乳扇是云南地区的传统乳制品，深受人们的喜爱，但目前乳扇主要以小型作坊和手工艺生产为主，易发生微生物污染，带来食品安全问题。同时乳扇是高脂肪、高蛋白食品，贮存期短且容易因氧化变质出现发酸、哈喇味及表面霉变。目前市售乳扇多以真空包装为主，此方法对乳扇保鲜具有一定效果，但成本较高，因此，具有对人体无害、抗菌、绿色环保及延长食品货架期等优点的可食性抑菌膜成为了当今国内外研究的热点。目前，应用最多的天然高分子材料通常是蛋白质类、多糖类及复合类。

云南农业大学食品科学技术学院的杨婷婷、杨 婧、黄艾祥*等优化BCp12/壳聚糖/酪蛋白复合膜制备工艺，研究其机械性能和抑菌效果，同时通过微观结构、分子对接考察复合膜的相容性及活性位点，并将其应用于乳扇保鲜，为BCp12/壳聚糖/酪蛋白复合膜在食品保鲜方面的应用提供理论依据，同时促进抗菌肽在食品保鲜方面的应用。

1、酪蛋白/壳聚糖/BCp12复合膜机械性能的单因素试验结果

酪蛋白/壳聚糖比例对复合膜机械性能的影响

由图1可知，随着壳聚糖含量的增加，复合膜的拉伸强度先增大后减小，当酪蛋白与壳聚糖的比例为1∶1时，拉伸强度达到最大值。壳聚糖上的游离氨基和羟基与酪蛋白分子之间存在氢键作用，当用磁力搅拌器充分混合时，二者可在分子水平上产生物理交联，所以复合膜的强度较好。酪蛋白与壳聚糖的比例为1∶1.5时断裂伸长率最大，但随壳聚糖比例的增加而降低。这可能是壳聚糖浓度过大，二者相容性变差，导致复合膜的拉伸强度和断裂伸长率均下降。壳聚糖本身是亲水分子会与其他成膜分子形成氢键作用力，亲水效应增强。因此，后续实验制备复合膜选择酪蛋白/壳聚糖比例为1∶1.5。

甘油质量分数对复合膜机械性能的影响

如图2所示，随着甘油质量分数增大，拉伸强度呈下降趋势，而断裂伸长率呈上升趋势。拉伸强度下降是由于甘油过多进入膜分子内部，破坏了原来的分子结构，增大了分子链的间隙，导致膜分子致密性下降。而甘油可使酪蛋白和壳聚糖分子之间产生氢键作用并软化高聚物的刚性结构，使得高聚物链段的流动性增加，断裂伸长率增加。

干燥温度对复合膜机械性能的影响

从图3可以看出，拉伸强度和断裂伸长率随着干燥温度的升高呈先升高后降低的趋势，拉伸强度受温度影响较明显，断裂伸长率在55 ℃以下变化缓慢，干燥温度高于55 ℃时迅速下降。当干燥温度上升时，溶剂蒸发留下的孔穴过多，造成复合膜的结构缺陷和裂缝，故其拉伸强度和断裂伸长率差，而低温条件下形成的复合膜结构更致密、性能较好。

2、酪蛋白/壳聚糖/BCp12复合膜机械性能的正交试验优化结果

如表3所示，通过极差分析可知，以拉伸强度为考察指标，影响复合膜机械性能的主次顺序为C＞A＞B，即干燥温度对复合膜的拉伸强度影响最大，甘油质量分数影响最小。以断裂伸长率为考察指标，影响复合膜机械性能的主次顺序为A＞C＞B，即酪蛋白/壳聚糖比例对复合膜的断裂伸长率影响最大，甘油质量分数影响最小。9 个正交试验条件中的最佳工艺组合为A2B1C2，由极差分析得到的最佳工艺组合为A 2 B 3 C 2 和A 1 B 1 C 2 。

正交试验方差分析结果如表4、5所示，通过F值可知，各因素对复合膜机械性能的影响顺序为酪蛋白/壳聚糖比例＞干燥温度＞甘油质量分数，即酪蛋白/壳聚糖比例对复合膜机械性能的影响最大，甘油质量分数影响最小。综合考虑得出最优成膜工艺为A2B2C2，即酪蛋白/壳聚糖比例1∶1.5、甘油质量分数1.5%、干燥温度55 ℃，以此条件制备的复合膜拉伸强度为（14.86±0.35）MPa、断裂伸长率为（142.25±0.11）%，以此工艺进行后续实验中复合膜的制备。

