超聲處理對豌豆蛋白—卡拉膠復(fù)合膜性能的影響

梁月 李源 郭旭 付瑋 孫瑜聰 張春紅

摘要：以豌豆分離蛋白（PPI）為原料，添加卡拉膠（CGN）制備豌豆蛋白—卡拉膠（PPI-CGN）復(fù)合膜，并研究超聲處理對復(fù)合膜性能的影響。結(jié)果表明：超聲處理顯著提高了PPI-CGN復(fù)合粒子的Zeta電位絕對值和復(fù)合膜的機(jī)械性能、阻隔性及溶脹度（p<0.05）;降低了復(fù)合粒子的粒徑和復(fù)合膜的厚度、溶解度及水分含量（p<0.05）。與豌豆蛋白膜相比，經(jīng)超聲處理的PPI-CGN復(fù)合膜的粒徑、Zeta電位絕對值、機(jī)械性能、水分含量、阻隔性均顯著提高（p<0.05）;水溶性顯著降低（p<0.05）。

關(guān)鍵詞：豌豆分離蛋白;卡拉膠;復(fù)合膜;超聲處理;性能

中圖分類號：TS206.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）03-0049-04

豌豆分離蛋白（PPI）來源廣泛、營養(yǎng)價值高，且具有非致敏性和良好的成膜性，是一種理想的可降解類食品包裝材料?？ɡz（CGN）具有良好的成膜性、穩(wěn)定性和增稠性，利用CGN與蛋白制作復(fù)合膜可以改善單一基質(zhì)蛋白膜機(jī)械性能和阻隔性能差的問題。超聲波技術(shù)具有操作簡便、安全環(huán)保等優(yōu)點，超聲波作用于介質(zhì)會產(chǎn)生空化效應(yīng)，使更多參與反應(yīng)的基團(tuán)暴露出來，增加粒子間的相互作用。本課題以豌豆分離蛋白為原料，添加卡拉膠制備豌豆蛋白—卡拉膠（PPI-CGN）復(fù)合膜，并研究超聲處理對復(fù)合膜性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豌豆分離蛋白：自制;鹽酸、氫氧化鈉、碘化鉀、丙三醇：沈陽化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004B型電子天平：常州欣耀宇儀器制造有限公司;HH-601型電熱恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司;pHS-3C型精密pH計：上海理達(dá)儀器廠;DHG-DHG-9070S型電熱鼓風(fēng)干燥箱：寧波樂電儀器制造有限公司;Q2LF型螺旋測微器：蘇州量子儀器有限公司;電子拉力試驗機(jī)：常州隆和儀器制造有限公司;TG1650-WS型立式高速冷凍離心機(jī)：德國Eppendorf;VCX750型超聲波細(xì)胞破碎儀：Sonics Uirbacell公司;FTIR-650型傅里葉變紅外光譜分析儀：Thermo Nicolet公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 豌豆分離蛋白的提取 參照蔡麗美的方法。

1.3.2 豌豆蛋白膜的制備 配置7%的SPI溶液（W/V），調(diào)節(jié)pH值為10，80 ℃下加熱30 min，再加入3.5%的甘油（W/V），充分混合并脫氣，采用流延法將100 mL膜液倒在15 cm×15 cm的玻璃板上，60 ℃下干燥4 h，待膜回軟后揭膜，備用。

1.3.3 豌豆蛋白—卡拉膠復(fù)合膜的制備 配置7%的SPI溶液，調(diào)節(jié)pH值為10，80 ℃下加熱30 min，再加入0.1%的卡拉膠（W/V）和3.5%的甘油，充分混合并脫氣，采用流延法將100 mL膜液倒在15 cm×15 cm的玻璃板上，60 ℃下干燥4 h，待膜回軟后揭膜，備用。

1.3.4 豌豆蛋白—卡拉膠復(fù)合膜的超聲處理 配置7%的SPI溶液，調(diào)節(jié)pH值為10，80 ℃下加熱30 min，再加入0.1%的卡拉膠和3.5%的甘油，充分混合，以一定的超聲功率和超聲時間對膜液進(jìn)行處理，真空脫氣，采用流延法將100 mL膜液倒在15 cm×15 cm的玻璃板上，70 ℃下干燥3 h，待膜回軟后揭膜，備用。

