CN108163369B - 一种单向阻湿的多层可食性膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单向阻湿的多层可食性膜及其制备方法。该单向阻湿的多层可食性膜由从外向内的疏水外层、可调节力学性能的中间过渡层和亲水内层组成，其中所述疏水外层由1～3层疏水性醇溶蛋白层组成，所述亲水内层由1～3层亲水性水溶蛋白层组成，所述中间过渡层由醇溶蛋白和水溶蛋白的混合物组成，将这三种储备液经增塑、脱气、流延法依次铺膜处理即可得到具有单向阻湿性能的多层可食性膜。本发明首次将阻水性好的醇溶蛋白与持水性好的水溶蛋白复合作为多层可食性膜的基材，由此制备的多层可食性膜具有单向阻湿性和良好的机械性能，可有效弥补单一膜的缺点，可作为饼干、果蔬等保鲜包装材料。

Description

一种单向阻湿的多层可食性膜及其制备方法
技术领域
本发明属于可食性包装材料技术领域，更具体地，涉及一种单向阻湿的多层可食性膜及其制备方法。
背景技术
可食性膜作为一种新型包装材料，是以可食性物质如脂质、蛋白质和多糖等天然大分子物质为主要基质，辅以可食性增塑剂，经过一定的处理工艺使各成膜分子之间相互作用，在干燥后形成的具有一定力学性能和选择透过性的薄膜，常用于食品和药品的包装。可食性膜主要通过提高机械性能、限制氧气、脂质、水分的迁移、防止微生物的滋生和作为食品防腐剂的载体等方式达到延长食品贮藏期的目的。
针对食品保鲜过程中常见的失水、渍水及氧化等问题，理想的可食性膜应对包装材料外侧的水分具有阻隔性，且同时对包装材料内侧的水分具有一定的吸湿性。然而，现有的可食性膜通常对包装材料内外两侧的水分具有相同的阻湿性，即未能实现单向阻湿性能，影响了食品的保藏质量，在应用上有很大局限性。
目前，对于具有单向阻湿性能的可食性膜的制备和研究相对较少。现有技术加工的可食性膜除了以多糖、蛋白、脂质等单一组分制膜外，还发展了多组分混合制膜，但在加工方法上几乎全部采用多组分混合后干燥成膜，仍然只形成单层膜结构，这使得各组分的特性无法充分发挥，仍然没有解决单向阻湿的问题，且因受制于膜液组分类型、配比及膜厚度的影响，膜的机械性能、阻隔性能较差，限制了其应用。因此，如何将不同性质的基质有效复配，充分发挥各组分优势的同时做到单向阻湿，是当前解决实际问题的关键，这对促进我国食品储藏和保鲜技术的发展、提供新型包装材料等方面具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有可食性膜的缺陷和不足，采用阻水性好的醇溶蛋白与持水性好的水溶蛋白复合作为多层可食性膜的基材以合适的复配工艺制备得到一种具有单向阻湿性能的多层可食性膜。该多层可食性膜对包装材料内外两侧的水分具有疏水/亲水差异，兼具优良的单向阻湿性能和良好的机械性能，透明度好，且其原料来源广泛、加工工艺简单易行、能耗低、效率高，可广泛用于饼干、果蔬等食品包装领域。
本发明的目的是提供一种单向阻湿的多层可食性膜。
本发明另一个目的是提供所述单向阻湿的多层可食性膜的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种单向阻湿的多层可食性膜，由从外向内的疏水外层、可调节力学性能的中间过渡层和亲水内层组成，其中所述疏水外层由1～3层疏水性醇溶蛋白层组成，所述亲水内层由1～3层亲水水溶蛋白层组成，所述中间过渡层含有醇溶蛋白和水溶蛋白的混合物。
优选地，所述疏水性醇溶蛋白层中醇溶蛋白的质量百分比为15～30wt％。
更优选地，所述疏水性醇溶蛋白层中醇溶蛋白的质量百分比为17.6～25wt％。
优选地，所述亲水水溶蛋白层中水溶蛋白的质量百分比为10～20wt％。
更优选地，所述亲水水溶蛋白层中水溶蛋白的质量百分比为11.1～17.6wt％。
