CN102504549B - 一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜及其制备方法，所述复合膜的原料组成中包括纳米二氧化钛。本发明实现了对食品中常见微生物的抑菌作用。本发明在原料中添加二氧化钛，降低了膜的透水性、透气性和透光率，使复合膜水分迁移量少，膜防腐效果好；能更好地达到食品包装保护的作用；也能延缓食品的氧化变质，从而起到抗氧化的作用。同时，还实现了光催化剂二氧化钛和蛋白质的复合利用。本发明制作的复合膜具有较好的物理性能和抑菌性，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种二氧化钛-大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜及制备方法

技术领域

本发明属于食品包装材料工艺技术领域，更具体涉及一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜及其制备方法。

背景技术

在各种包装材料中，塑料以其优越的性能及较低的成本广泛地用于食品包装，但是塑料包装性质稳定，使用后遗弃在环境中不易分解腐烂，长期存留，易引起环境污染。目前人工合成膜的应用正受到来自安全和环保方面的挑战，可食性包装膜因具有更高的安全性和环保性而成为研究的趋势。从蛋白质、多糖和脂质等生物大分子中开发可食的涂层和薄膜已经成为国内外科研工作者研究的热点。

大豆蛋白分子中存在大量的氢键、疏水键、离子键等作用，大豆分离蛋白（SPI）是一种经碱溶酸沉法提取得到的高营养物质，蛋白质含量达92%以上，使得大豆蛋白具有良好的成膜性能。以大豆蛋白粉为基质，添加甘油、山梨醇等作为增塑剂，可制成具有良好强度、弹性和防潮性等特点的可食性膜或涂层，可以保持水分，阻止氧气渗入，还能保持脂肪类食品的原味。

随着食品科技的发展和消费者对食品高质量的要求，食品包装正朝着活性食品包装的方向发展。其中抑菌食品包装是应用最为广泛的活性食品包装之一。虽然食品在加工过程中就已经过灭菌处理，食品在储运或开封后仍然容易被微生物污染。抑菌食品包装可抑制食品表面的微生物污染，提高食品的安全性，并延长其货架期，在今后的食品包装市场中必将具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜及其制备方法，方法简便、易于操作，该方法在复合膜中添加二氧化钛，改善了膜的性能并使其具有抑菌性，从而延长了食品的货架期。

本发明采取的技术方案如下：

本发明的一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜，其原料组成中包括大豆分离蛋白和纳米二氧化钛。

所述复合纳米抗菌膜的原料按重量百分数包括：纳米二氧化钛0.3-2.0%，大豆分离蛋白2-4%，甘油1.0-4.0%，余量为水。

所述纳米二氧化钛加入前先以纳米级形式分散于蒸馏水中制成二氧化钛溶液。

本发明还提供了一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）蛋白液的制备：甘油和水在搅拌的状态下逐渐加入大豆分离蛋白，搅拌混匀；

（2）复合纳米抗菌膜的制备：调节pH 值为9-11，再恒温水浴70℃-80℃加热20-30min，冷却至室温，然后加入二氧化钛溶液搅拌1-2h，过滤、脱气、成膜。

    本发明在原料中添加纳米二氧化钛，降低了复合膜的透水性、透气性和透光率，使复合膜水分迁移量少，膜防腐效果好；能更好地达到食品包装保护的作用；也能延缓食品的氧化变质，从而起到抗氧化的作用。二氧化钛是一种增白剂，对人体无害，添加二氧化钛到蛋白溶液中，制备出的膜会使得食品保持原有的营养价值、风味和色泽，并能抑制微生物的生长，从而具有更长的保质期。同时，还实现了光催化剂和蛋白质的复合利用。

本发明的显著优点：

本发明通过添加光催化剂二氧化钛制备以大豆分离蛋白为原材料的食品包装膜，在外界光源的作用下光催化剂二氧化钛发生催化反应而达到杀菌的效果。以食品微生物分析中的常见污染菌如大肠杆菌、沙门氏菌及金黄色葡萄球菌等为研究对象，考察复合膜对有害生物的处理效果，开发出在一种既具有良好物理性能又具有抑菌性能的复合膜，这能够提供一种新的食品包装膜，更好的满足食品的需要。

