卡拉胶对豌豆蛋白复合膜性能的影响

梁月 李源 郭旭 付玮 孙瑜聪 张春红

摘要：以豌豆分离蛋白（PPI）为原料，添加卡拉胶（CGN），制备豌豆蛋白—卡拉胶（PPI-CGN）复合膜，研究卡拉胶对复合膜性能的影响。结果表明：添加0.6%～1.4%的卡拉胶时，随着卡拉胶添加量的增加，复合粒子的粒径和Zeta电位绝对值显著增大（p<0.05），复合膜的厚度、水蒸气透过率、水溶性、不透明度逐渐增大（p>0.05），复合膜的机械强度、L*值和a*值呈先增大后减小的趋势（p>0.05）。与豌豆蛋白膜相比，复合粒子的粒径和Zeta电位绝对值、复合膜的抗拉伸强度和色度显著增大（p<0.05），断裂伸长率和溶解度显著降低（p<0.05）。

关键词：豌豆分离蛋白;卡拉胶;复合膜;性能;影响

中图分类号：TS206.4    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）01-0054-03

收稿日期：2021-12-20

作者简介：梁 月（1994—），女，硕士，助理工程师，从事食品包装检测方面的研究工作。

通信作者：张春红（1968—），女，博士，教授，从事植物蛋白质改性及应用方面的研究工作。

豌豆蛋白具有来源广泛、致敏性低、成膜性好等优点，成为理想的可降解食用包装材料。但因单一基质蛋白膜的机械性能和阻隔性较差，其实际应用受到了一些限制。卡拉胶是一种水溶性阴离子多糖，具有良好的成膜性。研究表明，蛋白质和多糖之间的相互作用有助于提高复合膜的性能。以豌豆分离蛋白（PPI）为原料，添加卡拉胶（CGN），制备豌豆蛋白—卡拉胶（PPI-CGN）复合膜，研究卡拉胶对复合膜性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豌豆分离蛋白：自制;盐酸、溴化钾、氢氧化钠和丙三醇：沈阳化学试剂。

1.2 仪器与设备

FA2004B型电子天平：常州欣耀宇仪器制造有限公司;HH-601型电热恒温水浴锅：常州国华电器有限公司;pHS-3C型精密pH计：上海理达仪器厂;DHG-DHG-9070S型电热鼓风干燥箱：宁波乐电仪器制造有限公司;Q2LF型螺旋测微器：苏州量子仪器有限公司;电子拉力试验机：常州隆和仪器制造有限公司;TG1650-WS型立式高速冷冻离心机：德国Eppendorf;FTIR-650型傅里叶变红外光谱分析仪：Thermo Nicolet公司。

1.3 试验方法

1.3.1 豌豆分离蛋白的制备 参照蔡丽美的方法。

1.3.2 豌豆蛋白膜的制备 配置7%的SPI溶液（W/V），调节pH值10，80 ℃条件下加热30 min，加入3.5%的甘油（W/V），充分混合并脱气。采用流延法将

100 mL膜液倒在15 cm×15 cm的玻璃板上， 60 ℃条件下干燥4 h，待膜回软后揭膜，备用。

1.3.3 豌豆蛋白—卡拉胶复合膜的制备 配置7%的SPI溶液，调节pH值10，80 ℃条件下加热30 min，加入0.1%的卡拉胶（W/V）和3.5%的甘油，充分混合并脱气。采用流延法将100 mL膜液倒在15 cm×15 cm的玻璃板上，60 ℃条件下干燥4 h，待膜回软后揭膜，备用。

1.3.4 复合粒子Zeta电位和颗粒的测定 参照熊文飞的方法。

1.3.5 膜厚度和机械性能的测定 参照GB/T 6672—2001和蔡麗美的方法。

1.3.6 膜水蒸气透过率和水溶性的测定 参照钟天辰的方法。

1.3.7 膜氧气透过率的测定 参照 GB 5009.227—2016的方法。

1.3.8 膜透光率和色度的测定 参照钟天辰的方法。

2 结果与分析

2.1 卡拉胶对PPI-CGN复合粒子粒径的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合粒子粒径测定结果如图1所示，图中字母表示同组存在显著性差异，p<0.05。

由图1可以看出：随着卡拉胶添加量的增加，复合粒子粒径呈显著增大趋势（p<0.05），这可能是因为豌豆蛋白—卡拉胶复合物大范围聚集而导致的。

2.2 卡拉胶对PPI-CGN复合粒子Zeta电位的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合粒子Zeta电位测定结果如图2所示，图中字母表示同组存在显著性差异，p<0.05。

由图2可以看出：随着卡拉胶添加量的增加，复合粒子Zeta电位绝对值显著增大（p<0.05），这可能是因为卡拉胶属于阴离子，随着卡拉胶添加量的增加，复合粒子中的带负电荷量增加，导致Zeta电位绝对值进一步增大。

