蛋清蛋白/苹果多酚提高多糖基可食性包装薄膜性能及在腰果贮藏保鲜中的应用

可食性包装薄膜主要以多糖、蛋白质、脂类等天然聚合物作为基质，通过辅助添加交联剂、增塑剂等成膜助剂，通过不同聚合物间的相互作用制备成膜。多糖因其优良的成膜能力、生物相容性、生物降解性在可食用包装中应用广泛。通过与不同种类基质共混并添加增塑剂、交联剂和功能活性剂，能够改善多糖基可食性复合薄膜的包装性能。近年来，基于自然界动植物中的可食性生物聚合物制备的复合多组分可食性薄膜受到众多研究者的高度重视。

东北农业大学食品学院的刘喜鑫、迟玉杰、张华江*、夏 宁*等人选取海藻酸钠/κ-卡拉胶作为复合多糖基，添加蛋清蛋白粉、苹果多酚以提升薄膜的综合包装性能，以乳酸钙作为有机钙交联剂，制备可食性抗氧化复合薄膜。探究蛋清蛋白粉、苹果多酚和乳酸钙质量浓度对薄膜性能的影响。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外吸收光谱等方法对薄膜的结构进行表征，以探究成膜组分间的相互作用及复合基质间可能产生的协同效应。此外，还将其应用于腰果仁的贮藏保鲜，以期为多糖/蛋白质基可食性复合包装薄膜的制备及应用提供参考。

1、乳酸钙添加量对复合薄膜性能的影响

由表1可知，与未交联的薄膜相比，经Ca 2＋ 交联后的可食性薄膜机械性能显著提升（P＜0.05）。因为Ca2＋在蛋白质和多糖间离子键、共价键作用下形成的复合凝胶网络具有较优异的力学性能。当Ca2＋质量浓度为0.04 g/mL时，薄膜抗张强度达到最大，为30.23 MPa，这是由于Ca2＋与带负电蛋白质分子形成离子桥，同时Ca2＋与海藻酸钠/κ-卡拉胶间的配体基团共价交联，在多重键合作用下使成膜基质分子间形成稳定的刚性结构。

2、蛋清蛋白粉添加量对复合薄膜性能的影响

由表2可知，与未添加蛋清蛋白粉相比，添加2 g/L蛋清蛋白粉的可食性薄膜断裂延伸率提升了35.92%。随着蛋清蛋白粉质量浓度的继续增加，薄膜的抗张强度显著下降，断裂延伸率显著升高（P＜0.05），蛋清蛋白分子的柔性是影响可食性薄膜力学性能的主要原因。蛋清蛋白粉中卵白蛋白具有较柔软的结构，使可食性薄膜更易于发生结构转变，增加了蛋白质-多糖聚合物链的流动性。卵白蛋白能与海藻酸钠/多糖复合基质间形成新的空间立体结构，其中卵白蛋白与阴离子多糖间的相互作用以静电相互作用为主，成膜基质分子间的静电相互作用对成膜结构的柔性与延展性有一定促进作用。

3、苹果多酚添加量对复合薄膜性能的影响

由表3可知，当苹果多酚质量浓度为0～10 g/mL时，随着苹果多酚质量浓度的增加，可食性薄膜的抗张强度显著增加，而断裂延伸率、水蒸气透过率和氧气渗透率显著下降（P＜0.05）。当苹果多酚质量浓度为10 mg/mL时，可食性薄膜的机械性能达到最佳，水蒸气透过率和氧气渗透率降至最低，与未交联的薄膜相比分别降低了42.35%和34.13%。因为苹果多酚与蛋白质/多糖聚合物共价交联形成更为有序的立体结构，从而提升薄膜的刚性，降低薄膜的柔韧性。

