蜂胶能够改善TG交联双蛋白复合可食用薄膜的性能和应用潜力

《LWT》：Propolis manipulates the performance and application potential of TG-crosslinked dual protein composite edible film

乳清蛋白/蛋清蛋白复合膜经转谷氨酰胺酶交联后添加乙醇-Propolis提取物（EPE），其水蒸气阻隔性降低35%，拉伸强度提升65%，且对沙门氏菌的抗菌活性显著增强。在樱桃番茄保鲜中，5 mg/g EPE组14天腐烂率最低（55%），较对照组降低11%，同时维持较高硬度（3.1 N）和抗坏血酸含量。氢键相互作用与结晶结构形成是性能提升的关键机制。

　　本研究聚焦于利用一种结合了乙醇-蜂胶提取物（EPE）的转谷氨酰胺（TG）交联的乳清蛋白浓缩物（WPC）与蛋清蛋白（EWP）复合膜，探讨其在番茄保鲜中的应用潜力。蜂胶作为一种天然可食用的功能性物质，以其优异的抗氧化和抗菌性能而闻名。然而，传统的蛋白基膜往往在机械强度、水蒸气透过性以及抗菌能力方面存在不足，因此，通过引入蜂胶提取物来改善这些性能成为一种新的研究方向。

研究发现，当EPE的添加量为5 mg/g时，复合膜的各项性能得到了显著提升。首先，机械强度得到了显著增强，从原来的2.8 MPa提升至4.6 MPa，提升了65%。这种增强可能是由于蜂胶中的多酚类物质与蛋白质分子之间的相互作用，促进了蛋白质分子之间的交联，从而提高了复合膜的整体结构强度。其次，水蒸气透过性（WVP）显著下降，从2.34×10^-10 g/s·m·Pa降低至更小值，下降幅度为35%。这一结果表明，蜂胶的加入有助于改善复合膜的水阻性能，减少水分的流失，从而对番茄的保鲜起到积极作用。此外，复合膜中随机卷曲结构的含量减少了19%，而β-折叠结构的含量则增加了37%。这说明EPE的引入改变了蛋白质的二级结构，使其更趋于有序，有助于提升膜的物理和化学稳定性。

在抗菌性能方面，EPE的加入对复合膜的抗菌能力产生了明显的影响，特别是在对抗沙门氏菌（Salmonella typhimurium）方面表现突出。通过使用琼脂扩散法评估，发现添加了10 mg/g EPE的复合膜对沙门氏菌的抑制效果最佳，其抑制区直径达到了9.45 mm，比未添加EPE的对照组提升了约11%。这一结果表明，蜂胶中的生物活性成分如黄酮类化合物、酚酸和酯类物质，能够有效抑制微生物的生长，从而延长番茄的保鲜期。值得注意的是，尽管EPE的添加对水蒸气透过性有一定的影响，但其与膜性能之间的关系并不完全线性，尤其是在高浓度时，其对WVP的影响趋于稳定。

为了全面评估复合膜的性能，研究者采用了多种表征手段。包括水蒸气透过性、机械性能、热性能、颜色和透光率等。其中，水蒸气透过性通过测量干燥后的重量变化来评估，而机械性能则通过拉伸测试来测定。热性能则利用差示扫描量热法（DSC）进行分析，评估了膜的热稳定性。颜色和透光率则通过色差计和紫外-可见分光光度计进行测量，以了解EPE对膜外观的影响。研究还利用扫描电子显微镜（SEM）观察了复合膜的表面微观结构，结果显示，随着EPE浓度的增加，膜表面逐渐形成小团块和孔隙，这可能与EPE在膜基质中的分布和相互作用有关。同时，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步揭示了EPE对蛋白质二级结构的影响，其中β-折叠结构的增加可能与蛋白质分子间氢键的重组和增强有关。

在实际应用方面，研究者将这些复合膜应用于番茄的保鲜实验中。实验中，番茄被分为四个组别：对照组（CK）、未添加EPE的复合膜组（W/E-EPE0）、添加5 mg/g EPE的复合膜组（W/E-EPE5）以及添加10 mg/g EPE的复合膜组（W/E-EPE10）。实验结果显示，在14天的储存过程中，W/E-EPE10组的番茄腐烂率最低，仅为55.6%，比对照组降低了11%。这表明，EPE的添加显著提升了复合膜的保鲜效果，有效抑制了番茄的腐烂过程。此外，EPE的加入还减缓了番茄的成熟过程，使其硬度保持更长时间，同时降低了糖分的流失速度，提高了番茄的整体品质。

在营养成分方面，番茄的总可溶性固形物（TSS）、pH值和总酸度（TA）均受到复合膜的影响。TSS的变化反映了番茄的成熟和衰老过程，而pH值的上升则与番茄内部有机酸的消耗有关。TA的变化则进一步说明了番茄在储存过程中的代谢活动。研究发现，添加EPE的番茄在储存初期TA的下降速度明显减缓，且在第14天时，TA值仍高于其他组别。这表明，EPE的加入有助于减缓番茄的呼吸作用，从而延缓其营养成分的流失。

在颜色变化方面，番茄的表面颜色通过色差计进行测量，结果显示，随着EPE的加入，番茄的颜色指数（CI）呈现上升趋势。这一变化可能与番茄中类胡萝卜素（如番茄红素）的含量增加有关。尽管EPE的加入对番茄的颜色有一定影响，但其整体颜色变化仍然保持在可接受的范围内，表明EPE的加入不会对番茄的外观造成明显干扰。

从实验结果来看，EPE的添加不仅提升了复合膜的物理性能，还显著增强了其抗菌能力，从而为番茄的保鲜提供了更有效的保护。然而，研究者也指出，虽然EPE的加入对复合膜的性能产生了积极影响，但其在分子层面的作用机制仍需进一步研究。例如，EPE如何与蛋白质分子相互作用，以及这种相互作用如何影响膜的结构和功能，都是值得深入探讨的问题。

综上所述，本研究通过引入蜂胶提取物，成功开发出一种具有优异性能的TG交联的WPC/EWP复合膜，不仅提升了膜的物理和化学性能，还增强了其抗菌能力，从而为番茄的保鲜提供了新的解决方案。这一成果为食品包装材料的开发提供了新的思路，也为延长农产品的保鲜期和减少营养损失提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨EPE与其他蛋白基膜的结合方式，以及其在不同环境条件下的性能表现，从而为实际应用提供更全面的理论支持和实践指导。