CN111116949A

CN111116949A - 一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法

Info

Publication number: CN111116949A
Application number: CN201811290876.9A
Authority: CN
Inventors: 袁超; 宁月嘉; 崔波; 郭丽; 于滨; 刘鹏飞; 赵海波; 吴正宗
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本发明公开了一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，用α‑淀粉酶和普鲁兰酶酶解玉米淀粉，然后与魔芋胶复合制备可食用包装膜，本发明提供一种阻隔性能好、机械性能强的绿色天然的可食用膜，通过两种酶改性制备直链淀粉含量高、成膜性好并且具有慢消化功能的玉米淀粉，之后与魔芋胶复合溶解、均质，流延成膜，以期制备机械强度高、阻隔性好的可食用膜。

Description

一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法

技术领域

本发明属于食品保鲜技术领域，具体涉及一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜。

背景技术

玉米作为全球重要农作物之一，在2017年，全球产量高达10亿多吨。中国作为全球第二大玉米生产国，玉米产量不容小觑，2017年总产量达2.16亿吨。玉米用途广泛，最主要的是作为玉米淀粉深加工，生产淀粉糖、味精、变性淀粉等产品，另外玉米在造纸、食品加工、医药、化工等领域均有重要应用。据报道，近两年由于玉米库存剧烈变化，供需结构正由量变向质变转型。由于玉米种植面积广，并且受相关政策的影响，近几年玉米淀粉的价格较低，相比其他淀粉在市场竞争中有显著价格优势，并且玉米淀粉作为一种天然多糖，可被微生物降解、来源丰富，经酶法改性后在功能性材料，例如可食用包装膜等方面有很大潜力。

研究表明，淀粉多糖用于可食用包装膜有很好的成膜性（直链淀粉的成膜性优于支链淀粉），但是淀粉膜阻湿效果和机械性能较差。提高阻湿性能和机械性能的方法之一就是酶法改性淀粉，酶处理方法条件温和，减少了化学试剂的添加，是一种安全、绿色、有效的方法，而且相较于原淀粉，酶法改性能有效提高慢消化淀粉和抗性淀粉含量，在食品领域有巨大应用潜力。用于改性的酶有很多，根据其作用机理可分为液化酶、糖化酶、脱支酶、转苷酶和异构酶等，普鲁兰酶作为一种糖化酶，作用于α-1,6糖苷键，水解淀粉支链生成直链淀粉，提高淀粉成膜性，同时提高慢消化淀粉含量。目前市场上的可食用膜大多以原淀粉为主要原料，其中的营养成分主要为快消化淀粉。快消化淀粉能够在摄取食物后20min内被完全消化，使血糖快速升高，不利于糖尿病和肥胖人群的健康。然而，慢消化淀粉是指在在摄入食物后20-120min内被淀粉酶完全消化的淀粉，能有效改善糖尿病患者的餐后血糖负荷、缓解高血糖和高胰岛素症状、促进肠道运动减少结肠癌发病率。单一酶处理淀粉催化效果不强，得到产物差异性较大，而由复合酶作用与玉米淀粉可以明显提高其糊化稳定性、成膜性和消化特性。

现有技术中，单一淀粉膜的成膜性、稳定性和机械强度方面效果不理想。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，该方法不仅可以提高包装膜的阻隔性，而且可以提升包装膜的机械性能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

（1）配制普鲁兰酶溶液；

（2）淀粉的酶解：将经过预处理的玉米淀粉配制成淀粉乳，淀粉乳经微波糊化后加入中温α淀粉酶，在70-75℃下超声波震荡反应15-30min后灭酶，冷却至55-65℃后加入普鲁兰酶，水浴震荡反应4-8h后灭酶；

