CN103881400B - 可食性纳米花生蛋白复合膜及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了一种可食性纳米花生蛋白复合膜的制备工艺，其包括如下步骤，1）花生分离蛋白的制备；2）纳米花生蛋白的制备；3）纳米玉米淀粉溶液的制备以及4）复合膜的制备。本发明还公开了利用上述工艺制备的可食性纳米花生蛋白复合膜。本发明各原料选择独特，配伍合理，制备的复合膜性能优于其他产品；制备工艺独特，而且操作流程简单，符合规模工业化生产的要求。

Description

可食性纳米花生蛋白复合膜及其制备工艺

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种可食性纳米花生蛋白复合膜及其制备工艺。

背景技术

塑料膜是用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜，用于包装，以及用作覆膜层。塑料包装及塑料包装产品在市场上所占的份额越来越大，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，其中又以食品包装所占比例最大，比如饮料包装、速冻食品包装、蒸煮食品包装、快餐食品包装等，这些产品都给人们生活带来了极大的便利。塑料膜自问世以来，得到越来越广泛的应用，然而普通的塑料膜属于石油基高分子材料，在自然条件下不能降解。近年来，塑料制品造成的“白色污染”对人类生活及生存环境带来了极大的危害，同时对食品安全也产生了严重威胁。国务院办公厅发出通知，自2008年6月1日起，在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度，一律不得免费提供塑料购物袋。国家倡导的限制塑料袋使用政策，对减少环境污染做出了重要的贡献，但这无法从根本上解决白色污染问题，环境保护形式依然严峻。因此寻求取代塑料包装的材料是“包装与环境”中一个重要的课题，根据国家新材料产业“十二五”发展规划提出的倡导环境保护的要求及人们对食品品质要求的提高，研究开发安全、可全生物降解的食用级纳米复合膜用于取代部分塑料包装，以引领食品包装新的发展趋势。

可食膜是以可食性生物大分子物质及其衍生物为主要基质，辅以可食性增塑剂，经过混合、加热、加压、涂布和挤出等工艺，使各成膜剂分子相互作用，干燥后形成一种具有一定工程性质和选择透过性的薄膜。通常把预先制备好的独立膜称为薄膜，把涂布、浸渍、喷洒在食品表面而成的薄膜成为涂层。它主要用于食品内包装和新鲜食品的表面包装，以阻止食品吸水或失水，防止食品氧化等化学反应，调节生鲜食品呼吸强度，提高食品表面机械强度，改善食品表现，减少油炸食品吸油量等；也常作为食品特殊成分如防腐剂、色素、风味物质等的载体。使这些成分在食品表面或界面上发挥作用。

可食膜具有以下特点：可以接受的感官特征，具有使用安全性和卫生性，可与被包装食品一起食用，对食品和环境无污染；适当的阻隔性能，可延缓食品中水、油及其他成分的迁移和扩散，与不可食用薄膜构成多界面、多层次的复合包装，提高了整体阻隔性能；较好的物理、机械性能，可提高食品表面机械强度，使其易于加丁处理；作为食品色、香、昧、营养强化剂(维生素或矿物质)、抗氧化剂或抑菌剂等添加剂的载体，并可控制其在食品中的扩散速率；可选择的透气性，适合各种不同需求的包装，如降低果实的呼吸速率来延缓果实的衰老过程；可用于食品小量包装和单体包装，防止因食品组分间水分和其他物质的迁移而导致的食品变质。

淀粉具有来源广泛、价格低廉、可生物降解等优点，故淀粉基可食膜是可食膜中研究开发最早的类型。淀粉一般分为直链淀粉和支链淀粉两种。直链淀粉含量越高，分子间结合越紧密，越易发生凝沉，成膜性能越好，所成膜抗拉强度越大，透气性越低，且无味、无臭、无毒，具有抗水和抗油性能，所以高直链淀粉是一种较好的成膜材料。淀粉基可食膜是以淀粉主要是直链淀粉为基质，多元醇（如甘油、聚乙二醇、山梨醇等）为增塑剂，少量动植物胶（褐藻胶、琼脂等）为增强剂制作而成。在众多可食膜中淀粉基可食膜具有拉伸性、透明度、耐折性、水不溶性良好和透气率低等特点。但是到目前为止，淀粉膜的工业化生产和实际商业应用还没有，最重要的原因之一是淀粉膜的机械强度和阻湿性稍差。

植物蛋白是一种优质的蛋白资源，近年来，植物蛋白膜的开发越来越受到关注。然而国内外有关蛋白膜的研究主要集中在大豆蛋白。我国花生年产量已经达到1400万吨左右，接近大豆产量水平，其中约有60%的花生用于榨油。榨油后剩余的花生饼粕除小部分用于饲料生产外，其余均未被充分利用，造成了资源的大量浪费。冯治平等研究表明，花生蛋白分子中存在着大量的氢键、疏水键、范德华力、离子键和配位键，使其具有较好的成膜性能。

