蛋壳膜酶解肽对大豆蛋白包装膜抑菌、抗氧化性能的影响

温 越，张 宏，汪乐川，张华江,*，张秀玲,*，Amro ABDELAZEZ，Ahmed M.RAYAN，陈 辉，高诗涵

（1.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.埃及农业研究中心动物生产研究所，埃及 开罗 12618；3.埃及苏伊士运河大学农学院，埃及 伊斯梅利亚 41522；4.河北农业大学动物科技学院，河北 保定 071001）

塑料包装由于其易于加工、成本低等特点，广泛用于食品包装中[1]。但是塑料难以降解，是环境污染的主要因素之一，而天然高分子包装材料因其可再生、生物相容等特性日益受到关注[2]，其基质主要分为蛋白类、多糖类、脂类以及多种复合物类[3]，其中蛋白类物质制成的膜是一种相对良好的载体，可与交联剂、增塑剂等结合进而提升膜的物理特性，也可与抑菌剂、抗氧化剂等结合增加膜的功能特性以适应不同食品包装的目的[4]。

大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）主要从低温豆粕中提取，其来源丰富且具有一定的生物降解性[5]。SPI中含有的大量氢键、疏水键和疏水相互作用等使其具有良好的成膜性[6]。但纯SPI膜由于阻隔性和稳定性能方面具有一定不足之处，限制了其在食品包装中的发展[7]。近几年国内外主要通过共混改性方法来提高SPI膜的相关性能，Hopkins等[8]发现亚麻籽油可提高SPI膜的营养价值和力学性能，降低膜水蒸气透过性。Milena-Tosi等[9]发现用酶解大豆秸秆提取的纳米纤维素比酸解提取得到的纳米纤维素更能提高SPI膜的力学、阻湿性能，可作为SPI膜的增强剂。

我国蛋品消耗量大，而蛋壳膜（eggshell membranes，ESM）一般作为蛋品加工业的副产品被废弃，造成了一定资源浪费[10]。ESM含有角蛋白、胶原蛋白等多种蛋白，是潜在的多肽资源，在工业应用上具有一定前景[11]。酶解条件温和且易控制，目前已有很多有关不同天然蛋白质来源（植物和动物）酶解肽的生物活性研究，这些肽通常在天然蛋白质分子序列中活性较低，但被释放后，它们表现出抗氧化、抑菌和免疫调节活性等性质[12]，近几年在食品包装中添加肽类物质日益受到研究者的关注。姚玉梅等[13]研究发现牛骨胶原多肽可明显改善羧甲基纤维素膜的力学性质、疏水性质和表面微观结构。段星星等[14]研究发现抗菌肽能提高明胶膜的光学性质、水蒸气阻隔性质、力学性质和抑菌性质。

本研究制备了SPI/ESM酶解肽的复合膜，探究ESM酶解肽含量对SPI膜的厚度、机械性能、阻隔性能、光学性能、抗氧化性能、抑菌性能的影响，并利用傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR）、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）分析仪、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）对膜进行结构的表征，以期制备出一种性能优越的可食性膜，使其在易腐食品的活性包装领域具有广阔的应用前景。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

ESM粉（纯度≥98%） 河北墨源有限公司；碱性蛋白酶（200 000 U/g） 广东味美源有限公司；大豆分离蛋白（蛋白质量分数≥90%） 哈尔滨高科技（集团）股份有限公司；甘油、氯化钠、氯化钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、氢氧化钠、2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 天津市凯通化学试剂有限公司；所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AL204电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多有限公司；DK-S12电热恒温水浴锅 上海精其仪器有限公司；JSM-IT200 SEM 日本JEOL公司；TA.XT Plus质构仪英国Stable Micro Systems公司；101A-3电热恒温鼓风干燥箱 上海索域试验设备有限公司；pHS-3C精密pH计北京赛多利斯仪器系统有限公司；UV-750紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；SW-CJ-1FDA型超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司；OCA20型视频接触角测量仪 德国Dataphysics公司；XRD分析仪荷兰飞利浦有限公司；FTIR仪 梅特勒-托利多（上海）有限公司；CM-700d分光测色计 日本柯尼卡美能达公司；FD-1A-50冷冻干燥机 上海贺帆仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 ESM酶解肽的制备

