（食品科学专业论文）玉米醇溶蛋白的制备及醇溶蛋白涂膜的应用.pdf

摘要玉米醇溶蛋白是一类能溶于乙醇溶液的蛋白质混合物，它占玉米胚乳中蛋白总量的5 0 - - 6 0 。它具有良好的成膜性，可应用于食品、医药、印染、造纸工业等领域。用玉米醇溶蛋白生产可食性、可降解的保鲜膜应用于食品保鲜和食品包装是一个很有发展潜力的领域。本文以玉米蛋白粉( c g m ) 为原料，研究了超声波辅助处理法对c g m 脱色的影响及提取玉米醇溶蛋白( z e i n ) 的最佳提取条件，确定最佳脱色条件是：以无水乙醇为溶剂，萃取温度6 0 ，料液比1 ：8 ( w v ) ，超声波处理2 5 r a i n ；最佳提取条件是：料液比1 ：8 ( w v ) ，乙醇的浓度是7 5 ，5 0 水浴加热，低速搅拌提取3 h 。分析产品中成分，并用s d s 聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法对提取物的蛋白组成和纯度进行分析，依据分析结果，并综合考虑成本等因素，确定盐析法为玉米醇溶蛋白的回收方法，最终溶液中氯化钠浓度为0 3 。用扫描电镜( s e c ) 观察玉米蛋白粉脱色前后的变化及玉米醇溶蛋白的结构，发现超声波能使c g m表面及表面以里的色素等脂溶性物质溶解出来，使表面产生很多空穴。自制z e i n 颗粒大小为1 0 , , 1 0 0 “m ，近圆形、颗粒状，表面有很多凹陷，似葡萄状。本实验研究了玉米醇溶蛋白膜对猪肉脂肪的抗氧化作用，采用碘量法测定脂肪的过氧化值来反映抗氧化效果。结果证明玉米醇溶蛋白膜对所包裹的脂肪有很好的延缓氧化的作用，膜中玉米醇溶蛋白的含量与抗氧化效果正相关，方差分析结果显示：涂膜组与未涂膜组间差异极显著( a 0 0 1 ) ，涂膜溶液比例为1 ：4 ，1 ：6 ，1 ：8 ( g z e i n m l 乙醇) 三组间差异不显著。a 生育酚对膜的抗氧化效果有一定的增效作用，添加有l m g o 生育酚偿z e i n 的玉米醇溶蛋白膜的抗氧化作用好于对照组( 只用玉米醇溶蛋白涂膜) ，两组间差异显著( q o 0 5 ) 。本实验还研究了玉米醇溶蛋白膜对鲜牛肉的抑菌作用，采用平板计数法测定菌落总数来反映抑菌效果。使用浓度为1 ：4 ( w v ) 的玉米醇溶蛋白溶液涂膜保鲜牛肉，对肉中微生物有较好的抑制作用，与未涂膜组差异极显著( a 0 0 1 ) 。丁香提取物能够在一定程度上增强膜对冷却牛肉的抑菌效果，每1 克玉米醇溶蛋白加入0 3 m l 的丁香提取物后，与只用1 ：4( w v ) 的玉米酵溶蛋白涂膜的对照组之间差异显著( a o 0 5 ) 。配制1 ：6 ( w ) 的玉米醇溶蛋白乙醇溶液，加入丙三醇作为增塑剂，添加量为0 0 5 9 l gz e i n ，制成涂膜溶液，将柑桔涂膜，在室温下贮藏，定期测定柑桔的失重率、腐烂率、抗坏血酸含量、可滴定酸度和可溶性固形物的含量，评价玉米醇溶蛋白膜保鲜柑桔的效果。涂膜组与未涂膜组相比：失重率平均低5 7 ，腐烂率平均低1 4 2 ，抗坏血酸含量高扣5 个百分点，可溶性固形物的损失较少，可滴定酸度较高。关键词：玉米蛋白粉、脱色、玉米酵溶蛋白、提取、玉米醇溶蛋白膜、抗氧化、抑菌p r e p a r a t i o no fc o r nz e i na n da p p l i c a t i o no fz e i nf i l m sa b s t r a c tz e i ni sam i x t u r eo fa l c o h o ls o l u b l ep r o t e i n st h a tc o n s f i t u t e5 0 一6 0 o ft o t a le n d o s p e r mp r o t e i n z e i ni se a s yt oc o m ei n t ob e i n gf d r n s i t b eu s e di nf o o d ，m e d i c i n e ，p r i n t i n g ，d y e i n ga n dp a p e rm a k i n gi n d u s t r i e s u s i n gz e i nf d m sf o rf o o dp r e s e r v a t i o na n dp a c k a g i n gh a sb e c o m et h ef o c u so fi n t a n s i v er e s e a r c ht h em e t h o d so fu l t r a s o n i cd e c o l o r i z a t i o nf o rc o r ng l u t e nm e a l 化g m ) a n dl o wv e l o c i t ye l e c t r i cd i s t i l l i n ge x t r a c t i o nw e r es t u d i e di nt h et e s t s u s i n ga b s o l u t ea l c o h o la ss o l v e n t t h eb e s td e c o l o r i s ec o n d i t i o n sa r et h a tt