CN113603911B

CN113603911B - 壳聚糖-米糠蛋白可食用膜及其制备方法

Info

Publication number: CN113603911B
Application number: CN202110735278.3A
Authority: CN
Inventors: 刘欢; 谢明勇; 吴子文; 付爱平
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: CN113603911A

Abstract

本发明提出一种壳聚糖‑米糠蛋白可食用膜及其制备方法，属于米糠蛋白复合物交联膜技术领域。所述制备方法包括如下步骤：1)将米糠蛋白加入水溶液中，得米糠蛋白溶液；2)将米糠蛋白溶液高温变性处理，加入壳聚糖的醋酸溶液，形成壳聚糖‑米糠蛋白混合液；3)将谷氨酰胺转氨酶加入到上述壳聚糖‑米糠蛋白混合液，交联反应后，静置脱气；4)将脱气后的壳聚糖‑米糠蛋白混合液流延成膜，干燥，得壳聚糖‑米糠蛋白可食用膜。所得可食用膜具有良好的机械强度、生物相容性、氧气油脂阻隔性、低水分子透过率等功能活性，是新型的天然可降解、绿色环保的可食用膜，可广泛应用于食品保鲜、包装，农产品抗氧化、抑菌，以及生物医学新材料等领域。

Description

壳聚糖-米糠蛋白可食用膜及其制备方法

技术领域

本发明属于米糠蛋白复合物交联膜技术领域，尤其涉及壳聚糖-米糠蛋白可食用膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对健康食品需求的不断增加，对安全、无毒、可降解材料的需求越来越迫切，壳聚糖作为一种优良的膜材料，越来越受到人们的关注。壳聚糖独特的晶体结构使其成膜后具良好的生物相容性、吸水性、保湿性、增稠性和凝胶性等独特的理化性质。壳聚糖膜具有天然、安全、无毒的特点，在食品保鲜和食用方面具有很大的优势。

米糠蛋白以其可持续性、丰富性、低成本和功能性等特点，在开发具有良好再生、生物相容性、生物降解性等优良性能的环保型蛋白质材料方面引起了广泛的研究兴趣。米糠蛋白制成的食品包装或薄膜，安全性高，保鲜效果好，营养价值丰富。米糠蛋白膜具有良好的氧气阻隔性、阻油性和机械性能，可用于某些食品外部涂层和包装。

发明内容

本发明通过酶交联的方式，将壳聚糖和米糠蛋白结合，形成具有良好机械强度，低水分子透过率的绿色环保可食用膜，可用于食品、农业、生物医学材料等领域。

本发明提出一种壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将米糠蛋白加入水溶液中，得米糠蛋白溶液；

2)将米糠蛋白溶液高温变性处理，加入壳聚糖的醋酸溶液，形成壳聚糖-米糠蛋白混合液；

3)将谷氨酰胺转氨酶加入到上述壳聚糖-米糠蛋白混合液，交联反应后，静置脱气；

4)将脱气后的壳聚糖-米糠蛋白混合液流延成膜，干燥，得壳聚糖-米糠蛋白可食用膜。

进一步地，所述步骤1)中，米糠蛋白溶液的浓度为1～10g/L。

进一步地，所述步骤2)中，高温变性处理的温度为85～90℃；高温变性处理的时间为30min。

进一步地，所述步骤2)中，壳聚糖在壳聚糖-米糠蛋白混合液中的浓度为10～20g/L；优选的，壳聚糖在壳聚糖-米糠蛋白混合液中的浓度为15g/L。

进一步地，所述步骤3)中，谷氨酰胺转氨酶的添加量为8u/g米糠蛋白。

进一步地，所述步骤3)中，交联反应的时间为30-50min；

所述步骤3)中，静置脱气的时间为1～3h。

进一步地，所述步骤4)中，干燥的条件为50℃～55℃干燥5h。

本发明还提出上述任一制备方法制备得到的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜。

本发明具有以下优势：

本发明提出的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜，发明人发现，米糠蛋白的赖氨酸含量远高于其他植物蛋白中赖氨酸的含量，于是对米糠蛋白进行高温改性，使米糠蛋白中的氢键、二硫键展开，增强其溶解性和界面活性。然后将改性的米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液混合，加入TG酶，使米糠蛋白的氢键、二硫键与壳聚糖中的氢键进行交联。同时，TG酶还可催化米糠蛋白中的赖氨酸与谷氨酸形成共价键。在上述分子力的综合作用下，可聚集形成具有复杂网络结构的致密稳定的可食用膜。另外，由于米糠蛋白中疏水性氨基酸含量非常高，还可有效降低可食用膜的水分子透过率。

