靜電紡絲玉米醇溶蛋白復(fù)合納米纖維用于食品膜材料研究進(jìn)展

王大鵬，劉 丹

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，吉林 長春 130118）

玉米醇溶蛋白 （zein）具有良好的成膜性，抗氧化性以及凝膠化性，已被作為表層材料和保護(hù)藥品材料的應(yīng)用［1-2］。玉米醇溶蛋白可溶于乙醇溶液，具有良好的成纖性和低毒性。此外，因?yàn)橛衩状既艿鞍讚碛卸嚯慕Y(jié)構(gòu)使其具有生物可降解性、生物相容性的獨(dú)特優(yōu)勢［3］。與其它蛋白質(zhì)生物材料一樣，玉米醇溶蛋白具有脆性，力學(xué)性能不佳，尤其是通過靜電紡絲法制備成玉米醇溶蛋白纖維材料后，材料力學(xué)性能差［4-5］。靜電紡絲技術(shù)在近年來的發(fā)展中受到廣泛關(guān)注，是一種簡單而有效地制備微納米級纖維的紡絲技術(shù)［6］。文獻(xiàn)研究了干法紡絲生產(chǎn)Zein交聯(lián)纖維。在此基礎(chǔ)上，采用靜電紡絲法制備Zein纖維的研究也逐漸增多。Zein與其它天然或合成的高分子物質(zhì)共混后電紡，不僅能大大提高單一復(fù)合納米纖維膜的力學(xué)性能，更能使其同時具有兩種或多種材料的特點(diǎn)，可以應(yīng)用在食品包裝材料方面。

1 Zein復(fù)合納米纖維用于食品用膜材料

1.1 Zein與殼聚糖復(fù)合制備食品膜材料

殼聚糖 （Chitosan，CS）是一種天然的生物高分子線形多糖，不僅具有良好的生物相容性與可降解性，還具有抗菌可以用于食品包裝材料。Sergio Torres-Giner等［7］發(fā)現(xiàn)將玉米醇溶蛋白與天然抗菌殼聚糖 （高達(dá)10%）混合是得到具有有效殺菌性能的不溶性納米纖維膜，由于強(qiáng)酸的釋放，該系統(tǒng)被認(rèn)為是高酸性介質(zhì)導(dǎo)致抗菌行為。通過ATRFTIR光譜法確定了殘留的三氟乙酸殘留量，證明在溫和的酸性條件下具有良好的殺菌劑性能，這歸因于此不涉及酸而是涉及殼聚糖成分，在食品包裝材料學(xué)具有潛在應(yīng)用。

1.2 Zein與聚乳酸合制備食品膜材料

聚乳酸 （Polylactic acid，簡稱PLA）是以乳酸為單體化學(xué)合成的，也稱聚丙交酯，是具有可生物降解的高分子聚酯材料。聚乳酸可以生物降解是理想的綠色高分子材料。Chen Yao等［8］共軛電紡制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5% Zein／PLA復(fù)合納米纖維納米纖維，通過SEM和X射線衍射研究納米纖維結(jié)構(gòu)和形態(tài)。結(jié)果表明，玉米醇溶蛋白紗線由大量的纖維組成，直徑范圍從幾百納米到幾微米，玉米醇溶蛋白的濃度對紗線中納米纖維的直徑起著重要的作用。為了改善納米纖維紗的機(jī)械性能，通過使用靜電紡絲摻入三種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù) （5%，10%和20%）的香芹酚制備玉米醇溶蛋白和聚乳酸（PLA）制成復(fù)合纖維薄膜。玉米醇溶蛋白和PLA的纖維的形態(tài)和尺寸受香芹酚含量的影響。傅里葉變換紅外光譜 （FTIR）和熱重分析 （TGA）結(jié)果表明，香芹酚被包裹在電紡玉米醇溶蛋白和PLA纖維中。載有香芹酚的玉米蛋白纖維的抗氧化活性為62%至75%，而對于5%～20%的香芹酚含量，PLA纖維的抗氧化能力為53%～65%。復(fù)合纖維膜表現(xiàn)出持續(xù)的擴(kuò)散控制釋放行為。對全麥面包樣品的初步研究表明，負(fù)載香芹酚的靜電紡玉米蛋白和PLA纖維能夠保存面包樣品，表明它們是有效食品包裝材料，可以延長全麥面包的貨架期。

1.3 Zein與明膠復(fù)合制備食品膜材料

明膠是一種肽分子聚合物質(zhì)，為膠原蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物，它是非均勻的多肽混合物，相對分子質(zhì)量為10000～70000，是一種天然營養(yǎng)型的高蛋白食品增稠劑。通過混合電紡絲制備明膠／玉米蛋白納米纖維。經(jīng)過場發(fā)射掃描電子顯微鏡的形態(tài)學(xué)觀察表明，明膠／玉米蛋白納米纖維的直徑隨著明膠比例的增加而顯著增加。傅里葉變換紅外光譜和差示掃描量熱法的結(jié)果表明，明膠和玉米蛋白通過氫鍵強(qiáng)烈相互作用。均勻混合導(dǎo)致明膠／玉米蛋白納米纖維的晶體結(jié)構(gòu)為1∶1（質(zhì)量比），顯示出疏水性表面 （水接觸角為118°）。與純明膠或玉米醇溶蛋白納米纖維相反，明膠／玉米醇溶蛋白纖維在浸入水或乙醇中24h后仍保留3D多孔結(jié)構(gòu)。組裝的明膠／玉米蛋白納米纖維薄膜在生物活性傳遞或食品中控釋方面具有潛在的應(yīng)用前景。

2 結(jié)語

Zein具有良好的生物相容性、生物可降解性、可紡性等特點(diǎn)，通過電紡與其它高分子材料、天然提取物和酶復(fù)合可得到比表面積大、孔隙率高和尺寸可控的復(fù)合食品包裝膜材料，該纖維在具有抗菌、保鮮、食品檢測等功能展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。在電紡Zein在溶劑的選擇、影響因素考察、復(fù)合方式等方面已取得了諸多可喜的研究成果，但Zein在用于食品膜材料用尚處于起步階段。相信隨著研究的深入，Zein在這一領(lǐng)域的應(yīng)用將顯露出其獨(dú)特的優(yōu)勢，具有非常好的應(yīng)用前景。