CN103937272A - 一种可食性花生分离蛋白抗菌膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可食性花生分离蛋白抗菌膜及其制备方法，该方法包括如下步骤：(1)溶解花生分离蛋白；(2)溶解壳聚糖；(3)花生分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混匀；(4)添加甘油作为增塑剂；(5)超声水浴促溶解；(6)添加丁香精油和乳酸链球菌素成分；(7)均质；(8)脱气；(9)流延；(10)干燥、揭膜。本发明的抗菌膜不仅能较好地阻止氧气、二氧化碳和水蒸气迁移，而且对人体无毒无害，具有可食性。

Description

一种可食性花生分离蛋白抗菌膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可食性花生分离蛋白抗菌膜及其制备方法，属于抗菌包装膜的应用技术领域。

背景技术

近年来,利用天然高分子制成的环境友好型生物聚合材料越来越受到人们重视。其中,可食性膜作为一种新型的包装材料，其原料来源具有广泛、可食、无污染等优越性,因此成为食品、药品和包装等领域研究的一大热点，其研究和应用越来越受到广泛关注。

花生蛋白是一种质优价廉、来源丰富的植物蛋白。花生蛋白质分子中存在着大量的氢键、疏水键、范德华力、离子键、配位键，使得花生蛋白具有较好的成膜性能。但是，到目前为止，对于花生分离蛋白膜的工业化生产和实际商业应用很少，主要原因之一就是花生分离蛋白膜的防腐保鲜能力较差。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物,无毒、生物相溶性好、可生物降解,是一种成膜性很好的生物聚合材料。此外，壳聚糖具有良好的抗菌性和广泛的生物活性，以其为基材制备的可食膜可以满足抗菌包装的要求,具有广泛的应用前景。

丁香精油是淡黄色或着无色的澄清透明的油状液体，有丁香的特殊芳香气味。丁香精油中主要成分有丁香酚（Eugenol）、乙酰丁香酚（Eugenol AceTAte）、β-石竹烯（β-Caryophyllene），还含有其它一些成分如：甲基正戊基酮、水杨酸甲酯、葎草烯、苯甲醛、苄醇、间甲氧基苯甲醛、乙酸苄酯、胡椒酚、α-衣兰烯等。药理试验证明这些成分具有防腐、抗菌、驱虫、健胃、止痛、麻醉、抗惊厥等作用，其中85%-92%为具有抗菌作用的丁香酚，丁香酚成分越高，抗菌能力越高。作为我国传统的天然植物，丁香精油在抑菌、增香和防腐保鲜等方面具有广泛的活性。

乳酸链球菌素（Nisin）是指从乳酸链球菌（S.Lactis）的发酵产物中提取出来的一种具有抗菌活性的多肽类物质，它已经得到国际社会的普遍认可。人们之所以广泛的研究乳链球菌素，是因为它具有许多优点：①天然多肽，在人体内能被人体的酶降解，消化以后对人体并无害，而且与其他的抗生素没有交叉的抗性；②不影响食品的色香味以及口感等感官品质；③能降低杀菌的温度，缩短热处理的时间，所以能保持食品原有的营养，风味，结构和颜色等；④酸性，热稳定性以及低温储藏条件下的稳定性，是Nisin特有的性质。基于这些优良的特性，乳酸链球菌素目前已经在鲜乳及乳制品，沙拉酱，液体蛋等方面得到了广泛的应用。

目前，还没有文献报道以花生分离蛋白和壳聚糖为成膜材料，将丁香精油和Nisin加入成膜液中生产花生分离蛋白可食性膜。

发明内容

本发明主要以花生分离蛋白和壳聚糖为成膜材料，将丁香精油和Nisin加入花生分离蛋白可食膜中，生产出一种抑菌效果较好的花生分离蛋白可食性膜，从而提高花生蛋白可食膜的成膜特性及防腐保鲜能力，有利于加快花生分离蛋白可食膜的工业化生产和实际商业应用。

因此，本发明的目的在于提供一种可食性花生分离蛋白抗菌膜及其制备方法。为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究并不断优化工艺参数，最终获得了如下技术方案：

一种可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)溶解花生分离蛋白：将花生分离蛋白溶于水，配成溶液；

(2)溶解壳聚糖：将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配制成溶液；

(3)振荡混匀：按花生分离蛋白与壳聚糖质量比为2-4:1，将花生分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混匀；

