CN101747635A - 一种乳清蛋白可食用单/双层复合膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种属于食品包装材料领域的乳清蛋白/酪蛋白磷酸肽可食用单/双层复合膜及其制备方法。所述单层复合膜是在添加增塑剂的情况下将乳清蛋白溶液和酪蛋白磷酸肽溶液混合而制成的，其中，酪蛋白磷酸肽与乳清蛋白的质量比为1-8％。所述双层复合膜的第一层是上述乳清蛋白可食用单层复合膜；第二层是覆盖于第一层之上，原料为质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液。本发明的复合膜引入了酪蛋白磷酸肽，增加了可食用乳清蛋白膜中钙的生物利用率，双层复合膜将膜中的钙离子添加量由富钙乳清膜的1％(Ca/WPI，w/w)提高至28.34％(Ca/WPI，w/w)。

Description

一种乳清蛋白可食用单/双层复合膜及其制备方法

技术领域

本发明属于食品包装材料领域，特别涉及一种乳清蛋白/酪蛋白磷酸肽可食用单层复合膜和双层复合膜及其制备方法。

背景技术

传统的包装材料，虽然价格低廉，但容易造成环境污染并且危害人类健康。随着人们对环境与安全问题的日益关注，传统的纸质包装与塑料包装材料已逐渐被“绿色包装”所替代。而可食用膜提供了无需环保花费的替代包装，是一种安全、环保的生物可降解的材料。因而开发以天然生物材料制成的可食用包装已成为世界食品工业科技发展的一个主要趋势。目前研究比较多的是以脂类、多糖、蛋白质等为原料制成的可食用膜。例如，发明专利CN101341977介绍了一种含有鱼皮胶原蛋白的可食膜及其生产方法；发明专利CN1499926提供一种无支链淀粉可食用膜组合物的制备方法。

乳清蛋白(Whey Protein Isolate，WPI)因其具有良好的成膜能力，可以形成柔软、有弹性、不溶于水，且在一定的湿度下具有优良的氧气、芳香物质和油脂阻隔性能的透明薄膜，而成为新型的可食用包装材料。以乳清蛋白膜为基础，添加营养元素和功能因子提高乳清蛋白膜的营养价值和附加功能成为新的研究方向。中国专利CN101502295公开了一种向乳清蛋白膜中加入无机钙离子的制备方法，将膜中钙含量提高至1％(Ca/WPI，w/w)。钙离子在弱碱性环境中易与磷酸根等生成不溶性钙盐，降低游离钙浓度，从而减少机体对钙的吸收。酪蛋白磷酸肽(Casein phosphopeptides，CPPs)是一类富含-Ser(P)-基团的小分子生物活性肽，在小肠弱碱性环境中能与钙等二价阳离子螯合，形成可溶性酪蛋白磷酸肽-磷酸钙，增加肠内游离钙离子浓度，提高钙的吸收和利用率。酪蛋白磷酸肽中含有7.4％的钙(w/w)，因此将乳清蛋白与酪蛋白磷酸肽复配，一方面可以提高纯乳清蛋白膜的营养附加值，另一方面双层复合膜可大幅度提高钙含量和钙的生物利用率。通过对国内外专利文献、期刊杂志及其他公开发表的文献进行检索，本发明在国内外未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乳清蛋白/酪蛋白磷酸肽可食用单层复合膜和双层复合膜。

本发明的另一目的在于提供上述复合膜的制备方法。

一种乳清蛋白可食用单层复合膜，所述单层复合膜是在添加增塑剂的情况下将乳清蛋白溶液和酪蛋白磷酸肽溶液混合而制成的，其中，酪蛋白磷酸肽与乳清蛋白的质量比为1-8％。

一种乳清蛋白可食用双层复合膜，所述双层复合膜的第一层是上述乳清蛋白可食用单层复合膜；第二层是覆盖于第一层之上，原料为质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液。

一种乳清蛋白可食用单/双层复合膜的制备方法，按照如下操作步骤进行：

(1)乳清蛋白溶液的制备：将乳清蛋白加入到水中持续搅拌使其充分溶解，调节乳清蛋白溶液pH值为6～9，75～90℃加热20～30min，制得的乳清蛋白溶液的质量百分比浓度为8～10％；

(2)酪蛋白磷酸肽溶液的制备：将酪蛋白磷酸肽加入水中持续搅拌使其充分溶解，调节酪蛋白磷酸肽溶液pH值与乳清蛋白溶液的pH值相同，制得质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液；

