谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性大豆蛋白聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能研究.doc

1、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能研究摘要：本論文以大豆蛋白和聚乙烯醇為基本成膜物質(zhì)，并利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶)對大豆蛋白進行改性處理，通過單因素試驗研究了谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度、成膜溫度和膜液pH值對薄膜性能的影響，確定了最佳成膜工藝.試驗表明：谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為1.5%、成膜溫度為40、膜液pH值為10時，所得的薄膜不僅外觀表現(xiàn)良好，且透光率好、機械強度高。關(guān)鍵詞：大豆蛋白;聚乙烯醇；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶;薄膜性能;performance of Soybean protein/PVA Composite Thin Film ResearchAbstract：This pa

2、per focuses on soybean protein and polyvinyl alcohol is the basic filmforming substances and use TG-B enzymes as modification of soy protein， through singlefactor test such as TG-B enzyme concentration, filmforming temperature and pH， to ensure the best technology parameters. Experiments show that：

3、with TG enzyme concentration of 1。5 %， film forming temperature of 40 and polyvinyl alcohol adjust pH for about ten， the biodegradable film received was not only a good appearance of membrane， but also have good light transmittance and high mechanical strength.個人收集整理，勿做商業(yè)用途文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)Key Words：S

4、oy protein； polyving akohol; Transglutaminase; Film properties 1 引言高分子酚醛樹脂的出現(xiàn)，標志著人類應(yīng)用合成高分子材料的開始.現(xiàn)在,高分子材料已滲透到人們生活的各個領(lǐng)域，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟建設(shè)中的重要材料。塑料、橡膠和纖維制品是現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中不可缺少的高分子材料，這些材料的蓬勃發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用推動了社會的發(fā)展1.塑料制品因具有質(zhì)輕、防水、耐用、生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低的優(yōu)點，在全世界被廣泛應(yīng)用且呈逐年增長趨勢。石油基塑料包裝材料自問世以來,給人們生活帶來了很多便利,但是其廢棄后不可降解，形成白色垃圾，嚴重污染了環(huán)境2。

5、所謂白色污染是人們對難降解的塑料垃圾（多指塑料袋）污染環(huán)境現(xiàn)象的一種形象稱謂。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類生活塑料制品使用后被棄置成為固體廢物,由于隨意亂丟亂扔，難于降解處理，以致造成城市環(huán)境嚴重污染的現(xiàn)象。丟棄在環(huán)境中的石油基塑料常常引起動物誤食，并造成土壤環(huán)境惡化。塑料制品在食品行業(yè)中廣泛使用，高溫下塑料中的增塑劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑等助劑將滲入到食物中，會對人的肝臟、腎臟及中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成損害。塑料的大量使用必然會帶來如何處理廢棄塑料的難題。傳統(tǒng)的塑料處理方法主要包括直接填埋、焚燒、高溫煉油等方法.這些處理方法不僅對環(huán)境造成破壞,同時也對人類健康構(gòu)成巨大威脅。

6、另一方面，石油能源終究有限,不可能取之不盡，用之不竭，以石油為原材料的塑料包裝材料的生產(chǎn)將會受到極大限制.為減少白色污染并緩解石油資源壓力，研究者把目光轉(zhuǎn)向了可食性和可生物降解包裝材料，如多糖膜3、蛋白膜45、脂質(zhì)膜、合成可降解高分子薄膜(如聚羥基丁酯膜、聚乳酸6、聚乙烯醇膜等)及復(fù)合薄膜。文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò) 大豆是一年生草本植物，蝶形花科，大豆屬，別名黃豆。大豆在我國已有4000 年左右的栽培歷史.大豆的主要組分是油脂、蛋白質(zhì)、碳水化合物、粗纖維和水分。大豆蛋白質(zhì)是大豆的主要組分，在大豆細胞內(nèi)，蛋白質(zhì)主要是以直徑為 5m20m 的球狀體存在7。大豆中