（3）慢消化淀粉-魔芋胶复配溶液：向酶解后的淀粉乳溶液中添加魔芋胶，混合均匀制为储备液；

（4）复合活性包装膜的制备：向储备液中加入甘油和环糊精，混合均匀后置于真空干燥箱中进行脱气处理，加入天然抗菌剂辣根素后采用流延法制膜，干燥后即得食用膜。

作为优选方案，步骤（1）中普鲁兰酶溶液的配制过程为：用移液枪移取2.5mL、200U/mL的普鲁兰酶液于100mL烧杯中，加入pH值为6.0的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液，搅拌均匀后转移至100mL容量瓶，继续加柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液定容，配置后的普鲁兰酶液浓度为5U/mL，在0-5℃条件下保存待用。

作为优选方案，步骤（2）中玉米淀粉的预处理为：将普通玉米淀粉用去离子水抽滤2-4次，去除其中可溶性杂质，置于鼓风干燥箱中烘干12h，温度为50℃。

进一步的，步骤（2）中淀粉乳糊化过程为将预处理后的淀粉配成8%的淀粉乳，淀粉乳放在微波器皿中密封后，然后置于微波炉中加热10-30s，间隔30s后再次微波加热10-30s，重复三次，微波功率为1W/g淀粉，微波加热使淀粉颗粒润涨糊化，有利于酶的作用。

进一步的，步骤（2）中加入中温α-淀粉酶的酶含量为2-10U/g（淀粉干基重）；α-淀粉酶的灭酶条件为在100℃、500W条件下超声法灭酶10min。

进一步的，步骤（2）中加入普鲁兰酶的酶含量为0.6-1U/g(淀粉干基重)；普鲁兰酶的灭酶条件为100℃条件下先加热10min,再水浴10min。

作为优选方案，步骤（3）中添加魔芋胶的质量为淀粉干基重的1-5%，淀粉和魔芋胶的混合条件为在95-100℃、500r/min条件下水浴搅拌30min，然后降温到70℃均质2min，转速为5000r/min，使淀粉和魔芋胶混合均匀，冷却至室温。

作为优选方案，步骤（4）中加入甘油的质量为淀粉干基重的0.5-3%，加入环糊精的质量为淀粉干基重的2%。

进一步的，步骤（4）中加入天然抗菌剂辣根素的质量为淀粉干基重的5-15%。

进一步的，步骤（4）中采用流延法制膜，置于50℃、50%RH条件下干燥24-48h得机械性能和消化性能良好的天然绿色食用膜。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过α-淀粉酶和普鲁兰酶改性玉米淀粉，增加玉米淀粉中直链淀粉含量比例，从而提高淀粉基可食用复合膜的透明度、机械性能和消化性能。

（2）魔芋胶是一种天然优质水溶性膳食纤维，膳食纤维在肠道内不被消化，并且有助于肠道蠕动，适用于肥胖、减肥、便秘等人群食用。魔芋胶主要成分为葡甘露聚糖，而且富含人体所需的十几种氨基酸和微量元素成分，葡甘露聚糖作为一种非离子多糖，在碱性条件下，是一种热不可逆凝胶，高温条件下稳定性能良好，静置一段时间后的魔芋凝胶硬度好，成膜性能良好。魔芋胶形成的膜不仅仅附着力好、透明度高、密度强，而且在碱性环境、加热或者脱水条件下都非常稳定。在国内，魔芋胶被当做普通食品进行管理，安全健康。本发明通过魔芋胶与改性淀粉复合，进一步提高淀粉基慢消化可食用淀粉膜的成膜性、拉伸性能和阻水、氧性。工艺中采用多种物理方法（微波法、超声法、均质法）协同处理，使酶和魔芋胶与淀粉充分作用，促进具有良好机械性能和消化性能的淀粉膜的制备。

（3）本发明通过天然的抗菌剂（辣根素）的添加，能够很好的提高淀粉基可食用复合膜的抗菌能力，环糊精作为一种缓释物质，增强辣根素抑菌效果，延长辣根素抑菌时间，从而能有效防止包装食品被微生物污染。

（4）采用玉米淀粉作为可食用膜的主要成分，来源广泛，生产成本低，安全绿色，其余成膜组分(魔芋胶、酶、甘油、环糊精、辣根素)均为安全无毒的材料组合，提高了慢消化可食用膜的食用安全性和可降解性。

