CN114805872A - 一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种葡萄糖糖基化米糠蛋白‑壳聚糖功能性复合膜及其制备方法，属于新型生物质包装材料领域。制备方法如下：采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白；利用美拉德反应，用葡萄糖糖基化改性米糠蛋白；将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液共混，搅拌增塑得复合膜液；将复合膜液浇铸于光滑塑料培养皿上烘干，回软并揭膜得葡萄糖糖基化米糠蛋白‑壳聚糖功能性复合膜。本发明制备的复合膜平滑致密，阻隔性能、机械强度、抗氧化和抑菌性等性能较好，且经济低廉，环保可降解，为新型生物质包装材料的发展提供新的思路。
Description
技术领域
本发明属于新型生物质包装材料领域，具体涉及一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜及其制备方法。
背景技术
据调查，目前市场上广泛使用以石油基制成的塑料包装材料，这主要是因为塑料材料具有价格比较低廉、机械性能强、阻隔性和热密封能力较好等优势。然而，因其不可降解的特点，对生态环境造成了大量污染。与之相比，生物基材料具有可降解、可再生的优点。近年来，随着生活水平的提高，人们对于食品的营养、安全、稳定和健康的要求不断提升，因此生物质包装材料的研究改进引起了广泛关注，尤其是以天然蛋白质、多糖等为基材的新型薄膜，主要是因为其具有经济环保、来源广泛，制备简单、营养安全等优点。
米糠中的蛋白约占10％～15％，是一种优质蛋白，其含有的清蛋白和球蛋白是低分子量的单链蛋白质，是代谢活性蛋白；同时也含有谷蛋白和醇溶蛋白，即贮藏蛋白。米糠蛋白营养价值较高，接近人体对营养的需求，其含有8种人体必需氨基酸，且组成、比例非常接近FAO/WHO所建议的最佳模式，米糠蛋白中的赖氨酸含量与所有谷物蛋白相比是最高的。近年来，有不少研究是在稻米加工副产物米糠中提取米糠蛋白并用于成膜基材的探究。但单一米糠蛋白薄膜机械性能较其他多糖、蛋白类薄膜稍差，阻湿性、抑菌性和抗氧化性都较低。
因此，本发明先将米糠蛋白进行糖基化改性，后利用糖基化米糠蛋白与壳聚糖相互作用，制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜，进一步提高蛋白膜的性能，赋予薄膜更好的抗氧化、抑菌等功能特性，拓宽米糠蛋白的应用范围，为开发新型生物质包装材料提供理论依据。
发明内容
为解决现有单一米糠蛋白膜存在的问题，本发明提供一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜，所述的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜经过如下步骤制备而成：采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白；利用美拉德反应，用葡萄糖糖基化改性米糠蛋白；将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液共混，搅拌增塑得复合膜液；将复合膜液浇铸于平滑无划痕的无菌塑料培养皿上烘干，回软并揭膜得葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
上述的一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2～3h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-60～-50℃、0.4～0.5mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)将步骤1)得到的米糠蛋白以3％的质量浓度溶于pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，80～95℃水浴搅拌30～90min，反应结束后取出立即冰浴，使用10000-20000Da的透析袋在4℃下透析24～36h，于-60～-50℃、0.4～0.5mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中得葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中得壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，得葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液的混合液，将混合液pH调至3.5～4.0，于室温下搅拌3～4h，滴加增塑剂后继续磁力搅拌30～60min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)取15～20mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸于内径为9～10cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，放入烘箱内干燥后取出，放入干燥器中回软后揭膜，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，所述米糠蛋白和葡萄糖的质量比为1:1。
进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，所述葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液的质量浓度为4～6％，壳聚糖溶液的质量浓度为1～2％。
进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，所述葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按1:3～3:1的体积比混合。
进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，所述增塑剂为丙三醇，滴加质量为混合液的1.00～1.50％。
进一步的，上述的制备方法，步骤4)中，所述烘箱内干燥的条件：温度为45～50℃，时间为6～10h。
进一步的，上述的制备方法，步骤4)中，所述回软的条件：温度为18～25℃，相对湿度为50～60％，时间为36～48h。
进一步的，上述的制备方法，采用1mol/L NaOH或1mol/L HCl调pH。
上述的一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为0.92～2.23MPa，断裂伸长率为76.68～185.38％，水溶性为11.66～15.75％，水蒸气透过率为3.03×10-7～3.41×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为22.65～35.34％，大肠杆菌抑菌圈直径为10.89～18.39mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为11.42～20.67mm。
本发明的有益效果为：
1、米糠蛋白因其结构特性导致其在水中的溶解度较差，从而限制了米糠蛋白的应用，也不利于薄膜性能的提高，本发明利用葡萄糖对米糠蛋白进行糖基化改性，有效提高了蛋白的溶解度和巯基含量，更加有利于其成膜。
2、本发明将葡萄糖糖基化改性的米糠蛋白与壳聚糖复合制膜，克服了单一米糠蛋白薄膜机械性能较差、阻湿性和抗氧化性较低的缺陷。蛋白与多糖作用形成稳定的氢键等作用力，所制得的复合膜平滑致密，阻隔性能、机械强度、抗氧化和抑菌性等性能较好，且经济低廉，环保可降解，为新型生物质包装材料的研究和改进提供新的思路。
3、本发明将粮油加工副产物--米糠加以利用，提取米糠蛋白制备生物质包装材料，节约了农作物资源，提高了米糠的应用价值。
附图说明
图1为葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备流程图。
图2为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜照片。
图3为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的机械性能测试结果图。
图4为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的耐水性测试结果图。
图5为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的水蒸气透过率测试结果图。
图6为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗氧化性测试结果图。