7、蛋白質(zhì)的含量高達40,是一種十分豐富的蛋白質(zhì)資源。開發(fā)植物蛋白質(zhì),特別是大豆蛋白的新用途成為一個最具吸引力的、新的研究領(lǐng)域。以大豆蛋白為原料制成的薄膜具有良好的阻氧性和較好的阻止二氧化碳遷移的能力，透氧率比玉米蛋白膜和面筋蛋白膜低7285%,比多糖基質(zhì)膜低200倍左右，且具有良好的彈性、韌性和較高的抗拉強度。同時，它還有一定的防潮性和抗菌消毒能力，適于食品包裝 ,尤其對含油脂較高的食品，能保持其優(yōu)良風味，并具有一定的機械強度，可用于水果和肉制品的涂膜保鮮及可降解包裝等。研究表明,改性可以有效提高蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)8，9,主要包括物理改性、化學(xué)改性和酶法改性10.谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶)又

8、稱轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，系統(tǒng)名稱為蛋白質(zhì)谷氨酸-谷氨酰胺基轉(zhuǎn)移酶（EC2。3。2.13,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨ase)，是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶，能催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)、蛋白質(zhì)和氨基酸之間的連接以及蛋白質(zhì)分子內(nèi)谷氨酰胺基的水解,從而改善蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性.谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶由331個氨基組成的具有活性中心的單體蛋白質(zhì)酰基轉(zhuǎn)移酶。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的作用原理是在蛋白質(zhì)之間架橋生成 （- 谷氨酰基）賴氨酸異肽鍵，從而催化蛋白質(zhì)或多肽分子間形成共價交聯(lián)及蛋白質(zhì)分子內(nèi)谷氨酰胺基的水解，形成分子內(nèi)和分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進而改善蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性甚至帶來新的功能11。 聚乙烯醇是一種水溶性高聚物,具有良好的成

9、膜性。由它制備的薄膜具有優(yōu)異的阻氧性、阻油性、耐磨性、抗撕裂性、透明性、抗靜電性、印刷性、耐化學(xué)腐蝕性和溶劑選擇性等，并在一定條件下具有水溶性和可生物降解性。且聚乙烯醇結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)有一定的相似性，分子中含有多個游離的羥基.蛋白質(zhì)和聚乙烯醇本身都可以降解，聚乙烯醇易溶于熱水，與蛋白質(zhì)在溶液狀態(tài)下容易共混均勻。兩者共混是制備兼具良好使用性能與可生物降解的材料的有效途徑之一。但是，由于大豆分離蛋白含有較多的親水基團，由其形成的薄膜親水性較高且薄膜遇水后機械性能降低，影響其使用。為改善大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜的各項性能，本試驗分別以谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度、成膜溫度和膜液pH為單因素變量，通過對薄膜透光率

10、、抗張強度、伸長率、吸水率的測定來確定最佳成膜工藝。并為實際應(yīng)用來提供理論依據(jù)和試驗依據(jù).2 試驗材料與方法2。1 試驗材料表1 試驗材料和藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家大豆蛋白無水乙醇聚乙烯醇甘油玻璃板谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨-B酶70分析純聚合度為1750±50分析純光滑無市售天津市標準科技有限公司天津市標準科技有限公司天津市天大化工試驗廠 自制2.2 儀器與設(shè)備表2 試驗器材名稱生產(chǎn)廠家HH2數(shù)顯恒溫水浴鍋JJ-1精密增力電動攪拌器SHD循環(huán)水式多用真空泵WFJ2-2000型可見分光光度計ALC2104電子天平GZX9140MBE數(shù)字鼓風干燥箱ZH-4紙與紙板厚度測定儀ZL300A紙與紙板抗張強度試