h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ew a s6 0 ，u l t r a s o n i cw o r kt i m ew a s2 5r a i na n dc g m - t o - s o l v e n tr s t i o ( w v ) w a s1 ：8 ，r h eo p t i m i z a t i o nd i s t i l l i n gc o n d i t i o n sw e r et h a tt h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ew a s5 0 ( 2 ，e x t r a c t i n gt i m ew a s3 h , c g m - t o - s o l v e n tr a t i o ( w v ) w a s1 ：8a n du s i n g7 5 a q u e o u se t h a n o l ( v v ) a se x l a a c t i o ns o l u t i o n 皿ei n g r e d i e n t so ft h ep r o d u c tw e r ea n a l y z e da n dp r o t e i nc o m p o n e n t sw e r ei d e n t i f i e du s i n gs d s p a g e u s i n gt h em e t h o do fs a l to u tt op r e c i p i t a t e i n t h ec o n c e n t r a t i o no fs o d i u mc h l o r i d ew a s0 _ 3 s c a ne l e c t r i cm i c r o s c o p ew a su s e dt oo b s e r v et h ed i f f e r e n c eo fc g mb e f o r ea n da f t e rd e c o l o f i z a t i o n m a n yc a v i t i e sw e r es e e no nt h es u r f a c eo fc ：g ma f t e rd e c o l o r i z a t i o n u i t r a s o n i c 啪m a k et h ec o l o r i n gm a t t e r so na n di nt h es u r f a c eo fc g mo u t z e i ng r a n u l ep r e p a r e do ft h i ss t u d yw a s1 0t o1 0 0 t mi ns i z e r o u n di ns h a p ea p p r o x i m a t e l ya n dh a sm a n yh o l l o w si nt h es u r f a e ea sg r a p e t h ea n t i o x i d a t i v ee f f e c t so fc o mz e i n 衄i n sf o rp o r kf a tw e r es t u d i e di nt h i st e s t s t o r e df a t sw e r ei o d o m e t r i c a l l yt i t r s t e dt od e t e r m i n ep e r o x i d ev a l u e ( p o i tw a sf o u n dt h a tz e i nf i l m sc a nr e s t r a i nf a to x i d a t i o nw e l la n dt h ec o n t e n to fz e i nh a sd i r e c tr a t i ot ot h ea n t i o x i d a t i v ee f f e c t s g r o u pw i t hz e i nf i l m sa n dg r o u pw i t h o u ti th a v ev i s i b l es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e ( ”o o i ) b u tt h r e eg r o u p sw i t hz e i nf i l m sd i dn o th a v ev i s i b l ed i f f e r e n c e z e i nf i l m sc o n t a i n i n ga - t o c o p h e r o lh a v eb e t t e ra n t i o x i d a t i v ee f f e c t s t h ef i l m sa d d e dl m g a - t o c o p h e r o lt ol gz e i nh a v eb e t t e ra n t i o x i d a t i v ee f f e c t st h a nz e i nf i l m