图7为实施例1～5制备的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抑菌性测试结果图。
具体实施方式
实施例1
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，具体步骤如下：
1)采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白：将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，使用1mol/L NaOH将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，使用1mol/L HCl将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后，收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-55℃、0.5mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)葡萄糖糖基化改性米糠蛋白：取3g步骤1)得到的米糠蛋白，溶于100mL、pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入3g葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，85℃水浴搅拌90min，反应结束后取出立即冰浴，使用20000Da的透析袋在4℃下透析24h，于-50℃、0.5mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液：将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中，配制4％的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中，配制2％的壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，使葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按3:1的体积比混合，使用1mol/L NaOH或HCl将混合液pH调至4.0，于室温下搅拌4h，滴加质量浓度为1.25％的丙三醇后继续磁力搅拌30min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜：取15mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸到内径为9cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，随后放入50℃烘箱内干燥6h，取出后放入温度为18℃、相对湿度为58％的干燥器中保存48h，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
5)测定葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的各项性能：上述制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为0.92MPa，断裂伸长率为76.68％，水溶性为11.66％，水蒸气透过率为3.41×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为35.34％，大肠杆菌抑菌圈直径为10.89mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为11.42mm。
实施例2
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，具体步骤如下：
1)采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白：将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，使用1mol/L NaOH将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，使用1mol/L HCl将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后，收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-50℃、0.45mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)葡萄糖糖基化改性米糠蛋白：取3g步骤1)得到的米糠蛋白，溶于100mL、pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入3g葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，90℃水浴搅拌60min，反应结束后取出立即冰浴，使用20000Da的透析袋在4℃下透析24h，于-55℃、0.5mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液：将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中，配制4％的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中，配制2％的壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，使葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按2:1的体积比混合，使用1mol/L NaOH或HCl将混合液pH调至4.0，于室温下搅拌4h，滴加质量浓度为1.25％的丙三醇后继续磁力搅拌50min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜：取15mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸到内径为9cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，随后放入50℃烘箱内干燥8h，取出后放入温度为20℃、相对湿度为58％的干燥器中保存36h，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
5)测定葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的各项性能：上述制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为1.15MPa，断裂伸长率为90.25％，水溶性为11.78％，水蒸气透过率为3.16×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为34.43％，大肠杆菌抑菌圈直径为12.73mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为13.08mm。
实施例3
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，具体步骤如下：
1)采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白：将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，使用1mol/L NaOH将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，使用1mol/L HCl将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后，收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-50℃、0.43mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)葡萄糖糖基化改性米糠蛋白：取3g步骤1)得到的米糠蛋白，溶于100mL、pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入3g葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，90℃水浴搅拌60min，反应结束后取出立即冰浴，使用20000Da的透析袋在4℃下透析24h，于-55℃、0.45mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液：将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中，配制4％的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中，配制2％的壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，使葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按1:1的体积比混合，使用1mol/L NaOH或HCl将混合液pH调至3.8，于室温下搅拌4h，滴加质量浓度为1.25％的丙三醇后继续磁力搅拌30min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜：取20mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸到内径为10cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，随后放入45℃烘箱内干燥8h，取出后放入温度为20℃、相对湿度为58％的干燥器中保存48h，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