本发明提出的可食用膜的制备方法，工艺简单，原料来自天然产物，安全无毒，所得可食用膜具有良好的机械强度、生物相容性、氧气油脂阻隔性、低水分子透过率等功能活性，是新型的天然可降解、绿色环保的可食用膜，可广泛应用于食品保鲜、包装，农产品抗氧化、抑菌，以及生物医学新材料等领域。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1中壳聚糖-米糠蛋白可食用膜中TG酶催化蛋白分子交联示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例选用米糠蛋白作为成膜材料，米糠蛋白是公认的优质植物蛋白，其必需氨基酸组成接近于人体需要量模式，尤其是赖氨酸，蛋氨酸含量高于大米及其他谷物的含量，使其成为可与动物蛋白比拟的优质蛋白质。

本发明一实施例提出一种壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将米糠蛋白加入水溶液中，得米糠蛋白溶液；

3)将谷氨酰胺转氨酶(TG酶)加入到上述壳聚糖-米糠蛋白混合液，交联反应后，静置脱气；

本发明一实施例中，所述步骤1)中，米糠蛋白溶液的浓度为1～10g/L。本发明实施中，过高的米糠蛋白浓度形成的膜会发生肉眼可见的明显断裂，成膜性极差。在此浓度范围内，米糠蛋白与壳聚糖更易结合形成结构稳定的复合物。

本发明一实施例中，所述步骤2)中，高温变性处理的温度为85～90℃。高温变性处理的时间为30min。具体而言，高温变性处理具体为将米糠蛋白溶液85～90℃水浴加热30min。

本发明一实施例中，所述步骤2)中，壳聚糖在壳聚糖-米糠蛋白混合液中的浓度为15g/L。壳聚糖的醋酸溶液的浓度为5g/100mL。醋酸溶液的质量百分数为1％。壳聚糖的醋酸溶液的制备方法是将壳聚糖直接至于醋酸溶液中。

本发明一实施例中，所述步骤3)中，TG酶的添加量为8u/g米糠蛋白。具体地，酶使用量＝(米糠蛋白的质量g×所需酶活力(u/g))/酶的总活力(u/g)。

本发明一实施例中，所述步骤3)中，交联反应的时间为30-50min。所述步骤3)中，静置脱气的时间为2h。

本发明一实施例中，所述步骤4)中，干燥的条件为50℃～55℃干燥5h。温度过高干燥后形成的可食用膜抗拉伸强度严重下降，膜变脆，低温干燥后形成的可食用膜的阻水性较差，膜溶解度高，从而影响膜的机械强度和阻气性。此条件形成的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的功能性最佳。

本发明一实施例还提出上述任一制备方法制备得到的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜。本发明实施例提出的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜，通过酶交联作用，产生复杂网络结构，使其具有较强的机械强度。另外，具有较低的水分子透过率，可保持食物的水分、新鲜度，避免食物之间的串味，防止食物被杂菌污染。同时，本发明实施例所提出的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜为天然可降解、绿色环保的可食用膜，可有效避免传统保鲜膜因加热食物而产生的致癌物，具有可降解、绿色环保等性质。

下面将结合实施例详细阐述本发明。

实施例1壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将米糠蛋白加入水溶液中，搅拌形成米糠蛋白溶液，此时的米糠蛋白溶液浓度为6g/L；