根据Tirgarian等[15]的方法并稍加改进。将ESM粉以1∶20（m/V）溶于100 mL蒸馏水中，加入NaOH固体调节溶液的pH值达到10.0。然后在40 ℃下40 kHz超声处理20 min，加入终质量浓度为1.0 g/mL的碱性蛋白酶，保持pH值不变。40 ℃加热4 h后灭酶，12 000 r/min离心10 min后通过0.45 μm的滤膜过滤，将滤液冻干即得ESM酶解肽。

1.3.2 SPI/ESM酶解肽复合膜的制备

将10.0 g SPI和5.0 g甘油混合到300 mL蒸馏水中，50 ℃下磁力搅拌1 h，再分别以0、1、2、3、4、5 g/100 mL（以膜液体积计）的添加量添加ESM酶解肽，选择0～5 g/100 mL的添加量是因为预实验发现ESM酶解肽添加量更高时会降低复合膜的拉伸强度和阻隔性能，继续搅拌20 min后置于硅胶板（200 mm×150 mm×5 mm）上，放入鼓风干燥箱中50 ℃干燥8 h后冷却至室温回软剥离[16]。

1.3.3 膜的相关指标测定

1.3.3.1 厚度测定

根据郭宽等[17]的方法，在待测膜上任意取10 个位置用0.01毫米精度的手动千分尺测量，结果取平均值。

1.3.3.2 机械性能测定

根据支雅雯等[18]的方法，采用质构仪测定膜的拉伸强度和断裂伸长率。将膜裁成15 mm×100 mm的长方形膜片，探头为TA/36R，上升速率和下降速率均为5 mm/s，最小感应力为5 g。分别通过式（1）、（2）计算拉伸强度和断裂伸长率。

式中：TS为膜的拉伸强度/MPa；F为膜断裂时的最大作用力/N；S为膜的横截面面积/mm2；EB为膜的断裂伸长率/%；L1为膜断裂时的长度/mm；L0为膜的初始长度/mm。

1.3.3.3 阻隔性能测定

水蒸气透过率采用拟杯子法测定[19]，将裁成大小适中的膜密封在装有3.0 g无水氯化钙的50 mL广口瓶瓶口处，置于装有饱和氯化钾溶液的真空干燥器中，每隔12 h测量广口瓶的质量，直至平衡。使用式（3）计算水蒸气透过率。

式中：WVP为水蒸气透过率/（g·mm/（m2·d·kPa））；Δm为广口瓶的质量差/g；L为膜厚度/mm；A为复合膜面积/m2；ΔP为复合膜两侧的水蒸气压差/kPa；t为测定时间/h。

氧气透过率根据支雅雯等[18]的方法测定，将裁成大小适中的膜密封在含有1 mL亚油酸的50 mL锥形瓶口，测定并计算出7 d后锥形瓶的质量差，根据式（4）计算氧气透过率。

式中：OP为氧气透过率/（mg/（cm2·d））；Δm为锥形瓶质量差/mg；A为复合膜面积/cm2；t为测定时间/d。

1.3.3.4 接触角测定

将裁成10 mm×10 mm的复合膜放入装有无水硫酸铜的干燥器内常温干燥24 h（以下干燥同样方法）后利用视频接触角测角仪测定接触角，其测量范围为0～180°，注射水滴量为0.5 μL[19]。

1.3.3.5 光学性能测定

在复合膜上任意裁3 个直径20 mm圆片，利用CM-700d分光测色计测定并记录L*、a*、b*值[20]。

将膜裁成20 mm×40 mm的长方形条贴在比色皿一侧，置于紫外-可见分光光度计中，测定波长200～800 nm范围内的紫外-可见光谱[21]。

1.3.3.6 抗氧化性能测定

ABTS阳离子自由基清除率测定：将25.0 mg复合膜和5.0 mL无水乙醇混合，24 h后得到膜提取液；将7 mmol/L ABTS溶液与2.45 mmol/L过硫酸钾溶液等体积混合避光反应16 h，用无水乙醇稀释至734 nm处吸光度为0.70±0.02；在3.7 mL ABTS溶液中分别加入0.3 mL上述膜提取液或0.3 mL蒸馏水分别制成样品组和对照组，黑暗中反应10 min后于734 nm波长处测定其吸光度。ABTS阳离子自由基清除率按式（5）计算[22]。