5)测定葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的各项性能：上述制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为1.30MPa，断裂伸长率为151.51％，水溶性为14.21％，水蒸气透过率为3.07×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为22.65％，大肠杆菌抑菌圈直径为13.16mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为14.81mm。
实施例4
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，具体步骤如下：
1)采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白：将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，使用1mol/L NaOH将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，使用1mol/L HCl将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后，收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-59℃、0.47mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)葡萄糖糖基化改性米糠蛋白：取3g步骤1)得到的米糠蛋白，溶于100mL、pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入3g葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，95℃水浴搅拌45min，反应结束后取出立即冰浴，使用20000Da的透析袋在4℃下透析24h，于-55℃、0.45mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液：将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中，配制4％的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中，配制2％的壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，使葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按1:2的体积比混合，使用1mol/L NaOH或HCl将混合液pH调至3.6，于室温下搅拌4h，滴加质量浓度为1.25％的丙三醇后继续磁力搅拌30min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜：取15mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸到内径为9cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，随后放入50℃烘箱内干燥6h，取出后放入温度为25℃、相对湿度为58％的干燥器中保存36h，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
5)测定葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的各项性能：上述制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为2.23MPa，断裂伸长率为156.61％，水溶性为15.14％，水蒸气透过率为3.08×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为29.85％，大肠杆菌抑菌圈直径为15.85mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为17.36mm。
实施例5
一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，具体步骤如下：
1)采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白：将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，使用1mol/L NaOH将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，使用1mol/L HCl将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后，收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-50℃、0.48mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)葡萄糖糖基化改性米糠蛋白：取3g步骤1)得到的米糠蛋白，溶于100mL、pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入3g葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，90℃水浴搅拌60min，反应结束后取出立即冰浴，使用20000Da的透析袋在4℃下透析24h，于-55℃、0.41mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液：将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中，配制4％的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中，配制2％的壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，使葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按1:3的体积比混合，使用1mol/L NaOH或HCl将混合液pH调至3.8，于室温下搅拌4h，滴加质量浓度为1.25％的丙三醇后继续磁力搅拌50min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)制备葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜：取15mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸到内径为9cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，随后放入50℃烘箱内干燥7h，取出后放入温度为25℃、相对湿度为58％的干燥器中保存36h，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