优选地，所述中间过渡层中醇溶蛋白和水溶蛋白混合物的质量百分比为15～30wt％，其中所述醇溶蛋白与水溶蛋白的质量比为1：1～3。
更优选地，所述中间过渡层中醇溶蛋白和水溶蛋白混合物的质量百分比为17.6～25wt％。
优选地，所述1～3层的疏水性醇溶蛋白层和亲水水溶蛋白层的厚度为20～60μm。
优选地，所述中间过渡层的厚度为25～35μm。
优选地，所述醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、黄米醇溶蛋白中的一种或两种以上混合物，所述水溶蛋白为大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶、蚕豆蛋白中的一种或两种以上混合物。根据本发明，可以使用的合适的醇溶蛋白和水溶蛋白包括但不限于这些种类。
更优选地，所述醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白，所述水溶蛋白为明胶(优选为明胶A，即A型明胶)。
更优选地，所述玉米醇溶蛋白为α-玉米醇溶蛋白、β-玉米醇溶蛋白和γ-玉米醇溶蛋白中的一种或两种以上混合物。
本发明还提供了—种制品，包括上述任一所述的多层可食性膜或由上述任一所述的多层膜生产。该制品为包装袋或包装薄膜。
本发明还提供了一种单向阻湿的多层可食性膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.疏水外层储备液的制备：将醇溶蛋白溶解于有机溶剂中，得到质量百分比为15～30wt％(优选17.6～25wt％)的醇溶蛋白溶液，备用；
S2.中间过渡层储备液的制备：将醇溶蛋白和水溶蛋白溶解于有机溶剂中，得到质量百分比为15～30wt％(优选17.6～25wt％)的醇溶蛋白-水溶蛋白的混合液，备用；
S3.亲水内层储备液的制备：将水溶蛋白溶解到水中，得到质量百分比为10～20wt％(优选11.1～17.6wt％)的水溶蛋白溶液，备用；
S4.流延法铺膜：将上述三种储备液脱气后，进行流延成膜，每两层膜成膜间隔时室温下通风2～4h待前一层膜部分脱水后再继续成膜，依次将上述疏水外层储备液流延成膜1～3层、中间过渡层储备液流延成膜、亲水内层储备液流延成膜1～3层；干燥，揭膜，即得单向阻湿的多层可食性膜。
优选地，步骤S1中所述的有机溶剂为100％乙酸溶液，步骤S2中所述的有机溶剂为80％乙酸-水溶液。
在一些实施方式中，有机溶剂包括乙酸、乙醇、丙三醇、丁二醇或它们的混合物。
优选地，所述疏水外层、中间过渡层、亲水内层储备液中还包括有增塑剂，增塑剂的添加量为固形物质量的10％～30％。
优选地，所述增塑剂为甘油、水、油酸、聚乙二醇其中的一种或几种。根据本发明可以使用的合适的增塑剂包括但不限于甘油、水、油酸、聚乙二醇。
更优选地，所述增塑剂为甘油。
优选地，上述步骤S1、S2、S3中，加入增塑剂后均磁力搅拌1.5～2h，使储备液中的各种成分充分混合。
优选地，步骤S4中，所述脱气的操作为采用超声波脱气处理10～20min，以除去三种储备液中的气体。
优选地，步骤S4中，所述干燥的条件为：干燥温度为室温，干燥环境为通风橱，干燥时间为16～24h。
优选地，将步骤S4制得的单向阻湿的多层可食性膜置于温度为25～30℃、湿度为52％～53％的密闭容器中储存。
