CN108395706A - 一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用，该抗菌蛋白膜的原料按重量百分数计包括：大豆分离蛋白2％‑10％、纳米氧化锌0.01％‑3％，余量为助剂。通过以上原料按特定配比组合，各原料成分之间相互辅助，协同作用，可使蛋白膜具有优良的抗菌性和机械性能，且产品蛋白膜均匀性好，性能稳定性高，可应用于在食品包装和医药卫生用品等领域。

Description

一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种抗菌膜，具体涉及一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着食品科技的发展和消费者对食品高质量的要求，绿色环保的天然高分子膜材料越来越受到关注，其中天然高分子抗菌膜成为热点之一。

抗菌材料指能够抑制微生物生长繁殖及其活性的一类功能材料。较为常用的抗菌材料包括无机系和有机系两大类。其中，无机抗菌材料与有机抗菌材料相比，具有广谱、耐久、安全的特点。且在无机抗菌材料中，无机纳米抗菌材料具有广阔的应用前景。

纳米氧化锌是一种多功能性新型无机材料，其比表面积大，化学活性高，无毒，具有光电效应和较好的屏蔽紫外线性能，广泛应用在抗菌材料和防晒化妆品行业中。

现有技术中无机纳米材料在蛋白体系中无法均匀分布，并导致膜的分层，从而性能较为不稳定。且目前尚未有关于大豆分离蛋白与纳米氧化锌膜的制备相关报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用，该抗菌蛋白膜均匀性好，性能稳定性高。

本发明所采用的技术方案是：一种抗菌蛋白膜，所述抗菌蛋白膜的原料包括大豆分离蛋白、纳米氧化锌和助剂；其中，各原料的重量百分数为：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％，余量为助剂。

进一步地，所述助剂包括增塑剂、分散剂以及溶剂水。

进一步地，所述增塑剂包括甘油、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和山梨糖醇中的一种或多种，优选甘油；所述分散剂包括吐温和/或山梨醇单硬脂酸酯，优选吐温，所述吐温可以是吐温80、吐温60等或其混合物。

进一步地，所述抗菌蛋白膜的原料按重量百分数包括：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％、分散剂0.5％-2％、增塑剂0.5％-6％，余量为溶剂水。

进一步地，所述抗菌蛋白膜的原料按重量百分数包括：大豆分离蛋白5.5％、纳米氧化锌2％、分散剂1％、增塑剂1.5％，余量为溶剂水。

本发明还提供了以上抗菌蛋白膜的制备方法，所述制备方法包括：

1)称取所述原料：大豆分离蛋白、纳米氧化锌、分散剂、增塑剂和溶剂水；

2)将纳米氧化锌和分散剂加入到溶剂水中，而后加入大豆分离蛋白，加热搅拌，分散；

3)冷却至室温，过滤取滤液，而后向所述滤液中加入所述增塑剂，搅拌，得成膜混合液；

4)成膜。

进一步地，在步骤2)中，所述加热搅拌具体为在30-100℃条件下恒温加热搅拌，优选采用恒温水浴加热。

进一步地，在步骤4)中，所述成膜为采用流延法成膜。

进一步地，本发明抗菌蛋白膜可应用于食品包装和医药卫生用品中。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种抗菌蛋白膜及其制备方法和应用，该抗菌蛋白膜以大豆分离蛋白作为膜材料基质，按特定配比添加纳米氧化锌和助剂，并按特定工艺制备而成，制备方法简单、工艺流程短。其中，大豆分离蛋白生物相容性和生物降解性好。纳米氧化锌安全无毒，人体不会对其产生排异反应，并具有优良的广谱抗菌性，纳米氧化锌的加入，可使蛋白膜具备抗菌性能，对金黄色葡萄球菌等典型细菌具有明显的抗菌作用；并且纳米氧化锌会与大豆分离蛋白基质材料产生一定的黏连作用，可提高蛋白膜的机械性能；此外，纳米氧化锌具有良好的紫外线屏蔽性，可赋予蛋白膜一定的防晒功能。本发明还采用助剂辅助制备蛋白膜，助剂包括分散剂，优选吐温，可起到整体调和作用，按特定用量加入，有助于体系中物质的均匀分布，且可协同辅助纳米氧化锌作用的发挥，进一步提升产品蛋白膜的抗菌性和光泽性；此外，助剂还包括增塑剂，优选甘油等，可助于蛋白膜的成型。通过以上原料按特定配比组合，各原料之间相互辅助，协同作用，可使产品蛋白膜均匀性好，性能稳定性高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明抗菌蛋白膜一实施例与传统方法所制得蛋白膜的电镜扫描图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供一种抗菌蛋白膜，其原料包括大豆分离蛋白、纳米氧化锌和助剂。其中，各原料的重量百分数为：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％，余量为助剂。

大豆分离蛋白作为膜材料基质，生物相容性和生物降解性好，通过纳米氧化锌的加入，可使成品蛋白膜具有较优的抗菌性，且其会与蛋白基质产生一定的黏连作用，提高蛋白膜的机械性能。