sw i t h o u ta - t o c o p h e r 0 1 n et w og r o u p sh a v ev i s i b l ed i f f e r e n c e0 1 1 0 5 ) t h ea n t i m i e r o b i a le f f e c t so f1 7 0 1 3 1z e i nf i l u l sf o rc o o l i n gf r e s hb e e fw e r es t u d i e di nt h i st e s t t h et o h a lb a c t e r i an u m b e ro fs t o r e db e e fw e r ed e t e r m i n e d t h ef i l m sw h o s ec o n c e n t r a t i o no ff i l ms o l u t i o nw a sl ：4 ( g m l ) c o u l dr e s t r a i nb a c t e r i a lg r o w t hi nf r e s hb e e fw e l l g r o u pw i t hf i l m sa n dg r o u pw i t h o u tf i l m sh a v ev i s i b l es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e o 0 1 ) e u g e n i ac a r y o p h y l l a t at h u m bc o u l dh e l pt or e s t r a i nb a c t e r i a lg r o w t h t h ef i l m st h a ta d d e d0 3 m l e u g e n i at l l y o p h y l l a t at h u m bt ol gz e i nh a v eb e t t e ra n t i m i c r o b i a le f f e c t st h a nc o n t r a s tg r o u p t h et w og r o u p sh a v ev i s i b l ed i f f e r e n c eo 1 1 ) 、十二烷基硫酸钠( s d s ) 、高浓度尿素及丙二醇和醋酸等有机溶剂( 尤新，2 0 0 0 ) 。玉米醇溶蛋白还有在较低浓度盐溶液中就会沉淀析出的特性。玉米醇溶蛋白在乙醇溶液中的溶解度因温度不同而有所不同，温度越高溶解度越大( 吴波，1 9 9 7 ) 。1 3 4 2 成膜性玉米醇溶蛋白中富含含硫氨基酸，蛋白质分子问以较强的二硫键和疏水键相连，这是玉米醇溶蛋白易于形成薄膜的基础，当成膜液涂布以后。随着溶剂的挥发，薄膜脱水、干燥使得成膜液中蛋白质浓度增大，当浓度超过一定值时，蛋白质凝聚，分子间形成维持薄膜网状结构的氢键，二硫键及疏水键，玉米醇溶蛋白膜形成。1 3 4 3 玉米醇溶蛋白的功能性质玉米醇溶蛋白的吸水性和持水力均不高：有很强的吸油性，乳化性较差，但乳化稳定性很好；玉米醇溶蛋白在低浓度时就有较强的凝胶形成性；另外，玉米醇溶蛋白溶液的黏度会随时间增加而增大，此性质对玉米醇溶蛋白应用于胶水等粘结剂中具有很重要的意义( 张钟2 0 0 4 ) 。1 3 5 玉米醇溶蛋白的制备方法6 引言已经报道的从玉米中提取醇溶蛋白的方法主要是以玉米蛋白粉( 吴波，1 9 9 7 ；黄国平，2 0 0 2 ) 、玉米渣( 李鑫，2 0 0 4 ) 和干法粉碎的玉米粉( r i s h i ，2 0 0 0 ) 为原料。赵华等( 2 0 0 6 )用磷酸盐缓冲液在4 0 c 浸泡玉米3 6 h 后，进行脱胚芽处理，然后用胚乳提取醇溶蛋白。玉米醇溶蛋白在玉米蛋白粉中含量丰富，常用乙醇和异丙醇等有机溶剂提取玉米蛋白粉中的醇溶蛋白。以往，有些厂家用8 6 的异丙醇作为溶剂提取醇溶蛋白，该法提取玉米醇溶蛋白产率高，但是在生产中采用具有异味的异丙醇作为提取溶剂，产品带有异味，使得产品的应用受到限制，只能用于纸张涂布、木制品上光以及粘合剂的生产中，不适合用于食品加工中一些研究者用乙醇作为溶剂提取醇溶蛋白，产品质量较好( m i l a p h o j i u a - e v a n g e l i s t a ，2 0 0 3 ；张秋荣，2 0 0 5 ) 。玉米醇溶蛋白提取后，需从乙醇溶液中将其回收出来，沉淀回收玉米醇溶蛋白的方法主要有以下几种：( 1 ) 减压蒸馏法：该方法蒸馏时间较长，产品长时间受热，容易变性，使质量下降。( 2 ) 冷冻沉淀法：将提取液放在一1 8 冰箱中静置过夜，使蛋白沉淀，耗费时间长，获取的蛋白产量低，且纯度不高。( 3 ) 等电点沉淀法：该法操作简单，但用该法生产的产品不纯净，杂质蛋白较多，且产品颜色较深。( 4 ) 盐析法：日本专利昭6 3 1 6 7 7 0 0 将含蛋白的乙醇提取液加入一定的盐溶液来沉淀蛋白1 3 6 玉米醇溶蛋白提取率的测定一般采用称量玉米醇溶蛋白产品质量的方法来计算提取率，也可以用凯氏定氮法测定溶液中的玉米醇溶蛋白的含量( 赵华等，2 0 0 6 ) ，但这两种方法测定所需时间都较长，且繁琐，不适宜在摸索试验条件时使用。