4、不同成膜组分及其可食性复合薄膜的FTIR分析结果

由图1可知，蛋清蛋白粉在2 900～3 700 cm－1处存在O－H和N－H的伸缩振动峰，2 927 cm－1处为甲基、亚甲基以及次甲基的C－H伸缩振动峰，1 654、1 543、1 396 cm－1处的吸收峰分别来自C＝O伸缩振动、N－H弯曲振动及C－N伸缩振动，这3 处特征峰说明蛋清蛋白粉中酰胺结构的存在。苹果多酚在3 389 cm－1处出现O－H的伸缩振动峰，1 609 cm－1和1 518 cm－1处的吸收峰均来自于苯环碳骨架的振动，1 370 cm－1处为甲基的特征吸收峰，824 cm－1处是苯环上含有间位或对位取代基的特征峰，表明苹果多酚中含有取代苯环结构。海藻酸钠、κ-卡拉胶均在3 420 cm－1处出现O－H的伸缩振动峰，二者在2 926 cm－1和2 925 cm－1处均存在C－H伸缩振动峰。海藻酸钠在1 617 cm－1以及1 417 cm－1的特征峰分别为羧酸盐－COO－基团中的不对称伸缩振动和对称伸缩振动。κ-卡拉胶在1 238、929 cm－1和846 cm－1处的特征峰分别对应于κ-卡拉胶结构中总以及3,6-内醚半乳糖和(1→3)-β-D-半乳糖中的。

5、不同成膜组分及其复合薄膜的X射线衍射分析结果

由图2可知，蛋清蛋白粉2θ在9.74°、18.4°附近出现较宽的衍射峰。苹果多酚无较强衍射峰出现，但2θ在10.08°、19.92°附近出现较宽的衍射峰，但蛋清蛋白粉、苹果多酚均未有强而尖锐的结晶峰出现。κ-卡拉胶2θ在28.44°、40.38°、50.18°、58.62°附近出现结晶较差的弥散峰，说明κ-卡拉胶固态分子呈无序性排列，其主要结构呈现玻璃态结构。海藻酸钠在2θ为13.70°、21.72°处出现典型的“馒头峰”，这是海藻酸钠的特征衍射峰。

6、不同组分可食性薄膜的微观结构

由图3可知，海藻酸钠薄膜和海藻酸钠/κ-卡拉胶薄膜表面较为光滑，有少量裂纹、凝结，但未出现两相分离的现象。与海藻酸钠薄膜和海藻酸钠/κ-卡拉胶薄膜相比，ESK薄膜横截面呈现更均匀的形态，具有高度统一的致密网络结构，这表明蛋清蛋白粉与海藻酸钠多糖基具有较好的相容性。原因可能是海藻酸钠、κ-卡拉胶两种多糖与蛋清蛋白在Ca 2＋ 的交联下形成更为致密有序的空间结构，宏观表现为可食性薄膜断裂延伸率和气体阻隔性能的提升，这与表2结果一致。与ESK薄膜横截面相比，苹果多酚的加入使AP/ESK薄膜表面、横截面粗糙程度均有所增大，这可能是苹果多酚的硫酸基在Ca2＋交联下与蛋清蛋白发生络合反应造成分子间聚集。

7、不同组分可食性薄膜的颜色、透光率和不透明度

由图4可知，在近紫外区200～400 nm内，海藻酸钠薄膜、海藻酸钠/κ-卡拉胶薄膜、ESK薄膜的最大透光率分别为73.28%、67.76%、57.41%，表明蛋清蛋白粉降低了多糖基薄膜的透光率，因为蛋白在280 nm左右具有紫外吸收能力。而苹果多酚在200～400 nm波长范围内具有较强的紫外线吸收能力，使AP/ESK薄膜具有优异的抗紫外线辐射性能。在可见光波长范围内海藻酸钠薄膜、海藻酸钠/κ-卡拉胶薄膜、ESK薄膜、AP/ESK薄膜在660 nm波长处的透光率分别为80.53%、78.88%、73.11%、55.34%。蛋清蛋白粉和κ-卡拉胶的加入使复合薄膜的透光率略有下降；这是因为蛋清蛋白与多糖结合形成的凝聚物提升了薄膜的不透明度，而苹果多酚使薄膜透光率急剧降低，表明苹果多酚是防止紫外线渗透到食品包装材料中的有效成分。

由表4可知，与不含苹果多酚的ESK薄膜相比，AP/ESK薄膜呈黄色，a*、b*值显著升高，而透光率显著下降。可能与苹果多酚中的根皮苷、原矢车菊素B 1 等多酚类物质呈黄色有关。4 种薄膜均具有较透明的外观，这表明苹果多酚、多糖与蛋清蛋白间具有良好的相容性。蛋清蛋白粉和苹果多酚对薄膜的颜色、透光率有至关重要的影响。