本发明采用的二氧化钛为原料之一，二氧化钛（钛白粉）是一种惰性、无毒、成本低的无机成分，热稳定性与耐热性好；自身为白色，且高温不变色、不分解；并且有即效性好、抗菌能力强、抗菌谱广、抗菌效果持久等优点。其潜在活性是在近紫外区相对较低波长照射下，光催化活性能够抑制大多数的微生物。当二氧化钛加入聚合物基质中如包装材料，它会对包装的食品提供气味、色泽和防变质的保护。

本发明制备方法简单易行，制备得到的复合膜与普通的蛋白膜（即：原料中仅含大豆分离蛋白和甘油，不含有二氧化钛）相比，复合膜具有较低的透水性、透气性与透光率以及更好的抑菌性，实现了利用包装膜就能对食品中的常见微生物产生抑菌作用。透水性、透气性和透光率的结果如表1所示，抑菌性的结果如图1所示。从图1可以看出，复合膜具有抑菌性能。随着二氧化钛含量的添加，复合膜的抑菌性增强，当达到2.0g/150ml成膜溶液时，复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性最强，其抑菌率分别从52.73 % 和 60.32 % 达到 71.23 %， 83.17 %。

透水性：在恒温恒湿箱中平衡2天后，测膜的水蒸气透过系数，持续一周，计算可得复合膜的透水性是3.745（gmm/ m²d kpa）；而对照组的水蒸气透过系数透过系数是6.197（gmm/ m²d kpa）。

透气性：在恒温恒湿箱中平衡2天后，测膜的透气性，可得复合膜的透O₂性和透CO₂性分别是0.119和11.82（mg/(cm² d)）；而对照组的透O₂性和透CO₂性分别是0.239和20.24（mg/(cm² d)）。

透光率：在恒温恒湿箱中平衡2天后，使用分光光度计测得复合膜的透光率为65.43%；而对照组的透光率为79.77%。

抑菌性：采用菌落计数法考察膜的抑菌性，结果表明复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性分别是71.01% 和88.49%；对照组并没有抑菌性能。

表1 对照组与实验组膜各项物理指标的比较

说明：

1、对照组为不添加二氧化钛制备的普通大豆分离蛋白膜。

2、透水性指标越低，表示水分迁移量越少，膜防腐效果越好；透光率越低，光线越不易经过薄膜照射进入包装内的食品，越能更好地达到食品包装保护的作用；对气体的透性低能延缓食品的氧化变质，从而起到抗氧化的作用。

3、抑菌性指标采用活菌计数来表示，相同条件下，从复合膜上洗脱下来的菌液经培养后越少指标越好。

   本发明制作的复合膜，具有较好的物理性能和抑菌性，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为TiO₂－大豆分离蛋白复合膜的抑菌性能。

