CN112029297B - 一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性包装薄膜的方法 - Google Patents

一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性包装薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性包装薄膜方法，属于天然活性食品包装，首先在一定条件下用碱性蛋白酶酶解蛋壳膜得到含肽的酶解液，将其按含量3‑5％分别与30％大豆蛋白、1.5％甘油和300mL蒸馏水在pH 9.0下混合，烘干成膜。与纯大豆蛋白薄膜相比，本发明所制复合薄膜的抑菌性、抗氧化性、机械性、阻水性、阻氧性、避光性均有显著增加，可适用于包括肉类、果蔬、精加工食品等的保鲜和包装。蛋壳膜源于农产品废料，酶解的肽与大豆蛋白结合具有生物降解性。该制备流程工艺简单，成本低，在绿色食品包装具有经济效益潜力，适宜投入到工业化生产中。

Description

一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性 包装薄膜的方法
技术领域
本发明提供了一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性包装薄膜，即将蛋壳膜用碱性蛋白酶酶解得到具有抑菌和抗氧化性的肽，将这种肽与大豆蛋白结合制成大豆蛋白薄膜，它属于天然高分子材料领域中的食品和药品包装材料。
背景技术
大豆蛋白薄膜作为一种新型包装材料，具有绿色环保、可生物降解、无毒无害等特性，但其抑菌性、抗氧化性、阻隔性较差。本发明以大豆蛋白为主要原料，在一定条件下加入蛋壳膜的酶解液，其酶解液中含有抑菌肽和抗氧化肽，使大豆蛋白与其发生分子间交联反应，制备出一种兼具抑菌性，抗氧化性，同时具有较好机械性能和阻隔性能的大豆蛋白复合薄膜，可以部分替代市面上传统的食品包装材料，用于易氧化类，易腐败的肉类或其他食品的包装，能有效减少环境中的塑料污染，而且加大对蛋壳膜的利用，变废为宝，是一种具有广泛开发前景的绿色包装材料。
蛋壳膜是一种生物膜，它存在于蛋壳与蛋白之间，而且它是一层由内外蛋壳膜构成的双层膜。鸡蛋壳膜主要由蛋白质组成，包括胶原蛋白(I、V、X 型)、与赖氨酸衍生物相互缠绕连接的糖蛋白、溶菌酶、卵转铁蛋白、卵清蛋白、ovocalyxin-36、非弹性蛋白锁链素/异锁链素蛋白、锁链赖氨素、骨桥蛋白、唾液蛋白、角蛋白和其他未识别的蛋白质。它虽然具有较好的药用和医用价值，但由于其现有分解方法分解程度低，而酶解可以有效得到肽，将这些肽添加到大豆蛋白中可以制成兼具抑菌性和抗氧化性的复合膜。
目前国内关于大豆蛋白复合薄膜的研究中，对于具有抑菌性和抗氧化性能方面，都是添加化学添加剂或其他化学物质，但这些物质会残留到食品中，对人体及环境有害。目前国内对蛋壳膜的有效利用率较低，用酶解蛋壳膜提取肽类并加入到大豆蛋白中，在包装食品中具有广泛前景。专利CN 106519271 A以对壳聚糖进行琥珀酰化制得NSC，通过EDC、NHS活化NSC的羧基，然后与溶菌酶进行共价结合，最后通过流涎法制得抑菌膜；专利CN109825017A将主要成膜物质淀粉基聚乙烯醇和普鲁兰多糖凝胶剂混合后，抑制熟食细菌和霉菌生长繁殖，并保持一定透过性；专利CN 109734968A中，利用通过将纤维性可食性大
分子物质制成可食膜，并在其中添加功能活性物质，能够一定程度上防止食品氧化，增添营养。上述薄膜都是添加化学添加剂制备复合薄膜，但并未提及薄膜的可降解，废物利用的性能，且没有实现抑菌性能和抗氧化性能的同时提升。
发明内容
本发明的目的是针对蛋壳膜废料再利用和易氧化腐败食品类包装等问题，提供最佳的具有抑菌性和抗氧化性的蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白薄膜的制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5 g蛋壳膜与100 mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90 ℃下水浴处理20 min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40 ℃，40 kHz下先超声10 min，然后40 ℃水浴中酶解4 h，保持pH不变；
（4）灭酶：将酶解后的溶液90 ℃水浴10 min灭酶，然后将酶解液12000 r/min离心10 min，上清液用0.45 µm滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将（4）制得的酶解液加入30%大豆蛋白和1.5%的甘油和300 mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60 ℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（7）成品。
同时提供上述方法制备的大豆蛋白复合薄膜具有以下特征：
（1）所述复合薄膜的大肠杆菌抑菌圈增加10.50%-32.00%，金黄色葡萄球菌抑菌圈增加23.50%-39.00%（与纯大豆分离蛋白薄膜比较）；及
（2）所述复合薄膜的DPPH自由基清除率增加896.24%-1661.50%（与纯大豆分离蛋白薄膜比较）；及
（3）所述复合薄膜的抗拉伸强度增加316.20%-474.31%，断裂伸长率降低31.57%-54.58%（与纯大豆蛋白薄膜比较）；及
（4）所述复合薄膜的水蒸气透过率下降8.95%-41.13%，（与纯大豆蛋白薄膜比较）；及
（5）所述复合薄膜的氧气透过率下降44.90%-77.55%（与纯大豆蛋白薄膜比较）；及
（6）所述复合薄膜的透光率下降17.17%-43.35%（与纯大豆蛋白薄膜比较）。