（5）本发明原料种类简单、制备步骤简单，采用本发明制作的可食用膜不仅机械性能优良，而且消化性能良好，非常适用于糖尿病及肥胖人群，可用于此类人群食品的包装，本发明的可食用膜能缓解食品在运输、贮存过程中吸潮及微生物的污染问题，应用前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本申请的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。

实施例1

一种慢消化可食用膜用于牛肉粒的包装，可食用膜制备方法如下：

（1）普鲁兰酶溶液的配置：用移液枪移取2.5mL、200U/mL的普鲁兰酶液于100mL烧杯中，加入一定量pH值为6.0的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液，搅拌均匀后转移至100mL容量瓶，继续加柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液定容，配置后的普鲁兰酶液浓度为5U/mL，在0-5℃条件下保存待用。

（2）淀粉的酶解：普通玉米淀粉用去离子水抽滤3次，去除其中可溶性杂质，置于鼓风干燥箱中烘干12h，温度为50℃。取预处理后玉米淀粉配成8%淀粉乳，放在专用微波器皿中密封平衡一段时间，然后置于微波炉中加热10s，间隔30s后再次微波加热10s，重复3次，功率为1W/g淀粉，使淀粉颗粒润涨糊化，有利于酶作用。向糊化后的淀粉乳加入中温α淀粉酶，酶含量为2U/g（淀粉干基重），在70-75℃温度80W功率条件下超声波震荡反应20min，然后在100℃、500W条件下超声法灭酶10min，使淀粉酶完全失活。冷却至60℃，加入普鲁兰酶，酶含量为0.6U/g(淀粉干基重)，水浴震荡6h，使普鲁兰酶充分和淀粉作用，然后置于100℃水浴中先加热10min,再水浴10min。

（3）慢消化淀粉-魔芋胶复配溶液：向酶解后淀粉乳溶液中添加1%魔芋胶（淀粉干基重），在95-100℃、500r/min条件下搅拌30min，降温到70℃均质2min，使淀粉和魔芋胶混合均匀，转速为5000r/min，制为储备液。

（4）复合活性包装膜的制备：向储备液中加入3%甘油（淀粉干基重）和2%环糊精（淀粉干基重），搅拌15min使其混合均匀。溶液置于真空干燥箱中1h进行脱气处理，加入5%（淀粉干基重）天然抗菌剂辣根素。混合溶液采用流延法制膜，置于50℃、50%RH条件下干燥24h，即可得到机械性能和消化性能良好的天然绿色可食用膜。

（5）牛肉粒的包装：对上述实施例中慢消化可食用膜基本性能进行测定，结果如表1所示。将上述制备包装膜裁成4×4cm²大小，包裹1×1cm³牛肉粒，用封口机将两头密封。

实施例2

一种慢消化可食用膜用于风味香肠的包装，可食用膜制备方法如下：

（2）淀粉的酶解：普通玉米淀粉用去离子水抽滤3次，去除其中可溶性杂质，放置于鼓风干燥箱中烘干12h，温度为50℃。取预处理后玉米淀粉配成8%淀粉乳，放在专用微波器皿中密封平衡一段时间，然后置于微波炉中加热30s，间隔30s后再次微波加热30s，重复3次，功率为1W/g淀粉，使淀粉颗粒润涨糊化，有利于酶作用。向糊化后的淀粉乳加入中温α淀粉酶，酶含量为5U/g（淀粉干基重），在70-75℃温度80W功率条件下超声波震荡反应20min，然后在100℃、500W条件下超声法灭酶10min，使淀粉酶完全失活。冷却至60℃，加入普鲁兰酶，酶含量为0.8U/g(淀粉干基重)，水浴震荡6h，使普鲁兰酶充分和淀粉作用，然后置于100℃水浴中先加热10min,再水浴灭酶10min。