(4)添加甘油：将甘油作为增塑剂加入步骤（3）所得的混合溶液中；

(5)超声水浴促溶解：70-80℃超声水浴20-60min，冷却；

(6)添加丁香精油和乳酸链球菌素成分：向冷却后的混合液中添加丁香精油和乳酸链球菌素；

(7)均质：将步骤（6）混合后的溶液用高剪切均质乳化仪均质乳化，得成膜液；

(8)脱气：将均质好的成膜液放入真空脱气机中进行脱气3-4次，除去成膜液中的气体；

(9)流延：将脱气完的成膜液倒入玻璃板上，流延成型；

(10)干燥、揭膜：将流延后的玻璃板放入干燥箱干燥，待干燥后揭膜，即得可食性花生分离蛋白抗菌膜。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（1）中将花生分离蛋白溶于水配成浓度为6%-12%（W/V）的溶液。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（2）中将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配制成壳聚糖浓度为1%-2%（W/V）的溶液。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（2）中所述的乙酸水溶液的浓度为2%（V/V）。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（3）中按花生分离蛋白与壳聚糖质量比为3:1，将花生分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混匀。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（4）中甘油添加量为所述混合溶液体积的1-3%（V/V）。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（5）中超声水浴促溶解的条件为75℃超声水浴30min。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（6）中加入香精油和乳酸链球菌素之前要将混合液冷却至40℃以下，丁香精油添加量为4%（V/V），乳酸链球菌素添加量为5000IU/mL。

优选地，如上所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其中步骤（10）中干燥温度为50-70℃，相对湿度40-50%，干燥时间10h。

本发明人在试验中发现，花生分离蛋白与壳聚糖相互作用能提高二者的可溶性和乳化活度,其复合物可表现出更好的成膜性，以及带来膜在水中的稳定性，具有较好的阻止氧气、二氧化碳和水蒸气迁移的能力，是一种很有发展前途的可食性膜。另外，加入丁香精油及Nisin两种天然抗菌物质，对人体无毒无害，制备的抗菌膜能被生物降解，不会对环境造成污染，能抑制食品表面微生物的生长，从而不仅达到食品保鲜及延长货架期的效果，并为人体提供营养成分和一定的生理保健功能。此外，抗菌膜的机械性能是评价膜的重要指标之一，主要包括膜拉伸强度（TS）和断裂伸长率（E），本发明通过添加合适浓度的两种抗菌物质，还可增加膜的拉伸强度和断裂伸长率，从而得到具有优良抗菌活性，并且机械性能良好的可食性膜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

称取3g花生分离蛋白，溶于50mL蒸馏水中，用0.1N的NaOH调节pH至9.0，搅拌溶解成花生分离蛋白溶液；称取1g壳聚糖溶于50mL2%（V/V）乙酸溶液，搅拌溶解成壳聚糖溶液；将两种溶液混合，加入2mL甘油作为增塑剂，用玻璃棒搅拌均匀后进行75℃超声水浴30min，接着将其冷却至40℃后加入4mL丁香精油，用均质机将上述溶液均质1min后，放入真空脱气机中进行脱气3-4次，取50mL成膜液倒入20cm×20cm有机玻璃板上，流延成型，于50℃鼓风干燥箱内干燥10h后揭膜，揭下的膜放在相对湿度为52%(内装饱和硝酸镁溶液保持其湿度)的干燥器中，于室温下平衡2d后测定其成膜性能及抑菌效果。结果如表1所示。

实施例2

称取3g花生分离蛋白，溶于50mL蒸馏水中，用0.1N的NaOH调节pH至9.0，搅拌溶解成花生分离蛋白溶液；称取1g壳聚糖溶于50mL2%（V/V）乙酸溶液，搅拌溶解成壳聚糖溶液；将两种溶液混合，加入2mL甘油作为增塑剂，用玻璃棒搅拌均匀后进行75℃超声水浴30min，接着将其冷却至40℃后按5000IU/mL加入Nisin，用均质机将上述溶液均质1min后，放入真空脱气机中进行脱气3-4次，取50mL成膜液倒入20cm×20cm有机玻璃板上，流延成型，于50℃鼓风干燥箱内干燥10h后揭膜，揭下的膜放在相对湿度为52%(内装饱和硝酸镁溶液保持其湿度)的干燥器中，于室温下平衡2d后测定其成膜性能及抑菌效果。结果如表1所示。

实施例3

称取3g花生分离蛋白，溶于50mL蒸馏水中，用0.1N的NaOH调节pH至9.0，搅拌溶解成花生分离蛋白溶液；称取1g壳聚糖溶于50mL2%（V/V）乙酸溶液，搅拌溶解成壳聚糖溶液；将两种溶液混合，加入2mL甘油作为增塑剂，用玻璃棒搅拌均匀后进行75℃超声水浴30min，接着将其冷却至40℃后加入4mL丁香精油和按5000IU/mL加入Nisin，用均质机将上述溶液均质1min后，放入真空脱气机中进行脱气3-4次，取50mL成膜液倒入20cm×20cm有机玻璃板上，流延成型，于50℃鼓风干燥箱内干燥10h后揭膜，揭下的膜放在相对湿度为52%(内装饱和硝酸镁溶液保持其湿度)的干燥器中，于室温下平衡2d后测定其成膜性能及抑菌效果。结果如表1所示。