1.3.5 膜厚度和機(jī)械性能的測定 參照GB/T 6672—2001中的方法。

1.3.6 膜水蒸氣透過率和水溶性的測定 參照鐘天辰的方法。

1.3.7 膜氧氣透過率的測定 參照GB 5009.227—2016中的方法。

1.3.8 復(fù)合粒子Zeta電位和顆粒尺寸的測定 參照熊文飛的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲處理對PPI-CGN復(fù)合粒子粒徑的影響

2.1.1 超聲功率對PPI-CGN復(fù)合粒子粒徑的影響 不同超聲功率下PPI-CGN復(fù)合粒子粒徑測定結(jié)果如圖1所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖1可以看出：超聲處理后復(fù)合粒子的粒徑顯著降低（p<0.05）;隨著超聲功率增大，粒徑呈先減小后增大的趨勢（p<0.05），當(dāng)超聲功率為60 W時粒徑最?。╬<0.05）。這可能是因為超聲處理對顆粒的分散具有一定的影響;過度超聲處理會導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生解折疊和聚集。

2.1.2 超聲時間對PPI-CGN復(fù)合粒子粒徑的影響 不同超聲時間下PPI-CGN復(fù)合粒子粒徑測定結(jié)果如圖2所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖2可以看出：超聲處理后復(fù)合粒子的粒徑呈先減小后增大的趨勢（p>0.05），當(dāng)超聲處理15 min時粒徑最?。╬<0.05）。這可能是因為超聲時間越長，空化效應(yīng)所產(chǎn)生的能量越大，使得顆粒分散均勻、粒徑減小;之后過度超聲處理使得蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致粒徑增大。

2.2 超聲處理對PPI-CGN復(fù)合粒子Zeta電位的影響

2.2.1 超聲功率對PPI-CGN復(fù)合粒子Zeta電位的影響 不同超聲功率下PPI-CGN復(fù)合粒子Zeta電位測定結(jié)果如圖3所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖3可以看出：隨著超聲功率的增大，復(fù)合粒子的Zeta電位變化不顯著（p>0.05）;Zeta電位絕對值大于30 mV，表明PPI-CGN共聚物相對穩(wěn)定。這可能是因為在粒子分子之間具有較強(qiáng)的靜電排斥作用。

2.2.2 超聲時間對PPI-CGN復(fù)合粒子Zeta電位的影響 不同超聲時間下PPI-CGN復(fù)合粒子Zeta電位測定結(jié)果如圖4所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖4可以看出：隨著超聲時間的延長，復(fù)合粒子的Zeta電位呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢，當(dāng)超聲時間超過10 min后Zeta電位之間差異不顯著（p>0.05）。這可能是因為超聲處理使得復(fù)合粒子中帶負(fù)電荷的氨基酸數(shù)量增多，導(dǎo)致Zeta電位的絕對值增大。

2.3 超聲處理對PPI-CGN復(fù)合膜機(jī)械性能的影響

2.3.1 超聲功率對PPI-CGN復(fù)合膜機(jī)械性能的影響 不同超聲功率下PPI-CGN復(fù)合膜機(jī)械性能測定結(jié)果如圖5所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖5可以看出：超聲處理顯著提高了復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度（p<0.05）。隨著超聲功率的增大，復(fù)合膜的抗拉伸強(qiáng)度變化差異不顯著（p>0.05）;斷裂伸長率呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)超聲功率為60 W時斷裂伸長率最大（p<0.05）。

2.3.2 超聲時間對PPI-CGN復(fù)合膜機(jī)械性能的影響 不同超聲時間下PPI-CGN復(fù)合膜機(jī)械性能測定結(jié)果如圖6所示（圖中字母表示同組存在顯著性差異，p<0.05）。

由圖6可以看出：當(dāng)超聲處理15 min時復(fù)合膜的機(jī)械性能最好;當(dāng)超聲處理15～25 min時復(fù)合膜的機(jī)械性能顯著降低（p<0.05）。這可能是因為液體受到超聲波的作用后產(chǎn)生了充滿氣體的微泡，隨著微泡在液體表面發(fā)生破裂，顆粒變小，分子間相互作用增加。由于超聲作用具有空化效應(yīng)，長時間超聲處理會破壞膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得膜的機(jī)械性能有所降低。