2.3 卡拉胶对PPI-CGN复合膜厚度和机械性能的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合膜厚度和机械性能测定结果见表1。

由表1可知：随着卡拉胶添加量的增加，膜的厚度显著增大（p>0.05），这可能是因为豌豆蛋白与卡拉胶之间形成了较为致密的网络结构;膜的机械性能呈先增大后减小趋势（p<0.05），这可能是因为卡拉胶和豌豆蛋白之间通过美拉德反应形成了共价作用，当卡拉胶添加量超过1%时美拉德反应程度过高。另外，复合膜的抗拉伸强度显著高于对照膜（p<0.05），断裂伸长率显著低于对照膜（p<0.05）。

2.4 卡拉胶对PPI-CGN复合膜水蒸气透过率和透光率的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合膜水蒸气透过率和透光率测定结果见表2。

由表2可知：随着卡拉胶添加量的增加，水蒸气透过率呈逐渐增大趋势（p>0.05），这可能是因为PPI-CGN在成膜期间发生了美拉德反应，导致豌豆蛋白和卡拉胶分子之间因较强共价相互作用力而形成较为致密的网络结构，减少水分子渗透到膜中;透光率呈先增大后减小趋势（p>0.05），这可能是因为卡拉胶添加量超过1%后，过多的卡拉胶导致膜液流动性变差，光散射变大。另外，复合膜的水蒸气透过率显著低于对照膜（p<0.05）。

2.5 卡拉膠对PPI-CGN复合膜水溶性的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合膜水溶性测定结果见表3。

由表3可知：随着卡拉胶添加量的增加，膜的水溶性呈逐渐增大趋势（p>0.05），这可能是因为卡拉胶属于水溶性多糖;膜的溶胀指数呈逐渐增大趋势（p>0.05），这可能是因为卡拉胶与豌豆蛋白分子链的紧密连接度降低，使更多水分子进入豌豆蛋白内部，导致膜吸水膨胀。另外，复合膜的溶解度和溶胀指数显著低于对照膜（p<0.05）。

2.6 卡拉胶对PPI-CGN复合膜色度的影响

不同卡拉胶添加量下PPI-CGN复合膜色度测定结果见表4。

由表4可知：随着卡拉胶添加量的增加，复合膜的L*值和a*值呈先增大后减小趋势，这可能是因为随着美拉德反应终产物的形成，膜的亮度和红度持续降低。

3 结论

1） 添加0.6%～1.4%的卡拉胶时，随着卡拉胶添加量的增加，复合粒子的粒径和Zeta电位绝对值显著增大（p<0.05），复合膜的厚度、水蒸气透过率、水溶性、不透明度逐渐增大（p>0.05），复合膜的机械强度、L*值和a*值呈先增大后减小的趋势（p>0.05）。

2） 与豌豆蛋白膜相比，复合粒子的粒径和Zeta电位绝对值、复合膜的抗拉伸强度和色度显著增大（p<0.05），断裂伸长率和溶解度显著降低（p<0.05）。

参考文献

[1] 蔡丽美.豌豆蛋白抑菌膜的制备及性能研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2019.

[2] 熊文飞.电荷密度调控多尺度下卵白蛋白-羧甲基纤维素静电复合机制及应用[D].武汉：华中农业大学，2018.

[3] 钟天辰.麝香草酚和香芹酚对花生蛋白膜性能影响的研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2018.

[4] GIRARD A L，AWIKA J M.Effects of edible plant polyphenols on gluten protein functionality and potential applications of polyphenol-gluten interactions[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety，2020（19）：2 164-2 199.

[5] AMAGLIANI L，O'REGAN J，KELLY A L，et al.The composition，extraction，functionality and applications of rice proteins：A review[J].Trends in Food Science & Technology，2017（64）：1-12.

Effect of Carrageenan on Properties of Pea Protein 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 100866， China）

Abstract： Pea protein isolate （PPI） was used as raw material， and carrageenan （CGN） was added to prepare pea protein-carrageenan （PPI-CGN） composite membrane， and the effect of carrageenan on the properties of composite membrane was studied.？The results show that： With the addition of 0.6% ～ 1.4% carrageenan， with the increase of carrageenan， the particle size and absolute value of Zeta potential of composite particles increased significantly （P<0.05）， and the thickness， water vapor transmittance， water solubility and opacity of composite membrane increased gradually （P>0.05）. The mechanical strength， L* value and A* value of the composite membrane increased first and then decreased （P>0.05）. Compared with pea protein membrane， the particle size and absolute value of Zeta potential of composite particles， tensile strength and chroma of composite membrane were significantly increased （P< 0.05）， while the elongation at break and solubility of composite membrane were significantly decreased （P<0.05）.

Key words： pea protein isolate; carrageenan; composite membrane; performance; effect