(2)将米糠蛋白溶液进行90℃变性处理，高温变性处理的时间为30min，加入壳聚糖的醋酸溶液，使壳聚糖的浓度为15g/L，从而得到壳聚糖-米糠蛋白混合液；

(3)以米糠蛋白含量8u/g的TG酶加入到壳聚糖-米糠蛋白混合液中使其交联40min后静置脱气2h；

(4)将脱气完成的壳聚糖-米糠蛋白混合液倒入15×15cm的玻璃板中流延成膜后，在53℃干燥2h，形成壳聚糖-米糠蛋白可食用膜。

实施例2-4壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法

同实施例1，不同之处在于，步骤1)中，米糠蛋白溶液浓度为分别为2g/L、4g/L、8g/L。

实施例5-7壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法

同实施例1，不同之处在于，步骤4)中，干燥的温度分别为45℃、50℃、55℃。

对比例1可食用膜的制备方法

同实施例1，不同之处在于，省略步骤3)，即不添加TG酶。

对比例2可食用膜的制备方法

同实施例1，不同之处在于，步骤1)中，米糠蛋白溶液浓度为20g/L。

对比例3可食用膜的制备方法

同实施例1，不同之处在于，步骤4)中，干燥的温度为80℃。

试验例1本发明可食用膜的性能测试

将实施例1～7、对比例1～3以及纯蛋白(市售大米蛋白)可食用膜的各项性能检测结果对比见下表1。具体检测方法如下：

膜厚度测定：选择平整干燥的膜，随机取4～5个点，用千分尺测厚度，取其平均值。

膜抗拉强度和延伸率的测定：将膜片裁成100mm*10mm的长条，在物性仪上，使用拉伸探头，拉伸速度为1mm/s，物性仪设为最大拉力和拉伸距离。

其中T：抗拉强度(Mpa)：T＝F/(L*W)；

T—抗拉强度(Mpa)；F—最大拉力(N)；L—膜样品的厚度(m)；W—膜样品的宽度(m)。

其中E：延伸率(％)：E＝△L/L0＝(L1-L0)/L0；

E—延伸率(％)；L0—试样拉伸前的长度(m)；L1试样拉伸后的长度(m)。

水蒸气透过率的测定：采用修改后的ASTM(1995)方法进行。在干燥器底部加入饱和硝酸镁溶液，维持干燥器内的湿度为50％。在洁净干燥的30mm*40mm称量瓶内，加入3g无水氯化钙粉末，将待测膜覆盖在称量瓶瓶口，置于相对湿度为50％的干燥器内。平衡2h后，每隔lh测定一次称量瓶的质量，连续测定6h。水蒸气透过率按式计算：

WVP＝(q*d)/ts△p；式中:WVP水蒸气透过率，g.mm.m²./h.kpa；

q/t——每小时称量瓶增加的质量，g/h；d——膜的厚度，mm；S——样品膜试验面积，m2；△p——试样两侧的蒸汽压，Kpa(湿度差为50％，即△p为1.583Kpa)。

膜溶解度的测定：采用陈达佳(2014)的方法进行测定。将膜裁剪为20mm长的正方形，干燥至恒重称量膜的质量，记为m1。加入100mL蒸馏水，隔一段时间搅拌一次，溶解12h后取出。将残留物干燥至恒重，称取质量，此时的质量记为m2。膜的溶解度按下式计算：溶解度＝[(m1-m2)/m1]*100％。

表1

通过表1可以得出，加入TG酶后，可食用膜在厚度上没有明显改变，然而在抗拉强度上有明显的提高，膜的断裂延伸率也得到了提高，在水蒸气透过率降低约50％，膜的溶解度也有所降低。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种壳聚糖-米糠蛋白可食用膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将米糠蛋白加入水溶液中，得米糠蛋白溶液；其中，米糠蛋白溶液的浓度为1~10g/L；

2）将米糠蛋白溶液高温变性处理，加入壳聚糖的醋酸溶液，形成壳聚糖-米糠蛋白混合液；高温变性处理的温度为85~90℃；高温变性处理的时间为30min；壳聚糖在壳聚糖-米糠蛋白混合液中的浓度为10~20 g/L；

3）将谷氨酰胺转氨酶加入到上述壳聚糖-米糠蛋白混合液，交联反应后，静置脱气；谷氨酰胺转氨酶的添加量为8u/g米糠蛋白；

4）将脱气后的壳聚糖-米糠蛋白混合液流延成膜，干燥，得壳聚糖-米糠蛋白可食用膜；其中，干燥的条件为50℃~55℃干燥5h。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

壳聚糖在壳聚糖-米糠蛋白混合液中的浓度为15 g/L。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述步骤3）中，交联反应的时间为30-50min；

所述步骤3）中，静置脱气的时间为1~3 h。

4.根据权利要求1~3任一项所述的制备方法制备得到的壳聚糖-米糠蛋白可食用膜。