11、驗機智能電子拉力機ph Meter pHS-2C微機型pH計微量滴定管常州國華電器有限公司常州國華電器有限公司保定高新區(qū)陽光科教儀器廠上海優(yōu)尼科儀器有限公司上海鳳凰光學(xué)科儀有限公司上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠長春市紙張試驗機廠長春市紙張試驗機廠濟南蘭光項目實驗室上?？祪x儀器有限公司保定高新區(qū)陽光科教儀器廠2.3 試驗方法2。3。1 制備谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜的工藝流程 圖1 工藝流程圖2.3.2 薄膜性能的測試2。3。2.1 膜厚度的測定用ZH4紙與紙板厚度測定儀在待測膜上隨機測8點,取平均值。膜厚度一般為0。050。10 .2.3。2。2 透光率的測定將待測樣品裁切成

12、長150mm、寬12mm的矩形長條五條,貼于比色皿表面，在650nm下測定其透光率。以空比色皿作對照，用透光率大小間接表示膜透明度。2。3.2.3 抗拉強度（TS）的測定將膜裁切成長150mm、寬15mm的長條橫豎各兩條，用抗拉強度測定儀測定，拉伸速度為300，記錄膜破裂時的抗拉力，再根據(jù)下式計算抗拉強度： （1） -抗張強度（Mpa）； -試樣斷裂時承受的最大張力(N)； -試樣的截面積（m2）2.3.2。4 膜伸長率的測定將膜裁切成長150mm、寬15mm的長條橫豎各兩條，用抗拉強度測定儀測定,拉伸速度300,記錄膜破裂時的膜長，再根據(jù)以下公式計算拉伸率： (2)-伸長率-試樣斷裂時膜長膜

13、原長2.3.2。5 吸水率的測定按國標GB-1034-70標準進行測試。取10cm10cm的方塊薄膜兩個,于105下烘干至恒重（W0）,記錄數(shù)據(jù)，然后置于室溫下的蒸餾水中，定期取出，用濾紙吸干表面水分，稱重(W1），計算吸水率，每個樣品取2塊膜為一組，取平均值。 吸水率（%）= （3） 2。3.2.6 薄膜性能綜合評分原則在本試驗中需要綜合考慮多個物理指標來對大豆蛋白/聚乙烯醇薄膜的性能進行評價,所以在此采用了模糊綜合評價法,即通過引入隸屬度函數(shù)：X（u)=（XiXmin)/（Xmax-Xmin) （正效應(yīng))X(u)=1(Xi-Xmin）/（XmaxXmin)（負效應(yīng)) 式中 X（u)-待分析

14、點的隸屬度函數(shù)值;Xi-待分析點的數(shù)據(jù)值；Xmax待分析點所在數(shù)據(jù)列的最大值；Xmin待分析點所在數(shù)據(jù)列的最小值。將膜的多個性能指標經(jīng)過模糊變換成綜合評價的累加加權(quán)隸屬度值X（u）·Y。本試驗中需要考慮的物理性能指標有拉伸強度、斷裂伸長率、透光率和吸水率,考慮各指標的重要程度，確定綜合評價的權(quán)重子集Y 為0。4，0。3，0.1,0。2。3 試驗分析與結(jié)果3.1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能的影響 本試驗分別將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度設(shè)定為0、0。5、1、1。5、2，按照圖1的工藝流程進行.3。1。1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對薄膜透光率的影響圖2 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋

15、白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜透光率的影響由圖2可以看出，隨著酶濃度的增加,曲線先上升,到達峰值后又呈下降的趨勢,而峰值點在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨濃度為1。5左右。此時，薄膜的透光率達到最大值，透光效果最好.研究表明，用不同濃度的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對大豆蛋白進行改性,大豆蛋白膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能明顯不同，在等電點附近蛋白質(zhì)會發(fā)生聚沉。曲線一開始呈上升趨勢是因為低酶濃度的條件下，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)大豆蛋白膜共價交聯(lián)產(chǎn)生比未加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶薄膜致密的結(jié)構(gòu).而后曲線又呈下降趨勢是因為高酶濃度則使蛋白質(zhì)聚沉，從而形成不緊密和不均一的結(jié)構(gòu)，因此可溶性物質(zhì)會在高酶濃度改性的蛋白膜中露出，所以當酶濃度高于0。15時，透光率曲線反而下降