具体实施方式

以大豆分离蛋白为6g，甘油1.5-6.0g，二氧化钛 0.5-3g，水88-127mL。

 制备工序如下：

（1）蛋白液的制备：甘油(增塑剂)、水，在磁力搅拌的状态下将大豆分离蛋白逐渐加入，制成蛋白液。

（2）调节pH 值：用0.1mol/L NaOH溶液调节pH值为9-11。

（3）恒温水浴加热：水浴控制在70℃-80℃，加热20-30min。在水浴时打开磁力搅拌器搅拌溶液，使其受热均匀。

（4）冷却：在水浴锅中加热后，冷却至室温。

（5）加入二氧化钛：将事先分散好的二氧化钛溶液量取一定的体积加入到冷却的蛋白液中，使纳米二氧化钛的含量为0.5-3.0g/150ml成膜溶液，磁力搅拌1－2h。

（6）过滤脱气：用四层纱布迅速过滤，静置半小时，除去气泡。

（7）恒温干燥成膜：量取15mL的溶液，倒入15×15cm的玻璃皿中，静置一段时间，放入80℃的干燥箱中干燥2h。

（8）揭膜：揭膜时，先将膜与玻璃板四周分离，然后放在温度为25℃，相对湿度为50% 的恒温恒湿箱中平衡48h备用。

所述步骤 （1）制备蛋白液中，磁力搅拌器的转速不超过1350 r/min，搅拌时间为15min左右，使蛋白完全溶于水和甘油，形成悬浮液。

所述步骤（2）调节pH中，注意滴加NaOH的速度，防止速度过快，调过pH值。

所述步骤（5）中，所选用的二氧化钛溶液是工业分散好的已知浓度的溶液，先将蛋白液在磁力搅拌器上搅拌，在搅拌的过程中缓慢加入二氧化钛溶液。

所述步骤（8）揭膜中，先用刀将膜与玻璃板的四周分离，在揭膜时，不能操之过急，防止膜的破碎。

为能进一步了解本发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例：

实施例1

大豆分离蛋白为6g，甘油1.5g，二氧化钛 0.5g，水127mL。

使用的蛋白应该为大豆分离蛋白，质量符合国家标准，新鲜未过期。

（1）蛋白质溶液的制备：甘油1.5g、水127mL，在磁力搅拌的状态（1200r/min）下将6g的大豆分离蛋白逐渐加入，以配成一定浓度的溶液。

（2）调节pH 值：用0.1mol/L NaOH溶液调节pH值为10.00左右。

（3）恒温水浴加热：水浴稳定控制在70℃左右，加热20min。在水浴时打开磁力搅拌器搅拌溶液，使其受热均匀。

（4）冷却：在水浴锅中加热后，冷却至室温。

（5）加入二氧化钛：将事先分散好的二氧化钛溶液（3%）量取16.7mL加入冷却的蛋白液中，磁力搅拌1.5h。

（6）过滤脱气：用四层纱布迅速将复合膜的蛋白液过滤，静置半小时，除去气泡。

（7）恒温干燥成膜：量取15mL的溶液，倒入15×15cm的玻璃皿中，静置半小时，放入80℃的干燥箱中干燥2h。

（8）揭膜：揭膜时，先将膜与玻璃板四周分离，然后放在温度为25℃，相对湿度为50% 的恒温恒湿箱中平衡48h备用。

实施例2

大豆分离蛋白为6g，甘油6.0g，二氧化钛 1.5g，水88mL。

（1）蛋白质溶液的制备：甘油6.0g、水88mL，在磁力搅拌的状态（1200r/min）下将6g的大豆分离蛋白逐渐加入，以配成一定浓度的溶液。

（2）调节pH 值：用0.1mol/L NaOH溶液调节pH值为10.00左右。

（3）恒温水浴加热：水浴稳定控制在70℃左右，加热20min。在水浴时打开磁力搅拌器搅拌溶液，使其受热均匀。

（4）冷却：在水浴锅中加热后，冷却至室温。

（5）加入二氧化钛：将事先分散好的二氧化钛溶液（3%）量取50mL加入冷却的蛋白液中，磁力搅拌1.5h。

（6）过滤脱气：用四层纱布迅速将复合膜的蛋白液过滤，静置半小时，除去气泡。

（7）恒温干燥成膜：量取15mL的溶液，倒入15×15cm的玻璃皿中，静置半小时，放入80℃的干燥箱中干燥2h。

（8）揭膜：揭膜时，先将膜与玻璃板四周分离，然后放在温度为25℃，相对湿度为50% 的恒温恒湿箱中平衡48h备用。

Claims (1)

1.一种二氧化钛－大豆分离蛋白复合纳米抗菌膜，其特征在于：所述复合纳米抗菌膜的原料按重量百分数为：纳米二氧化钛0.3-2.0%，大豆分离蛋白2-4%，甘油1.0-4.0%，余量为水；所述纳米二氧化钛加入前先以纳米级形式分散于蒸馏水中制成二氧化钛溶液；

其制备方法包括以下步骤：

（1）蛋白液的制备：甘油和水在搅拌的状态下逐渐加入大豆分离蛋白，搅拌混匀；

（2）复合纳米抗菌膜的制备：调节pH 值为9-11，再恒温水浴70℃-80℃加热20-30min，冷却至室温，然后加入二氧化钛溶液搅拌1-2h，过滤、脱气、成膜。

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