1、谷氨酰胺转氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能研究摘要：本论文以大豆蛋白和聚乙烯醇为基本成膜物质，并利用谷氨酰胺转氨酶（谷氨酰胺转氨酶）对大豆蛋白进行改性处理，通过单因素试验研究了谷氨酰胺转氨酶浓度、成膜温度和膜液pH 值对薄膜性能的影响，确定了最佳成膜工艺。试验表明：谷氨酰胺转氨酶浓度为 1.5%、成膜温度为 40、膜液 pH 值为 10 时，所得的薄膜不仅外观表现良好，且透光率好、机械强度高。关键词：大豆蛋白；聚乙烯醇；谷氨酰胺转氨酶；薄膜性能；performance of Soybean protein/PVA Composite Thin Film ResearchAbstract：
2、This paper focuses on soybean protein and polyvinyl alcohol is the basic film-forming substances and use TG-B enzymes as modification of soy protein, through single-factor test such as TG-B enzyme concentration, film-forming temperature and pH, to ensure the best technology parameters. Experiments s
3、how that: 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.Key Words：Soy protein; polyv
4、ing akohol; Transglutaminase; Film properties 1 引言高分子酚醛树脂的出现，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现在，高分子材料已渗透到人们生活的各个领域，成为科学技术、经济建设中的重要材料。塑料、橡胶和纤维制品是现代生产、生活中不可缺少的高分子材料，这些材料的蓬勃发展及其在各个领域的广泛应用推动了社会的发展 1。塑料制品因具有质轻、防水、耐用、生产技术成熟、成本低的优点，在全世界被广泛应用且呈逐年增长趋势。石油基塑料包装材料自问世以来，给人们生活带来了很多便利，但是其废弃后不可降解，形成白色垃圾，严重污染了环境 2。所谓白色污染是人们对难降解的塑
5、料垃圾(多指塑料袋)污染环境现象的一种形象称谓。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类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致造成城市环境严重污染的现象。丢弃在环境中的石油基塑料常常引起动物误食，并造成土壤环境恶化。塑料制品在食品行业中广泛使用，高温下塑料中的增塑剂、稳定剂、抗氧化剂等助剂将渗入到食物中，会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统造成损害。塑料的大量使用必然会带来如何处理废弃塑料的难题。传统的塑料处理方法主要包括直接填埋、焚烧、高温炼油等方法。这些处理方法不仅对环境造成破坏，同时也对人类健康构成巨大威胁。另一方面，石油能源终究有限，不
6、可能取之不尽，用之不竭，以石油为原材料的塑料包装材料的生产将会受到极大限制。为减少白色污染并缓解石油资源压力，研究者把目光转向了可食性和可生物降解包装材料，如多糖膜 3、蛋白膜 4-5、脂质膜、合成可降解高分子薄膜（如聚羟基丁酯膜、聚乳酸 6、聚乙烯醇膜等）及复合薄膜。大豆是一年生草本植物，蝶形花科，大豆属，别名黄豆。大豆在我国已有4000 年左右的栽培历史。大豆的主要组分是油脂、蛋白质、碳水化合物、粗纤维和水分。大豆蛋白质是大豆的主要组分，在大豆细胞内，蛋白质主要是以直径为 5m 20m 的球状体存在 7。大豆中蛋白质的含量高达 40，是一种十分丰富的蛋白质资源。开发植物蛋白质，特别是大豆蛋