8、苹果多酚添加量对AP/ESK薄膜抗氧化活性的影响

由图5可知，苹果多酚质量浓度对薄膜抗氧化活性具有显著影响（P＜0.05）。不含苹果多酚的ESK薄膜几乎没有抗氧化活性，但Cheng等研究发现福林试剂与卵白蛋白氨基酸残基之间的反应会使空白薄膜表现出微弱的自由基清除能力。随着苹果多酚质量浓度的增加，AP/ESK薄膜的抗氧化活性显著增强（P＜0.05）。这是由于苹果多酚中聚原花青素、黄酮、酚酸等多酚类物质的酚羟基产生的氢质子能抑制基态氧激发成单线态氧，有效清除氧自由基，表现出较强的抗氧化能力。与苹果多酚质量浓度为2.5 mg/mL相比，苹果多酚质量浓度为12.5 mg/mL时薄膜的自由基清除能力显著提升，对ABTS阳离子自由基和DPPH自由基的清除率分别提升至1.9 倍和4.5 倍。

9、不同类型包装薄膜对腰果仁的保鲜效果

由图6A可知，腰果仁的初始水分活度为0.36、水分质量分数为2.13%，贮藏30 d后，未包装的腰果仁水分活度提升了0.15，水分质量分数提升至4.68%。经PE膜、ESK薄膜、AP/ESK薄膜包装后的腰果仁水分活度分别提升了0.09、0.04、0.02，水分质量分数分别增加至3.71%、3.56%、3.11%。结果表明AP/ESK薄膜在腰果仁贮藏过程中表现出更强的阻湿性。原因可能是海藻酸钠与Ca2＋交联形成的孔隙对空间内少量水分的吸附有促进作用。同时苹果多酚与成膜基质及甘油间的相互作用产生的交联引起薄膜厚度和密度增加，延缓水分子透过薄膜的速率。

由图7可知，腰果仁的初始过氧化值为0.45 meq/kg，酸价为0.63 mg/g。贮藏30 d后，无包装的腰果仁过氧化值、酸价分别为2.31 meq/kg、1.43 mg/g，PE膜包装腰果仁的过氧化值、酸价分别达到1.96 meq/kg、1.33 mg/g。与PE膜相比，贮藏30 d后ESK薄膜、AP/ESK薄膜包装腰果仁的过氧化值分别降低了32.29%、64.58%，酸价分别降低12.78%、30.08%。可见ESK薄膜对腰果仁的酸败具有一定抑制作用，而添加苹果多酚的AP/ESK薄膜抑制腰果仁脂质氧化的作用更显著。

结 论

本实验探究乳酸钙、蛋清蛋白粉和苹果多酚质量浓度分别对海藻酸钠/κ-卡拉胶复合膜性能的影响，结果表明，与海藻酸钠/κ-卡拉胶薄膜相比，蛋清蛋白粉的加入增强了薄膜组分间的相互作用，薄膜断裂延伸率、气体阻隔性能均有显著提升，溶胀度、透光率均有所下降。苹果多酚使可食性薄膜的密度、致密程度增大，抗张强度、气体阻隔性能显著增强，在提升薄膜抗紫外线能力的同时赋予其优异的抗氧化性。乳酸钙作为交联剂能加强分子间作用力使薄膜结构更为致密稳定。与未交联膜相比，经交联处理的薄膜抗张强度显著提升，水蒸气、氧气渗透率显著降低。不同类型包装薄膜对腰果仁的贮藏保鲜结果表明，与PE膜相比，AP/ESK薄膜能显著降低腰果仁的水分活度、水分质量分数、过氧化值和酸价，有效抑制腰果仁的氧化酸败，对腰果仁的贮藏保鲜及货架期的延长有积极意义。本研究为进一步开发可食性包装膜提供了新的途径。

本文《蛋清蛋白/苹果多酚提高多糖基可食性包装薄膜性能及在腰果贮藏保鲜中的应用》来源于《食品科学》2021年42卷13期174-184页，作者：刘喜鑫, 迟玉杰, 张宏, 汪乐川, 张华江, 夏宁, Ahmed M. RAYAN, 陈辉, Amro ABDELAZEZ。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200917-224。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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