CN113480784A - 一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法 - Google Patents

一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖‑醇溶蛋白‑精油‑多酚可食性乳状液膜的制备方法,包括以下步骤:1)配置A溶液:将壳聚糖、增塑剂、乳化剂溶解在乙酸溶液中至充分溶解,放置至充分水化;2)配置B溶液:将醇溶蛋白、精油和多酚溶解在乙醇溶液中至充分溶解;3)混合:将B溶液加入到A溶液中,剪切乳化并高压均质,得到成膜溶液;4)成膜:将以上获得的成膜溶液平铺在模具中,放置在恒温恒湿箱中成膜。通过本发明方法制备的可食性膜,改善了膜的水蒸气阻隔性能、机械性能以及抗氧化和抑菌性能。

Description

一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备 方法
技术领域
本发明涉及食用膜技术领域,具体涉及一种壳聚糖-玉米蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜及其制备方法。
背景技术
可食性膜是一种以天然可食性生物大分子为主要基质,通过添加各种可食性辅助成分,经过一定的工序制造的具有一定性能的致密薄膜。随着食品安全和可持续发展理念的深入人心,功能性可食性膜的成为未来包装材料发展的主流。可食性膜可以与被包装食品一起食用,安全方便,具有广泛的用途。当前的可食性膜根据基质的不同,有蛋白质膜、淀粉类膜、多糖膜、脂质膜以及采用上述材料复合而成的复合膜。食品来源的多糖和蛋白质被广泛用于可食性膜的制备。例如壳聚糖可食性膜是一种广泛采用的膜,大量用在果蔬类食品的包装中,可使被包装的蔬菜和水果的保鲜期延长数倍,并且易于储存运输,大大节约了冷链成本。然而,由蛋白质和多糖制备的可食性膜在水蒸气阻隔性能方面弱于传统非降解膜,因而限制了其的应用。目前,通过采用疏水性的蛋白或者通过在成膜材料中添加脂质成分来改善膜的水蒸气阻隔性能。但是目前来看,可食性膜仍然存在诸多问题,例如机械强度不足、疏水性较差、抑菌性不好等问题。
发明内容
为解决本发明遇到的以上难题,本发明开发了一种制备可食性膜的方法。本发明的方法工艺简便、成本较低、重现性好,可解决传统蛋白质和多糖复合膜在功能特性方面的缺点,也可改善传统乳状液膜在机械性能方面的不足,同时改善可食性膜的抗氧化和抑菌性能,在相关生鲜运输等领域有较好的应用前景。
具体来说,本发明采用了以下技术方案:
一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
1)配置A溶液:将壳聚糖、增塑剂、乳化剂溶解在乙酸溶液中至充分溶解,放置至充分水化;
2)配置B溶液:将醇溶蛋白、精油和多酚溶解在乙醇溶液中至充分溶解;
3)混合:将B溶液加入到A溶液中,剪切乳化并高压均质,得到成膜溶液;
4)成膜:将以上获得的成膜溶液平铺在模具中,放置在恒温恒湿箱中成膜,
其中在最终的成膜溶液中,按重量计,壳聚糖占比为成膜溶液的1-5%,醇溶蛋白的添加量为壳聚糖的5-50%,精油的添加量为壳聚糖的5-25%,多酚的添加量为壳聚糖的0.5-3%。
其中在以上方法中,壳聚糖的脱乙酰度为70-95%。
优选地,醇溶蛋白的种类为玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大米醇溶蛋白、菜籽醇溶蛋白或其组合。
另外优选地,精油的种类为牛至精油、草果精油、葡萄柚精油、薰衣草精油、柠檬精油、大蒜精油或其组合。
另外,多酚的种类为葡萄籽多酚提取物、石榴皮多酚提取物、葡萄皮多酚提取物、蓝莓多酚提取物、茶多酚、蜂胶黄酮、花色苷、花青素、原花青素、姜黄素或其组合。
其中所用的增塑剂为甘油或丙二醇,按重量计,其在成膜溶液中的含量为壳聚糖的5-50%。
乳化剂为吐温类或蔗糖酯类食品乳化剂,按重量计,其在成膜溶液中的含量为壳聚糖的1-10%。
进一步,在步骤1)中,A溶液配制完成后在4℃冰箱中放置过夜以达到充分水化。另外在步骤3)中,在溶液混合后,将混合溶液在10000rpm下剪切乳化5-10分钟并在50MPa压力下高压均质2个循环获得成膜溶液。优选地,在步骤4)中,恒温恒湿箱设置温度为30℃,相对湿度为43%,成膜时间为24小时。
现有的多糖和蛋白质可食性膜存在疏水性能较差的缺点,通过添加醇溶蛋白、精油和利用乳化技术来提高膜的疏水性能。但是现有的乳状液膜仍存在机械性能差的问题,通过添加多酚来增加高分子聚合物之间的相互作用,从而改善乳状液膜的机械性能。另外还通过添加多酚来改善乳状液膜的抗氧化和抑菌性能。
附图说明
图1显示了多酚对壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜透光率的影响,其中CZE:壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜,CZE-P:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-石榴皮多酚可食性乳状液膜,CZE-G:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-葡萄皮多酚可食性乳状液膜;