7、白的新用途成为一个最具吸引力的、新的研究领域。以大豆蛋白为原料制成的薄膜具有良好的阻氧性和较好的阻止二氧化碳迁移的能力，透氧率比玉米蛋白膜和面筋蛋白膜低 72%85%，比多糖基质膜低 200 倍左右，且具有良好的弹性、韧性和较高的抗拉强度。同时，它还有一定的防潮性和抗菌消毒能力，适于食品包装 ,尤其对含油脂较高的食品，能保持其优良风味，并具有一定的机械强度，可用于水果和肉制品的涂膜保鲜及可降解包装等。研究表明，改性可以有效提高蛋白质的功能性质 8,9，主要包括物理改性、化学改性和酶法改性 10。谷氨酰胺转胺酶（谷氨酰胺转氨酶）又称转谷氨酰胺酶，系统名称为蛋白质-谷氨酸-谷氨酰胺基转移酶（EC2
8、.3.2.13 ，谷氨酰胺转氨 ase） ，是一种催化酰基转移反应的转移酶，能催化蛋白质分子内或分子间的交联、蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，从而改善蛋白质的结构和功能特性。谷氨酰胺转氨酶由 331 个氨基组成的具有活性中心的单体蛋白质酰基转移酶。谷氨酰胺转氨酶的作用原理是在蛋白质之间架桥生成 -（- 谷氨酰基）赖氨酸异肽键，从而催化蛋白质或多肽分子间形成共价交联及蛋白质分子内谷氨酰胺基的水解，形成分子内和分子间的网状结构，进而改善蛋白质的结构和功能特性甚至带来新的功能 11。聚乙烯醇是一种水溶性高聚物，具有良好的成膜性。由它制备的薄膜具有优异的阻氧性、阻油性、耐磨性
9、、抗撕裂性、透明性、抗静电性、印刷性、耐化学腐蚀性和溶剂选择性等，并在一定条件下具有水溶性和可生物降解性。且聚乙烯醇结构与蛋白质有一定的相似性，分子中含有多个游离的羟基。蛋白质和聚乙烯醇本身都可以降解，聚乙烯醇易溶于热水，与蛋白质在溶液状态下容易共混均匀。两者共混是制备兼具良好使用性能与可生物降解的材料的有效途径之一。但是，由于大豆分离蛋白含有较多的亲水基团，由其形成的薄膜亲水性较高且薄膜遇水后机械性能降低，影响其使用。为改善大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜的各项性能，本试验分别以谷氨酰胺转氨酶浓度、成膜温度和膜液 pH 为单因素变量，通过对薄膜透光率、抗张强度、伸长率、吸水率的测定来确定最佳成膜工
10、艺。并为实际应用来提供理论依据和试验依据。2 试验材料与方法2.1 试验材料表 1 试验材料和药品名称 规格 生产厂家大豆蛋白无水乙醇聚乙烯醇甘油玻璃板谷氨酰胺转氨-B 酶70%分析纯聚合度为 175050分析纯光滑无市售天津市标准科技有限公司天津市标准科技有限公司天津市天大化工试验厂自制2.2 仪器与设备表 2 试验器材名称 生产厂家HH-2 数显恒温水浴锅JJ-1 精密增力电动搅拌器SHD-循环水式多用真空泵WFJ2-2000 型可见分光光度计ALC2104 电子天平GZX9140MBE 数字鼓风干燥箱ZH-4 纸与纸板厚度测定仪ZL-300A 纸与纸板抗张强度试验机智能电子拉力机ph M
11、eter pHS-2C 微机型 pH 计微量滴定管常州国华电器有限公司常州国华电器有限公司保定高新区阳光科教仪器厂上海优尼科仪器有限公司上海凤凰光学科仪有限公司上海博迅实业有限公司医疗设备厂长春市纸张试验机厂长春市纸张试验机厂济南兰光项目实验室上海康仪仪器有限公司保定高新区阳光科教仪器厂2.3 试验方法2.3.1 制备谷氨酰胺转氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜的工艺流程大豆蛋白溶液 1 0 0 m l聚乙烯醇溶液 2 0 0 m l6 0 搅拌 3 0 m i n9 0 搅拌 3 0 m i n过滤大豆蛋白聚乙烯醇混合液无水乙醇消泡室温冷却至 4 0 加 T G酶调 P H = 7搅拌1 0
