静电纺丝玉米醇溶蛋白复合纳米纤维用于食品膜材料研究进展

王大鹏，刘 丹

（吉林农业大学，吉林 长春 130118）

玉米醇溶蛋白 （zein）具有良好的成膜性，抗氧化性以及凝胶化性，已被作为表层材料和保护药品材料的应用［1-2］。玉米醇溶蛋白可溶于乙醇溶液，具有良好的成纤性和低毒性。此外，因为玉米醇溶蛋白拥有多肽结构使其具有生物可降解性、生物相容性的独特优势［3］。与其它蛋白质生物材料一样，玉米醇溶蛋白具有脆性，力学性能不佳，尤其是通过静电纺丝法制备成玉米醇溶蛋白纤维材料后，材料力学性能差［4-5］。静电纺丝技术在近年来的发展中受到广泛关注，是一种简单而有效地制备微纳米级纤维的纺丝技术［6］。文献研究了干法纺丝生产Zein交联纤维。在此基础上，采用静电纺丝法制备Zein纤维的研究也逐渐增多。Zein与其它天然或合成的高分子物质共混后电纺，不仅能大大提高单一复合纳米纤维膜的力学性能，更能使其同时具有两种或多种材料的特点，可以应用在食品包装材料方面。

1 Zein复合纳米纤维用于食品用膜材料

1.1 Zein与壳聚糖复合制备食品膜材料

壳聚糖 （Chitosan，CS）是一种天然的生物高分子线形多糖，不仅具有良好的生物相容性与可降解性，还具有抗菌可以用于食品包装材料。Sergio Torres-Giner等［7］发现将玉米醇溶蛋白与天然抗菌壳聚糖 （高达10%）混合是得到具有有效杀菌性能的不溶性纳米纤维膜，由于强酸的释放，该系统被认为是高酸性介质导致抗菌行为。通过ATRFTIR光谱法确定了残留的三氟乙酸残留量，证明在温和的酸性条件下具有良好的杀菌剂性能，这归因于此不涉及酸而是涉及壳聚糖成分，在食品包装材料学具有潜在应用。

1.2 Zein与聚乳酸合制备食品膜材料

聚乳酸 （Polylactic acid，简称PLA）是以乳酸为单体化学合成的，也称聚丙交酯，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绿色高分子材料。Chen Yao等［8］共轭电纺制备质量分数为7.5% Zein／PLA复合纳米纤维纳米纤维，通过SEM和X射线衍射研究纳米纤维结构和形态。结果表明，玉米醇溶蛋白纱线由大量的纤维组成，直径范围从几百纳米到几微米，玉米醇溶蛋白的浓度对纱线中纳米纤维的直径起着重要的作用。为了改善纳米纤维纱的机械性能，通过使用静电纺丝掺入三种不同质量分数 （5%，10%和20%）的香芹酚制备玉米醇溶蛋白和聚乳酸（PLA）制成复合纤维薄膜。玉米醇溶蛋白和PLA的纤维的形态和尺寸受香芹酚含量的影响。傅里叶变换红外光谱 （FTIR）和热重分析 （TGA）结果表明，香芹酚被包裹在电纺玉米醇溶蛋白和PLA纤维中。载有香芹酚的玉米蛋白纤维的抗氧化活性为62%至75%，而对于5%～20%的香芹酚含量，PLA纤维的抗氧化能力为53%～65%。复合纤维膜表现出持续的扩散控制释放行为。对全麦面包样品的初步研究表明，负载香芹酚的静电纺玉米蛋白和PLA纤维能够保存面包样品，表明它们是有效食品包装材料，可以延长全麦面包的货架期。

1.3 Zein与明胶复合制备食品膜材料

明胶是一种肽分子聚合物质，为胶原蛋白质的水解产物，它是非均匀的多肽混合物，相对分子质量为10000～70000，是一种天然营养型的高蛋白食品增稠剂。通过混合电纺丝制备明胶／玉米蛋白纳米纤维。经过场发射扫描电子显微镜的形态学观察表明，明胶／玉米蛋白纳米纤维的直径随着明胶比例的增加而显着增加。傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法的结果表明，明胶和玉米蛋白通过氢键强烈相互作用。均匀混合导致明胶／玉米蛋白纳米纤维的晶体结构为1∶1（质量比），显示出疏水性表面 （水接触角为118°）。与纯明胶或玉米醇溶蛋白纳米纤维相反，明胶／玉米醇溶蛋白纤维在浸入水或乙醇中24h后仍保留3D多孔结构。组装的明胶／玉米蛋白纳米纤维薄膜在生物活性传递或食品中控释方面具有潜在的应用前景。

2 结语

Zein具有良好的生物相容性、生物可降解性、可纺性等特点，通过电纺与其它高分子材料、天然提取物和酶复合可得到比表面积大、孔隙率高和尺寸可控的复合食品包装膜材料，该纤维在具有抗菌、保鲜、食品检测等功能展现了广阔的应用前景。在电纺Zein在溶剂的选择、影响因素考察、复合方式等方面已取得了诸多可喜的研究成果，但Zein在用于食品膜材料用尚处于起步阶段。相信随着研究的深入，Zein在这一领域的应用将显露出其独特的优势，具有非常好的应用前景。