式中：A1为对照组的吸光度；A2为样品的吸光度。

DPPH自由基清除率测定：取上述1 mL膜提取液和2 mL 0.2 mmol/L DPPH溶液混合作为样品组，1 mL提取液、1 mL蒸馏水和1 mL无水乙醇混合作为对照组，1 mL蒸馏水和1 mL无水乙醇混合作为空白组，所有组的混合溶液先避光反应30 min，再用紫外-可见分光光度计测量其在517 nm波长处的吸光度，DPPH自由基清除率按式（6）计算[23]。

式中：A1为样品组的吸光度；A2为对照组的吸光度；A3为空白组的吸光度。

1.3.3.7 抑菌性能测定

抑菌圈直径测定按照焦欣欣等[24]的琼脂扩散法并稍加改动。分别吸取0.01 mL大肠杆菌（G-）和金黄色葡萄球菌（G+）的菌液（105～106CFU/mL）分别于牛肉膏培养基上并均匀涂开，将裁成直径20 mm的圆膜片放在培养基表面，37 ℃培养24 h后记录抑菌圈直径。

1.3.3.8 FTIR分析

将膜干燥24 h至水分完全蒸发后研磨，取2 mg样品与200 mg干燥的KBr混匀压片，采用FTIR仪测定的条件为波数范围4 000～500 cm-1、分辨率4 cm-1，获得32 次扫描的平均值[25]。

1.3.3.9 XRD分析

将膜干燥24 h后用XRD分析仪进行广角X射线衍射分析，2θ范围为6°～40°，放射源为Cu-Kα射线，λ为0.154 nm，电压为40 kV，电流为30 mA，扫描速率为5（°）/min[26]。

1.3.3.10 SEM观察

将裁成10 mm×10 mm的正方形膜片干燥24 h后对其喷金镀膜，SEM的离子溅射仪实验距离设为5 cm，电流30 mA，真空度0.05 mbar，试样的喷金厚度大于5 nm，溅射时间50 s左右。样品经喷金处理后放入已开启预热30 min SEM观察室，并抽真空，施加5 kV电压，调整尺寸，将焦距调节清晰后，对膜表面（放大倍数1 000）和横截面（放大倍数3 000）结构进行观察，获取复合膜结构图像[27]。

1.4 数据统计与分析

通过SPSS 21.0对测得的数据进行方差分析，采用t检验进行差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著，用Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜厚度、机械性能的影响

膜的厚度是物理性能的一个重要指标，它与成膜液体积和铺开面积大小有关[28]，本实验均采用相同的铺开面积（200 mm×150 mm×5 mm）。ESM粉是鸡蛋壳内膜烘干后先磨碎后过筛得到的，ESM酶解后的溶液成分主要为低分子肽、水以及少部分的黏多糖[29]，冷冻干燥使酶解液中的水分升华，因此ESM酶解肽纯度较高。ESM酶解肽添加量对SPI膜的影响如表1所示，随着ESM酶解肽添加量从1 g/100 mL增加到5 g/100 mL，其厚度较纯SPI膜增加了46.15%～138.46%。这可能是因为随着ESM酶解肽添加量的增加，成膜液固形物含量增加，最终导致膜的厚度增加[30]。添加4 g/100 mL的ESM酶解肽复合膜的厚度比纯SPI膜增加了115.38%。

膜的拉伸强度和断裂伸长率取决于添加的聚合物基质和添加剂的类型[31]。如表1所示，复合膜的拉伸强度在0～4 g/100 mL ESM酶解肽添加量范围内显著增加（P＜0.05），最大值为10.28 MPa，较纯SPI膜增加了100.78%。可能是因为随着ESM酶解肽添加量增加，其与SPI之间通过氢键发生交联产生的网络结构越来越稳定[16]。当ESM酶解肽添加量增加到5 g/100 mL时，拉伸强度降低至7.47 MPa，这可能是由于过量的ESM酶解肽在SPI膜中分散性较差，影响了SPI和甘油之间的分子间相互作用，使膜表面结构发生变化，因此当ESM酶解肽添加量超过一定限度会导致拉伸强度的降低[32]。而断裂伸长率随ESM酶解肽添加量的增加而显著增加（P＜0.05），ESM酶解肽添加量为0～4 g/100 mL时的复合膜断裂伸长率比纯SPI膜增加了38.23%～64.72%，其中添加含有4 g/100 g的ESM酶解肽复合膜的断裂伸长率比纯SPI膜增加了57.87%。这说明SPI与ESM酶解肽之间的相互作用可以降低膜的刚性，使其更具延展性和灵活性[14]。