16、。3.1.2 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對薄膜抗張強度的影響圖3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜抗張強度的影響由圖3可以看出，曲線先下降,到達最低點后上升，而后達到峰值，之后又呈下降趨勢。最低點在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0.5左右，峰值在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為1.5%左右.谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性的大豆蛋白膜抗拉強度很大程度上依賴于所使用的酶濃度。與未加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的薄膜對比，低濃度谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性顯著增加了大豆蛋白膜的機械性能，而高濃度的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶又會降低薄膜的機械性能.這個結(jié)果表明將谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度保持在一定范圍內(nèi)時酶誘導(dǎo)產(chǎn)生的交聯(lián)能提高大豆蛋白膜的機械特性。3。1。3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)

17、氨酶濃度對薄膜伸長率的影響圖4 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜伸長率的影響由圖4可以看出，曲線的走勢和酶濃度對抗張強度的影響相似。要使薄膜得到最佳伸長率，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度要控制在1.5%左右。3。1.4 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對薄膜吸水率的影響圖5 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜吸水率的影響由圖5可以看出，曲線呈向下降后上升然后再下降的趨勢。在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0。5時，吸水率達到一個極小值，在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為1時達到峰值。而后隨著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度的增加,吸水率逐漸降低。這是因為高濃度酶使大豆蛋白大分子解聚為小分子，實驗過程中可以清晰的看到，隨著酶濃度的逐

18、漸增大，膜液逐漸變稀，并出現(xiàn)大量白色聚沉顆粒，所成薄膜并不均勻。此時，大豆蛋白含量很低，主要成膜物質(zhì)為聚乙烯醇，故其吸水率很低。蛋白質(zhì)的濃度對大豆蛋白薄膜的吸水率有較大的影響，成膜材料本身的性質(zhì)決定了膜的阻水性能。蛋白質(zhì)本身為親水性大分子，含有較多的羥基等沁水性基團,水分較容易與大豆蛋白分子結(jié)合。提高蛋白質(zhì)濃度，大豆蛋白膜中的親水基團含量增加，水分吸附及在膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)中遷移的速率加快.谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性促交聯(lián)顯著提高了大豆蛋白膜的表面疏水性，且增加的程度直接與谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的交聯(lián)反應(yīng)有關(guān),這可能是由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性使蛋白質(zhì)中更多的疏水核心或基團暴露出來的緣故.當谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0.5時達

19、到最低,極可能是因為谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)的聚集或聚沉現(xiàn)象的出現(xiàn)造成的。隨著酶濃度的增加，吸水率曲線逐漸下降，也與谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性的大豆蛋白膜的表面疏水性隨著酶濃度的增加而逐漸上升相一致,這可能是由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)大豆蛋白聚沉導(dǎo)致原先埋藏在大豆蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團暴露出來所致。因此，適當提高谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度可以降低薄膜的吸水率，但是谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度太高,成膜物質(zhì)中只剩聚乙烯醇,就失去了研究的意義。3.1.5 TG酶濃度對薄膜性能影響的綜合評分圖6 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能綜合評分的影響由圖6可以看出，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0.15%時薄膜綜合性能最佳。雖然此時薄膜

20、阻水性能稍差，但綜合考慮各方面因素，薄膜最佳酶濃度依舊為0.15。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用量的變化直接影響氧化大豆蛋白薄膜的力學(xué)性能,因為隨著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用量的增大，促進了大豆蛋白質(zhì)分子基的交聯(lián)，引起“稀釋”作用。另一方面谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)的交聯(lián)使大豆蛋白中各種蛋白組分解聚，球蛋白中的大部分堿性亞基自我聚合或沉淀12.綜合各方面性能因素分析可知，當谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0.15時復(fù)合薄膜綜合性能最佳.即復(fù)合薄膜最佳酶濃度為0。15%。3。2 成膜溫度對谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能的影響本次試驗將成膜溫度設(shè)定為20、30、40、50、60、70，并按照圖1的工藝流程進行.3.2。1