12、 m i n加 6 m l 甘油搅拌 3 0 m i n（ 4 0 水浴 ）抽滤 （ 6 0 ）成膜烘干一小时 （ 8 5 ）揭膜室温放置一天恒温恒湿干燥器中保存 1 天 膜性能测试图 1 工艺流程图2.3.2 薄膜性能的测试2.3.2.1 膜厚度的测定用 ZH-4 纸与纸板厚度测定仪在待测膜上随机测 8 点，取平均值。膜厚度一般为 0.05-0.10 。2.3.2.2 透光率的测定将待测样品裁切成长 150mm、宽 12mm 的矩形长条五条，贴于比色皿表面，在650nm 下测定其透光率。以空比色皿作对照，用透光率大小间接表示膜透明度。2.3.2.3 抗拉强度（TS）的测定将膜裁切成长 150
13、mm、宽 15mm 的长条横竖各两条，用抗拉强度测定仪测定，拉伸速度为 300 ，记录膜破裂时的抗拉力，再根据下式计算抗拉强度：(1) 抗张强度（Mpa） ；试样断裂时承受的最大张力（N） ；试样的截面积（m 2）2.3.2.4 膜伸长率的测定将膜裁切成长 150mm、宽 15mm 的长条横竖各两条，用抗拉强度测定仪测定，拉伸速度 300 ，记录膜破裂时的膜长，再根据以下公式计算拉伸率：(2)伸长率试样断裂时膜长膜原长2.3.2.5 吸水率的测定按国标 GB-1034-70 标准进行测试。取 10cm*10cm 的方块薄膜两个，于 105下烘干至恒重（W 0）,记录数据，然后置于室温下的蒸馏水
14、中，定期取出，用滤纸吸干表面水分，称重（W 1）,计算吸水率，每个样品取 2 块膜为一组，取平均值。吸水率（%）= * (3) 2.3.2.6 薄膜性能综合评分原则在本试验中需要综合考虑多个物理指标来对大豆蛋白/聚乙烯醇薄膜的性能进行评价，所以在此采用了模糊综合评价法，即通过引入隶属度函数：X(u)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin) (正效应)X(u)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)(负效应)式中 X(u)待分析点的隶属度函数值；Xi待分析点的数据值；Xmax待分析点所在数据列的最大值；Xmin待分析点所在数据列的最小值。将膜的多个性能指标经过模糊变换成综合评价的累加
15、加权隶属度值X(u)Y。本试验中需要考虑的物理性能指标有拉伸强度、断裂伸长率、透光率和吸水率，考虑各指标的重要程度，确定综合评价的权重子集 Y 为0.4，0.3，0.1，0.2。3 试验分析与结果3.1 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能的影响本试验分别将谷氨酰胺转氨酶浓度设定为 0、0.5%、1%、1.5%、2%，按照图1 的工艺流程进行。3.1.1 谷氨酰胺转氨酶浓度对薄膜透光率的影响图 2 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜透光率的影响由图 2 可以看出，随着酶浓度的增加，曲线先上升，到达峰值后又呈下降的趋势，而峰值点在谷氨酰胺转氨浓度为 1.5%左右。此时，