以未添加壳聚糖、丁香精油和Nisin的花生分离蛋白膜和只添加壳聚糖的花生分离蛋白-壳聚糖膜为对照膜。

附：成膜性能的测试方法

膜厚度测定：用螺旋测微仪在膜上随机取5点，准确测量膜的厚度，取其平均值，用作该样品抗拉强度和水蒸气迁移速率公式中的厚度值(T)。

抗拉强度测定：用质构仪测定。每种组分的膜准备十个样品进行测定。将膜制成长(L)4.0cm，宽(W)2.0cm的试样，测量其厚度(T)，质构仪的初始夹距设定为40mm，拉引速度0.5mm/s，在质构仪上读取膜破裂时的拉力(F)数值。按公式(1)计算膜的TS：

TS(MPa)=F/W×T  公式（1）

式中：F：作用在膜两端的最大拉力，N；T：膜的厚度，由螺旋测微器测出，mm；W：为膜的宽度，mm。

断裂伸长率：用质构仪测定。每种组分的膜准备十个样品进行测定。将膜制成长(L)4.0cm，宽(W)2.0cm的试样，测量其厚度(T)，质构仪的初始夹距设定为40mm，拉引速度0.5mm/s，测量膜断裂时的膜的延伸长度(L₀)，按公式(2)计算膜的E：

E(%)=L₀/L×100  公式(2)

式中：L₀：膜断裂时被拉伸的长度，mm；L：膜的原始长度40mm。

水蒸气迁移速率：将待测的花生分离蛋白膜密封于装有无水氯化钙的小锥形瓶口处，在室内放置平衡24h，称量小锥形瓶质量的变化。水蒸气迁移速率单位为g/(m²·h)，按公式(3)计算：

ν_WVTR=Δm/(A×t)  公式(3)

式中：Δm：水蒸气迁移量，g；A：膜的面积,m²；t：测定的时间，h。

膜抑菌性能的测定：采用滤纸片法，将膜截取12mm的圆形，分别考察抗菌膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌圈直径（mm）。

表1可食性花分离蛋白抗菌膜成膜性能指标及抑菌圈大小

注：对照组1和2为不添加抗菌物质制得的膜，其他步骤相同。

Claims (10)

1.一种可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)溶解花生分离蛋白：将花生分离蛋白溶于水，配成溶液；

(2)溶解壳聚糖：将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配制成溶液；

(3)振荡混匀：按花生分离蛋白与壳聚糖质量比为2-4:1，将花生分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混匀；

(4)添加甘油：将甘油作为增塑剂加入步骤（3）所得的混合溶液中；

(5)超声水浴促溶解：70-80℃超声水浴20-60min，冷却；

(6)添加丁香精油和乳酸链球菌素成分：向冷却后的混合液中添加丁香精油和乳酸链球菌素；

(7)均质：将步骤（6）混合后的溶液用高剪切均质乳化仪均质乳化，得成膜液；

(8)脱气：将均质好的成膜液放入真空脱气机中进行脱气3-4次，除去成膜液中的气体；

(9)流延：将脱气完的成膜液倒入玻璃板上，流延成型；

(10)干燥、揭膜：将流延后的玻璃板放入干燥箱干燥，待干燥后揭膜，即得可食性花生分离蛋白抗菌膜。

2.如权利要求1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中将花生分离蛋白溶于水配成浓度为6%-12%（W/V）的溶液。

3.如权利要求1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配制成壳聚糖浓度为1%-2%（W/V）的溶液。

4.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的乙酸水溶液的浓度为2%（V/V）。

5.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中按花生分离蛋白与壳聚糖质量比为3:1，将花生分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混匀。

6.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中甘油添加量为所述混合溶液体积的1-3%（V/V）。

7.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）中超声水浴促溶解的条件为75℃超声水浴30min。

8.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（6）中加入香精油和乳酸链球菌素之前要将混合液冷却至40℃以下，丁香精油添加量为4%（V/V），乳酸链球菌素添加量为5000IU/mL。

9.如权利要求书1所述可食性花生分离蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤（10）中干燥温度为50-70℃，相对湿度40-50%，干燥时间10h。

10.一种可食性花生分离蛋白抗菌膜，其特征在于由其权利要求1-4任一项所述的制备方法制得。