图2显示了多酚对壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜微观结构的影响,其中CZE:壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜,CZE-P:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-石榴皮多酚可食性乳状液膜,CZE-G:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-葡萄皮多酚可食性乳状液膜;
图3显示了多酚对壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜抗氧化性能的影响,其中CZE:壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜,CZE-P:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-石榴皮多酚可食性乳状液膜,CZE-G:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-葡萄皮多酚可食性乳状液膜;
图4显示了多酚对壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜抑菌性能的影响,其中CZE:壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜,CZE-P:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-石榴皮多酚可食性乳状液膜,CZE-G:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-葡萄皮多酚可食性乳状液膜。
具体实施方式
现有的多糖和蛋白质可食性膜存在疏水性能较差的缺点,但是在成膜材料中添加疏水性物质,常常会破坏成膜材料中高聚物之间的交互作用,从而降低膜的机械性能。因此,如何提高乳状液膜的机械性能成膜研究热点。多酚可以通过氢键、疏水相互用作与生物大分子之间发生交互作用,继而改善生物大分子之间的相互用作。因此,通过添加多酚可能可以改善乳状液膜的机械性能。而且,多酚具有抗氧化和抑菌的功效,通过将其加入到可食性膜中,可以提高膜的抑菌和抗氧化功效。
本发明的目的在于提供了一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法。本发明的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法包括:首先配置壳聚糖溶液,和含有精油、多酚、醇溶蛋白的溶液,通过乳化技术,利用分子自组装,制备壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚成膜溶液,将成膜溶液倒入模具,烘干成膜。
具体而言,本发明的方案包括如下步骤:1)配置A溶液:将壳聚糖、增塑剂、乳化剂溶解在乙酸溶液中至充分溶解,放置至充分水化;2)配置B溶液:将醇溶蛋白、精油和多酚溶解在乙醇溶液中至充分溶解;3)混合:将B溶液加入到A溶液中,剪切乳化并高压均质,得到成膜溶液;4)成膜:将以上获得的成膜溶液平铺在模具中,放置在恒温恒湿箱中成膜。
壳聚糖是虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的提取物,采用壳聚糖制成的可食性膜厚度可以达到0.2-0.3毫米,厚度均匀并且透明度高具有非常良好的保鲜作用。本发明所采用壳聚糖的脱乙酰度为70-95%。在本发明最终的成膜溶液中,按重量计,壳聚糖占比为成膜溶液的1-5%。
醇溶蛋白是一类平均分子量约为25k至45k的蛋白质组成的混合物,醇溶蛋白也可以制成可食性膜,其末端带有憎水基团,因此具有良好的疏水性。在可食性膜中采用的醇溶蛋白包括玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大米醇溶蛋白、菜籽醇溶蛋白等,一般来说,考虑到成本和易得性,玉米醇溶蛋白在业内使用的较多,但是各种不同来源的醇溶蛋白具有相似的特性,可以相互替代。在本发明最终的成膜溶液中,按重量计,醇溶蛋白的添加量为壳聚糖的5-50%。
可以在本发明的可食性膜中添加精油以实现各种功能,本发明方案中采用的精油包括牛至精油、草果精油、葡萄柚精油、薰衣草精油、柠檬精油、大蒜精油等或者它们的混合物。在本发明的方案中,精油的添加量为壳聚糖的5-25%。
目前,可食性膜存在水蒸气阻隔性能差的问题,通过添加疏水性的物质,例如醇溶蛋白和精油,来改善膜的水蒸气阻隔性能。但是添加疏水性物质会破坏膜的网络结构,继而降低膜的机械新能。利用多酚增强膜网络结构的特性,来改善膜的机械性能。另外,利用多酚的抗氧化和抑菌性能,赋予膜抗氧化和抑菌的功效。