有机纳米材料粒径在1～1000nm之间，由于其自身的特殊结构而具有表面效应、体积效应(小尺寸效应)和量子尺寸效应。纳米材料的分散相与基体相之间的界面面积特别大，与基体材料复合后，使基体材料变得很致密。将纳米材料的尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来，使基体材料的强度、刚性、韧性得到明显的改善。纳米材料的优势突出体现在对传统产品的改性上，这种改变成本低，但产品性能却能大幅度提高，具备市场活力。如何利用纳米技术对现有技术的复合膜进行改性，以达到商业化要求是现有技术需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术复合膜的缺陷，本发明提供了一种可食性纳米花生蛋白复合膜，该复合膜具备较好的机械性质和阻水性能，能够适应食品商业化需要；本发明还提供了一种可食性纳米花生蛋白复合膜的制备工艺。

本发明的技术方案是通过如下方式来实现的：

一种可食性纳米花生蛋白复合膜的制备工艺，其包括如下步骤：

1）花生分离蛋白的制备；2）纳米花生蛋白的制备；3）纳米玉米淀粉溶液的制备以及4）复合膜的制备；

优选地，具体包括如下步骤：

1）花生分离蛋白的制备：

取一定量的花生蛋白粉，按料液比1:10（kg/L）的比例加水溶解，调节溶液pH至8.5，并于35℃条件下恒温搅拌1h，然后3000rpm离心15分钟，取上清液；调节上清液pH至4.5，3000rpm离心15分钟，收集沉淀，冷冻干燥，得花生分离蛋白；

2）纳米花生蛋白的制备：

取步骤1）制备的花生分离蛋白，配制浓度为6%的花生分离蛋白溶液，调节溶液pH至8.5，室温条件下静置1h后，然后向溶液中逐滴滴加无水乙醇，至乙醇与溶液中水的体积比为4:1，随后加入戊二醛，添加量为花生分离蛋白重量的1%，反应16h，进行真空浓缩蒸发去除乙醇，收集剩余物，冷冻干燥，得纳米花生蛋白；

3）纳米玉米淀粉溶液的制备：

按照玉米淀粉：水为6g：100ml的比例，将玉米淀粉搅拌分散在水中，缓缓加热到80℃，搅拌1h，加入戊二醛，添加量为玉米淀粉重量的1%，继续搅拌1h，得到纳米玉米淀粉溶液；

4）复合膜的制备：

称取步骤2）制备的纳米花生蛋白10g，壳聚糖3g以及琼脂1g，加入100mL蒸馏水中，加入30%的甘油，添加量为10mL；磁力搅拌20min，然后用1mol/L的NaOH溶液调节pH至9.0，再在沸水浴中搅拌加热30min，冷却至50℃，得到复合物A；再取步骤3）制备的纳米玉米淀粉溶液10mL，倒入复合物A中，搅拌均匀，然后倒入抽滤瓶中，用真空度为0.4MPa的真空泵脱气约10min，得到复合物B；将复合物B均匀平铺在平面皿上，置于40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，即得。

本发明还公开了利用上述制备工艺制备的可食性纳米花生蛋白复合膜。

本发明取得到有益效果主要包括：本发明各原料选择独特，配伍合理，制备的复合膜性能优于其他产品；通过添加纳米玉米淀粉，使得机械强度和阻水性能均大大提高；通过多次试验，添加一定比例的壳聚糖和琼脂，水蒸气透过性和溶胀度大大降低；本发明通过纳米化花生蛋白，使得复合膜机械强度和阻水性能均大大提高；本发明制备工艺独特，而且操作流程简单，符合规模工业化生产的要求。

附图说明

图1.纳米花生蛋白扫描电镜图；

图2.纳米花生蛋白粒径分布图。

具体实施方式

以下将采用具体的实施例来对本发明作进一步的解释，但是不应当看作是对本发明创新精神的限制。

实施例1

一种可食性纳米花生蛋白复合膜的制备工艺，其包括如下步骤：

1）花生分离蛋白的制备：

取一定量的花生蛋白粉，按料液比1:10（kg/L）的比例加水溶解，调节溶液pH至8.5，并于35℃条件下恒温搅拌1h，然后3000rpm离心15分钟，取上清液；调节上清液pH至4.5，3000rpm离心15分钟，收集沉淀，冷冻干燥，得花生分离蛋白；

2）纳米花生蛋白的制备：

配制浓度为6%（100ml水中添加6g）的花生分离蛋白溶液，调节溶液pH至8.5，室温条件下静置1h后，然后向溶液中逐滴滴加无水乙醇，至乙醇与溶液中水的体积比为4:1，随后加入戊二醛，添加量为花生分离蛋白重量的1%，交联反应16h，进行真空浓缩蒸发以去除乙醇，收集剩余物，冷冻干燥，得纳米花生蛋白；