21、成膜溫度對薄膜透光率的影響圖7 成膜溫度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜透光率的影響由圖7可以看出，隨著成膜溫度的增加,薄膜透光率曲線在開始時呈現(xiàn)上升趨勢，達到峰值后，又呈現(xiàn)下降趨勢.峰值出現(xiàn)在40左右。 需要指出的是，在薄膜成型的過程中，由于原料樹脂熔體流動性的差異，成膜溫度對薄膜的透光率產(chǎn)生重要影響。溫度過低,樹脂不能充分塑化，成型的薄膜表面出現(xiàn)白霧狀的條紋，造成霧度增加，透光率下降；溫度過高，膜液流動不穩(wěn)定,刮膜過程中出現(xiàn)廢品較多。3。2。2 成膜溫度對薄膜抗張強度的影響圖8 成膜溫度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜抗張強度的影響由圖8可以看出，曲線呈先上升后下降的趨勢，在40左右出現(xiàn)峰值.此時

22、,薄膜的抗張強度最大。薄膜在制備過程中，成膜溫度對薄膜的機械性能和阻隔性會產(chǎn)生直接的影響。因為，熱處理會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,不同的成膜溫度和時間會影響蛋白質(zhì)展開的程度，進而影響蛋白質(zhì)交聯(lián)的強度和程度，使薄膜在宏觀上表現(xiàn)出功能性不同1315。二硫鍵由兩個巰基形成，可以把肽鏈的不同區(qū)段牢固地連接在一起，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而加強膜性能。隨加熱溫度升高，巰基數(shù)量逐漸增加，二硫鍵數(shù)量降低。這是由于加熱使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，蛋白中原有的二硫鍵受熱分解形成巰基,因而在加熱后的成膜液中測得巰基的數(shù)量顯著升高，二硫鍵的形成主要是在干燥成膜的過程中進行的。伴隨著水分的蒸發(fā)，成膜液中展開的蛋白質(zhì)分子首先通過疏水相互作用

23、發(fā)生聚集，二硫鍵是隨著聚集過程中局部蛋白質(zhì)含量的增加而開始形成的.因此，成膜液中含有的巰基數(shù)量越多，亦即熱處理過程中受熱分解的二硫鍵越多，在成膜過程中能夠重新形成更多分子間二硫鍵，形成更為致密緊湊的網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，提高薄膜的機械強度。同時谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的反應(yīng)活性受溫度的硬性很大,適當提高反應(yīng)溫度可以增加酶的活性。但是，酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì),溫度過高可引起蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致酶失活。3。2。3 成膜溫度對薄膜伸長率的影響圖9 成膜溫度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜伸長率的影響由圖9可以看出，成膜溫度對薄膜伸長率的影響曲線與對抗張強度的影響曲線相近.薄膜的最佳伸長率出現(xiàn)在成膜溫度為40附近。3。2。4 成

24、膜溫度對薄膜吸水率的影響圖10 成膜溫度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜吸水率的影響由圖10可以看出，曲線先上升,在成膜溫度為50附近時達到峰值，然后隨著成膜溫度增加，吸水率又開始下降。 薄膜的吸水率隨著成膜溫度升高而略微降低，這表明適當?shù)臒崽幚砟艽龠M蛋白質(zhì)分子中的氫鍵和二硫鍵斷裂，結(jié)構(gòu)展開，疏水性基團暴露出來，提高大豆蛋白疏水性，加強了分子間相互作用和二硫鍵重新分布，形成堅固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高其阻水性能。3.2.5 成膜溫度對薄膜性能影響的綜合評分圖11 成膜溫度對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能綜合評分的影響由圖11可以看出，成膜溫度在40時，薄膜的綜合性能最佳。雖然此時薄膜的吸水率仍然較高，但綜