16、薄膜的透光率达到最大值，透光效果最好。研究表明，用不同浓度的谷氨酰胺转氨酶对大豆蛋白进行改性，大豆蛋白膜的网络结构可能明显不同，在等电点附近蛋白质会发生聚沉。曲线一开始呈上升趋势是因为低酶浓度的条件下，谷氨酰胺转氨酶诱导大豆蛋白膜共价交联产生比未加谷氨酰胺转氨酶薄膜致密的结构。而后曲线又呈下降趋势是因为高酶浓度则使蛋白质聚沉，从而形成不紧密和不均一的结构，因此可溶性物质会在高酶浓度改性的蛋白膜中露出，所以当酶浓度高于 0.15%时，透光率曲线反而下降。3.1.2 谷氨酰胺转氨酶浓度对薄膜抗张强度的影响图 3 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜抗张强度的影响由图 3 可以看出，曲线先
17、下降，到达最低点后上升，而后达到峰值，之后又呈下降趋势。最低点在谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.5%左右,峰值在谷氨酰胺转氨酶浓度为 1.5%左右。谷氨酰胺转氨酶改性的大豆蛋白膜抗拉强度很大程度上依赖于所使用的酶浓度。与未加入谷氨酰胺转氨酶的薄膜对比，低浓度谷氨酰胺转氨酶改性显著增加了大豆蛋白膜的机械性能，而高浓度的谷氨酰胺转氨酶又会降低薄膜的机械性能。这个结果表明将谷氨酰胺转氨酶浓度保持在一定范围内时酶诱导产生的交联能提高大豆蛋白膜的机械特性。3.1.3 谷氨酰胺转氨酶浓度对薄膜伸长率的影响图 4 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜伸长率的影响由图 4 可以看出，曲线的走势和酶浓度对抗
18、张强度的影响相似。要使薄膜得到最佳伸长率，谷氨酰胺转氨酶浓度要控制在 1.5%左右。3.1.4 谷氨酰胺转氨酶浓度对薄膜吸水率的影响图 5 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜吸水率的影响由图 5 可以看出，曲线呈向下降后上升然后再下降的趋势。在谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.5%时，吸水率达到一个极小值，在谷氨酰胺转氨酶浓度为 1%时达到峰值。而后随着谷氨酰胺转氨酶浓度的增加，吸水率逐渐降低。这是因为高浓度酶使大豆蛋白大分子解聚为小分子，实验过程中可以清晰的看到，随着酶浓度的逐渐增大，膜液逐渐变稀，并出现大量白色聚沉颗粒，所成薄膜并不均匀。此时，大豆蛋白含量很低，主要成膜物质为聚乙烯醇，
19、故其吸水率很低。蛋白质的浓度对大豆蛋白薄膜的吸水率有较大的影响，成膜材料本身的性质决定了膜的阻水性能。蛋白质本身为亲水性大分子，含有较多的羟基等沁水性基团，水分较容易与大豆蛋白分子结合。提高蛋白质浓度，大豆蛋白膜中的亲水基团含量增加，水分吸附及在膜内部结构中迁移的速率加快。谷氨酰胺转氨酶改性促交联显著提高了大豆蛋白膜的表面疏水性，且增加的程度直接与谷氨酰胺转氨酶的交联反应有关，这可能是由于谷氨酰胺转氨酶改性使蛋白质中更多的疏水核心或基团暴露出来的缘故。当谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.5%时达到最低，极可能是因为谷氨酰胺转氨酶诱导的聚集或聚沉现象的出现造成的。随着酶浓度的增加，吸水率曲线逐渐下降，也
20、与谷氨酰胺转氨酶改性的大豆蛋白膜的表面疏水性随着酶浓度的增加而逐渐上升相一致，这可能是由于谷氨酰胺转氨酶诱导大豆蛋白聚沉导致原先埋藏在大豆蛋白质内部的疏水基团暴露出来所致。因此，适当提高谷氨酰胺转氨酶浓度可以降低薄膜的吸水率，但是谷氨酰胺转氨酶浓度太高，成膜物质中只剩聚乙烯醇，就失去了研究的意义。3.1.5 TG 酶浓度对薄膜性能影响的综合评分图 6 谷氨酰胺转氨酶浓度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能综合评分的影响由图 6 可以看出，谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.15%时薄膜综合性能最佳。虽然此时薄膜阻水性能稍差，但综合考虑各方面因素，薄膜最佳酶浓度依旧为 0.15%。谷氨酰胺转氨酶用量的变化直接