(3)将乳清蛋白溶液和酪蛋白磷酸肽溶液混合，制得的混合液中乳清蛋白的质量百分比浓度为8～10％，酪蛋白磷酸肽与乳清蛋白的质量比为1-8％，然后向混合液中加入增塑剂，在室温下混合均匀后真空脱气，得到成膜液，其中，增塑剂与乳清蛋白的质量比为(0.3-0.5)∶1；

(4)将步骤(3)的成膜液加入到平底有机玻璃器皿中，其中，成膜液的用量为0.09-0.1g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h，制得单层复合膜；

(5)将步骤(3)的成膜液加入到平底有机玻璃器皿中，其中，成膜液的用量为0.03-0.06g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h得第一层膜，然后将质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液加入到第一层膜上，使其均匀分散，其中，质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液的用量为0.03-0.07g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h，制得双层复合膜。

所述增塑剂为甘油或山梨醇。

本发明的单层/双层复合膜的厚度最好控制在100μm左右。

为了提高双层复合膜的钙含量，可尽量减薄第一层膜的厚度，第一层膜只是作为第二层膜的支撑物。

上述乳清蛋白溶液和CPPs溶液的溶剂均为水。

上述乳清蛋白优选乳清分离蛋白。

本发明的有益效果为：原料乳清蛋白是干酪生产的副产品，其营养价值高，容易被人体吸收。且具有良好的成膜性，所形成的薄膜透明、柔软、有弹性、不溶于水，在一定的湿度下具有优良的氧气、芳香物质和油脂的阻隔性。酪蛋白磷酸肽是以牛乳酪蛋白为原料，经水解、分离纯化而得到一类富含磷酸丝氨酸的生物活性肽，它可促进肠膜对钙、铁、锌、硒、尤其是钙的吸收和利用；本发明采用乳清蛋白与酪蛋白磷酸肽复配，形成的双层复合膜不但可以将膜中的钙离子的添加量由富钙乳清膜的1％(Ca/WPI，w/w)提高至28.34％(Ca/WPI，w/w)，还因为引入的酪蛋白磷酸肽对钙的促进吸收作用，增加了可食用乳清蛋白膜中钙的生物利用率，从而达到更好的补钙效果。

附图说明

图1是纯乳清分离蛋白膜、本发明单层复合膜、本发明双层复合膜的透光率图谱。

具体实施方式

以下实施例中关于膜厚度、拉伸性能、水蒸汽透过系数、含水量和溶解性、以及透光率和透明度的测定方法如下：

(1)膜厚度的测定方法：用数显千分尺测量厚度。

(2)拉伸性能的测定方法

参照ASTM(1995)法，使用TMS-Pro质构仪测定拉伸性能，其中拉伸速度为1mm/s。拉伸强度(TS，MPa)按式(1)计算：

$\mathrm{TS}=\frac{F_t}{L\×W}---\left(1\right)$

式中，F_t——最大拉力(N)

      L——膜样品的厚度(mm)

      W——膜样品的宽度(mm)

断裂拉伸率(E，％)按式(2)计算：

$E(\%)=\frac{\mathrm{\ΔL}}{L_0}\×100\%---\left(2\right)$

式中，L₀——样品拉伸前的原始长度(mm)

      ΔL——样品断裂被拉长的长度(mm)

(3)水蒸汽透过系数(WVP)的测定方法

参照GB 1037-88法，采用拟杯子法，并加以适当调整后测定。水蒸气透过系数按式(3)计算：

$\mathrm{WVP}(g\·\mathrm{mm}/m^2\·h\·\mathrm{kPa})=\frac{W\×x}{A\×T\×\mathrm{\ΔP}}---\left(3\right)$

式中，W——透湿杯的增重(g)

      x——膜的厚度(mm)

      A——膜外露面积(cm²)

      T——测量间隔时间(h)

      ΔP——膜两侧的水蒸气压差(kPa)

(4)含水量和溶解性的测定方法

称取质量为m₀的膜放在105℃的烘箱中干燥24h，称重，计算干燥前后膜质量损失为Δm。含水量按式(4)计算：

$\mathrm{MC}(\%)=\frac{\mathrm{\Δm}}{m_0}\×100\%---\left(4\right)$

(5)透光率和透明度的测定方法：采用紫外-可见分光光度法测定膜在200nm-800nm时的透光率。

具体制备实施例

(1)乳清分离蛋白溶液的制备：将乳清分离蛋白加入到水中持续搅拌2h，使其充分溶解，调节乳清蛋白溶液pH值为8，90℃加热30min，制得的WPI溶液的质量百分比浓度为10％；

(2)酪蛋白磷酸肽溶液的制备：将酪蛋白磷酸肽加入水中持续搅拌0.5h，使其充分溶解，调节酪蛋白磷酸肽溶液pH值为8，制得质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液；

