CN108749183A - 一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法 - Google Patents

一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料，发明采用溶液流延法，以浓缩乳清蛋白和小麦交联淀粉为基材，甘油作为增塑剂，获得各项性能较优的复合膜配方；采用低温等离子体技术对复合膜表面进行改性，使复合膜的亲水性、机械性能、阻隔性能、热稳定性、黏合性能得到改善；最后，分别以原浆牛皮纸和低温等离子体改性的复合膜为复合材料基材，以复合膜膜液作为黏合剂，通过热压法制备纸基复合包装材料。为替代现有纸塑材料内层塑料，减缓石油能源枯竭以及减少白色污染提供了一个新途径；有效的减轻传统黏合剂降解造成的食品污染；通过低温等离子处理与复合膜使其与原浆牛皮纸更易黏结，为制备复合包装材料提供了一种新的方法与思路。

Description

一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合 材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料，属于食品包装领域。
技术背景
浓缩乳清蛋白是制备可食膜的主要原料之一，由浓缩乳清蛋白制备的可食膜具有均匀、透明、阻气性好等优点，但是由于单一浓缩乳清蛋白膜韧性低、阻水性差,一般不单独使用。交联淀粉相较于原淀粉结构更加致密具有较强的阻水性能，这同时也弥补了浓缩乳清蛋白膜的缺点，将浓缩乳清蛋白与交联淀粉共混制备一种机械强度较大，阻隔性能好的复合包装材料。
可食膜是以可食性材料为原料制作而成的一种承重能力较强、阻隔性能优良、成本低廉的薄膜材料，其可降解性能够有效地减少传统塑料对生态系统的破坏。因此，用可食膜代替塑料成为一种新型绿色包装材料对食品包装领域有着重要的作用，对生态环境改善意义重大。
纸塑复合材料以其承重能力强、阻隔性能好等优点迅速占领包装市场，越来越多的食品如大米、干果、水果干等采用纸塑包装，这一包装在一定程度上能够减少白色污染，但是却没有完全避免内层塑料所带来的生态破坏。用一种无毒、无害、可降解的材料代替纸塑包装内层的塑料对生态环境有重要的意义。纸塑包装中的黏合剂多为聚乙烯、醋酸乙烯共聚树脂、丙烯酸等化学合成试剂，采用热压法黏合，部分黏合剂在高温条件下分解成小分子从而造成不同程度的食品污染，对食用者存在一定的健康隐患。因此用一种安全、绿色、无污染的黏合剂以及黏合方式代替传统的黏合剂和黏合工艺势在必行。低温大气等离子处理是一种表面改性技术，通过对高分子聚合物材料的表面改性可有效提高聚合物表面的粗糙度、亲水性、黏合性，目前利用等离子处理可食膜表面并以可食膜膜液作为黏合剂制备纸基复合材料对食品安全及绿色包装的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的以浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉复合膜为基材，替代现有纸塑材料内层塑料，为减缓石油能源枯竭以及减少白色污染提供了一个新途径；利用复合膜膜液作为黏合剂，能够有效的减轻传统黏合剂由于降解造成的食品污染；通过低温等离子处理与复合膜使其与原浆牛皮纸更易黏结，为制备复合包装材料提供了一种新的方法与思路。
一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，至少包含以下步骤：
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取一定质量的浓缩乳清蛋白WPC溶解于去离子水中，配置成2％-6％m/v浓缩乳清蛋白溶液，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10；
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在78℃-82℃水浴条件下改性28-32min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用；
(3)将一定质量的小麦交联淀粉WCS充分溶于去离子水中，小麦交联淀粉溶液质量浓度为2％-4％m/v，转速13000r/min下均质2min；
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用；
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加占复合膜干基质量比25％-65％的甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合；
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取用量为 0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出；
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉复合膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％，设置处理时间为30s-120s，采用350W-500W的处理功率对复合膜进行改性处理。；
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与原浆牛皮纸均裁成长条备用；
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液作为涂布黏合剂，在有机玻璃板上流延成膜，用量为0.030ml/cm2-0.070ml/cm2，冷却后待用；将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面；
(3)复合膜热压处理，热压温度为120-200℃，热压1-5次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜；
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。
优选的步骤一(1)中所述的浓缩乳清蛋白溶液的质量浓度m/v为5.3％。
优选的步骤一中(3)所述的小麦交联淀粉溶液的质量浓度m/v为3.9％。
优选的步骤一中(5)所述的甘油添加质量为浓缩乳清蛋白和小麦交联淀粉总干重的 48.0％。
优选的步骤三(1)中所述的原浆牛皮纸的规格为120g/m2。
优选的步骤三(2)中所述的黏合剂涂布量为0.050ml/cm2。
优选的步骤三(3)中所述的热压温度为180℃。
优选的步骤三(3)中所述的热压次数为2次。
有益效果：
发明的技术方案采用溶液流延法，以浓缩乳清蛋白和小麦交联淀粉为基材，甘油作为增塑剂，获得各项性能较优的复合膜配方；采用低温等离子体技术对复合膜表面进行改性，使复合膜的亲水性、机械性能、阻隔性能、热稳定性、黏合性能得到改善；最后，分别以原浆牛皮纸和低温等离子体改性的复合膜为复合材料基材，以复合膜膜液作为黏合剂，通过热压法制备纸基复合包装材料。
通过介质阻挡放电产生低温等离子体对复合膜的影响，开拓一种新型、绿色无污染表面改性方式；采用热压法对复合膜和纸张进行黏合制备复合材料，以代替传统纸塑材料内层塑料，为减缓石油能源枯竭以及减少白色污染提供了一个新途径；利用复合膜膜液作为黏合剂，能够有效的减轻传统黏合剂由于降解造成的食品污染。通过低温等离子处理与复合膜使其与纸张更易黏结，为制备复合包装材料提供了一种新的方法与思路。
具体实施方式
实施例1：
以如下步骤制备浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料：
步骤一：.浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取5.3g浓缩乳清蛋白(WPC)溶解于100ml去离子水中，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10。
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在80℃水浴条件下改性30min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用。
(3)将3.9g的小麦交联淀粉(WCS)充分溶于100ml去离子水中，转速13000r/min 下均质2min。
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用。
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加4.416g甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合。
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出。
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，输入功率近似等于输出功率；处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％。设置处理时间为60s，采用350W的处理功率对可食膜进行处理
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与120g/m2规格的原浆牛皮纸均裁成一定规格的长条备用。
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液0.050ml/cm2作为涂布黏合剂，冷却后待用；涂布黏合剂后，将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面。
