CN102190805A - 一种超声波处理提高大豆蛋白可食用膜机械强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种采用超声波处理提高大豆蛋白为基质的可食用膜机械强度的方法，属于食品包装技术领域。本发明以大豆分离蛋白为主要原料，经过超声波处理改造大豆蛋白的结构，然后添加增塑剂、交联剂、增稠剂等，使大豆蛋白形成更为致密的网络结构，本发明的特点是：用此方法制备的膜材料较非此方法处理的膜机械强度更高，阻隔性能、感官指标有所改善。可用于制作食品内包装膜。

Description

一种超声波处理提高大豆蛋白可食用膜机械强度的方法
技术领域
一种采用超声波处理强化大豆蛋白可食用膜的方法，属于食品包装技术领域。
背景技术
近年来，随着人们环保意识的增强，白色污染以及食品安全问题受到人们越来越多的关注，能够替代塑料袋的可食用膜在食品包装领域成为新的研究热点。大豆蛋白膜以其良好的强度、弹性和防潮性尤其是优异的阻氧性能引起研究者的重视。
大豆蛋白质为紧密卷曲的球状分子结构，在水中相对稳定。在成膜过程中需要采用一定方法处理，破坏蛋白质内部的相互作用，使蛋白质亚基解离，分子得到一定程度的伸展，内部基团暴露，加强分子间的相互作用，从而形成立体网络结构，在合适的条件下形成具有一定强度和阻隔性能的膜。常用的处理方法有物理处理、化学处理、酶处理等。超声波对介质产生空穴作用、机械作用和超混合效应等，促使介质化学键的断裂，形成和暴露更多的反应中心，从而加速反应进行，使膜内部形成的网状结构更为紧致，增加膜的机械强度，改善其阻隔性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用超声处理改变大豆蛋白可食性膜微观结构，改善其应用性能的方法。大豆蛋白经热处理后在超声场中变性解离重新形成立体网络结构，添加增塑剂、增稠剂等辅剂干燥成膜。通过测定可食用膜的各项指标如抗拉强度、延伸率、透油系数、微观结构等确定可食用膜的制备工艺，本发明制备得到的可食用膜具有较好的机械强度、阻隔特性。
本发明采用如下技术方案：一种采用超声波处理提高大豆蛋白可食用膜机械强度的方法，其特征是原料采用大豆分离蛋白，配制3-10％的蛋白乳，70-90℃恒温水浴并不断搅拌加热预处理，用调节溶液pH至4.0-10.0，冷却至25-65℃采用500-2000w的超声波处理1-30s，选择添加增塑剂(甘油、丙二醇、山梨醇等)、还原剂(半胱氨酸、亚硫酸钠等)、交联剂(阿魏酸、果胶等)、增稠剂(海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等)等辅剂中的一种或几种，取一定量成膜液于成膜模具内，60-95℃干燥2-12h后揭膜，在25℃相对湿度为50％的环境中平衡24h后获得成品膜。进行可食用膜性能的评价(机械强度，阻隔特性等)和结构分析。
对制成的膜进行性能测定(以未经超声处理的大豆蛋白膜为空白)：
1、膜厚度(d)测定：利用电动厚度测定仪在待测膜上随机取5点测定，取平均值，单位mm。
2、抗拉强度(TS)和伸长率(E)测定：采用长条型试样，宽度20mm，标距50mm，利用下式计算。每个样品做5个平行试样，取平均值。
TS＝p/(b·d)  (MPa)
式中：TS-抗拉强度；p-断裂负荷，N；b-试样宽度，mm；d-试样厚度，mm。
E＝(L-L0)/L0  (％)
式中：E-伸长率，％；L0-试样原始标线距离，mm；L-试样断裂时标线间距离，mm。
3、透光率(TL)的测定：将膜裁成合适的长条，贴在比色皿一侧，在500nm下测定透光度，以空皿做空白，每个样品做5个平行试样，取平均值。根据以下公式计算透光率：
TL＝T/d
式中：TL-透光率；T-透光度；d-试样厚度，mm。
4、透油性测定：将5mL色拉油加入试管中，以待测膜封口，倒置于滤纸上，每24h称量滤纸1次，持续1周。根据以下公式计算透油系数(PO)。
PO = ΔW × d ST
式中：PO为透油系数(g·m/(m2·d))；ΔW为滤纸质量变化(g)；d为膜厚(m)；S为膜面积(m2)；T为时间(d)；ΔW/T为质量随时间变化曲线线性部分的斜率。
5、扫描电镜观察：
采用液氮冷冻法制样观察薄膜断面结构，样品用双面胶带固定在电镜样品台上，真空镀金后置于XL30环境电子扫描显微镜观察。
创新点：
本发明以大豆分离蛋白为主要原料，采用超声波处理进行改性，得到一种性能优良的可食性膜。该发明在以下几个方面具有创新性：
1、本发明采用超声波处理的方法提高了大豆蛋白可食性膜的机械强度和 阻隔性，制成抗拉强度和延伸性都较好的可食膜。经本发明方法处理，大豆蛋白可食性膜的结构更加均匀致密，抗拉强度可提升127％，断裂伸长率达到空白膜的1.5倍，透光率增加47％，透油率降低46％。；
2、本发明采用较高功率的超声波缩短了超声处理的时间，工艺相对简单，速度快，成本较低，效果明显，适宜应用于大豆蛋白膜的工业生产当中；
3、本发明扩大了蛋白质的应用范围，为解决环境污染提供了一条有效新途径。
超声强化可食性膜应用于食品包装可以和食品一起直接食用，是真正的绿色包装材料；此外，它还可以拓宽大豆等农产品的利用途径，提高其农产品附加值。本发明将在一定程度上解决使用塑料包装制品对环境造成的污染，产生巨大的社会效益和经济效益。
具体实施方式
实施例1：
原料采用大豆分离蛋白，配制5％的蛋白乳，90℃恒温水浴并不断搅拌加热预处理，调节溶液pH至8.0，冷却至60℃，采用1000w超声波处理10s，添加甘油2％、海藻酸钠1％，取一定量成膜液于成膜模具内，95℃干燥2h后揭膜，在25℃，在相对湿度为50％的环境中平衡24h后获得成品膜。
性能测试：
抗拉强度：4.65Mpa，(比空白膜提升73％)；
断裂伸长率：54％，(超过空白膜1.5倍)；
透光率：7.3T/mm(比空白膜增加47％)；
透油率：0.176g·m/(m2·d)(比空白膜降低46％)；
实施例2：
原料采用大豆分离蛋白，配制5％的蛋白乳，70℃恒温水浴并不断搅拌加热预处理，调节溶液pH至6.0，冷却至40℃，采用1250w超声波处理5s，添加甘油2％，玉米淀粉1％，倒入成膜模具内，75℃干燥12h后揭膜，在25℃，在相对湿度为50％的环境中平衡24h后获得成品膜。
性能测试：
抗拉强度：6.15Mpa，(比空白膜提升127％)；
断裂伸长率：36％，(接近空白膜)；
透光率：7.6T/mm(比空白膜增加56％)；
透油率：0.314g·m/(m2·d)(接近空白膜)；
附图说明
图1是实施例1中1000w超声波处理10s的大豆蛋白液所制备的可食用膜与空白膜显微结构的对比。
图2是实施例2中1250w超声波处理10s的大豆蛋白液所制备的可食用膜与空白膜显微结构的对比。