3、不同质量浓度BCp12复合膜的厚度

由图4可知，酪蛋白/壳聚糖/BCp12复合膜厚度随BCp12质量浓度的增加而增加，其范围为12～54 μm。这可能是由于提高抗菌肽质量浓度加强了分子间的紧密连接。BCp12质量浓度越高，膜液中固形物含量越多，复合膜的结构越紧密，成膜厚度逐渐增加。因此，复合膜的机械性能随BCp12质量浓度增大而逐渐增大。后续实验制备复合膜选择抗菌肽质量浓度为1.0 mg/mL。

4、SEM观察结果

由图5A可知，壳聚糖膜表面光滑致密平整，表明膜内部结构均匀，这与曾少甫等研究发现壳聚糖膜表面质地光滑和结构紧凑的结果一致。加入抗菌肽BCp12后，壳聚糖膜表面开始出现孔隙（图5B），这可能是由于BCp12进入壳聚糖内部，冷冻干燥成膜粉后生成的小孔。由图5C可见蛋白质颗粒且表面较粗糙，膜中出现孔隙和区块的现象，说明BCp12可能负载在复合膜上。结合抗拉强度和断裂伸长率分析结果可知，添加抗菌肽可能会使复合膜内部出现孔隙，导致复合膜的抗拉强度和断裂伸长率下降。

5、FT-IR分析结果

由图6A、B可知，BCp12在1656.86 cm －1 处特征吸收峰对应酰胺I带C＝O伸缩振动，1440.60 cm －1 处特征吸收对应酰胺II带，1314.96 cm －1 处特征吸收峰对应酰胺III带，1182.63 cm －1 处特征吸收峰对应C-O伸缩振动；而壳聚糖/BCp12在1630.05 cm －1 处的吸收峰对应酰胺I带C＝O的伸缩振动，1455.10 cm－1处特征吸收峰对应酰胺II带，1320.93 cm－1处特征吸收峰对应酰胺III带，1157.75 cm－1处特征吸收峰对应C-O伸缩振动。

由图6C、D可知，酪蛋白/BCp12在1642.15 cm－1处吸收峰对应的是酰胺I带C＝O的伸缩振动，1446.56 cm－1处吸收峰对应酰胺II带，1314.63 cm－1处吸收峰对应酰胺III带，1172.06 cm－1处吸收峰对应C-O伸缩振动。

6、分子对接结果

由图7可知，CSN1S1、CSN1S2、CSN2和CSN3酪蛋白均能较好地对接于BCp12的活性中心位点，其中，CSN1S1酪蛋白的残基Q112、Y109、K118与BCp12的残基Y1、Y4、Q7、K12之间通过—NH2、—C＝O、—OH形成5 个氢键，最低结合能为－26.4 kJ/mol。与CSN1S1酪蛋白相比，CSN1S2酪蛋白的残基E66、A62与BCp12的残基L2、G3、Y4之间存在3 个氢键且长度为3.0 Å。并且CSN2酪蛋白的残基Q138、K128与BCp12残基的L8、L9之间存在2 个氢键且结合能为－127.6 kJ/mol。而CSN3酪蛋白残基的G20、P115与BCp12残基的Y1、Y4之间存在2 个氢键且结合能为－94.5 kJ/mol。表明4 种酪蛋白残基均能与BCp12残基形成氢键相互作用，在分子的吸引中起重要作用，并且容易引起成膜分子间的聚集，使膜中引入更多亲水性氨基酸残基，膜的吸水性增强。

7、不同质量浓度BCp12复合膜液及复合膜的抑菌效果

由表6和表7可知，BCp12质量浓度对金黄色葡萄球菌抑菌性影响较大，对大肠杆菌影响较小。随着BCp12质量浓度的增加，复合膜液及复合膜的抑菌圈逐渐增大。BCp12质量浓度为1.0 mg/mL的复合膜液及复合膜对金黄色葡萄球菌抑菌效果最好，且对2 种菌的抑菌性差异显著（P＜0.05）。当BCp12质量浓度为1.0 mg/mL时，复合膜液和复合膜对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为（8.10±0.06）mm和（7.21±0.03）mm，且抑菌效果最好（P＜0.05），而大肠杆菌的抑菌圈直径分别为（7.05±0.01）mm和（6.04±0.06）mm。这与赵琼等用MIC法研究BCp12对2 种致病菌的抑制效果基本一致。

8、复合膜对乳扇的保鲜效果

感官评价

各组乳扇的感官得分在贮藏期内都有所下降，其中对照组的感官得分下降较快（图9）。这可能是4 ℃下不能完全抑制微生物生长，且微生物分解的速率足以使乳扇品质下降。1组、2组和3组贮藏60 d的感官得分差异较小，较贮藏初期明显下降，这是由于乳扇自身的乳酸菌生长代谢、蛋白和脂肪降解使乳扇的酸味、腐败味及酒味加重。