本试验借鉴黄国平等( 2 0 0 2 ) 的紫外检测法，测定提取液中玉米醇溶蛋白的含量，原理是：玉米醇溶蛋白在2 7 7 n m 处有最大吸收，因此可在2 7 7 n m 处测定溶液的吸光值，根据吸光度值的大小判断溶液中所含玉米醇溶蛋白的多少，从而推断出提取率的相对大小，比较时应称取相同量的原料，并将提取液定容至某一固定体积。该方法简便，检测所需时间短，适合于大量样品的测定，而且快速、准确1 3 7 玉米醇溶蛋白的用途玉米醇溶蛋白的商业化生产最早开始于1 9 世纪3 0 年代后期，它主要用于生产黏合剂、涂料、纤维、膜制品等。现在，玉米醇溶蛋白的应用更加广泛，可用于食品、造纸、印刷、纺织、化工以及医药卫生等方面，还可用来生产玉米肽( 高f 值寡肽、降血压肽等) 、玉米蛋白油脂模拟品、糖果、口香糖等食品( 李文静，2 0 0 2 ；张钟，2 0 0 2 ；庞彩霞，2 0 0 5 ；张艳荣，2 0 0 5 ；刘萍，2 0 0 6 ) 。孙庆申等( 2 0 0 5 ) 以玉米醇溶蛋白为原料采用相分离法制备微球，能够改善载药微球悬浮液的稳定性，抑制药物的突释现象。玉米酵溶蛋白具有独特的成膜特性，无需使用添加剂即可制成薄膜，并且具有良好的阻隔水分和氧气的性质，同时还具有抗紫外线、保香、不透油、防静电等特性，并对细菌有一定的抑制作用，能延长食品的货架寿命。由于玉米醇溶蛋白具有良好的耐水、阻隔性和成膜性近年来被广泛用于食品、造纸、印刷、纺织以及医药卫生等方面，特别是用于食品包装，此外，还可作为耐水性涂膜的材料( 何兴牧，2 0 0 2 ) ，应用前景非常广阔。近几年来，人们对能源可持续发展的意识逐渐增强，用农业原料取代石油原料的产品备受人们的关注，用玉米醇溶蛋白研制新型可降解的包装材料具有重要意义( 王学智，2 0 0 0 ：7东北农业大学工学坝：j = 学位论文j w l a w t o n ，2 0 0 4 ) 。从玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白，再将玉米醇溶蛋白用于生产玉米醇溶蛋白膜，是一条合理利用资源且有利于环境保护的新途径。因此，找到一种简单、经济的提取玉米醇溶蛋白的方法，对于提高玉米蛋白粉的经济价值和利用率有关键性意义。1 4 玉米醇溶蛋白膜的概况及研究进展1 4 1 膜的制备将玉米醇溶蛋白溶解在热的( 6 5 - 8 5 ( 2 ) 的乙醇或异丙醇溶液中，再冷却到4 0 - 5 0 ，将溶液倒入一个有固定形状的玻璃盘或塑料盘的表面，也可以喷涂在盘子表面，当醇溶液挥发后，玉米醇溶蛋白在盘子表面形成一层干燥的薄膜，并可以揭下来( 姚晓敏，2 0 0 2 ) 。另一种方法是将玉米醇溶蛋白溶解在醇溶液中后，加入油酸或其它增塑剂，加热下混合均匀后放入冷水中，玉米醇溶蛋自在冷水中会聚集形成可拉伸的树酯( y i n g w a n g ，2 0 0 6 ) 。此外，玉米醇溶蛋白还能够和淀粉、高粱蛋白、乳清蛋白等制成复合型膜。1 4 2 膜的性质1 4 2 1 拉伸性玉米醇溶蛋白膜有一定的抗拉伸性，但直接作为包装材料还不够理想，通过增塑剂的改性可使其性能大为改善( l a ih u e y - m i n ，1 9 9 7 ；m a n g a l a ，2 0 0 0 ) 。常用的增塑剂有甘油、油酸，虫胶，聚乙二醇等。温度对玉米醇溶蛋白膜的机械性质有影响( 闰景坤，2 0 0 7 ) 。玉米醇溶蛋白膜贮藏环境的相对湿度也会对膜的拉伸性产生影响，玉米酵溶蛋白膜有吸收或失去水分以达到与周围空气湿度相平衡状态的趋势( l a w t o n j w ，2 0 0 4 ) 。1 4 2 2 阻隔性玉米醇溶蛋白膜具有良好的水蒸汽阻隔性质( l a w t o n j w i ，2 0 0 4 ) ，可作为疏水性包装材料应用于食品、药品和化工领域。玉米醇溶蛋白膜还具有良好的阻氧性和隔离紫外线的性质。常用来反映玉米醇溶蛋白膜水蒸汽阻隔性质的指标有蛋白膜平衡水分含量( e m c ) 和蛋白膜水蒸气透过率( w a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y , w v p ) 。在不同存放温度下，玉米醇溶蛋白膜保持水分的能力是不同，随着冷藏温度的升高，玉米酵溶蛋白膜的w v p 值呈上升趋势。随着温度的升高，蛋白膜中亲水性集团的运动加快，导致水分子迁移速度加快，从而使蛋白膜的w v p 值上升。玉米醇溶蛋白膜水蒸汽透过率不仅与膜的结构组成、亲水性有关，还与水分子的运动状态、膜的玻璃化相变温度等因素有关。1 4 2 3 消化率和降解性玉米醇溶蛋白膜在2 4 小时内不能被蛋白酶水解，因而证明其在人体内不易被消化( 黄国平，2 0 0 6 ) 。用琥珀酸酐将玉米醇溶蛋白酰化后，能够提高玉米醇溶蛋白的消化率( 吴景，2 0 0 7 ) 。玉米醇溶蛋白膜具有良好的抗酸性，在碱性环境中可以降解，玉米醇溶蛋白膜的可降解性使其在可降解膜中的应用前景十分广阔。1 4 2 4 热力学性质w a n g 等( 2 0 0 3 ) 用d s c 法( 差示扫描量热法) 研究了用不同方法制备的玉米醇溶蛋白膜的玻璃化相变温度c t g ) ，发现所有的玉米醇溶蛋白膜的t 套接近1 8 0 。热分解温度为2 6 28 引言，根据热重分析( t 0 ) ，温度为8 1 c 时，失重率为2 3 ，主要原因是乙醇及水分子的蒸发，2 6 2 - 3 5 5 是产品急速分解阶段( 李永馨，1 9 9 7 ) 。