25、合考慮各方面因素,仍40作為最佳成膜溫度.3。3 膜液pH對谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能的影響本試驗分別將pH值設(shè)定為4、5、6、7、8、9、10、11，按照圖1的工藝流程進行。3。3.1 膜液pH對薄膜透光率的影響圖12 膜液pH對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜吸水率的影響由圖12可以看出，曲線呈先上升后下降的趨勢，在組七pH=10處，透光率最大，透光效果最佳。膜液pH值對大豆蛋白的溶解和膜的形成具有重要作用。大豆蛋白中的氨基酸殘基含有帶正電荷的氨基正離子和帶負電荷的羧基負離子，在不同的pH條件下會顯示出不同極性的表面電荷，而蛋白質(zhì)的表面電荷對其溶解性影響很大。堿性條件下,隨

26、著pH的升高大豆蛋白的溶解性逐漸增大，外觀上表現(xiàn)為膜的透光率增加。 pH值過高時，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的穩(wěn)定性下降，大豆蛋白的溶解度降低,透光率隨之降低，因此曲線呈下降趨勢。3.3。2 膜液pH對薄膜抗張強度的影響 圖13 膜液pH對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜抗張強度的影響由圖13可以看出，曲線先下降,達到最低值后呈上升趨勢，隨著pH值得增加，薄膜抗張強度增加。最低值出現(xiàn)在pH=5處。膜液pH直接與蛋白溶解性、分子間構(gòu)象以及分子間相互作用有關(guān) ,因此成膜時的pH值對蛋白膜極其重要。大豆蛋白膜的成膜溶液呈酸性(pH在3 左右)時 ，蛋白質(zhì)交聯(lián)適度 ,既能提高溶液中的分子量 ，增大分子間結(jié)合力 ,又不至

27、于使膜微孔尺寸加大 ,水汽透性上升。Gennadios 和 Brandenburg 等曾經(jīng)研究了pH值對大豆蛋白膜性能的影響 ,結(jié)果表明：pH值在 13 和 512 之間能成膜 ，在等電點附近 ,因蛋白質(zhì)溶解性差 ,難成膜；而pH值在512間形成的膜無論機械性能還是阻隔性能均優(yōu)于pH值在 13間形成的膜。不同的膜液pH，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活力不同，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶穩(wěn)定pH范圍是5。07。0，隨著pH的逐漸增加，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活力逐漸增強，使蛋白質(zhì)大分子鏈在酶的作用下解聚成為小分子并形成小分子交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故而膜的抗拉強度和伸長率隨著pH的逐漸增大而逐漸下降。由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶在低于4。0或高于9

28、。0時極不穩(wěn)定，故當pH升至10。0時，酶活性急劇降低，使膜液蛋白質(zhì)大分子間形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而抗拉強度和伸長率曲線此時均呈現(xiàn)上升走勢。 3。3.3 膜液pH對薄膜伸長率的影響圖14 膜液pH對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜伸長率的影響由圖14可以看出，膜液pH值對薄膜伸長率的影響和對抗張強度的影響相似。因此，pH值應(yīng)適當高一些。 3。3.4 膜液pH對薄膜吸水率的影響圖15 膜液pH對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜吸水率的影響由圖15可以看出，隨著pH的增大，pH值4-5范圍內(nèi)吸水率曲線逐漸上升；pH值510范圍內(nèi)，曲線仍在上升但幅度有所減少；pH值大于11以后，曲線又開始呈現(xiàn)下降趨勢。蛋白質(zhì)的濃

29、度對大豆蛋白薄膜的吸水率有較大的影響，成膜材料本身的性質(zhì)決定了膜的阻水性能。蛋白質(zhì)本身為親水性大分子,含有較多的羥基等沁水性基團,水分較容易與大豆蛋白分子結(jié)合。提高蛋白質(zhì)濃度，大豆蛋白膜中的親水基團含量增加，水分吸附及在膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)中遷移的速率加快，不同的膜液pH,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活力不同，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶穩(wěn)定pH范圍是5。07。0，隨著pH的逐漸增加,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活力較為穩(wěn)定，使蛋白質(zhì)大分子鏈在酶的作用下解聚成小分子鏈的程度較小，故而大豆蛋白膜的親水基團含量隨著pH的逐漸增大而逐漸增加，故而曲線呈上升趨勢,堿性pH條件下大豆蛋白成膜過程中有更多的疏水性基團暴露出來，pH值大于11以后谷氨酰胺

