靜電紡絲玉米醇溶蛋白復合納米纖維用于食品膜材料研究進展

王大鵬，劉 丹

（吉林農業大學，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藥品材料的應用［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，因為玉米醇溶蛋白擁有多肽結構使其具有生物可降解性、生物相容性的獨特優勢［3］。與其它蛋白質生物材料一樣，玉米醇溶蛋白具有脆性，力學性能不佳，尤其是通過靜電紡絲法制備成玉米醇溶蛋白纖維材料后，材料力學性能差［4-5］。靜電紡絲技術在近年來的發展中受到廣泛關注，是一種簡單而有效地制備微納米級纖維的紡絲技術［6］。文獻研究了干法紡絲生產Zein交聯纖維。在此基礎上，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共混后電紡，不僅能大大提高單一復合納米纖維膜的力學性能，更能使其同時具有兩種或多種材料的特點，可以應用在食品包裝材料方面。

1 Zein復合納米纖維用于食品用膜材料

1.1 Zein與殼聚糖復合制備食品膜材料

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］發現將玉米醇溶蛋白與天然抗菌殼聚糖 （高達10%）混合是得到具有有效殺菌性能的不溶性納米纖維膜，由于強酸的釋放，該系統被認為是高酸性介質導致抗菌行為。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，在食品包裝材料學具有潛在應用。

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］共軛電紡制備質量分數為7.5% Zein／PLA復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構和形態。結果表明，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械性能，通過使用靜電紡絲摻入三種不同質量分數 （5%，10%和20%）的香芹酚制備玉米醇溶蛋白和聚乳酸（PLA）制成復合纖維薄膜。玉米醇溶蛋白和PLA的纖維的形態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%。復合纖維膜表現出持續的擴散控制釋放行為。對全麥面包樣品的初步研究表明，負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與明膠復合制備食品膜材料

明膠是一種肽分子聚合物質，為膠原蛋白質的水解產物，它是非均勻的多肽混合物，相對分子質量為10000～70000，是一種天然營養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。經過場發射掃描電子顯微鏡的形態學觀察表明，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果表明，明膠和玉米蛋白通過氫鍵強烈相互作用。均勻混合導致明膠／玉米蛋白納米纖維的晶體結構為1∶1（質量比），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多孔結構。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用前景。

2 結語

Zein具有良好的生物相容性、生物可降解性、可紡性等特點，通過電紡與其它高分子材料、天然提取物和酶復合可得到比表面積大、孔隙率高和尺寸可控的復合食品包裝膜材料，該纖維在具有抗菌、保鮮、食品檢測等功能展現了廣闊的應用前景。在電紡Zein在溶劑的選擇、影響因素考察、復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在這一領域的應用將顯露出其獨特的優勢，具有非常好的應用前景。