2.4 超聲處理對PPI-CGN復(fù)合膜性能的影響

3種膜的性能測定結(jié)果見表1。

由表1可知：超聲處理顯著降低了復(fù)合粒子的粒徑和厚度（p<0.05），這可能是由于顆粒間碰撞和溶液中空化氣泡坍塌產(chǎn)生的沖擊波引起的;顯著增加了復(fù)合粒子的Zeta電位絕對值（p<0.05）;顯著提高了復(fù)合膜的機(jī)械性能（p<0.05），這可能是由于超聲作用產(chǎn)生的空化效應(yīng)使得卡拉膠聚集體分散，更容易進(jìn)入豌豆蛋白的空隙中;顯著提高了復(fù)合膜的阻隔性，顯著降低了水分含量（p<0.05），這可能是由于豌豆蛋白與卡拉膠之間具有較強(qiáng)的相互作用，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為緊密;顯著降低了復(fù)合膜的溶解度（p<0.05），這可能是由于超聲處理使得蛋白質(zhì)分子中的疏水基團(tuán)暴露出來，導(dǎo)致膜的溶解度有所降低;顯著增大了膜的溶脹度（p<0.05），這可能是由于超聲處理破壞了蛋白分子鏈的緊密連接程度，使得大量的水分子進(jìn)入蛋白內(nèi)部，導(dǎo)致復(fù)合膜吸水膨脹。

與豌豆蛋白膜相比，經(jīng)超聲處理的PPI-CGN復(fù)合膜的粒徑、Zeta電位絕對值、機(jī)械性能、水分含量、阻隔性均顯著提高（p<0.05）;水溶性顯著降低（p<0.05）。

3 結(jié)論

1） 超聲處理顯著提高了PPI-CGN復(fù)合粒子的Zeta電位絕對值和復(fù)合膜的機(jī)械性能、阻隔性及溶脹度（p<0.05）;顯著降低了復(fù)合粒子的粒徑和復(fù)合膜的厚度、溶解度、水分含量（p<0.05）。

2） 與豌豆蛋白膜相比，經(jīng)超聲處理的PPI-CGN復(fù)合膜的粒徑、Zeta電位絕對值、機(jī)械性能、水分含量、阻隔性均顯著提高（p<0.05）;水溶性顯著降低（p<0.05）。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡麗美.豌豆蛋白抑菌膜的制備及性能研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

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[4] 鐘天辰.麝香草酚和香芹酚對花生蛋白膜性能影響的研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[5] FALADE E O，MU T-H，ZHANG M.Improvement of ultrasound microwave-assisted enzymatic production and high hydrostatic pressure on emulsifying，rheological and interfacial characteristics of sweet potato protein hydrolysates[J].Food Hydrocolloids，2021（117）：106 684-106 688.

Effect of Ultrasonic Treatment on Performance of Pea

Protein-carrageenan Composite Membrane

LIANG Yue1，2， LI Yuan2， GUO Xu1， FU Wei1， SUN Yucong2， ZHANG Chunhong2*

（1. Shenyang Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Shenyang 110022， China; 2. Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： Pea protein isolate（PPI） was used as material， pea protein-carrageenan（PPI-CGN） composite membrane was prepared by adding carrageenan （CGN）. The effect of ultrasonic treatment on the properties of composite membrane was studied. The results showed that： Ultrasonic treatment significantly improved the absolute value of Zeta electric potential for the composite particles， mechanical properties， barrier property and swelling degree of PPI-CGN composite membrane（p<0.05）; The composite particle size， thickness， solubility and moisture content of composite membrane were decreased （p<0.05）. Compared with pea protein membrane， the particle size， absolute value of Zeta electric potential， mechanical properties， moisture content and barrier property of the composite membrane treated by ultrasound were significantly improved （p<0.05）; Water solubility was significantly reduced （p<0.05）.

Key words： pea protein isolate; carrageenan; composite membrane; ultrasonic treatment; performance