多酚是广泛存在于植物中的含有多个酚羟基的化合物,一般认为多酚具有潜在促进健康的作用。本发明采用的多酚包括葡萄籽多酚提取物、石榴皮多酚提取物、葡萄皮多酚提取物、蓝莓多酚提取物、茶多酚、蜂胶黄酮、花色苷、花青素、原花青素、姜黄素等或其组合,在本发明的方案中,多酚的添加量为壳聚糖的0.5-3%。
在本发明的成膜方法中需要用到增塑剂。本发明方案中用到增塑剂优选为甘油或丙二醇,按重量计,其在成膜溶液中的含量为壳聚糖的5-50%。
本发明方案中所用的乳化剂优选为吐温类或蔗糖酯类食品乳化剂,例如吐温80或者蔗糖脂肪酸酯。按重量计,本发明方案中所用的乳化剂在成膜溶液中的含量为壳聚糖的1-10%。
在配置A溶液和B溶液中所用的乙酸溶液和乙醇溶液的浓度优选分别为0.5-2%和60-90%。
另外在本发明的方案中,在步骤1)中,A溶液配制完成后优选在4℃冰箱中放置过夜以达到充分水化,在步骤3)中,在溶液混合后,将混合溶液在10000rpm下剪切乳化5-10分钟并在50MPa压力下高压均质2个循环获得成膜溶液,在步骤4)中,恒温恒湿箱设置温度为30℃,相对湿度为43%,成膜时间为24小时。
下面将结合实施例来对本发明进行更具体的说明,以便于对本发明更透彻地理解。
实施例1,成膜溶液的制备
(1)首先将壳聚糖(2g)、甘油(0.2g)、吐温80(0.05g)溶解在80mL乙酸溶液(1%)中,室温(25℃)溶解至充分溶解。将制备好的溶液放入冰箱(4℃)中过夜,以达到充分的水化。
(2)然后将玉米醇溶蛋白(0.4g)、精油(0.15g)、多酚(0.072g的石榴皮多酚或者葡萄皮多酚)溶解在20mL乙醇溶液中(80%),室温(25℃)溶解至充分溶解。
(3)将(2)所得溶液加入到(1)中所得溶液中,10000rpm下剪切乳化5分钟,并在50MPa压力下高压均质2个循环得成膜溶液。
(4)吸取60ml以上步骤(3)获得的溶液均匀平铺在42cm×42cm模具中,放置在恒温恒湿箱中24小时成膜。恒温恒湿箱设置为温度30摄氏度,相对湿度43%。
实施例2,膜厚度的测定
用电子数显千分尺测定膜厚度,精确到0.001。每个膜样品随机抽取三个测量值。所得平均值用于计算膜的透明度。
实施例3,溶胀性测定
选取2cm*2cm膜样品放在浸没在含有15ml去离子水中,置于25℃放置5小时。取出并擦去表面水分后称重。溶胀率的计算公式为:
Figure BDA0003101730890000061
其中m1(mg)为膜样品浸没水之前的质量,m2(mg)为膜样品浸没在水中5小时擦干后的质量。
实施例4,水蒸气透过率
在小玻璃瓶(直径13.3mm)中加入3克无水氯化钙后,用20mm宽的膜样品仔细封口。称量并将封口好的样品放置在干燥器中,在25℃中保存。干燥器在实验前用饱和氯化钠溶液平衡,使其相对湿度稳定在75%。每隔24小时取出称重直至平衡。水蒸气透过率(WVP:g/(m.s.Pa))的计算公式为:
Figure BDA0003101730890000062
其中,Δm是重量变化,Δt(s)是时间变化,x是膜的厚度(m),A是膜的面积(1.33×10-4m2),Δp是水蒸气压差(2376Pa)。
实施例5,机械性能
利用TA-XT2i质构仪(Stable Microsystems,London,U.K.)对膜的拉伸强度和延长率进行测定,初始距离和速度分别为50mm和1mm/s。
实施例6,透光率
将膜切成5cm×5cm的正方形,使用酶标仪进行200-900nm的吸光度的扫描。记录其透光率。
实施例7,微观结构
对膜进行喷金后,采用扫描电镜对膜的表面(Surface)和截面(Cross)结构进行观察。
实施例8,抗氧化评价
采用DPPH(0.10mM)和ABT S(7mM)对膜的抗氧化性能进行评价,膜的浓度为0.5-3.5mg/mL。
实施例9,抑菌性能评价
25mL Luria-Bertani培养基中加入0.1ml(106CFU/mL)的大肠杆菌和枯草芽孢杆菌菌液。将膜(6mm直径)放入到培养基中,37℃孵育24h。通过测定抑菌圈大小评价抑菌效果。
实验结果
(1)如表1所示,与未添加多酚的膜相比较而言,多酚的添加可以显著影响膜的厚度。这是因为多酚的添加可以提高成膜溶液中的高分子聚合物之间的交互作用,进而降低膜的厚度。此外,多酚的来源显著影响膜的厚度。其中添加了葡萄皮多酚的膜最薄。
(2)溶胀性表明膜对水的亲和程度,理想的疏水性能是作为食品外包装材料的重要评估指标。如表1所示,含有多酚的膜的疏水性相对于没有添加多酚的膜疏水程度增加显著。这表明膜的分子之间致密性在多酚作用下有了明显的增加。此外,多酚的来源显著影响膜的厚度。其中添加了葡萄皮多酚的膜溶胀性最小。
(3)如表1所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的水蒸气阻隔性能。这一结果说明,多酚通过增加成膜材料之间的交互作用从而改善可食性膜的水蒸气阻隔性能。此外,多酚的来源显著影响膜的水蒸气阻隔性能。其中添加了葡萄皮多酚的膜水蒸气透过率最小。
(4)如表1所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的拉伸强度和延长率。这一结果说明,多酚通过增加成膜材料之间的交互作用从而改善可食性膜的机械性能。此外,多酚的来源显著影响膜的机械性能。其中添加了葡萄皮多酚的膜拉伸强度和延长率最大。