（3）慢消化淀粉-魔芋胶复配溶液：向酶解后淀粉乳溶液中添加5%魔芋胶（淀粉干基重），在95-100℃、500r/min条件下搅拌30min，然后降温到70℃均质2min，转速为5000r/min，使魔芋胶和淀粉充分作用，制为储备液。

（4）复合活性包装膜的制备：向储备液中加入2%甘油（淀粉干基重）和2%环糊精（淀粉干基重），搅拌15min使其混合均匀。溶液置于真空干燥箱中1h进行脱气处理，加入15%天然抗菌剂辣根素（淀粉干基重）。混合溶液采用流延法制膜，置于50℃、50%RH条件下干燥36h，即可得到机械性能和消化性能良好的天然绿色可食用膜。

（5）风味香肠的包装：将上述包装膜裁成10×5cm²大小，将香肠包裹一层，排净空气，接口处用封口机密封。

实施例3

一种慢消化可食用膜用于杂粮煎饼，可食用膜制备方法如下：

（2）淀粉的酶解：普通玉米淀粉用去离子水抽滤3次，去除其中可溶性杂质，放置于鼓风干燥箱中烘干12h，温度为50℃。取预处理后玉米淀粉配成8%淀粉乳，放在专用微波器皿中密封平衡一段时间，然后置于微波炉中加热20s，间隔30s后再次微波加热20s，重复3次，功率为1W/g淀粉，使淀粉颗粒润涨糊化，有利于酶作用。向糊化后的淀粉乳加入中温α淀粉酶，酶含量为6U/g（淀粉干基重），在70-75℃温度80W功率条件下超声波震荡反应20min，然后于100℃、500W条件下超声法灭酶10min，使淀粉酶完全失活。冷却至60℃，加入普鲁兰酶，酶含量为1U/g(淀粉干基重)，水浴震荡6h，使普鲁兰酶充分和淀粉作用，然后置于100℃水浴中先加热10min,再水浴灭酶10min。

（3）慢消化淀粉-魔芋胶复配溶液：向酶解后淀粉乳溶液中添加1%魔芋胶（淀粉干基重），在95-100℃、500r/min条件下搅拌30min，降温到70℃均质2min，转速为5000r/min，使淀粉和魔芋胶混合均匀，制为储备液。

（4）复合活性包装膜的制备：向储备液中加入3%甘油（淀粉干基重）和2%环糊精（淀粉干基重），搅拌15min使其混合均匀。溶液置于真空干燥箱中1h进行脱气处理，加入10%天然抗菌剂辣根素（淀粉干基重）。混合溶液采用流延法制膜，置于50℃、50%RH条件下干燥48h，即可得到机械性能和消化性能良好的天然绿色可食用膜。

（5）杂粮煎饼的包装：将上述慢消化膜裁剪两张10×10cm²大小，将相同大小的煎饼包裹其中，尽可能排净空气，封口处用压膜机密封。

实施例4

可食用膜性能及包装效果检测

对实施例1制备的可食用包装膜进行机械性能检测，包括以下性能参数的检测：

a.膜厚度的测定：取3个膜，采用千分尺在膜上随机取5点测定、取平均值。

b.机械强度：根据ASTM D882–91的方法，将膜剪成2.5cm宽、10cm长的形状，利用质构分析仪测定膜的抗拉强度、刺穿强度、断裂伸长率。采用细探针测定膜的刺穿强度。测量10次求平均值。

c.水蒸气透过率：采用拟杯子法测定，膜内外两侧相对湿度差为0/75％。

d.透光值的测定：将膜裁成长方形，紧贴于比色皿，放入仪器中测量透光率，测定波长为600nm，透光值＝透光率/膜厚度。

e.慢消化淀粉含量的测定：取240mg膜，加入缓冲液和酶液，采用澳大利亚GI20仪器测定。

测量结果如下表所示：

表1 绿色慢消化可食用淀粉膜性能测定

。

经检测，制备的绿色慢消化可食用淀粉膜机械性能均能达到GB/T21302-2007要求，慢消化淀粉含量高达44%，比普通可食用膜慢消化淀粉含量高46%，该包装膜适用于特殊人群（糖尿病、肥胖、健身人群）的食品包装，有利于特殊人群的身体健康。