3）纳米玉米淀粉溶液的制备：

将玉米淀粉搅拌分散在水中，浓度为6%（100ml水中添加6g），缓缓加热到80℃，搅拌1h，加入戊二醛，添加量为玉米淀粉重量的1%，继续搅拌1h，得到纳米玉米淀粉溶液；

4）复合膜的制备：

称取纳米花生蛋白10g，壳聚糖3g以及琼脂1g，加入100mL蒸馏水中，加入食品级30%（v/v）甘油，添加量为10mL；磁力搅拌20min，然后用1mol/L的NaOH溶液调节pH至9.0，再在沸水浴中搅拌加热30min，冷却至50℃，得到复合物A；再取纳米玉米淀粉溶液10mL，倒入复合物A中，搅拌均匀，然后倒入抽滤瓶中，用真空度为0.4MPa的真空泵脱气约10min，得到复合物B；将复合物B均匀平铺在平面皿（直径15厘米）上，置于40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，揭下所成膜即得。

实施例2

本发明制备的纳米花生蛋白结构的分析

图1和图2分别为纳米花生蛋白的扫面电镜图和粒径分布图，从中可以看出，本发明制备的纳米蛋白颗粒呈球形，结构一直，表面光滑；纳米蛋白颗粒的粒径分布从150nm到500nm，主要分布在200nm左右，达到了纳米级，且分布较为均匀。

实施例3

性能测试和影响因素：

1.纳米玉米淀粉溶液对花生蛋白复合膜机械强度和阻水性能的影响，见表1，其中，分为四个组别：1组为本发明实施例1；2组：参照实施例1，但不添加纳米玉米淀粉溶液；3组：参照实施例1，添加玉米淀粉（未经过处理）；4组：参照实施例1，添加豌豆淀粉（未经过处理）。

表1

结论：本发明通过添加合适量的纳米玉米淀粉，机械强度和阻水性能均大大提高。

2.本发明通过添加壳聚糖和琼脂使得复合膜的水蒸气透过性和溶胀度均大大降低，相比不添加壳聚糖和琼脂的对照组，我们意外的发现，水蒸气透过性和溶胀度分别降低了35%和22%；相对于仅添加壳聚糖的对照组，水蒸气透过性和溶胀度分别降低了11%和9%。

3.纳米花生蛋白对花生蛋白复合膜断裂强度、阻水性能以及溶解性的影响，见表2，其中，分为两个组别：1组为本发明实施例1；2组：参照实施例1，去掉步骤制备纳米花生蛋白的步骤，直接采用花生分离蛋白。

表2

组别	厚度/μm	断裂伸长率%	透水速度 (g / m2.h)	透水系数 (g. mm / m2.h.Pa)
					1	104.0	164.3	2.46	3.18
2	103.2	121.4	5.61	6.39

结论：本发明通过纳米化花生蛋白，断裂伸长率和阻水性能均大大提高。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可食性纳米花生蛋白复合膜的制备工艺，其包括如下步骤：

1）花生分离蛋白的制备：

取花生蛋白粉，按料液比1Kg:10L的比例加水溶解，调节溶液pH至8.5，并于35℃条件下恒温搅拌1h，然后3000rpm离心15分钟，取上清液；调节上清液pH至4.5，3000rpm离心15分钟，收集沉淀，冷冻干燥，得花生分离蛋白；

2）纳米花生蛋白的制备：

取步骤1）制备的花生分离蛋白，配制浓度为6%的花生分离蛋白溶液，所述6%为100ml水中添加6g，调节溶液pH至8.5，室温条件下静置1h后，然后向溶液中逐滴滴加无水乙醇，至乙醇与溶液中水的体积比为4:1，随后加入戊二醛，添加量为花生分离蛋白重量的1%，反应16h，进行真空浓缩蒸发去除乙醇，收集剩余物，冷冻干燥，得纳米花生蛋白；

3）纳米玉米淀粉溶液的制备：

按照玉米淀粉：水为6g：100ml的比例，将玉米淀粉搅拌分散在水中，缓缓加热到80℃，搅拌1h，加入戊二醛，添加量为玉米淀粉重量的1%，继续搅拌1h，得到纳米玉米淀粉溶液；

4）复合膜的制备：

称取步骤2）制备的纳米花生蛋白10g，壳聚糖3g以及琼脂1g，加入100mL蒸馏水中，加入30%的甘油，添加量为10mL；磁力搅拌20min，然后用1mol/L的NaOH溶液调节pH至9.0，再在沸水浴中搅拌加热30min，冷却至50℃，得到复合物A；再取步骤3）制备的纳米玉米淀粉溶液10mL，倒入复合物A中，搅拌均匀，然后倒入抽滤瓶中，用真空泵脱气10min，得到复合物B；将复合物B均匀平铺在平面皿上，置于40℃的鼓风干燥箱中干燥12h，即得。

2.按照权利要求1所述的工艺制备的可食性纳米花生蛋白复合膜。