将制得的大豆蛋白复合薄膜回软揭膜后进行抑菌性、抗氧化性、机械性能、阻水性、阻氧性和透光性的测定：
（1）抑菌圈
按照抗菌实验的标准方法进行操作，将含菌量为105 CFU/mL的大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）的细菌培养液0.1 mL倒入培养皿中，均匀涂布平板之后干燥5 min，将制得的膜样品切成直径为2.0 cm的圆片，将圆片放入干燥后的培养皿中，于37 ℃培养箱放置，测量抑菌圈直径大小。
（2）DPPH自由基清除能力
将成膜溶液（1 mL）和0.2 mmol/L DPPH-乙醇试剂（1 mL）在黑暗中在24±1 ℃下混合30 min以形成样品。然后将成膜溶液（1 mL）和乙醇（1 mL）混合作为对照组。 将蒸馏水（1 mL）和0.2 mmol / L DPPH-乙醇试剂（1 mL）混合作为空白组。测量波长为517 nm的吸光度，DPPH清除活性按下式计算：
Figure 347332DEST_PATH_IMAGE001
式中：Abs1：样品吸光度；Abs2：对照组吸光度；Abs3：空白组的吸光度；
（3）抗拉伸强度
将复合薄膜裁成100×15 mm后夹在数显推拉力计测试机的上下两个探头之间，保证两探头之间的间距大于50 mm，测试速度为5 mm/s，直至复合膜被拉断，记录复合薄膜断裂时的最大作用力（F），抗拉伸强度按下式计算：
Figure 795631DEST_PATH_IMAGE002
式中：F：最大作用力（N）；a：复合膜的厚度（mm）；b：复合膜的宽度（mm）；
（4）断裂伸长率
将复合薄膜裁成100×15 mm后夹在数显推拉力计测试机的上下两个探头之间，保证两探头之间的间距大于50 mm，记录两探头间复合薄膜的长度（L0），测试速度为5 mm/s，直至复合膜被拉断，并记录复合薄膜断裂时的长度（L），断裂伸长率按下式计算：
Figure 372106DEST_PATH_IMAGE003
式中：L0：复合膜的长度（mm）；L：复合膜断裂时的长度（mm）；
（5）水蒸气透过率
称取3g经干燥的粉末状无水氯化钙置于50mL广口三角瓶中，用待测的复合薄膜扎紧密封，置于相对湿度为83%的干燥器中（内装氯化钾饱和溶液），每12h称重一次，持续一周，通过杯质量的增加计算水蒸气透过率，按下式计算：
Figure 501736DEST_PATH_IMAGE004
式中：Δm：水蒸气迁移量（g/h·m2）；A：膜的面积（m2）；t：测定时间（h）；L：膜厚（mm）；ΔP：膜两侧的水蒸气压差（kPa）；
（6）氧气透过率
将薄膜置于含有1mL亚油酸的锥形烧瓶上，然后在24±1 ℃下放置7 d，通过锥形瓶增加的重量来确定薄膜的氧气透过率，按下式计算：
Figure 847267DEST_PATH_IMAGE005
式中：Δm：锥形烧瓶增加的重量（g）；A：薄膜的面积（m2）；t：试验时间（d）；
（7）透光率
将薄膜裁成长为30 mm、宽为10 mm的长条，贴于比色皿一侧表面，测量在650 nm下分光光度计的吸光值，按下式计算：
Figure 466467DEST_PATH_IMAGE006
式中：A：复合膜的吸光值
本发明的有益效果为：
（1）本发明以废物利用的蛋壳膜、食品级别的碱性蛋白酶和可生物降解的大豆分离蛋白为原料，制得的薄膜同时具有抑菌性、抗氧化性、且其机械性能、阻氧性和避光性得到改善，不仅达到效利用资源的效果，而且还能对人体及环境危害程度低；
（2）本发明提供了一种具有抑菌性和抗氧化性大豆蛋白薄膜及其制备方法，制备薄膜的操作流程简单，制得的薄膜厚度均匀，颜色均一，无特殊气味，具有良好的环保和包装效果。蛋壳膜酶解液中的肽类在大豆蛋白基质中分散较好，并且发生分子间交联作用，使得抑菌性和抗氧化性提高的同时，机械性，阻水性，阻氧性和避光性得到提升。
具体实施方式
下面对本发明具体实施例进行详细描述：
一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5 g蛋壳膜与100 mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90 ℃下水浴处理20 min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40 ℃，40 kHz下先超声10 min，然后40 ℃水浴中酶解4 h，保持pH9.0不变；
（4）灭酶：将酶解后的溶液90 ℃水浴10 min灭酶，然后将酶解液12000 r/min离心10 min，上清液用0.45 µm滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将（4）制得的酶解液加入30%大豆蛋白和1.5%的甘油和300 mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60 ℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（7）成品。
实施例 1：一种具有抑菌性和抗氧化性的蛋壳膜酶解的大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5 g蛋壳膜与100 mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90 ℃下水浴处理20 min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40 ℃，40 kHz下先超声10 min，然后40 ℃水浴中酶解4 h，保持pH不变；