助剂具体包括增塑剂、分散剂以及溶剂水，通常选用食品级增塑剂和分散剂。其中，分散剂包括吐温和/或山梨醇单硬脂酸酯，吐温包括吐温80、吐温60等，分散剂可起到整体调和作用，其加入有助于体系中物质的均匀分布，并且可协同辅助纳米氧化锌作用的发挥，进一步提升蛋白膜的品质特性。增塑剂可辅助蛋白膜的成型，其具体包括甘油、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和山梨糖醇中的一种或多种。通过以上助剂的加入，可起到很好的协同辅助增效的作用，各原料之间协同作用，可使产品蛋白膜具有优良的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌等典型细菌具有明显的协同抗菌作用，同时还具有较好的机械性能，显示优异的综合性能。

抗菌蛋白膜的原料按重量百分数计具体包括：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％、分散剂0.5％-2％、增塑剂0.5％-6％，余量为溶剂水。

优选地，抗菌蛋白膜的原料按重量百分数计包括：大豆分离蛋白5％、纳米氧化锌2.5％、分散剂1％、增塑剂3％，余量为溶剂水。

由于纳米氧化锌具有比表面积大和比表面性能大等特点，自身易团聚，且纳米氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，因而，纳米氧化锌通常采用纳米级别氧化锌分散于水中制成的纳米分散液，通过分散处理以助于纳米氧化锌作用的发挥。另外，纳米氧化锌分散液的质量浓度通常为1％-50％。

此外，本发明还提供了以上抗菌蛋白膜的制备方法，具体包括以下步骤：

1)称取原料，包括大豆分离蛋白、纳米氧化锌、增塑剂、分散剂和溶剂水；

2)将纳米氧化锌和分散剂加入到溶剂水中，再加入大豆分离蛋白，加热搅拌，分散；其中，为使物料充分混合，原料的加入混合操作一般在磁力搅拌下进行，磁力搅拌速度一般不超过1400r/min，且加入大豆分离蛋白时缓慢加入；加热搅拌操作通常情况下采用在30-100℃条件下恒温水浴加热，同时磁力搅拌10-60min,搅拌速度一般不超过1400r/min；

3)冷却至室温，过滤取滤液，而后向滤液中加入增塑剂，搅拌，得成膜混合液；其中，搅拌时间一般为10-30min；

4)成膜；通常采用流延法成膜，具体包括将成膜混合液平铺于水平板/容器上，而后置于50-80℃干燥箱中干燥4-6h。

通过以上方法，在采用特定原料基础上，通过采用纳米氧化锌热溶液改性大豆分离蛋白，可进一步使无机纳米氧化锌材料在蛋白体系中分布均匀，从而使所制得的抗菌蛋白膜性能稳定。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)将0.01g纳米氧化锌、0.3g吐温加入到97mL水中，得混合液；