Claims (4)

1.一种采用超声波处理提高大豆蛋白为基质的可食用膜机械强度的方法。其特征在于：原料采用大豆分离蛋白，调配成一定浓度的蛋白乳，采用特定功率的超声波处理一定时间，选择添加增塑剂、交联剂、还原剂、增稠剂等辅剂中的一种或几种，干燥成型后获得可食用膜产品。
2.根据权利1所述的可食用膜制备方法。其特征在于：按如下步骤进行：将原料大豆分离蛋白，配制3-10％的蛋白乳，70-90℃恒温水浴并不断搅拌加热预处理，调节溶液pH至4.0-10.0，冷却至25-65℃，采用特定功率的超声波，处理一定时间。选择添加增塑剂、还原剂、交联剂、增稠剂等辅剂中的一种或几种，取一定量膜液于成膜模具内，60-95℃干燥后揭膜，在25℃，在相对湿度为50％的环境中平衡24h后获得成品膜。进行可食用膜性能的评价(机械强度、阻隔性能等)和结构分析。
3.根据权利1、2所述的可食用膜制备方法。其特征在于：超声波功率为采用500w-2000w，处理时间为1-30s。
4.根据权利1、2、3所述的可食用膜制备方法。其特征在于：增塑剂采用甘油、丙二醇、山梨醇等；还原剂采用半胱氨酸、亚硫酸钠等；交联剂采用淀粉、葡萄糖、阿魏酸、果胶等；增稠剂采用羧甲基纤维素钠和海藻酸钠。
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