(5)如图1所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的透光率。这一结果说明,多酚通过增加成膜材料之间的交互作用从而改善可食性膜的光阻隔性能。此外,多酚的来源显著影响膜的透光率。其中添加了葡萄皮多酚的膜透光率最小。
(6)如图2所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的微观结构。这一结果说明,多酚通过增加成膜材料之间的交互作用从而增加可食性膜的致密性。此外,多酚的来源显著影响膜的微观结构。其中添加了葡萄皮多酚的膜展现出最高的致密性。
(7)如图3所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的抗氧化性能。这一结果说明,多酚本身的抗氧化性能可以赋予膜抗氧化特性。此外,多酚的来源显著影响膜的抗氧化性能。其中添加了葡萄皮多酚的膜展现出最高的抗氧化性能。
(8)如图4所示,添加多酚可以显著提高可食性膜的抑菌性能。这一结果说明,多酚本身的抑菌性能可以赋予膜抑菌特性。此外,多酚的来源显著影响膜的抑菌性能。其中添加了葡萄皮多酚的膜展现出最强的抑菌性能。
表1多酚对壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜厚度、溶胀性、水蒸气透过率(MVP)、拉伸强度(TS)和延长率(EB)的影响
Figure BDA0003101730890000081
CZE:壳聚糖-醇溶蛋白-精油可食性乳状液膜,CZE-P:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-石榴皮多酚可食性乳状液膜,CZE-G:壳聚糖-醇溶蛋白-精油-葡萄皮多酚可食性乳状液膜。表中同一列中不同字母(a-c)代表差异显著(P<0.05)。
通过以上实验结果可以得出:(1)与蛋白质和多糖膜相比较,添加醇溶蛋白和精油改善了膜的水蒸气阻隔性能。(2)与乳状液膜相比较,通过添加多酚,改善了乳状液膜的机械性能。(3)与乳状液膜比较,通过添加多酚,利用多酚本身的性质改善了乳状液膜的抗氧化和抑菌性能。
上面结合具体实施例和附图对本发明的实施方式作了详细的说明,但是本发明不限于上述实施方式,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
1)配置A溶液:将壳聚糖、增塑剂、乳化剂溶解在乙酸溶液中至充分溶解,放置至充分水化;
2)配置B溶液:将醇溶蛋白、精油和多酚溶解在乙醇溶液中至充分溶解;
3)混合:将B溶液加入到A溶液中,剪切乳化并高压均质,得到成膜溶液;
4)成膜:将以上获得的成膜溶液平铺在模具中,放置在恒温恒湿箱中成膜,
其中在最终的成膜溶液中,按重量计,壳聚糖占比为成膜溶液的1-5%,醇溶蛋白的添加量为壳聚糖的5-50%,精油的添加量为壳聚糖的5-25%,多酚的添加量为壳聚糖的0.5-3%。
2.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,壳聚糖的脱乙酰度为70-95%。
3.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,醇溶蛋白的种类为玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、大米醇溶蛋白、菜籽醇溶蛋白或其组合。
4.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,精油的种类为牛至精油、草果精油、葡萄柚精油、薰衣草精油、柠檬精油、大蒜精油或其组合。
5.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,多酚的种类为葡萄籽多酚提取物、石榴皮多酚提取物、葡萄皮多酚提取物、蓝莓多酚提取物、茶多酚、蜂胶黄酮、花色苷、花青素、原花青素、姜黄素或其组合。
6.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,增塑剂为甘油或丙二醇,按重量计,其在成膜溶液中的含量为壳聚糖的5-50%。
7.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,乳化剂为吐温类或蔗糖酯类食品乳化剂,按重量计,其在成膜溶液中的含量为壳聚糖的1-10%。
8.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,A溶液配制完成后在4℃冰箱中放置过夜以达到充分水化。
9.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,在步骤3)中,在溶液混合后,将混合溶液在10000rpm下剪切乳化5-10分钟并在50MPa压力下高压均质2个循环获得成膜溶液。
10.如权利要求1所述的壳聚糖-醇溶蛋白-精油-多酚可食性乳状液膜的制备方法,其特征在于,在步骤4)中,恒温恒湿箱设置温度为30℃,相对湿度为43%,成膜时间为24小时。
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