（4）灭酶：将酶解后的溶液90 ℃水浴10 min灭酶，然后将酶解液12000 r/min离心10 min，上清液用0.45 µm滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜：将（4）制得的酶解液按3.00%加入30%大豆蛋白，1.5%的甘油和300 mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60 ℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（7）成品。
实施例2：一种具有抑菌性和抗氧化性的蛋壳膜酶解的大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5 g蛋壳膜与100 mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90 ℃下水浴处理20 min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40 ℃，40 kHz下先超声10 min，然后40 ℃水浴中酶解4 h，保持pH不变；
（4）灭酶：将酶解后的溶液90 ℃水浴10 min灭酶，然后将酶解液12000 r/min离心10 min，上清液用0.45 µm滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜：将（4）制得的酶解液按4.00%加入30%大豆蛋白，1.5%的甘油和300 mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60 ℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（7）成品。
实施例 3：一种具有抑菌性和抗氧化性的蛋壳膜酶解的大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5 g蛋壳膜与100 mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90 ℃下水浴处理20 min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40 ℃，40 kHz下先超声10 min，然后40 ℃水浴中酶解4 h，保持pH不变；
（4）灭酶：将酶解后的溶液90 ℃水浴10 min灭酶，然后将酶解液12000 r/min离心10 min，上清液用0.45 µm滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜：将（4）制得的酶解液按5.00%加入30%大豆蛋白，1.5%的甘油和300 mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60 ℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（7）成品。
对照组1：一种纯大豆蛋白薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
（1）制备大豆蛋白膜溶液：将30%大豆蛋白，1.5%甘油和300 mL蒸馏水混合，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
（2）调节pH：用NaOH将（1）制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
（3）烘干：将（2）制得的大豆蛋白膜溶液倒于硅橡胶板槽内，置于60 ℃的恒温鼓风干燥机中烘干7 h；
（4）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1 ℃下存放24 h；
（5）成品。
对实施例 1-3 制得的大豆蛋白复合薄膜及对照组1制得的纯大豆蛋白薄膜做总酚含量、DPPH自由基清除率\抗拉伸强度、断裂伸长率、水蒸气透过率、氧气透过率和透光率进行测定；
对实施例 1-3 制得的大豆蛋白复合薄膜及对照组1制得的纯大豆蛋白薄膜对比结果见下表：
Figure 467921DEST_PATH_IMAGE007
注：①每组实验都进行了三组平行试验，每个数据的表现形式都是平均值±标准差；②DPPH自由基清除率反应了薄膜的抗氧化性，其值越高，表明薄膜的抗氧化性越高；③抗拉伸强度和断裂伸长率反应了薄膜的机械性能，抗拉伸强度值越高、断裂伸长率值越低，表明薄膜的机械性能越佳；④水蒸气透过率反应了薄膜的阻水性，其值越低，表明薄膜的阻水性越佳；⑤氧气透过率反应了薄膜的阻氧性，其值越低，表明薄膜的阻氧性越佳。⑥透光率反映了薄膜的透光性，其值越低，避光性越好。

Claims (1)

1.一种蛋壳膜酶解肽复合大豆蛋白制备具有抑菌性和抗氧化性包装薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）蛋壳膜碱预处理：将2.5g蛋壳膜与100mL的蒸馏水，4%的NaOH混合，在90℃下水浴处理20min，然后冷却到室温；
（2）调节pH：将预处理蛋壳膜溶液的pH调节至9.0；
（3）酶解：加入1%的碱性蛋白酶，在40℃，40kHz下先超声10min，然后40℃水浴中酶解4h，保持pH不变；
（4）灭酶：将酶解后的浴液90℃水浴10min灭酶，然后将酶解液12000r/min离心10min，上清液用0.45um滤膜过滤得酶解液；
（5）制备大豆蛋白复合薄膜：将（4）制得的酶解液按含量5%加入30%大豆蛋白和1.5%的甘油和300mL的蒸馏水制成的大豆蛋白复合膜液中，保持pH9.0不变，并在60℃下搅拌1h；倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
（6）回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50%相对湿度和24±1℃下存放24h；
（7）成品。
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