本发明以亲水性水溶蛋白膜为内层、以疏水性醇溶蛋白膜为外层、以醇溶蛋白/水溶蛋白复合膜为中间层来制备多层复合膜。所用水溶蛋白(如大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶)基可食性膜的阻湿性差，但具有较好的机械性能；而醇溶蛋白(如玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白)基可食性膜的阻湿性能优异，但机械强度低；在本发明的方案中，水溶蛋白膜作为内层在包装内侧起吸湿作用，醇溶蛋白-水溶蛋白梯度复合膜作为中间过渡层并调节力学性能，醇溶蛋白膜作为外层发挥阻水优势，以此制备成的多层可食性膜具有优良的单向阻湿性能和良好的机械性能，对促进我国食品储藏和保鲜技术的发展、提供新型包装材料等方面具有重要意义。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出一种具有单向阻湿性能的多层可食性膜及其制备方法，该多层可食性膜首次采用阻水性好的醇溶蛋白与持水性好的水溶明胶蛋白复合作为多层可食性膜的基材以合适的复配工艺制备得到，具有优良的单向阻湿性能和良好的机械性能，对复合膜双侧水分的阻隔性能不同、可食性膜机械性能强、透明性好。
2、该复合可食性膜可广泛应用于饼干、果蔬等食品包装中，由于该复合膜具有单向阻湿的功能，即能在包装内侧起吸湿作用，又能在外侧发挥阻水优势，具有排水防水的作用，在包装材料等领域具有潜在的应用前景，尤其是对促进我国食品储藏和保鲜技术的发展、提供新型包装材料等方面具有重要意义。
3、该多层可食性膜采用造价低廉、操作简单、能耗低、制备效率高的流延成膜技术制备，醇溶蛋白和水溶蛋白多层复合膜原料来源广泛，加工工艺简单易行、成本低。
4、另外，本发明的单向阻湿的多层可食性膜，为可食性包装材料的研究和应用提供了一种新颖的实用方法。
附图说明
图1为由15％醇溶蛋白-15％醇溶蛋白/明胶A-10％明胶A制成的多层复合膜。
图2为由20％醇溶蛋白-15％醇溶蛋白/明胶A-10％明胶A制成的多层复合膜。
图3为由20％醇溶蛋白-20％醇溶蛋白/明胶A-15％明胶A制成的多层复合膜。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明。以下实施例为本发明较佳的实施方式，但并不对本发明的保护范围做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种单向阻湿的多层可食性膜，由以下步骤制备而成：
(1)疏水外层储备液的制备：将1.5g玉米醇溶蛋白溶解于8.5mL的100％乙酸溶液中，加入0.2g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌2h；
(2)中间过渡层储备液的制备：将1.5g玉米醇溶蛋白与1.5g明胶A溶解于17mL80％乙酸-水溶液中，加入0.8g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌2h；
(3)亲水内层储备液的制备：55℃条件下，将1g明胶A溶解于9mL水溶液中，加入0.25g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌2h；
(4)脱气：将混合均匀的储备液放入超声脱气机中进行脱气10min，除去膜液中的气体；
(5)流延铺膜：利用流延法铺膜于规格为90mm×100mm的培养皿中，具体为：将2mL脱气完的疏水外层储备液浇铸在培养皿上，流延成膜，在室温下通风橱内放置4h使该膜部分脱水；再将2mL中间过渡层储备液铺在疏水外层上，流延成膜，室温下通风橱内存储3h；再将2mL亲水内层储备液铺在中间过渡层上，流延成膜；
(6)干燥、揭膜：将流延成膜后的培养皿放入通风橱中干燥16h后，揭膜，得到具有单向阻湿性能的多层可食性膜；
(7)保存：将上述膜片放在温度为25～30℃和湿度为52％～53％的密闭容器中储存。
实施例2
一种单向阻湿的多层可食性膜，由以下步骤制备而成：
(1)疏水外层储备液的制备：将2g玉米醇溶蛋白溶解于8mL的100％乙酸溶液中，加入0.25g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌1.5h；