对实施例1制备的包装膜进行菌落测定，包括菌落总数和大肠菌群测定：

菌落总数和大肠菌群测定：将包装后牛肉粒和未包装牛肉粒（空白组）在40℃，80-90%湿度条件下储藏，根据GB4789.2-2016和GB4789.3-2016定期测定菌落总数和大肠菌群数量，结果见下表：

表2 绿色慢消化可食用淀粉膜包装牛肉粒和未包装牛肉粒在室温下菌落测定

。

“-”表示菌落总数和大肠菌群数量远超过国标规定最高安全限量，出现明显腐坏，未做实验。

“a,b,c,d,e”不同字母表示有显著性差异（p<0.05）。

通过对绿色淀粉基可食用膜包装牛肉粒和空白组的表面菌落总数的测定，发现空白组的牛肉粒在高温、高湿条件下第6天时其表面的微生物菌落总数已经超过腐败水平(105CFU/g)，而经本发明制备的复合可食用膜包装的牛肉粒在高温、高湿条件下放置15天才接近腐败水平，且色泽纯正，口感较好，食用方便。

Claims

1.一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

配制普鲁兰酶溶液；

淀粉的酶解：将经过预处理的玉米淀粉配制成淀粉乳，淀粉乳经微波糊化后加入中温α淀粉酶，在70-75℃下超声波震荡反应15-30min后灭酶，冷却至55-65℃后加入普鲁兰酶，水浴震荡反应4-8h后灭酶；

慢消化淀粉-魔芋胶复配溶液：向酶解后的淀粉乳溶液中添加魔芋胶，混合均匀制为储备液；

复合活性包装膜的制备：向储备液中加入甘油和环糊精，混合均匀后置于真空干燥箱中进行脱气处理，加入天然抗菌剂辣根素后采用流延法制膜，干燥后即得食用膜。

2.根据权利要求1所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中普鲁兰酶溶液的配制过程为：用移液枪移取2.5mL、200U/mL的普鲁兰酶液于100mL烧杯中，加入pH值为6.0的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液，搅拌均匀后转移至100mL容量瓶，继续加柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲液定容，配置后的普鲁兰酶液浓度为5U/mL，在0-5℃条件下保存待用。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中玉米淀粉的预处理为：将普通玉米淀粉用去离子水抽滤2-4次，去除其中可溶性杂质，置于鼓风干燥箱中烘干12h，温度为50℃。

4.根据权利要求3所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中淀粉乳糊化过程为将淀粉乳放在微波器皿中密封后，置于微波炉中加热10-30s，间隔30s后再次微波加热10-30s，重复三次，微波功率为1W/g淀粉。

5.根据权利要求3所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中加入中温α-淀粉酶的酶含量为2-10U/g（淀粉干基重）；α-淀粉酶的灭酶条件为在100℃、500W条件下超声法灭酶10min。

6.根据权利要求3所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中加入普鲁兰酶的酶含量为0.6-1U/g(淀粉干基重)；普鲁兰酶的灭酶条件为100℃条件下先加热10min，再水浴10min。

7.根据权利要求1或2所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中添加魔芋胶的质量为淀粉干基重的1-5%，淀粉和魔芋胶的混合条件为在95-100℃、500r/min条件下水浴搅拌30min，然后降温到70℃均质2min，转速为5000r/min，使淀粉和魔芋胶混合均匀，冷却至室温。

8.根据权利要求1或2所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中加入甘油的质量为淀粉干基重的0.5-3%，加入环糊精的质量为淀粉干基重的2%。

9.根据权利要求8所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中加入天然抗菌剂辣根素的质量为淀粉干基重的5-15%。

10.根据权利要求8所述的一种具有慢消化特性的双酶改性复合可食用膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中采用流延法制膜，置于50℃、50%RH条件下干燥24-48h得机械性能和消化性能良好的天然绿色食用膜。