表1 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的厚度和机械性能Table 1 Thickness and mechanical properties of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.2 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜阻隔性能的影响

水蒸气透过率和氧气透过率是判断食品在包装适用性的重要指标之一，食品包装膜应尽可能减少水分在环境和食品中的转移[33]。如图1所示，随着ESM酶解肽添加量增加，复合膜的水蒸气透过率和氧气透过率均呈现先减小后增大的趋势。在0～4 g/100 mL ESM酶解肽添加量范围内，复合膜的水蒸气透过率从22.38 g·mm/（m2·d·kPa）减小到8.16 g·mm/（m2·d·kPa），氧气透过率从1.13 mg/（cm2·d）减小到0.18 mg/（cm2·d），这说明添加4 g/100 g ESM酶解肽复合膜的水蒸气透过率和氧气透过率比纯SPI膜分别降低了63.54%和84.07%，这是因为少量肽与SPI分子通过氢键交联使得膜的结构更加紧密且存在有序的分散分子，因此气体透过膜孔隙需要通过更长的路径，使得水蒸气透过率在此范围显著降低[34]。当ESM酶解肽添加量继续增加到5 g/100 mL时，复合膜水蒸气透过率也随之增加到16.64 g·mm/（m2·d·kPa），氧气透过率增加到0.31 mg/（cm2·d），这是因为肽添加量过高会使膜的增塑作用增强，导致膜的自由体积增加，使膜中的蛋白质网络变得更疏松和更易渗透，因此水蒸气透过率和氧气透过率升高[35]；但其值仍低于纯SPI膜，可能是因为SPI具有亲水基团使得SPI膜本身具有一定的亲水性[36]。

图1 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的水蒸气透过率和氧气透过率Fig.1 WVP and OP of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.3 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜接触角的影响

膜表面的亲水性可通过接触角衡量，接触角越大则膜的疏水性就越高，当接触角小于65°时，膜表现为亲水性[37]。如图2所示，纯SPI膜的接触角仅为40.23°，表现为亲水性。当ESM酶解肽添加量从1 g/100 mL增加到4 g/100 mL时，复合膜的接触角比纯SPI膜增加了45.99%～110.42%，这说明一定添加量ESM酶解肽与SPI共价交联暴露更多的疏水基团。随着ESM酶解肽添加量增加到5 g/100 mL，接触角较纯SPI膜减小了17.82%，这可能是因为过量ESM酶解肽的分子构象变小且电离出氨基和羧基，使亲水性进一步提高[38]。

图2 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的接触角Fig.2 Contact angle of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.4 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜光学性能的影响

食品包装会影响消费者的购买意愿，而且聚合物薄膜的颜色取决于其配方中添加的物质[39]。L*值表示亮度，0～100表示由黑到白；a*值表示红色（+）和绿色（-）；b*值表示黄色（+）和蓝色（-）。由表2可知，随着ESM酶解肽添加量的增加（0～5 g/100 mL），SPI薄膜的L*值从90.17降低至70.22，这意味着加入ESM酶解肽能使SPI膜的表面变暗。Hopkins等[8]报道，薄膜亮度可能与薄膜厚度、添加物发生的散射和折射有关，这与复合膜厚度逐渐增加的结论一致。随着ESM酶解肽添加量的增加（0～5 g/100 mL），b*值从19.09增加到61.31，表明复合膜的黄色变得更深，a*值从负变为正，表明薄膜表面向红色转变，a*和b*的增加可能是因为ESM酶解肽本身为橙黄色[40]。以上结果说明随ESM酶解肽添加量增加，复合膜的颜色加深，而深色薄膜有助于光敏食物的包装储存[41]。