(3)复合膜热压处理，热压温度140℃，热压3次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜。
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。。
实施例2：
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取26.5g浓缩乳清蛋白(WPC)溶解于500ml去离子水中，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10。
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在80℃水浴条件下改性30min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用。
(3)将19.5g的小麦交联淀粉(WCS)充分溶于500ml去离子水中，转速13000r/min下均质2min。
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用。
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加22.08g甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合。
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出。
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，输入功率近似等于输出功率；处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％。设置处理时间为60s，采用400W的处理功率对可食膜进行处理
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与120g/m2规格的原浆牛皮纸均裁成一定规格的长条备用。
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液0.050ml/cm2作为涂布黏合剂，冷却后待用；涂布黏合剂后，将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面。
(3)复合膜热压处理，热压温度180℃，热压2次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜。
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。
实施例3
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取6.625g浓缩乳清蛋白(WPC)溶解于125ml去离子水中，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10。
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在80℃水浴条件下改性30min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用。
(3)将4.875g的小麦交联淀粉(WCS)充分溶于125ml去离子水中，转速13000r/min下均质2min。
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用。
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加5.52g甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合。
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出。
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，输入功率近似等于输出功率；处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％。设置处理时间为120s，采用400W的处理功率对可食膜进行处理
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与120g/m2规格的原浆牛皮纸均裁成一定规格的长条备用。
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液0.050ml/cm2作为涂布黏合剂，冷却后待用；涂布黏合剂后，将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面。
(3)复合膜热压处理，热压温度200℃，热压3次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜。
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。
实施例4：
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取19.875g浓缩乳清蛋白(WPC)溶解于375ml去离子水中，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10。
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在80℃水浴条件下改性30min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用。
(3)将14.625g的小麦交联淀粉(WCS)充分溶于375ml去离子水中，转速13000r/min下均质2min。
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用。
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加16.56g甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合。
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出。
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，输入功率近似等于输出功率；处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％。设置处理时间为60s，采用500W的处理功率对可食膜进行处理
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与120g/m2规格的原浆牛皮纸均裁成一定规格的长条备用。
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液0.050ml/cm2作为涂布黏合剂，冷却后待用；涂布黏合剂后，将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面。
(3)复合膜热压处理，热压温度170℃，热压4次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜。
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。
实施例5：
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉改性可食膜的制备
(1)取13.25g浓缩乳清蛋白(WPC)溶解于250ml去离子水中，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10。
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在80℃水浴条件下改性30min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用。
(3)将9.75g的小麦交联淀粉(WCS)充分溶于250ml去离子水中，转速13000r/min下均质2min。
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用。
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加11.04g甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合。
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出。
(7)取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，输入功率近似等于输出功率；处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％。设置处理时间为60s，采用500W 的处理功率对可食膜进行处理。
低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料与普通双层膜之间，单一材料与复合材料进行相关性能
测试对比情况:
表一：