过氧化值的变化

从图10 可知，对照组在第20 天时过氧化值为1.61 mmol/kg，BCp12组在第40天时过氧化值为1.68 mmol/kg，上升趋势比较缓慢。BCp12组在60 d内过氧化值变化不明显，说明BCp12起到较好的抗氧化作用。随着贮藏时间延长，乳扇中过氧化值逐渐增加，产生令人不悦的气味，其中对照组的过氧化值均高于实验组。

色泽的变化

由图11可知，4 个处理组的L*值均随贮藏时间的延长呈下降趋势，这是由于脂肪被分解产生游离脂肪酸，蛋白质在酶和微生物的作用下产生氨基酸和小分子肽，与高鹏飞的研究结果一致，由于这些油脂蛋白成分的变化会影响光的反射，从而使L*值不断降低。贮藏期间b*值逐渐升高，可能是由于蛋白质变得松软和坍塌，从而使松散的蛋白骨架无法包埋游离脂肪导致脂肪析出，这与田洋等的研究结果一致，乳扇中的蛋白质和脂肪在微生物和内源酶的作用下发生降解，b*值增加。由此可知，BCp12能抑制乳扇中微生物生长并降低蛋白质水解及油脂析出，使乳扇保持一定的亮度和黄度。

菌落总数的变化

如表8所示，对照组在前49 d内菌落总数上升，而后呈下降趋势，可能是乳扇中酵母菌或乳酸菌大量产酸使pH值下降，不耐酸的细菌大量死亡而造成的。1组、2组和3组都含有壳聚糖且具有抑菌活性，能通过阻止营养物质进入细菌体内或穿过细菌表面进入细胞内部，使细胞正常的代谢活动紊乱，从而抑制细菌生长。2组和3组乳扇贮藏期间菌落总数较1组和对照组少（P＜0.05），说明添加BCp12和Nisin能有效抑制微生物繁殖，从而达到较好的抑菌效果。

结论

本实验通过正交试验确定了复合膜的最佳工艺：酪蛋白/壳聚糖比例1∶1.5、甘油质量分数1.5%、干燥温度55 ℃；抑菌性方面，添加BCp12可显著提高其抑菌效果，当抗菌肽质量浓度为1.0 mg/mL时，复合膜液和复合膜的金黄色葡萄球菌抑菌圈直径分别为（8.10±0.06）、（7.05±0.01）mm，大肠杆菌抑菌圈直径分别为（7.21±0.03）、（6.04±0.06）mm，对金黄色葡萄球菌抑菌效果最佳；微观结构上，SEM和FT-IR结果表明复合膜有较好的相容性且未出现分层现象，分子对接结果表明BCp12的残基Y4与酪蛋白、壳聚糖之间存在较强的氢键作用，酪蛋白、壳聚糖、BCp12之间会引入更多亲水基团，使膜的保水性和持水性增加；将复合膜应用于乳扇保鲜，结果表明BCp12复合膜保鲜乳扇相较于对照组过氧化值变化较慢，说明BCp12膜的抗氧化效果较好，经4 ℃贮藏后保质期可达60 d，且复合膜对乳扇贮藏期间微生物的生长繁殖具有抑制作用。综上，将BCp12复合膜用于乳扇保鲜能延长乳扇保质期，这一研究结果可为复合膜用于乳扇保鲜技术的研究提供理论依据。

通信作者简介

黄艾祥，博士、二级教授、博士研究生导师，首批云岭产业技术领军人才。兼任中国奶业协会常务理事，云南省奶业协会会长、云南省现代农业奶牛产业技术体系乳品加工与质量安全岗位专家、云南省科技项目专家。主要从事食物资源（植物凝乳剂、益生菌）和特色畜产品（水牛乳﹑山羊乳、乳饼、乳扇及火腿、牛干巴等）的研发工作。主持国家自然科学基金、省级科研项目15项，以通讯作者在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Journal of Dairy Science、《食品科学》、《中国乳品工业》等国内外刊物发表论文100余篇，授权国家发明专利10项，获云南省科技进步二等奖2项、三等奖1项、云南省技术发明三等奖1项。

第一作者简介

杨婷婷，女，云南农业大学食品科学技术学院2021级硕士研究生，研究方向为云南特色资源个性化营养干预的功能食品的功效评价，目前以第一作者在食品科学期刊发表EI收录论文2 篇。

本文《抗菌肽BCp12保鲜膜在乳扇贮藏保鲜中的应用》来源于《食品科学》2023年44卷1期189-198页，作者：杨婷婷，杨婧，袁子又，赵琼，杨昆，黄艾祥。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220310-118。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

图片来源于文章原文及摄图网。

Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

投稿网址：

https://www.sciopen.com/journal/2958-4124