印刷业用作防静电油墨。Cosler[9]以玉米醇溶蛋白与乙酞单甘酷复合后浸涂坚果,此项技术已应用于果仁及糖果业。Torres等[10]将玉米醇溶蛋白、乙酞单甘酷及甘油混合制成复合膜,这种复合膜可使一种半干奶酪表面保持高浓度山梨酸,奶酪表面进行涂层后再喷山梨酸溶液,薄膜阻止山梨酸渗透到食品内部,山梨酸通过玉米醇溶蛋白薄膜扩散常数比在食品内部扩散常数小150~300倍。通过对金黄色葡萄球菌培养实验证明,经涂层奶酪能抑制表面细菌生长能力。美国阿肯色州大学研究人员发现利用玉米醇溶蛋白抹于肉表面,可抑制微生物生长,延长肉冷冻储藏时间。Park等研究玉米醇溶蛋白包衣对蕃茄保鲜效果,发现涂被包衣蕃茄比未涂的可延长货架期6天。李永馨等[11]研制改性玉米蛋白膜,其水蒸气渗透性与添加少量增塑剂玉米蛋白膜相当,并明显提高其力学性能。周柏玲、李蕾等研究玉米醇溶蛋白复合膜包衣抑制核桃仁酸败效果,得出结论是,玉米醇溶蛋白复合膜可有效抑制核桃仁氧化酸败。陈义勇、邓克权等用玉米醇溶蛋白涂膜保鲜小番茄,结果显示,不仅可以延长小番茄储藏期,还可减少小番茄在储藏期营养成分损耗。徐丽萍、赵全研究表明,玉米醇溶蛋白膜对香蕉保鲜效果显著。何慧等[12]将添加不同增塑剂玉米醇溶蛋白用于青椒、西红柿、腊肉、香肠涂膜保鲜。上述文献基本上都是玉米醇溶蛋白添加增塑剂后应用于食品保鲜,并不是一种纯玉米醇溶蛋白膜。唐津忠等[13]研究以玉米醇溶蛋白、脂质及多糖为基质包衣剂对称猴桃保鲜效果，结果表明，该包衣剂不仅可以延长猕猴桃贮藏期，且可减少猕猴桃在贮藏期营养成分的损耗。5目前,国内外文献有关玉米醇溶蛋白应用报道,大多数是利用涂、抹、喷、浸泡等技术制成包衣应用于食品、医药、饲料等业。迄今为止,几乎没有可食性玉米醇溶蛋白包装膜得到工业化生产和实际商业应用,其最主要原因是可食性玉米醇溶蛋白膜的性能（抗拉强度、延展性和透湿性）尚不理想,需有待进一步改善。今后可食性玉米醇溶蛋白膜应用将从简单食品保鲜向可商业化生产可食性生物降解新型包装材料方向发展,目前作为新型包装型材料研究和应用仍处试验探索阶段。随研究不断深入,玉米醇溶蛋白膜将作为一种可食性生物降解新型包装材料广泛应用于食品、制药及其它领域,具有诱人前景。5问题与展望玉米醇溶蛋白膜以其可降解性引起了人们的关注，但是玉米醇溶蛋白膜的制备以及应用目前仍旧处于实验室阶段，没有得到工业化生产。对于玉米醇溶蛋白膜制备工艺的改进以及产品性能和用途的改进需要做进一步研究。复合膜的研究为今后改进膜性能的一个方向，可以采用两种组分混合制膜或者两种膜复合叠加以弥补各自不足，复合膜的性能及用途需做扩大研究。同时，关于玉米醇溶蛋白膜成膜机理目前还不太清楚，因此需要对成膜机理做深入研究。尽管如此，随着生物降解材料市场的增长，人们环保意识的增强，生物降解高分子材料的应用领域会越来越大。6参考文献[1]敖利刚,吴磊燕,赖富饶.植物蛋白膜的应用及研究进展[J].现代食品科2007,(8):68-7[2]段纯明,董海洲.玉米醇溶蛋白的特性及应用研究[J].粮食与食品2007,14(1):27-31[3]相恒绪,陈琦,敬思群.玉米醇溶蛋白提取工艺选择与优化[J].郑州轻工业学院学报2011,26(1):34-38[4]程谦伟,郭兴风,.玉米的综合开发——醇溶蛋白的提取[J].粮食科技与经济2006,(6):43-44[5]王步江,刘金福,张陈云等.中心组和设计优化玉米醇溶蛋白的提取工艺[J].中国食品添加剂2010,(6):196-199[6]陈野,杜悦,王冠禹.前处理乙醇浓度对玉米醇溶蛋白膜性质的影响[J].食品科学,2009,30(19):100-104[7]SessaDJ.WoodsKK,MohamedAA,Melt-processedblendsofzeinwithpolyvinylpyrrolidone[J].IndustrialCropsandProducts,2011(33):57-62[8]吴雷燕,温其标,杨晓泉.塑化剂对玉米醇溶蛋白膜表面及机械性质的影响[J].化工学报,2010,61(1):137-145[9]CoslerHB,Methodofproducingzein-coatedconfectionery[P].U.S.patent:2791509[10]Torre