1 4 2 5 抗氧化性玉米醇溶蛋白膜韧性强、透明度高，对空气有较好的阻隔作用，能防止食品成分氧化、失水及风味散失，安全无污染。一些研究表明玉米醇溶蛋白膜具有较好的抗氧化性( 田崇明，2 0 0 2 ；陈涛，2 0 0 3 ) ，m a r i a n n ek e m n e r 等( 1 9 9 9 ) 用玉米醇溶蛋白膜包裹肉丸，通过对硫代巴比妥酸反应产物( t b a r s ) 和醛类物质含量的分析，研究结果表明玉米醇溶蛋白膜能够延缓肉丸氧化，并且延缓氧化的程度与膜中玉米醇溶蛋白的含量正相关。殷丽君( 1 9 9 5 ) 用3 9 1 0 m l 的玉米醇溶蛋白乙醇溶液涂膜保鲜杏仁，其过氧化值上升缓慢，远远低于未涂膜杏仁的过氧化值，涂膜杏仁常温贮藏1 6 天后的过氧化值仅为未涂膜杏仁的1 届，相当于未涂膜杏仁6 天时的水平。用玉米醇溶蛋白膜涂膜杏仁起到了较好的抗氧化的作用，使杏仁的保存期大为延长。为了突出玉米醇溶蛋白膜的抗氧化特性。可以在其中适量加入抗氧化剂，如b h a 、b h t 、绿茶提取物等( d a w nk l e e n ，2 0 0 2 s e h e * l e e ，2 0 0 4 ) ，用于高油脂食品、易氧化食品的保鲜1 4 2 6 抑菌性玉米醇溶蛋白膜不但能够对食品起到机械保护的作用，而且能够延缓食品的腐败变质和颜色变化，对细菌有一定的抑制作用，减少微生物的繁殖，能延长食品的货架寿命用玉米醇溶蛋白做涂膜保鲜剂，能够显著抑制香肠和腊肉中微生物的生长，并延长货架期( 何慧等，2 0 0 4 ) 。为了突出玉米醇溶蛋白膜的抗菌特性，可以在其中适量加入抑菌剂，用于易腐败食品的保鲜。p a u ll d a w s o n 等( 1 9 9 9 年) 在玉米醇溶蛋白膜中加入n i s i n 进行抑菌圈试验，结果对植物乳杆菌有一定抑制作用，在膜中加入n i s i n 和螯合剂e d t a ，对大肠杆菌有抑制作用，e d t a 的添加增强了膜对大肠杆菌的抑制作用。t p a d g e t t 等( 1 9 9 8 年) 的试验又证明了添加溶菌酶的膜也能够抑制植物乳杆菌的生长。i c i h o f f i n a n 等( 2 0 0 1 年) 将月桂酸、n i s i n 和e d t a 加入到玉米醇溶蛋白膜中，发现含有月桂酸或n i s i n 的玉米醇溶蛋白膜在4 8 h 后，使李斯特菌液的菌数减少了4 个数量级，而e d t a 对李斯特菌基本无影响含有月桂酸、n i s i n 和e d t a 的膜对沙门氏菌没有显著抑制效果。1 4 3 膜的结构及成膜机制玉米醇溶蛋白膜的现代形态学研究( h u e y - m i nl a i ，1 9 9 7 ) 发现，从乙醇溶液里快速提取出来的醇溶蛋白颗粒会结合在一起。从而形成纤维状结构，这种纤维状结构也许就是醇溶蛋白膜的结构基础。玉米醇溶蛋白中有很多含硫氨基酸，这些氨基酸可以形成很强的分子内二硫键，它们和分子之间的疏水键一起构成了玉米醇溶蛋白成膜的分子基础。郭云昌等( 2 0 0 4 )采用a f m ( 原子力显微镜) 对玉米醇溶蛋白的成膜特性进行了研究，观察到棒状、哑铃状分叉等不同的结构形态，如图1 3 ，并且一些棒状结构已经环绕形成圆环结构( 图中标示处) ，这些网状结构也许就是玉米醇溶蛋白具有良好成膜特性的结构基础。这些棒状结构是由分散的球形蛋白颗粒通过某种作用力，如氢键、二硫键等形成的。随着液体的蒸发，醇溶蛋白溶液浓度增人，当这个浓度达到一定程度时，单体醇溶蛋白会逐渐聚集在一起，蛋白之间，蛋白内部的氢键，二二硫键和疏水键会逐步形成并且得到加强，这些9东北农业大学工学硕士学位论文键相互交错，维系着一种网状结构，并晟终导致膜结构的形成。玉米醇溶蛋白膜网状结构的网孔在5 0 1 0 0 1 11 7 1 之间，正是因为这些良好的网状结构，加之醇溶蛋白本身富含疏水性氨基酸，使得玉米醇溶蛋白膜具有良好的透气防水性能。成膜前成膜后图1 - 3 玉米醇溶蛋白膜的网状结构( 扫描范围4 0 0 i t i 4 0 0 ui n )f i g 1 3n e t l i k es t r u c t u r eo fc o r nz e i nf i l m s1 4 4 玉米醇溶蛋白膜的应用1 4 4 1 玉米醇溶蛋白膜应用的研究进展玉米醇溶蛋白的商业化生产最早开始于1 9 世纪3 0 年代后期，它主要用于生产黏合剂、涂料、纤维、膜制品等。从5 0 年代后期开始，玉米醇溶蛋白作为工业生产原料的地位逐渐被石油取代，现在，它仅在医药和食品行业用于生产包装材料和药品辅料。近几年来，人们对能源可持续发展的意识逐渐增强，用农业原料取代石油原料的产品备受人们的关注，玉米醇溶蛋白是一种极具开发潜力的工业原料，现在它被广泛应用于食品、医药、印染、造纸工业等领域。利用玉米醇溶蛋白的成膜牲、抗氧化性等性能，可将其用于生产可降解食品包装材料、保鲜膜、缓释材料等( k l h o f f m a n ，2 0 0 1 ；d a w nk l e e n ，2 0 0 2 ) 。玉米醇溶蛋白无毒，其独特的氨基酸组成和分子结构使其具有较好的成膜性，并且人体对其有一定的吸收率，是一种理想的可食性包装材料。