表2 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的色泽Table 2 Color parameters of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

紫外线会影响光敏食品的品质，例如使食品发生氧化、营养成分流失和出现异味，因此紫外线透光率是光敏食品包装的重要测量指标。复合膜的紫外线透光率如图3所示，所有复合膜的透光率在200～300 nm的范围内都接近于零，表现出对紫外线良好的阻隔性能，这是因为SPI中的酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸都是敏感的生色团，它们可以吸收波长小于300 nm的光[42]。与纯SPI膜相比，ESM酶解肽的加入降低了SPI膜可见光（350～800 nm）的透光率，光散射增加，因此复合膜的阻光性增加。综上，与纯SPI相比，添加ESM酶解肽后，紫外光和可见光的透光率均降低，可能是因为SPI与ESM酶解肽之间的相互作用（形成氢键）增强了蛋白质聚集程度，且复合膜本身呈棕黄色[16]。

图3 不同添加量ESM酶解肽复合大豆蛋白膜的紫外-可见光谱Fig.3 UV-visible absorption spectra of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.5 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜抗氧化活性的影响

如图4所示，随着ESM酶解肽添加量从1 g/100 mL增加到5 g/100 mL，复合膜的ABTS阳离子自由基清除率从15.09%增加到76.53%，DPPH自由基清除率从11.22%增加到59.53%，两者均在ESM酶解肽添加量为5 g/100 mL的复合膜中最高。可能是因为加入的物质可作为螯合剂和电子给体增加膜的抗氧化活性[36]。多肽的抗氧化能力与其分子质量有关，分子质量越小越能有效地与自由基反应[43-44]，ESM酶解肽由于富含小分子肽可作为抗氧化剂添加到食品中。此外，在纯SPI膜中也具有微弱的抗氧化活性，出现这种现象的原因可能是SPI水解时产生了具有抗氧化活性的肽级分子[45]。

图4 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的抗氧化活性Fig.4 Antioxidant activity of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.6 ESM酶解肽添加量对SPI复合膜抑菌性能的影响

如图5所示，SPI不含抗菌成分，因此纯SPI膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均无作用（抑菌圈直径与原膜片直径相同，均为20 mm），这与Riquelme等[46]研究的结论相同。随着ESM酶解肽添加量增加，复合膜对2 种细菌的抑菌圈直径均显著增加（P＜0.05），这表明ESM酶解肽的加入可以有效提高SPI膜的抑菌性能，这与ESM酶解肽的固有抗菌生物学活性有关，主要是因为其会导致细菌生物膜形成离子通道并产生跨膜孔，从而导致细胞内物质失衡，失衡的物质再与特定的细胞内靶标结合而使DNA序列复制、转录和翻译过程失控[47]。另外，金黄色葡萄球菌（G+）的抑菌圈直径显著大于大肠杆菌（G-）（P＜0.05），说明革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌更容易受到抑菌剂作用，这个结论与Burt等[48]的报道一致。这种差异的原因是微生物内部结构不同，革兰氏阴性菌的外部磷脂膜包含脂多糖等成分，这使细胞壁不易渗透亲脂性溶质，另外，其孔蛋白可以自由屏蔽亲水性溶质；而革兰氏阳性菌只有一个外肽聚糖层，因此该层骨架薄弱，无法保护其内部结构，所以更易被抑菌剂作用[49]。

图5 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的抑菌圈直径Fig.5 Diameters of inhibitory zones of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.7 不同ESM酶解肽添加量的SPI复合膜的FTIR分析