(2)取2g大豆分离蛋白加入到步骤(1)所得的混合液中，在30℃条件下恒温水浴加热，同时磁力搅拌10min；

(3)冷却至室温后过滤取滤液；

(4)取1.5g甘油加入到步骤(3)所得滤液中，磁力搅拌20min，得成膜混合液；

(5)将步骤(4)所得成膜混合液倒入有机玻璃板上，再置于70℃的干燥箱中干燥5h。

实施例2

(1)在磁力搅拌下，将1.0g纳米氧化锌、1.5g吐温加入到90mL水中，得混合液；

(2)取4g大豆分离蛋白加入到步骤(1)所得的混合液中，在50℃条件下恒温水浴加热，同时磁力搅拌20mim；

(3)冷却至室温后过滤取滤液；

(4)将4g甘油加入到步骤(3)所得滤液中，磁力搅拌10min，得成膜混合液；

(5)将步骤(4)所得成膜混合液倒入有机玻璃皿上,放入50℃的干燥箱干燥4h。

实施例3

(1)在磁力搅拌下，将2.0g纳米氧化锌、1g吐温加入到98mL水中,得混合液；

(2)取5.5g大豆分离蛋白加入到步骤(1)所得的混合液中，在恒温水浴70℃条件下磁力搅拌60min；

(3)冷却至室温后过滤取滤液；

(4)将1.5g甘油加入到步骤(3)所得滤液中，磁力搅拌15min，得成膜混合液；

(5)将步骤(4)所得成膜混合液倒入有机玻璃板上,放入65℃的干燥箱干燥5.5h。

实施例4

(1)在磁力搅拌下，将1.8g纳米氧化锌、2g吐温加入到105mL水中,得混合液；

(2)取6g大豆分离蛋白加入到步骤(1)所得的混合液中，在恒温水浴80℃条件下磁力搅拌40min；

(3)冷却至室温后过滤取滤液；

(4)将2.2g甘油加入到步骤(3)所得滤液中，磁力搅拌25min，得成膜混合液；

(5)将步骤(4)所得成膜混合液倒入有机玻璃板上,放入60℃的干燥箱干燥6h。

实施例5

(1)在磁力搅拌下，将3g纳米氧化锌、1g吐温加入到80mL水中，得混合液；

(2)取10g大豆分离蛋白加入到步骤(1)所得的混合液中，在恒温水浴100℃条件下磁力搅拌25min；

(3)冷却至室温后过滤取滤液；

(4)将6g甘油加入到步骤(3)所得滤液中，磁力搅拌30min，得成膜混合液；

(5)将步骤(4)所得成膜混合液倒入有机玻璃板上,放入80℃的干燥箱干燥4h。

为了验证本发明抗菌蛋白膜的效果，还对以上实施例1-5所制得的抗菌蛋白膜进行了相应的产品性能检测，具体对蛋白膜的抗菌性、抗张强度、氧气透过率、扫描电镜等指标进行了检测。具体检测方法如下：

(一)抑菌实验

按照抗菌实验的标准方法进行操作，将活化好的金黄色葡萄球菌接种于营养琼脂平板，固定菌落1h，将抗菌蛋白膜贴在平板上，于37℃培养箱放置12h，测量抑菌圈大小。

(二)抗张强度

检测方法参照GB13022-91，将膜剪切成15mm宽的长条状。设定夹距为50mm，拉伸速率为50mm/min，通过XLW智能电子拉力试验机测试。测定结果10次以上。按以下公式计算抗拉强度：

式中：Ts为抗拉强度(MPa)；F为样品断裂时所承受的最大张力(N)；S为试样横截面积(m²)。

式中：E为膜的断裂伸长率；L₀为样品测试前的长度，mm；L为样品断裂时的长度，mm。

(三)氧气透过率

检测方法参照GB/T 1038-2000，用气体透过性测试仪测定膜的氧气透过率，测定面积为108mm²，测试气体是纯度为99％的氧气，测定结果10次以上。

采用如上方法分别对以上实施例1-5所制得的抗菌蛋白膜进行抗菌性、抗张强度、断裂伸长率和氧气透过率四项性能检测，所得检测结果如下表1所示：

表1抗菌蛋白膜性能检测结果表

由上表1可知，以上实施例1-5所制得抗菌蛋白膜具有较强的抑菌能力，以及较好的抗拉强度和断裂伸长率，具有良好的机械性能。

(四)扫描电镜

分别取本发明抗菌蛋白膜与传统方法(未采用恒温水浴加热处理)制备的蛋白膜进行电镜扫描观察对比实验。具体用扫描电子显微镜观察，取约2mm×2mm的样品，用导电胶固定于不锈钢载物上，在真空状态下进行表面镀金，取出样品台，进行扫描观察，扫描结果如图1所示。其中，A为传统方法所制备蛋白膜，B为本发明抗菌蛋白膜。

由图1可见，传统方法所制得蛋白膜分层明显，而本发明抗菌蛋白膜均匀性好，性能稳定性高。

综上，本发明抗菌蛋白膜以特定原料和配比，按特定工艺制备而成；具体制备方法简单，工艺流程短；在特定工艺下，各原料成分之间相互辅助，协同作用，所制得蛋白膜具有较强的抗菌能力和良好的机械性能，且产品蛋白膜的均匀性好，性能稳定性高，显示优异的综合性能，可应用于食品包装和医药卫生用品等领域。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗菌蛋白膜，其特征在于，所述抗菌蛋白膜的原料包括大豆分离蛋白、纳米氧化锌和助剂；其中，各原料的重量百分数为：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％，余量为助剂。

2.根据权利要求1所述的抗菌蛋白膜，其特征在于，所述助剂包括增塑剂、分散剂以及溶剂水。

3.据权利要求2所述的抗菌蛋白膜，其特征在于，所述增塑剂包括甘油、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和山梨糖醇中的一种或多种；所述分散剂包括吐温和/或山梨醇单硬脂酸酯。

4.根据权利要求2或3所述的抗菌蛋白膜，其特征在于，所述抗菌蛋白膜的原料按重量百分数包括：大豆分离蛋白2％-10％、纳米氧化锌0.01％-3％、分散剂0.5％-2％、增塑剂0.5％-6％，余量为溶剂水。

5.根据权利要求4所述的抗菌蛋白膜，其特征在于，所述抗菌蛋白膜的原料按重量百分数包括：大豆分离蛋白5.5％、纳米氧化锌2％、分散剂1％、增塑剂1.5％，余量为溶剂水。

6.根据权利要求2所述抗菌蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)称取所述原料：大豆分离蛋白、纳米氧化锌、分散剂、增塑剂和溶剂水；

2)将纳米氧化锌和分散剂加入到溶剂水中，而后加入大豆分离蛋白，加热搅拌分散；

3)冷却至室温，过滤取滤液，而后向所述滤液中加入所述增塑剂，搅拌，得成膜混合液；

4)成膜。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述加热搅拌为在30-100℃条件下恒温加热搅拌。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，所述成膜为采用流延法成膜。

9.根据权利要求1-5任一项所述的抗菌蛋白膜在食品包装和医药卫生用品中的应用。