在成膜时可添加香料、甜味剂、色素、增塑剂等，以改善食品的风味、外观及膜的性能，获得性能良好的玉米酵溶蛋白复合膜，既满足了可食性薄膜的要求，又克服了某些可食性薄膜的缺点，将成为2 1 世纪的新型、大众化、环保型的食品包装材料。以玉米醇溶蛋白为主要原料生产可食性、可降解的保鲜膜应用于食品保鲜和食品包装是一个很有发展潜力的研究领域。已有一些研究者在这一领域做了大量研究工作，将玉米醇溶蛋白膜用于腊肠、火鸡、腌肉等肉制品的保藏( 何慧等，2 0 0 4 ：汪学荣等，2 0 0 5 ，) ，玉米醇溶蛋白膜具有良好的阻湿特性，能缓解因水分损失而引起的一系列问题，还能够防止汁液渗出现象的发生，减少肉中因脂肪氧化引起的不良气味和肌红蚩白氧化引起的褐变，延缓肉制品的腐败变质。还有人将玉米醇溶蛋白膜用于猕猴桃、番茄、草莓、苹果、香蕉、青椒等果蔬类食品的1 0 -引言保鲜贮藏( h j p a r k ，1 9 9 4 ；唐津忠，2 0 0 2 ；b a i ，j ，2 0 0 3 ；张平2 0 0 5 ) ，能够有效保持水果和蔬菜中的水分，防止果皮皱缩，保持果实质地，抑制微生物生长繁殖，延长果蔬的保鲜期。徐丽萍等( 1 9 9 9 ) 用玉米醇溶蛋白包衣保鲜香蕉，经处理能使香蕉保持良好外观、减少水分损失并延长保存期。p a r k ( 1 9 9 4 ) 研究了z e i n 包衣对番茄的保鲜效果，发现涂被包衣的番茄比未涂膜的可延长货架期6 天。目前未见玉米醇溶蛋白膜应用于柑橘保鲜研究的报导，本试验对玉米醇溶蛋白涂膜保鲜柑橘做了初步研究。此外，玉米醇溶蛋白膜还被用来包裹核桃仁、杏仁等坚果，可以延缓脂肪酸的氧化酸败( 周柏玲，2 0 0 4 ) ，具有良好的保味性，大大延长了坚果的保质期。玉米醇溶蛋白在糖果生产中也有应用，可以在糖果表面形成透明薄膜，有效的防止糖果吸水变粘和较高温度下熔化，使糖果风味得到很好的保持。1 4 4 2 柑橘涂膜保鲜目前国内外广泛采用和正在研究的贮藏保鲜技术归纳起来有以下几种：简易贮藏法、防腐剂浸果法、塑料套袋法、温度调节法、辐射贮藏法、减压贮藏法、高压放电贮藏、臭氧离子贮藏法及涂膜剂保鲜法等。其中，涂膜剂保鲜法因其简单、方便、造价低等优点，在水果贮藏保鲜中得到了较为广泛的应用，对柑橘等水果进行短期保鲜及改善柑橘果实的商品性效果良好( 陈友清，2 0 0 2 ) 。柑橘果实的涂膜剂在国外由来已久，主要作用是减少果实失重，保持果实的外观。不同类型的涂膜剂对于果实的影响也不同，主要是由于各种膜的结构有差别，有的膜结构比较致密、透气性差、乙醇累积快，自然就会影响果实的贮藏期。反之，如果膜的结构比较疏松，透气性大，水分损失快，贮藏效果也不好( 彭述辉，2 0 0 5 ) 。另外，膜中添加的各种物质也会影响贮藏期，如防腐剂、抑菌剂等。不同的试剂保鲜的效果也各不相同，这也是造成各种保鲜膜产生不同保鲜效果的主要原因。在对柑橘涂膜保鲜时，如何既能使柑橘有合适的透气性，又能减少水分的散失是柑橘保藏的关键。用玉米酵溶蛋白涂膜保鲜柑橘后，在柑橘表面形成一层光亮的膜，玉米醇溶蛋白涂膜隔水透气的性能能够减少柑橘中水分的丧失，延长货架期。1 5 研究内容、目的和意义1 5 1 研究内容对玉米蛋白粉脱色的方法和条件进行了研究，通过单因素试验和正交试验，优选出最佳的脱色温度，脱色时间和料液比；对玉米醇溶蛋白的提取方法和提取条件进行了研究，进行了单因素试验和正交试验，优选出最佳的提取温度、时间、乙醇浓度和料液比；并对玉米醇溶蛋白的回收方法进行了对比研究，确定一种经济合理的蛋白回收方法。研究了玉米醇溶蛋白膜对猪肉脂肪的延缓氧化的作用，测定猪肉脂肪的过氧化值来观察抗氧化效果，并在膜中加入抗氧化剂n 一生育酚，研究a 一生育酚对于米醇溶蛋白膜抗氧化作用的增效作用。研究了玉米醇溶蛋白膜对鲜牛肉的抑菌作用，测定肉的苗落总数来反映抑茵作用，并在1 1东北农业大学工学硕士学位论文膜中加入丁香提取物，研究其对于米醇溶蛋白膜抑菌作用的增效作用。本实验还将玉米醇溶蛋白膜应用于柑橘保鲜，研究其保鲜效果，定期测定柑橘的失重率、腐烂率、可溶性固形物含量、酸度和抗坏血酸含量来反映柑橘贮藏中的品质变化。1 5 2 目的和意义我国2 0 0 5 年玉米深加工总计用玉米2 1 0 0 多万t ，其中用于生产玉米淀粉的有1 4 4 0 万t ，产生副产品玉米蛋白粉( c g m ) 9 0 多万t ( 玉米蛋白粉收率为6 7 ) 。目前在我国c g m 多用于动物饲料的配制，每公斤c g m 的价格大约在3 元钱左右，c g m 的利用率和经济价值都较低。对c g m 进行综合n i 和利用，以充分利用玉米资源，使其创造出更多的经济利润，并生产出更多为人们所用的产品。这样既充分利用了资源，又提高了产品经济价值。近几年来，人们对能源可持续发展的意识逐渐增强，用农业原料取代石油原料的产品备受人们关注，玉米醇溶蛋白即是一种极具开发潜力的工业原料，以其为原料生产可降解包装材料能够缓解石油供应压力，维护国家能源安全，有利于石油化学工业的可持续发展，实现人类社会可持续发展这一最高目标。为了扩大玉米醇溶蛋白在国内的生产与应用，如何简化工艺、降低成本、提高产品的产率和纯度成为至关重要的问题。本研究旨在探索出一条既节约成本，又能生产出优质产品的工艺，为玉米醇溶蛋白在食品、药品等研究领域的广泛应用奠定理论基础。玉米醇溶蛋白膜是一种具有较大应用前景的保鲜方式。本实验对玉米醇溶蛋白膜的抗氧化性和抑菌性进行研究，为玉米醇溶蛋白膜应用于食品保鲜提供理论依据和技术方法。