不同ESM酶解肽添加量的SPI复合膜的FTIR如图6所示。FTIR可以反映薄膜中聚合物之间的相互作用（主要是氢键），这种相互作用将直接影响膜的性能[50]。纯SPI膜在1 630、1 534 cm-1和1 234 cm-1处显示了SPI的特征酰胺带，分别对应酰胺I带（C＝O拉伸振动）、酰胺II带（N-H弯曲振动）和酰胺III带（C—N和N—H拉伸振动）的特征峰，这与Wang Haixia等[51]的结论一致。纯SPI膜在3 272 cm-1处的吸收峰归因于膜中SPI中的游离O—H和N—H拉伸振动[52]。2 935cm-1处的吸收峰归因于＝C-H和-NH3+的非对称拉伸振动，1 038 cm-1处的吸收峰归因于C-H和C-O-H的变形[53]。与纯SPI膜相比，添加量为5 g/100 mL复合膜的酰胺I带特征峰从1 630 cm-1处移至1 635 cm-1处，且含不同添加量ESM酶解肽的SPI复合膜的红外光谱在1 235～1 115 cm-1范围内与纯SPI不同，这可能是由于ESM酶解肽与SPI之间发生了相互作用[54]。随着ESM酶解肽添加量从0增加到5 g/100 mL，3 272 cm-1处的吸收峰向更低的波数移动，表明SPI、甘油和ESM酶解肽的-OH之间形成氢键，且ESM酶解肽在复合膜中均匀稳定分布[55]；3 700～3 100 cm-1吸收峰变窄也进一步表明SPI基质的活性基团与ESM酶解肽之间除氢键外没有其他化学键作用[56]。

图6 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的FTIR图Fig.6 FTIR spectra of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.8 不同ESM酶解肽添加量SPI复合膜的X射线衍射分析

由图7可知，纯SPI膜2θ在8.6°和19.5°处出现的衍射峰分别归因于SPI二级结构的α-螺旋和β-折叠[57]，而且2θ在19.5°左右出现的是无定型峰，表明非晶态球蛋白（7S和11S）是膜的重要组成部分[58]。与纯SPI膜对比，ESM酶解肽添加后没有出现新的衍射峰，这说明SPI与ESM酶解肽之间的相容性较好[59]；ESM酶解肽添加量从0增加到5 g/100 mL，峰的位置从19.5°移动到20.6°，且峰的宽度逐渐增加，强度逐渐减弱，这表明SPI的晶体结构在一定程度上被损坏[60]，这主要是因为ESM酶解肽加入后与甘油和SPI分子之间相互作用形成了交联网络结构限制了SPI分子链的活动，使得复合膜结晶程度降低[61]。

图7 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的XRD图Fig.7 XRD patterns of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

2.9 不同ESM酶解肽添加量SPI复合膜的SEM观察结果

微观结构是反映薄膜表面结构和内部特性的重要指标[62]。如图8所示，纯SPI膜表面不均匀，横截面有少量的孔洞，这种不稳定的结构构象使得纯SPI膜在机械、阻隔性能方面有劣势。随着ESM酶解肽添加量增加到4 g/100 mL，复合膜表面逐渐变得光滑连续，横截面变得更加致密，且没有出现相的分离，说明ESM酶解肽与SPI相容性较好（与XRD分析结论一致），其原因是两者官能团都具有羟基，相互作用形成了氢键（与FTIR分析的结论一致），分子间通过氢键交联形成了致密的网络结构，这也是拉伸强度在此范围逐渐增大的微观原因。此外，在含5 g/100 mL ESM酶解肽的复合膜中存在无定形结构，这主要是由于SPI中的蛋白质和过多肽分子发生聚集[63]，能使水蒸气的扩散能力增强，与WVP的趋势一致。

图8 不同ESM酶解肽添加量复合大豆蛋白膜的SEM图Fig.8 SEM of SPI films incorporated with different amounts of ESM enzymatic hydrolysate

3 结 论

本实验制备了添加0～5 g/100 mL ESM酶解肽的SPI复合膜并研究其理化性质与微观结构，并进一步探究其变化机理。与纯SPI膜相比，加入4 g/100 mL ESM酶解肽后其拉伸强度和接触角最高，水蒸气透过率和氧气透过率最低；复合膜的厚度、断裂伸长率、紫外线阻隔能力、抗氧化和抑菌性能都随ESM酶解肽添加量增加而显著增加，且对革兰氏阳性的抑菌效果更好；FTIR与XRD分析结果表明SPI基团与肽分子之间相容性较好，并主要以氢键的形式相互作用；SEM观察结果表明SPI/ESM酶解肽复合膜较纯SPI膜相比表面变得更光滑致密，出现的空隙较少，但过高的ESM酶解肽添加量会产生无定型结构，进而一定程度降低复合膜的包装性能。因此复合膜综合性能最优的ESM酶解肽添加量为4 g/100 mL。