Claims (8)

1.一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：至少包含以下步骤：
步骤一：浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉可食膜的制备
(1)取一定质量的浓缩乳清蛋白WPC溶解于去离子水中，配置成2％-6％m/v浓缩乳清蛋白溶液，并用恒速搅拌器搅拌直至WPC完全溶解，加入浓度为1mol/L的NaOH调节溶液至pH＝10；
(2)将调节好pH的溶液置于水浴锅内，在78℃-82℃水浴条件下改性28-32min，在改性过程中不停搅拌，改性完成后，将WPC溶液冷却至室温备用；
(3)将一定质量的小麦交联淀粉WCS充分溶于去离子水中，小麦交联淀粉溶液质量浓度为2％-4％m/v，转速13000r/min下均质2min；
(4)将均质后的WCS溶液置于水浴锅内，在90℃条件下糊化30min，糊化过程中不停搅拌溶液以达到充分糊化的目的，将糊化完成的WCS溶液冷却备用；
(5)将冷却后的WPC、WCS溶液混合，并添加占复合膜干基质量比25％-65％的甘油作为增塑剂，用恒速搅拌器搅拌1h，使两种溶液充分混合；
(6)将混合均匀的膜液放入真空干燥箱中，在-0.85MP条件下脱气至无泡；取用量为0.2ml/cm2的无泡膜液在有机玻璃板上流延成膜后置于恒温干燥箱中，在55℃下干燥8h后取出；
步骤二：低温等离子体对浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜的表面改性
取出在恒温恒湿箱保存24h的浓缩乳清蛋白-小麦交联淀粉复合膜于等离子表面处理台，设备的输入电压为220V、频率为50Hz，内部不含变压器，处理时，外部环境温度为23℃、相对湿度50％，设置处理时间为30s-120s，采用350W-500W的处理功率对复合膜进行改性处理。；
步骤三：浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉膜与原浆牛皮纸复合材料的制备
(1)WPC/WCS复合膜与原浆牛皮纸均裁成长条备用；
(2)用制备WPC/WCS复合膜所剩余的膜液作为涂布黏合剂，在有机玻璃板上流延成膜，用量为0.030ml/cm2-0.070ml/cm2，冷却后待用；将复合膜经等离子处理的那一面与黏合剂相接触，并平整铺在原浆牛皮纸表面；
(3)复合膜热压处理，热压温度为120-200℃，热压1-5次，热压时需在复合膜上方盖上一张规格相同的原浆牛皮纸，以避免高温破坏复合膜；
(4)制备完成的纸基复合材料，需在常温下干燥12h，干燥完成后23℃，相对湿度50％的条件下平衡24h。
2.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤一(1)中所述的浓缩乳清蛋白溶液的质量浓度m/v为5.3％。
3.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤一中(3)所述的小麦交联淀粉溶液的质量浓度m/v为3.9％。
4.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤一中(5)所述的甘油添加质量为浓缩乳清蛋白和小麦交联淀粉总干重的48.0％。
5.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤三(1)中所述的原浆牛皮纸的规格为120g/m2。
6.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤三(2)中所述的黏合剂涂布量为0.050ml/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤三(3)中所述的热压温度为180℃。
8.根据权利要求1所述的一种浓缩乳清蛋白/小麦交联淀粉可食膜及其与牛皮纸复合材料的制备方法，其特征在于：优选的步骤三(3)中所述的热压次数为2次。
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