1 2 材料与方法2 材料与方法2 1 试验材料2 1 1 原料与试剂玉米蛋白粉玉米醇溶蛋白商业产品玉米醇溶蛋白猪肉脂肪鲜牛肉橘子无水乙醇石油醚氯化钠盐酸氢氧化钠s d s溴酚蓝考马斯亮蓝r 2 5 0b 一巯基乙醇丙烯酰胺n j 一甲又双丙烯酰胺t r i s过硫酸铵s d s甘氨酸低分子量标准蛋白质甲醇碘化钾硫代硫酸钠可溶性淀粉a 一生育酚丁香2 ，6 - 二氯苯酚吲哚酚钠市售，过8 0 目筛实验室提取f r e e m a n 公司市售市售市售天津市天大化学试剂厂( 分析纯)天津市光复精细化工研究所( 分析纯)天津市四通化工厂( 分析纯)哈尔滨新达化学试剂厂( 分析纯)天津市化学试剂三厂( 分析纯)美国a m e r s c o 公司天津市博迪化工有限公司( 分析纯)天津市光复精细化工研究所天津市博迪化工有限公司( 分析纯)美国a m e r s c o 公司( 高分析纯)军事医学科学院药材供应站( 高分析纯)美国p u n e r s c o 公司( 高分析纯)s i s m a 公司( 分析纯)美国a m e r s c o 公司( 高分析纯)美国a m e r s c o 公司( 高分析纯)上海生化试剂厂天津巴斯夫化工有限公司( 分析纯)天津市光复精细化工研究所( 分析纯)天津市凯通化学试剂有限公司( 分析纯)天津市光复精细化工研究所( 分析纯)s i g m a 分装产地为广西北京西中化工厂( 分析纯)东北农业大学工学硕二七学位论文冰乙酸天津市光复科技发展有限公司( 分析纯)三氯甲烷天津巴斯夫化工有限公司( f y 析纯)草酸天律市双船化学试剂厂( 分析纯)偏磷酸北京益利精细化学品有限公司( 分析纯)琼脂粉蛋白胨牛肉膏北京奥博星生物技术责任有限公司2 1 2 仪器与设备电子天平j j 1 型电动搅拌器恒温水浴锅低速离心机t u - 1 8 0 0 型紫外可见分光光度计7 2 2 2 0 0 0 型分光光度计h y p 消化炉凯氏定氮仪d h g - 9 2 4 0 a 型屯热恒温鼓风干燥箱s h 7 _ - d ( i i i ) 循环水式真空泵高速万能粉碎机超声波处理器( 功率为4 0 k h z )超滤仪p h s 一3 c 精密p h 计s - 3 4 0 0 n 扫描电镜d y y - 6 c 型电泳仪d y c z 一2 8 b 型电泳槽u v pg e l d o c - i ti m a g i n gs y s t e m 凝胶成像系统y 铲3 型电动匀浆机超净工作台d h p 9 2 7 2 型电热恒温培养箱j j - 2 b 型高速组织捣碎机手持折射仪2 2 试验方法2 2 1 玉米蛋白粉中成分的分析2 2 i 1 水分的测定采用恒重法( g b t s 0 0 9 3 - 2 0 0 3 )2 2 1 2 粗脂肪含量的测定o h a u sc o z p o r a t i o n杭州国华电器有限公司余姚市东方电工仪器厂北京医用离心机厂北京普析通用仪器有限责任公司山东高密彩虹分析仪器有限公司上海纤检仪器有限公司上海纤检仪器有限公司上海一恒科技有限公司巩义市予华仪器有限责任公司天津市泰斯特仪器有限公司昆山市超声仪器有限公司c o l ep a r m e ri n s t r u m e n t 公司上海雷磁仪器厂日本日立公司北京市六一仪器厂北京市六一仪器厂江苏江阴科研器械厂苏州安泰空气技术有限公司上海一恒科技有限公司江苏省金坛市容华仪器制造有限公司成都泰华光学公司1 4 材料与方法采用索氏提取法( g b f r 5 0 0 9 6 8 5 )2 2 1 3 蛋白质总量的测定采用凯氏定氮法( g b 厂r 5 0 0 9 5 - 2 0 0 3 )2 2 2 玉米蛋白粉脱色条件的研究2 2 2 1 脱色方法和脱色效果的分析称取1 0 0 0 9 玉米蛋白粉，放入2 5 0 m l 三角瓶中，按照一定料液比加入无水乙醇，用塑料膜封口，在一定温度下进行超声波萃取，达到相应时间后，取出将混合物用漏斗过滤。将滤液用无水乙醇定容至1 0 0 m l ，再从中取1 0 m l 溶液于比色管中，稀释至2 5 m l ，然后用分光光度计，以无水乙醇为空白液，于4 4 7 n m 处测定溶液的吸光度值。若脱色液多于1 0 0m l的，可将其定容至2 0 0 m l ，再从中量取2 0 m l 溶液于比色管中，稀释至2 5 m l 用于比色。根据溶液吸光度值的大小判断脱色效果，吸光度值越大，脱色效果越好，反之越差。2 2 2 2 脱色条件的优化先进行单因素实验，比较超声波辅助方法脱色与普通浸提法脱色的效果，确定超声波时间、温度，料液比对脱色效果的影响，再从中选出3 个较好的水平，应用1 - 9 ( 3 4 ) 正交表设计正交试验，见表2 - 1 ，以脱色液吸光度值的大小为指标确定晟佳脱色条件。表2 - 1 因素水平设计t a b 2 - 1d e s i g no ft h el e v e l sa n df a c t o r s2 2 2 3 玉米蛋白粉脱色前后的表面形态用扫描电镜观察玉米蛋白粉在脱色处理前和脱色处理后的表面形态变化。2 2 3 玉米醇溶蛋白提取条件的研究2 2 3 1 提取方法和提取率的测定，称取1 0 0 0 9 玉米蛋白粉( 脱色后己烘干) 于烧杯中，按照料液比加入一定体积和浓度的乙醇溶液，烧杯口用塑料膜封好，置于水浴中加热，用电动搅拌器进行低速搅拌提取，然后将混合物以4 0 0 0 r r a i n 离心1 0 m i n ，剩余残渣用少量乙醇洗涤，再次离心后合并两次清液。