(3)将乳清分离蛋白溶液和CPPs溶液混合，制备五种混合液，其中混合液中乳清分离蛋白的质量百分比浓度均为8％，CPPs与WPI的质量百分比依次为0％、1％、3％、5％、8％。将各混合液搅拌均匀，分别加入甘油，其中，甘油与WPI的质量比为0.5∶1，混匀后真空脱气，得五种配比的成膜液。

(4)单层复合膜的制备

步骤(3)的五种配比成膜液分别加入到平底有机玻璃器皿(直径8cm)中，其中，成膜液的用量均为0.100g/cm²，在22±2℃，相对湿度为56±2％的条件下平衡48h，制得单层复合膜。

(5)双层复合膜的制备

将步骤(3)制得的CPPs与WPI的质量百分比为8％的成膜液加入到平底有机玻璃器皿(直径8cm)中，共三组，其中，成膜液的用量依次为0.039g/cm²、0.049g/cm²、0.059g/cm²，在22±2℃，相对湿度为56±2％的条件下平衡48h，得第一层膜。将步骤(2)中质量百分比浓度为20％的CPPs溶液依次加入到上述的第一层膜上并使其均匀分散，其中，20％的CPPs溶液的用量为0.059g/cm²、0.049g/cm²、0.039g/cm²，在22±2℃，相对湿度为56±2％的条件下平衡48h。制得的双层复合膜中，CPPs与WPI的质量百分比依次为383％、258％、174％，厚度依次为120.21μm、102.63μm、91.89μm。

经过测试，膜的指标如表1和图1。

表1表明，本发明单层复合膜与纯乳清分离蛋白膜相比，在膜厚度、拉伸强度、断裂拉伸率、水蒸气透过率方面没有显著性差异。本发明双层复合膜与单层复合膜相比，膜厚度增加，水蒸气透过率没有显著差异，但双层膜的钙含量由单层膜的0.59％(Ca/WPI，w/w)提高至28.34％(Ca/WPI，w/w)。

图1表明，在200-800nm波长范围内，本发明单层复合膜与纯WPI膜的透光率没有显著差异。而本发明双层复合膜在300-400nm处膜的透光率有所降低。但单层复合膜和双层复合膜在200-280nm近紫外区内其透光率均在1％以下，因此单/双层复合膜均有较好的抵挡紫外线的作用，具有一定的抗紫外功效。

Claims (5)

1.一种乳清蛋白可食用单层复合膜，其特征在于，所述单层复合膜是在添加增塑剂的情况下将乳清蛋白溶液和酪蛋白磷酸肽溶液混合而制成的，其中，酪蛋白磷酸肽与乳清蛋白的质量比为1-8％。

2.根据权利要求1所述的乳清蛋白可食用单层复合膜，其特征在于，所述乳清蛋白为乳清分离蛋白。

3.一种乳清蛋白可食用双层复合膜，其特征在于，所述双层复合膜的第一层是上述乳清蛋白可食用单层复合膜；第二层覆盖于第一层之上，原料为质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液。

4.一种乳清蛋白可食用单/双层复合膜的制备方法，其特征在于，按照如下操作步骤进行：

(1)乳清蛋白溶液的制备：将乳清蛋白加入到水中持续搅拌使其充分溶解，调节乳清蛋白溶液pH值为6～9，75～90℃加热20～30min，制得的乳清蛋白溶液的质量百分比浓度为8～10％；

(2)酪蛋白磷酸肽溶液的制备：将酪蛋白磷酸肽加入水中持续搅拌使其充分溶解，调节酪蛋白磷酸肽溶液pH值与乳清蛋白溶液的pH值相同，制得质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液；

(3)将乳清蛋白溶液和酪蛋白磷酸肽溶液混合，制得的混合液中乳清蛋白的质量百分比浓度为8～10％，酪蛋白磷酸肽与乳清蛋白的质量比为1-8％，然后向混合液中加入增塑剂，在室温下混合均匀后真空脱气，得到成膜液，其中，增塑剂与乳清蛋白的质量比为(0.3-0.5)∶1；

(4)将步骤(3)的成膜液加入到平底有机玻璃器皿中，其中，成膜液的用量为0.09-0.1g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h，制得单层复合膜；

(5)将步骤(3)的成膜液加入到平底有机玻璃器皿中，其中，成膜液的用量为0.03-0.06g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h得第一层膜，然后将质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液加入到第一层膜上，使其均匀分散，其中，质量百分比浓度为20％的酪蛋白磷酸肽溶液的用量为0.03-0.07g/cm²，在20-24℃，相对湿度为54-58％的条件下平衡至少48h，制得双层复合膜。

5.根据权利要求4所述的乳清蛋白可食用单/双层复合膜的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为甘油或山梨醇。

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