玉米醇溶蛋白膜的结构与性质pdf

挤压成型可食性玉米醇溶蛋白膜
的结构与性质
食品工程与生物技术学院
陈野教授
研究背景
玉米醇溶蛋白(Zein)，来源于玉米淀粉加工的副产物，它是由平均分子量为25000-45000的蛋白质组成的混合物，分子是棒状的，它受肽主链上的羟基与亚氨基的氢键作用，形成多量α-螺旋体。

玉米醇溶蛋白中富含含硫氨基酸，这些氨基酸可以形成很强的分子二硫键，它们和分子之间的疏水键一起构成了玉米醇溶蛋白成膜特性的分子基础。

玉米醇溶蛋白以其优良的成膜特性、天然生物可降解性以及其膜在高温、高湿条件下的良好稳定性及安全性而引起人们的重视.在众多的可食性薄膜中,唯有玉米醇溶蛋白可在无需添加剂、鞣制剂的条件下制成薄膜,并且具有良好的阻湿性及阻氧性,因而可以用于食品保鲜、包装以及制药行业。

研究目的
应用常规的挤压成膜方法，由于玉米醇溶蛋白在挤压过程中，粘性大，流动性差，在出口易膨化，几乎没有成功的例子。

本研究利用挤压成型技术制备玉米醇溶蛋白膜。

通过研究将揭示玉米醇溶蛋白的挤压变性机理，为其工业化生产奠定理论基础,同时研究也将拓宽蛋白质乃至多糖等生物质的应用领域，并对材料制造和加工领域产生重大的影响。

主要研究内容
(1)可塑剂在玉米醇溶蛋白成膜中的作用;
(2)玉米醇溶蛋白在亲水的和疏水的表面上的动力学吸附现象;
(3)蛋白质分子热变性与结构变化的关系及其对成型膜性能的影响;
(4)玉米醇溶蛋白反应挤出的物料的真实流变特性方面进行研究。

问题：
（1）生产率低，高溶剂损耗；
（2）制成的膜的机械强度差，并且性质不稳定。

到目前为止,
几乎没有得到工业化生产和实际商业应用
玉米醇溶蛋白膜的成膜方法
玉米醇溶蛋白
乙醇或丙酮溶液
溶液
干燥后成膜
以前的制膜法：
本研究技术路线分析
流变特性
机械性质（TS,E%，
Young's modulus）
热分析（DSC）
X光衍射
NMR
FT-IR
SEM，AFM
DSC
SDS-PAGE凝胶电泳
SPR
表面等离子共振(surface plasmon resonance)
Zein adsorption kinetics on hydrophilic(11-mercaptoundecanoid acid)and hydrophobic(1-octanethiol)SAMs from different bulk concentrations
(a)C b=0.5mg/ml;(b)C b=1.0mg/ml;(c)C b=3.0mg/ml;(d)C b=5.0mg/ml.
亲水基团
疏水基团
蛋白分散在溶剂中
蛋白与可塑剂结合
蛋白与蛋白结合(冷凝固化)
蛋白-蛋白滑动(挤压)
蛋白成膜结构
玉米醇溶蛋白-可塑剂膜成膜机理
0.8±0.12
366±9.80
26.8±6.247.4±0.55
extruded Water absorption
(%)
Young's modulus (MPa)Elongation
(%)
Tensile strength (MPa)Preparation method
Tensile properties and water absorption of the zein film(20%glycerol)实验结果
Effect of the storage time on mechanical properties of the zein film extruded
6
6.57
7.580
1
234
5
Time (months)
T e n s i l e s t r e n g t h (M P a )
10
20
3040
E l o n g a t i o n (%)
elongation
tensile strength
Scanning electron micrograph of the zein film extruded(surface)
AFM image of the zein film extruded(surface)
Zein nanotubes for encapsulation and slow release
D e r i v .W e i g h t (%/°C )
W e i g h t (%)
050100150200
250
Temperature (°C)
ZEIN film5度min （250度）.001–––––––ZEIN 5度min （250度）.001
––––The TG and DTG curves of zein and zein-glycerol film
zein
zein
Zein film Zein film
02000
40006000800010000
12000
25
75
125175225
275
Temperature(℃)
H e a t F l o w (W ×1000/g )
a b
c
a:zein powder
b:zein film contenting 20%glycerol
c:zein film contenting 20%stearic acid
DSC traces for zein films
玉米黄粉完全可降解材料的性质
研究背景
玉米是世界上三大粮食作物之一,在农业生产中占重要地位。

玉米黄粉是湿法制取玉米淀粉后的一种下脚料，其蛋白质含量为35％～65％。

玉米黄粉可用来提取谷氨酸,制取亮氨酸,以及制备玉米蛋白活性肽等。

由于玉米黄粉口感粗糙，水溶性差，所以在食品工业中的应用有限，当今国内主要将玉米黄粉用于饲料工业或自然排放。

研究目的
本研究将玉米黄粉挤压成型为可降解塑料，通过向玉米黄粉添加聚乳酸提高耐水性，通过豆渣纤维的添加增强强度。

对成型物的机械特性、热特性及内部组织结构进行分析，并且探讨其在农业生产中的应用。

生产方法
0.15ml
水
0.15ml 无水乙醇0.3g 甘油0.1～0.3g 干燥豆渣0.7～0.9g 玉米黄粉比例原料原料（玉米黄粉-豆渣）配比表
母粒挤压条件
2.1Mpa
原料压力监控95℃
原料温度监控75～80℃
温度52g/min
填料速度42rpm
回转速度设定
项目
160℃
温度3min 冷却时间
15MPa 保压
5min 工作时间
140MPa 热压力
数值项目
热压成型实验片的制作
挤压成型试验片的拉伸强度
5
10
15
010********
豆渣的添加量（%）
拉伸强度(M P a )
Kelly-Tyson 方程σcu ：试验片的抗拉强度；σfu ：豆渣纤维的强度；V f ：试验片中纤维的体积分数；V m ：试验片中玉米黄粉的体积分数；σm ：玉米黄粉的抗拉强度。

σcu =
σfu L i /(2L c )+σfu [1―L c /(2L j )]+V m σm
Vi Lc
L Li ∑=min ∑=max
L Lc Lj Vj
不同湿度条件下20%豆渣含量的试验片的抗拉强度0
2
4
6
8
10
12
14
16
3351
76
相对湿度（%）
抗拉强度(M p a )
玉米黄粉母粒（含20%豆渣）挤压成型玉米黄粉试验片（含20%豆渣）
阶段1阶段2阶段3
温度/℃
质量分数/%
挤压成型玉米黄粉塑料（含20%豆渣）的热重量曲线
应用举例
7天21天
14天
花き７日後花き14日後。