21、影响氧化大豆蛋白薄膜的力学性能，因为随着谷氨酰胺转氨酶用量的增大，促进了大豆蛋白质分子基的交联，引起“稀释”作用。另一方面谷氨酰胺转氨酶诱导的交联使大豆蛋白中各种蛋白组分解聚，球蛋白中的大部分碱性亚基自我聚合或沉淀 12。综合各方面性能因素分析可知，当谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.15%时复合薄膜综合性能最佳。即复合薄膜最佳酶浓度为 0.15%。3.2 成膜温度对谷氨酰胺转氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能的影响本次试验将成膜温度设定为 20、30、40、50、60、70，并按照图1 的工艺流程进行。3.2.1 成膜温度对薄膜透光率的影响图 7 成膜温度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜透光率的影响
22、由图 7 可以看出，随着成膜温度的增加，薄膜透光率曲线在开始时呈现上升趋势，达到峰值后，又呈现下降趋势。峰值出现在 40左右。 需要指出的是，在薄膜成型的过程中，由于原料树脂熔体流动性的差异，成膜温度对薄膜的透光率产生重要影响。温度过低，树脂不能充分塑化，成型的薄膜表面出现白雾状的条纹，造成雾度增加，透光率下降；温度过高，膜液流动不稳定，刮膜过程中出现废品较多。3.2.2 成膜温度对薄膜抗张强度的影响图 8 成膜温度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜抗张强度的影响由图 8 可以看出，曲线呈先上升后下降的趋势，在 40左右出现峰值。此时，薄膜的抗张强度最大。薄膜在制备过程中，成膜温度对薄膜的机械性能和
23、阻隔性会产生直接的影响。因为，热处理会导致蛋白质变性，不同的成膜温度和时间会影响蛋白质展开的程度，进而影响蛋白质交联的强度和程度，使薄膜在宏观上表现出功能性不同 13-15 。二硫键由两个巯基形成，可以把肽链的不同区段牢固地连接在一起，形成稳定的网络结构，从而加强膜性能。随加热温度升高，巯基数量逐渐增加，二硫键数量降低。这是由于加热使蛋白质发生变性，蛋白中原有的二硫键受热分解形成巯基，因而在加热后的成膜液中测得巯基的数量显著升高，二硫键的形成主要是在干燥成膜的过程中进行的。伴随着水分的蒸发，成膜液中展开的蛋白质分子首先通过疏水相互作用发生聚集，二硫键是随着聚集过程中局部蛋白质含量的增加而开始形
24、成的。因此，成膜液中含有的巯基数量越多，亦即热处理过程中受热分解的二硫键越多，在成膜过程中能够重新形成更多分子间二硫键，形成更为致密紧凑的网络空间结构，提高薄膜的机械强度。同时谷氨酰胺转氨酶的反应活性受温度的硬性很大，适当提高反应温度可以增加酶的活性。但是，酶的化学本质为蛋白质，温度过高可引起蛋白质变性，导致酶失活。3.2.3 成膜温度对薄膜伸长率的影响图 9 成膜温度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜伸长率的影响由图 9 可以看出，成膜温度对薄膜伸长率的影响曲线与对抗张强度的影响曲线相近。薄膜的最佳伸长率出现在成膜温度为 40附近。3.2.4 成膜温度对薄膜吸水率的影响图 10 成膜温度对大豆蛋白