5)测定葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的各项性能：上述制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为1.94MPa，断裂伸长率为185.38％，水溶性为15.75％，水蒸气透过率为3.03×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为30.76％，大肠杆菌抑菌圈直径为18.39mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为20.67mm。
上述实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的照片及机械性能、耐水性、水蒸气透过率、抗氧化性、抑菌性检测结果如图2～7所示。
如图2所示，实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜外观均平整均匀、无裂痕、背景字体清晰，其测定的色泽和不透明度数值如表1所示，其中，L*表示亮度、a*为红度值、b*值为黄度值、ΔE表示颜色的差异值、OP表示不透明度。在实施例1～5中随壳聚糖占比的增加，复合膜的亮度值从68.10升高至80.35，红度、黄度和色差值均显著降低，不透明度从3.52A/mm降至2.26A/mm。以上数据表明本发明中葡萄糖糖基化米糠蛋白与壳聚糖具备较好的相容性，所制备的薄膜样品偏黄色、具有很好的表观形态和透明度，且壳聚糖占比的增加可以显著改善复合膜的表观色泽及透明度。
表1葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的色泽和不透明度
注：所有数值均显示为平均值±标准差；同一列中不同小写字母表示具有显著性差异(p<0.05)。
图3为实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜机械性能的对比，可以看出实施例4、5的机械性能较优。其中，实施例4的抗拉强度为2.23MPa，实施例5的断裂伸长率为185.38％，显著优于其他实施例。说明在本发明中葡萄糖糖基化米糠蛋白和壳聚糖的结合不仅可以有效增强薄膜的力学强度，还可显著改善薄膜的柔韧性。
图4为实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜耐水性的变化趋势图，以复合膜的膨胀率和水溶性来衡量。所有实施例制得的样品在蒸馏水中浸泡24h后均可完整取出，表明本发明所制备的复合膜均具有较好的耐水性，其膨胀率处于31.61～44.64％范围内，水溶性均低于16％。
图5为实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜水蒸气透过率(WVP)的变化图，水蒸气透过率越低其阻水性越好。由图5可以看出，实施例3～5的水蒸气透过率较低，即当壳聚糖溶液占比较大时复合膜的阻水性相对较好。并且在本发明中可通过调节葡萄糖糖基化米糠蛋白与壳聚糖的比例达到不同效果的阻隔性，以满足不同食品对环境条件的不同要求。
图6为实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗氧化性测试结果图。本发明制备的复合膜具备明显的抗氧化活性，其DPPH自由基清除能力最高可达35.34％，证实糖基化米糠蛋白及壳聚糖可以作为功能性复合膜的良好基材。
图7显示了实施例1～5制得的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(E.aureus)的抑制性。复合膜对两种菌的抑制效果均随着壳聚糖占比的增大而增大，且对金黄色葡萄球菌的抗制效果明显优于大肠杆菌。相较于其他实施例，实施例5表现出了最强的抑菌性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为可分别高达18.39mm、20.67mm。本发明所制备的功能性复合膜具备较好的抑菌活性，可以在一定程度上有效抑制微生物的生长，对延长食品的货架期具有重要影响。
Claims (10)
1.一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜，其特征在于，所述的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜经过如下步骤制备而成：采用碱溶酸沉法于脱脂米糠中提取米糠蛋白；利用美拉德反应，用葡萄糖糖基化改性米糠蛋白；将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液共混，搅拌增塑得复合膜液；将复合膜液浇铸于平滑无划痕的无菌塑料培养皿上烘干，回软并揭膜得葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
2.权利要求1所述的一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将脱脂米糠与蒸馏水以料液比1:9混合，将混合物pH调至9.5，在50℃下搅拌2～3h后，过滤除去米糠渣后滤液经6000r/min离心15min，将离心后上清液调pH至4.5，再次6000r/min离心15min后收集沉淀物，将沉淀物与蒸馏水以料液比1:5稀释，并调pH至7.0，于-60～-50℃、0.4～0.5mbar下冷冻干燥48h后得到米糠蛋白；
2)将步骤1)得到的米糠蛋白以3％的质量浓度溶于pH9、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液中，再加入葡萄糖，搅拌均匀后再调pH至9.0，80～95℃水浴搅拌30～90min，反应结束后取出立即冰浴，使用10000-20000Da的透析袋在4℃下透析24～36h，于-60～-50℃、0.4～0.5mbar下冷冻干燥48h成粉末，即为葡萄糖糖基化米糠蛋白；
3)将步骤2)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白溶于蒸馏水中得葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液，将壳聚糖溶于1％乙酸溶液中得壳聚糖溶液，将葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液置于磁力搅拌器上，边搅拌边缓慢滴加壳聚糖溶液，得葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液的混合液，将混合液pH调至3.5～4.0，于室温下搅拌3～4h，滴加增塑剂后继续磁力搅拌30～60min，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液；
4)取15～20mL步骤3)得到的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖复合膜液，浇铸于内径为9～10cm的平滑无划痕的无菌塑料培养皿上，放入烘箱内干燥后取出，放入干燥器中回软后揭膜，得到葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述米糠蛋白和葡萄糖的质量比为1:1。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液的质量浓度为4～6％，壳聚糖溶液的质量浓度为1～2％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述葡萄糖糖基化米糠蛋白溶液与壳聚糖溶液按1:3～3:1的体积比混合。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述增塑剂为丙三醇，滴加质量为混合液的1.00～1.50％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述烘箱内干燥的条件：温度为45～50℃，时间为6～10h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述回软的条件：温度为18～25℃，相对湿度为50～60％，时间为36～48h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，采用1mol/L NaOH或1mol/L HCl调pH。
10.权利要求1所述的一种葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜，其特征在于，所述的葡萄糖糖基化米糠蛋白-壳聚糖功能性复合膜的抗拉强度为0.92～2.23MPa，断裂伸长率为76.68～185.38％，水溶性为11.66～15.75％，水蒸气透过率为3.03×10-7～3.41×10-7g/m﹒s﹒KPa，DPPH自由基清除率为22.65～35.34％，大肠杆菌抑菌圈直径为10.89～18.39mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为11.42～20.67mm。
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