(2)中间过渡层储备液的制备：将1g玉米醇溶蛋白与2g明胶A溶解于17mL的80％乙酸-水溶液中，加入0.6g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌1.5h；
(3)亲水内层储备液的制备：45℃条件下，将1g明胶A溶解于9mL水溶液中，加入0.25g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌1.5h；
(4)脱气：将混合均匀的储备液放入超声脱气机中进行脱气20min，除去膜液中的气体；
(5)流延铺膜：利用流延法铺膜于规格为90mm×100mm的培养皿中，具体为：将2mL脱气完的疏水外层储备液浇铸在培养皿上，流延成膜，在室温下通风橱内放置4h使该膜部分脱水；再将2mL中间过渡层储备液铺在疏水外层上，流延成膜，室温下通风橱内存储3h；再将2mL亲水内层储备液铺在中间过渡层上，流延成膜；
(6)干燥、揭膜：将流延成膜后的培养皿放入通风橱中干燥16h后，揭膜，得到具有单向阻湿性能的多层可食性膜；
(7)保存：将上述膜片放在温度为25～30℃和湿度为52％～53％的密闭容器中储存。
实施例3
一种单向阻湿的多层可食性膜，由以下步骤制备而成：
(1)疏水外层储备液的制备：将2g玉米醇溶蛋白溶解于8mL的100％乙酸溶液中，加入0.25g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌1.5h；
(2)中间过渡层储备液的制备：将1g玉米醇溶蛋白与3g明胶A溶解于16mL的80％乙酸-水溶液中，加入0.8g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌2h；
(3)亲水内层储备液的制备：55℃条件下，将1.5g明胶A溶解于8.5mL水溶液中，加入0.25g甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌1.5h；
(4)脱气：将混合均匀的储备液放入超声脱气机中进行脱气10min，除去膜液中的气体；
(5)流延铺膜：利用流延法铺膜于规格为90mm×100mm的培养皿中，具体为：将2mL脱气完的疏水外层储备液浇铸在培养皿上，流延成膜，在室温下通风橱内放置4h使该膜部分脱水；再将2mL中间过渡层储备液铺在疏水外层上，流延成膜，室温下通风橱内存储3h；再将2mL亲水内层储备液铺在中间过渡层上，流延成膜；
(6)干燥、揭膜：将流延成膜后的培养皿放入通风橱中干燥16h后，揭膜，得到具有单向阻湿性能的多层可食性膜；
(7)保存：将上述膜片放在温度为25～30℃和湿度为52％～53％的密闭容器中储存。
实施例4
1、对比材料。
(1)玉米醇溶蛋白单层膜：将玉米醇溶蛋白溶解后，加入甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌后，流延法成膜。
(2)水溶明胶单层膜：将明胶A溶解后，加入甘油，在磁力搅拌条件下充分搅拌后，流延法成膜。
(3)玉米醇溶蛋白-水溶明胶共混单层膜：将玉米醇溶蛋白和明胶A溶解后共混，在磁力搅拌条件下充分搅拌后，加入甘油，流延法成膜。
2、将实施例1、2、3制得的产品与等厚度的玉米醇溶蛋白单层膜、水溶明胶单层膜、玉米醇溶蛋白-水溶明胶共混单层膜进行阻湿测定。
(1)采用拟杯子法进行水蒸气透过率的测定，分别测定膜内、外侧两侧的阻湿性。在瓶口直径2.5cm的称量瓶瓶中加入约11g的完全干燥硅胶，干燥剂用量距离瓶口6mm，分别以膜的内侧、外侧朝外盖住瓶口并封紧使膜与瓶口之间不留下任何缝隙。然后将称量瓶置于底部为饱和硝酸钾溶液，温度为25℃的玻璃干燥器中(RH为92±1％)，每隔1小时测定称量瓶的重量。膜的水蒸气透过率(g/m·s·Pa)的计算公式如下：