25、/聚乙烯醇复合薄膜吸水率的影响由图 10 可以看出，曲线先上升，在成膜温度为 50附近时达到峰值，然后随着成膜温度增加，吸水率又开始下降。薄膜的吸水率随着成膜温度升高而略微降低，这表明适当的热处理能促进蛋白质分子中的氢键和二硫键断裂，结构展开，疏水性基团暴露出来，提高大豆蛋白疏水性，加强了分子间相互作用和二硫键重新分布，形成坚固的网络结构，提高其阻水性能。3.2.5 成膜温度对薄膜性能影响的综合评分图 11 成膜温度对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能综合评分的影响由图 11 可以看出，成膜温度在 40时，薄膜的综合性能最佳。虽然此时薄膜的吸水率仍然较高，但综合考虑各方面因素，仍 40作为最佳成膜
26、温度。3.3 膜液 pH 对谷氨酰胺转氨酶改性大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能的影响本试验分别将 pH 值设定为 4、5、6、7、8、9、10 、11，按照图 1 的工艺流程进行。3.3.1 膜液 pH 对薄膜透光率的影响图 12 膜液 pH 对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜吸水率的影响由图 12 可以看出，曲线呈先上升后下降的趋势，在组七 pH=10 处，透光率最大，透光效果最佳。膜液 pH 值对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残基含有带正电荷的氨基正离子和带负电荷的羧基负离子，在不同的 pH 条件下会显示出不同极性的表面电荷，而蛋白质的表面电荷对其溶解性影响很大。碱性条件
27、下，随着 pH 的升高大豆蛋白的溶解性逐渐增大，外观上表现为膜的透光率增加。 pH 值过高时，谷氨酰胺转氨酶的稳定性下降，大豆蛋白的溶解度降低，透光率随之降低，因此曲线呈下降趋势。3.3.2 膜液 pH 对薄膜抗张强度的影响图 13 膜液 pH 对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜抗张强度的影响由图 13 可以看出，曲线先下降，达到最低值后呈上升趋势，随着 pH 值得增加，薄膜抗张强度增加。最低值出现在 pH=5 处。膜液 pH 直接与蛋白溶解性、分子间构象以及分子间相互作用有关 ,因此成膜时的 pH 值对蛋白膜极其重要。大豆蛋白膜的成膜溶液呈酸性 (pH 在 3 左右)时 ,蛋白质交联适度 ,既能提
28、高溶液中的分子量 ,增大分子间结合力 ,又不至于使膜微孔尺寸加大 ,水汽透性上升。Gennadios 和 Brandenburg 等曾经研究了 pH 值对大豆蛋白膜性能的影响 ,结果表明:pH 值在 13 和 512 之间能成膜 ,在等电点附近 ,因蛋白质溶解性差 ,难成膜;而 pH 值在 512 间形成的膜无论机械性能还是阻隔性能均优于 pH 值在 13 间形成的膜。不同的膜液 pH，谷氨酰胺转氨酶的活力不同，谷氨酰胺转氨酶稳定 pH 范围是5.0-7.0，随着 pH 的逐渐增加，谷氨酰胺转氨酶的活力逐渐增强，使蛋白质大分子链在酶的作用下解聚成为小分子并形成小分子交联网状结构，故而膜的抗拉强
29、度和伸长率随着 pH 的逐渐增大而逐渐下降。由于谷氨酰胺转氨酶在低于 4.0 或高于 9.0时极不稳定，故当 pH 升至 10.0 时，酶活性急剧降低，使膜液蛋白质大分子间形成交联网状结构，从而抗拉强度和伸长率曲线此时均呈现上升走势。 3.3.3 膜液 pH 对薄膜伸长率的影响图 14 膜液 pH 对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜伸长率的影响由图 14 可以看出，膜液 pH 值对薄膜伸长率的影响和对抗张强度的影响相似。因此，pH 值应适当高一些。3.3.4 膜液 pH 对薄膜吸水率的影响图 15 膜液 pH 对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜吸水率的影响由图 15 可以看出，随着 pH 的增大，pH 值