30、轉(zhuǎn)氨酶改性的大豆蛋白膜表面疏水性逐漸下降,即吸水率下降.實際上,不同pH條件下，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶改性對于大豆蛋白膜表面疏水性改善程度的不同可能是因為不同pH條件下,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)的交聯(lián)反應(yīng)有所不同。3.3.5 膜液pH值對薄膜性能影響的綜合評分圖16 膜液pH對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能綜合評分的影響由圖16可以看出，pH值在10左右時薄膜綜合性能最佳。雖然此時薄膜的吸水率較高，但綜合考慮各方面因素，仍將pH=10作為最佳膜液pH值.4 結(jié)論 本論文分別以谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度、成膜溫度和膜液pH值為單因素變量進行三組試驗。利用大豆蛋白和聚乙烯醇為主要成膜物質(zhì)，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對大豆蛋白改性來

31、制作薄膜。并通過測定薄膜的透光率、抗張強度、伸長率、吸水率來進行綜合評分.通過試驗，得出一下結(jié)論:1、隨著谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度的逐漸增大，薄膜透光率隨著酶濃度的逐漸增大，呈現(xiàn)上升下降的趨勢，當谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度為0.15%時透光率最高。薄膜的抗拉強度呈現(xiàn)由下降到上升再到下降的趨勢，當酶濃度為0。15%時薄膜的抗拉強度最大，而伸長率與抗拉強度曲線走勢基本一致,同樣在0.15%酶濃度條件下伸長率達到最大值。對于復(fù)合薄膜吸水率影響曲線，當酶濃度由0。0增加到0。5時，曲線一直呈現(xiàn)下降趨勢，酶濃度為0.5時，吸水率最低，酶濃度有0.5%增加到1%時。曲線上升，之后隨著酶濃度增加,曲線又呈下降的趨勢。參照

32、復(fù)合薄膜綜合性能評分折線圖，綜合考慮多方面性能因素，薄膜最佳酶濃度確定為0.15。2、隨著成膜溫度的增加，薄膜透光率先增加隨后又開始降低，在40時,透光率最高.薄膜抗張強度和伸長率也為先上升后下降的趨勢，在40時抗張強度和伸長率均較高,即薄膜的機械強度較高。對于薄膜的吸水率影響曲線，當成膜溫度從20-40時，曲線緩慢上升，40-50時，曲線急劇上升，并在50時，吸水率達到最大值，之后又呈下降趨勢.參照薄膜綜合性能評分折線圖，綜合考慮多方面因素,薄膜最佳成膜溫度確定為40。3、隨著pH值的增加，薄膜的透光率呈上升再下降的趨勢,pH為10時透光性最好。薄膜的抗拉強度在pH值4-5時緩慢下降,在pH

33、=5時最低,之后逐漸增大。而伸長率大致呈上升再下降的趨勢,在pH=10達到最大。吸水率曲線為先上升再下降的趨勢，在pH=11時吸水率最大。參照薄膜綜合性能評分折線圖，綜合考慮多方面因素,薄膜的最佳膜液pH值確定為10。參考文獻1 馬海， 邱謹楠.生物降解高分子材料的研究進展J。 安徽化工， 2008， 34(4）： 14。2 賈云芝,陳志周。還原劑對大豆蛋白/聚乙烯醇復(fù)合薄膜性能的影響J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28(增刊 1）：312316。 3 張衛(wèi)英，夏生平，王燦耀，等. 淀粉基完全生物降解材料的研究J。 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20(3):184187.4 馬丹,趙曉燕,馬越,等. 不同工藝生產(chǎn)大豆分離蛋白的成膜性能J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008，24(10）：239242.5 曹丹,吳林波，李伯耿，等。 聚