其中，Ws为样品增重，A为样品暴露面积，t为测量时间，L为膜厚度，ΔP为膜两侧压强差(2915Pa，25℃)。
(2)测试结果见表1。
由表1数据可知，玉米醇溶蛋白单层膜、水溶明胶单层膜与玉米醇溶蛋白-水溶明胶共混单层膜其内、外两侧具有基本相同的水蒸气透过率，可食膜内、外两侧的阻湿性能相同，而本发明制备的多层可食性膜其内、外两侧具有疏水/亲水差异，疏水外侧的水蒸气透过率小于亲水内侧的水蒸气透过率，即可食性膜对包装材料外侧的水分具有阻隔性，且同时对包装材料内侧的水分具有一定的吸湿性，由此实现可食膜的单向阻湿性能。
表1不同可食性膜的单向阻湿功能测试对比情况
3、将实施例1、2、3制得的产品与等厚度的玉米醇溶蛋白单层膜、水溶明胶单层膜、玉米醇溶蛋白-水溶明胶共混单层膜进行机械性能测定，测试结果见表2。
由表2数据可知，与玉米醇溶蛋白单层膜相比，其透明度和断裂伸长率得到明显改善；与水溶明胶单层膜相比，其杨氏模量显著提高；而与同厚度的玉米醇溶蛋白-水溶共混单层膜相比，其透明度和杨氏模量得到明显提高，本发明同时良好的机械性能，综合效果佳。
表2不同可食性膜的相关性能测试对比情况
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种单向阻湿的多层可食性膜，其特征在于，由从外向内的疏水外层、中间过渡层和亲水内层组成，其中所述疏水外层由1～3层疏水性醇溶蛋白层组成，所述亲水内层由1～3层亲水水溶蛋白层组成，所述中间过渡层由醇溶蛋白和水溶蛋白的混合物组成；
其制备方法，包括以下步骤：
S1. 疏水外层储备液的制备：将醇溶蛋白溶解于有机溶剂中，得到质量百分比为15～30 wt%的醇溶蛋白溶液，备用；
S2. 中间过渡层储备液的制备：将醇溶蛋白和水溶蛋白溶解于有机溶剂中，得到质量百分比为15～30 wt%的醇溶蛋白-水溶蛋白的混合液，备用；
S3. 亲水内层储备液的制备：将水溶蛋白溶解到水中，得到质量百分比为10～20 wt%的水溶蛋白溶液，备用；
S4. 流延法铺膜：将上述三种储备液脱气后，进行流延成膜，每两层膜成膜间隔时室温下通风2～4 h待前一层膜部分脱水后再继续成膜，依次将上述疏水外层储备液流延成膜1～3层、中间过渡层储备液流延成膜、亲水内层储备液流延成膜1～3层；干燥，揭膜，即得单向阻湿的多层可食性膜。
2.根据权利要求1所述的多层可食性膜，其特征在于，所述中间过渡层中醇溶蛋白与水溶蛋白的质量比为1：1～3。
3. 根据权利要求1所述的多层可食性膜，其特征在于，所述1～3层的疏水性醇溶蛋白层和亲水水溶蛋白层的厚度为20～60 μm，中间过渡层的厚度为25～35 μm。
4.根据权利要求1或3所述的多层可食性膜，其特征在于，醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、黄米醇溶蛋白中的一种或两种以上混合物，水溶蛋白为大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶、蚕豆蛋白中的一种或两种以上混合物。
5.根据权利要求1所述的多层可食性膜，其特征在于，步骤S1中所述的有机溶剂为100%乙酸溶液，步骤S2中所述的有机溶剂为80%乙酸-水溶液。
6.根据权利要求1所述的多层可食性膜，其特征在于，所述疏水外层、中间过渡层、亲水内层储备液中还包括有增塑剂，增塑剂的添加量为固形物质量的10%～30%。
7.根据权利要求6所述的多层可食性膜，其特征在于，所述增塑剂为甘油、水、油酸或聚乙二醇其中的一种或几种。
8. 一种制品，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的多层可食性膜或由权利要求1～7任一项所述的多层可食性膜生产。
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