30、 4-5 范围内吸水率曲线逐渐上升；pH 值 5-10 范围内，曲线仍在上升但幅度有所减少； pH 值大于 11 以后，曲线又开始呈现下降趋势。蛋白质的浓度对大豆蛋白薄膜的吸水率有较大的影响，成膜材料本身的性质决定了膜的阻水性能。蛋白质本身为亲水性大分子，含有较多的羟基等沁水性基团，水分较容易与大豆蛋白分子结合。提高蛋白质浓度，大豆蛋白膜中的亲水基团含量增加，水分吸附及在膜内部结构中迁移的速率加快，不同的膜液 pH，谷氨酰胺转氨酶的活力不同，谷氨酰胺转氨酶稳定 pH 范围是 5.0-7.0，随着 pH 的逐渐增加，谷氨酰胺转氨酶的活力较为稳定，使蛋白质大分子链在酶的作用下解聚成小分子链的程度较
31、小，故而大豆蛋白膜的亲水基团含量随着 pH 的逐渐增大而逐渐增加，故而曲线呈上升趋势，碱性 pH 条件下大豆蛋白成膜过程中有更多的疏水性基团暴露出来，pH 值大于 11 以后谷氨酰胺转氨酶改性的大豆蛋白膜表面疏水性逐渐下降，即吸水率下降。实际上，不同 pH 条件下，谷氨酰胺转氨酶改性对于大豆蛋白膜表面疏水性改善程度的不同可能是因为不同 pH 条件下，谷氨酰胺转氨酶诱导的交联反应有所不同。3.3.5 膜液 pH 值对薄膜性能影响的综合评分图 16 膜液 pH 对大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜性能综合评分的影响由图 16 可以看出，pH 值在 10 左右时薄膜综合性能最佳。虽然此时薄膜的吸水率较高，但
32、综合考虑各方面因素，仍将 pH=10 作为最佳膜液 pH 值。4 结论本论文分别以谷氨酰胺转氨酶浓度、成膜温度和膜液 pH 值为单因素变量进行三组试验。利用大豆蛋白和聚乙烯醇为主要成膜物质，谷氨酰胺转氨酶对大豆蛋白改性来制作薄膜。并通过测定薄膜的透光率、抗张强度、伸长率、吸水率来进行综合评分。通过试验，得出一下结论：1、随着谷氨酰胺转氨酶浓度的逐渐增大，薄膜透光率随着酶浓度的逐渐增大，呈现上升下降的趋势，当谷氨酰胺转氨酶浓度为 0.15%时透光率最高。薄膜的抗拉强度呈现由下降到上升再到下降的趋势，当酶浓度为 0.15%时薄膜的抗拉强度最大，而伸长率与抗拉强度曲线走势基本一致，同样在 0.15%
33、酶浓度条件下伸长率达到最大值。对于复合薄膜吸水率影响曲线，当酶浓度由 0.0%增加到 0.5%时，曲线一直呈现下降趋势，酶浓度为 0.5%时，吸水率最低，酶浓度有 0.5%增加到 1%时。曲线上升，之后随着酶浓度增加，曲线又呈下降的趋势。参照复合薄膜综合性能评分折线图，综合考虑多方面性能因素，薄膜最佳酶浓度确定为 0.15%。2、随着成膜温度的增加，薄膜透光率先增加随后又开始降低，在 40时，透光率最高。薄膜抗张强度和伸长率也为先上升后下降的趋势，在 40时抗张强度和伸长率均较高，即薄膜的机械强度较高。对于薄膜的吸水率影响曲线，当成膜温度从 20-40时，曲线缓慢上升，40-50时，曲线急剧上
34、升，并在 50时，吸水率达到最大值，之后又呈下降趋势。参照薄膜综合性能评分折线图，综合考虑多方面因素，薄膜最佳成膜温度确定为 40。3、随着 pH 值的增加，薄膜的透光率呈上升再下降的趋势， pH 为 10 时透光性最好。薄膜的抗拉强度在 pH 值 4-5 时缓慢下降，在 pH=5 时最低，之后逐渐增大。而伸长率大致呈上升再下降的趋势，在 pH=10 达到最大。吸水率曲线为先上升再下降的趋势，在 pH=11 时吸水率最大。参照薄膜综合性能评分折线图，综合考虑多方面因素，薄膜的最佳膜液 pH 值确定为 10。参考文献1 马海, 邱谨楠.生物降解高分子材料的研究进展J. 安徽化工, 2008, 3
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