将提取液稀释至1 0 0 m l ，从中取1 5 0m l 用相应浓度的乙醇溶液稀释至1 0 0m l ，然后用紫外- 可见分光光度计，以所用溶剂为空白，在2 7 7 n m 处测定吸光度值。若提取液多于1 0 0 m l 的，将其定容至2 0 0 m l ，从中取3 0 0 m l 稀释至1 0 0 m l 用于比色。根据吸光度值的大小来判断玉米醇溶蛋白提取效果的高低，吸光度值越大，提取率越高，反之越低。2 2 3 2 提取条件的优化先进行单因素实验，确定提取时间、温度、乙醇溶液的浓度和料液比对提取效果的影响，再从中选出3 个较好的水平，应刚k ( 3 4 ) 正交表设计l e 交试验，见表2 - 2 ，确定最佳提取条件。并做最佳条件的验证实验。表2 2 因素水平设计t a b 2 - 2d e s i g no ft h el e v e l sa n df a c t o r s2 2 3 3 玉米醇溶蛋白回收方法的比较按照优选出的晟佳脱色、提取条件进行提取后，分别用盐析法、调等电点法和超滤法三种方法回收提取液中的玉米醇溶蛋白。比较三种回收方法的回收率和纯度，采用凯氏定氮法测定产品的含氮量，采用索氏提取法测定产品中的粗脂肪含量。( 1 ) 盐析法向提取液中加入0 c 4 。c 的冷盐水稀释至原体积的2 倍，使最终溶液中氯化钠浓度为o 3 ，在0 q 冰箱中静置1 天使蛋白沉淀，用水洗涤沉淀数次，真空抽滤后放入4 0 烘箱中干燥。( 2 ) 调等电点法提取前用氢氧化钠溶液调至p h8 0 1 1 ，提取后将提取液用水稀释一倍后，加入盐酸溶液调d h 到6 0 ，使蛋白沉淀，用水洗涤沉淀数次，真空抽滤后放入烘箱中4 0 c 干燥。( 3 ) 超滤法将提取液真空抽滤除去杂质，用1 0 k d 的醋酸纤维素膜超滤浓缩，工作压力为2 0 - 3 0 m p ，处理2 小时，体积浓缩至2 0 ，将超滤后的提取液放入烘箱中4 0 干燥。2 2 3 4s d s p a g e 法分析产品中蛋白组成用十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳( s d s - - p a g e ) 分析样品中蛋白组成( 于国萍，2 0 0 4 ) 。2 2 3 5 收率计算将干燥后的玉米醇溶蛋白称重，用万能粉碎机粉碎，过8 0 目筛，得玉米醇溶蛋白粉末，用凯氏定氮法测定玉米醇溶蛋白粉末中的氮含量。收率计算公式如下：- h啦唪= 1 0 0 3- ，y式中：m 一回收的玉米醇溶蛋白的质量，g ；n 一玉米醇溶蛋白粉末中的粗蛋白含量，：w 提取所用脱色玉米蛋白粉的质量，g v - - 玉米蛋白粉脱色得率，；v = 脱色后玉米蛋白粉质量，脱色前玉米蛋白粉质量2 2 3 6 二次回收率的计算将一次提取后剩余的残渣按照与一次提取相同的方法再进行一次提取，将同收得到的玉米醇溶蛋自称重后按2 2 3 5 的公式进行计算，得山二次回收率。1 6 材料与方法2 2 3 7 产品的精制将提取的玉米醇溶蛋白用无水乙醇浸泡，去除脂类物质。再用8 0 g 一醇溶液溶解，真空抽滤，再将其沉淀析出，洗涤沉淀，将其干燥后得到纯度更高的玉米醇溶蛋白计算精制后的得率，测定产品的氮含量。2 2 3 8 验证实验按照正交试验优选出的条件进行脱色、提取和回收，计算收率，观察产品形态，分析产品纯度。收率按照2 2 3 5 中公式计算2 2 3 9 玉米醇溶蛋白成膜试验用聚乙烯盘、玻璃盘和金属盘做模具，采用不同温度干燥膜，比较成膜效果。2 2 4 玉米醇溶蛋白产品形态结构的研究用扫描电镜观察玉米醇溶蛋白粉末的形态结构。观察本试验方法制备的z e i n 与国外商业生产的z e i n 的差别，比较脱色后提取的z c i n 与未脱色直接提取的z e i n 在形态结构上有何不同。2 2 5 玉米醇溶蛋白膜抗氧化性的研究2 2 5 1 涂膜方法将玉米醇溶蛋白粉末溶解在8 5 的乙醇溶液中，加热使其完全溶解，制成涂膜溶液。将样品浸入涂膜溶液中3 秒钟后取出，沥干3 秒钟，放在塑料盘上，3 0 鼓风干燥，1 5 m i n 后翻动样品一次，加速与塑料盘接触面的干燥，干燥时间约3 0 m i n ，乙醇溶液挥发后在样品表面形成一层半透明的薄膜。2 2 5 2 玉米醇溶蛋白膜对猪肉脂肪的抗氧化性试验将猪背部脂肪切成2 - - 3 9 大小的方块，分成a 、b 、c 、d 四组，a 组不涂膜，为对照组，b 、c 、d 三组为涂膜组，所用涂膜溶液的浓度分别为1 ：4 、1 ：6 和1 ：8 ( w v ) 。将脂肪块用3 0 w 紫外灯照射处理，以加速脂肪氧化。在处理后的0 、1 ，2 、4 、6 、8 h 后取出脂肪块，测定脂肪的过氧化值。2 2 5 3 过氧化值的测定方法采刚碘量法测定脂肪的过氧化值( g b f r 5 5 3 8 1 9 9 5 ) 。首先样品放在已消毒的菜板上，去掉脂肪块外层包裹的膜，用已消毒的刀切碎后称重。放入碘量瓶中，加3 0 m l 醋酸三氯甲烷( 3 ：2 ) 混合液，振摇3 m i n ，加入2 m l 饱和碘化钾溶液，轻摇3 0 s ，于暗处静置5 m i n ，取出加入1 0 0 m