CN115160799A - 一种可食用蛋白膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可食用蛋白膜及其制备方法，涉及可食用蛋白膜技术领域。可食用蛋白膜，按重量份数计，包括以下各原料组分，(A)鱼副产物提取蛋白水溶液，(B)第一增塑剂，(C)第二增塑剂，(D)可选的成膜助剂，(E)可选的食品抗结剂，(F)可选的消泡剂；第一增塑剂选自多臂聚乙二醇，第二增塑剂为非支化结构的增塑剂。本发明采用多臂聚乙二醇作为部分增塑剂，获得了拉伸强度、冲击强度和水蒸气透过率综合性能良好的可食用蛋白膜。

Description

一种可食用蛋白膜及其制备方法
技术领域
本发明属于可食用蛋白膜技术领域，涉及一种可食用蛋白膜及其制备方法。
背景技术
采用鱼副产物提取的蛋白作为可食膜的主要成膜成分已经有很多的研究，需要增塑剂的增塑才能降低蛋白分子链之间的相互作用，增加蛋白分子之间的空间，从而提高膜的柔韧性、降低膜的阻隔性。但加入增塑剂的同时会导致可食膜的力学强度降低。
基于此，发明人经过大量试验，找到了解决方案，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可食用蛋白膜。
本发明还提供一种可食用蛋白膜的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种可食用蛋白膜，按重量份数计，包括以下各原料组分，(A)鱼副产物提取蛋白水溶液，(B)第一增塑剂，(C)第二增塑剂，(D)可选的成膜助剂，(E)可选的食品抗结剂，(F)可选的消泡剂；
所述第一增塑剂选自多臂聚乙二醇，具有如式(1)所示的结构通式，
Figure BDA0003786254180000011
其中n＝4-50，m＝1-20；
所述第二增塑剂为非支化结构的增塑剂。
优选的，所述鱼副产物提取蛋白水溶液的重量浓度为5-30％。
优选的，所述第一增塑剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.5-3％。
优选的，所述n＝4-20。
优选的，所述m＝2-12。
优选的，所述第二增塑剂选自甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、山梨醇、葡萄糖、棕榈酸、硬脂酸和甘油一酸酯中的一种或几种，所述第二增塑剂重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的1-5％。
优选的，所述第一增塑剂和第二增塑剂的重量比为0.1-0.5:1。
优选的，所述成膜助剂选自赖氨酸、谷氨酰胺转氨酶和大豆分离蛋白提取物中的一种或几种，所述成膜助剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.005-0.15％。
优选的，所述食品抗结剂选自二氧化硅和微晶纤维素中的一种或几种，所述食品抗结剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.0005-0.01％。
上述任一实施方案所述可食用蛋白膜的制备方法，包含以下步骤，
S1、将所述第一增塑剂、所述第二增塑剂、所述成膜助剂、所述食品抗结剂和所述消泡剂依次加入到所述鱼副产物提取蛋白水溶液中，混合分散均匀，获得分散液；
S2、将步骤S1获得的分散液均匀的涂覆在平板上，干燥，获得所述可食用蛋白膜。
本发明的有益效果是：本发明采用多臂聚乙二醇作为鱼副产物提取蛋白的增塑剂之一，搭配现有技术中的增塑剂，相比采用现有的增塑剂，明显提高了可食膜的力学强度，并降低增塑剂对膜阻隔性的不良影响。多臂聚乙二醇中含有多个羟基，并且多个羟基在空间中呈现三维分布。多个羟基呈现三维分布，可以与不同的多条鱼副产物蛋白高分子链结合，因此多臂聚乙二醇在具有增塑作用的同时，与多条鱼副产物蛋白高分子链链发生缠绕作用，一个多臂聚乙二醇分子相当于一个物理交联点，促使鱼副产物蛋白高分子链能形成更强的相互作用，因此提高了可食膜的力学强度，并且降低了由于增塑作用导致的膜阻隔性的变差。同时，多臂聚乙二醇分子形成的类似物理交联点有利于分散外力的破坏作用，因此也有助于提高可食用蛋白膜的韧性。
发明人发现，单独采用多臂聚乙二醇作为增塑剂，增塑效果偏差，虽然拉伸强度高，但膜的柔韧性不够。因此，本发明采用多臂聚乙二醇和现有增塑剂的结合，可以具有较好的力学强度和柔韧性，而且可以减少膜阻隔性的变差。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
本发明一方面提出一种可食用蛋白膜，按重量份数计，包括以下各原料组分，(A)鱼副产物提取蛋白水溶液，(B)第一增塑剂，(C)第二增塑剂，(D)可选的成膜助剂，(E)可选的食品抗结剂，(F)可选的消泡剂；
所述第一增塑剂选自多臂聚乙二醇，具有如式(1)所示的结构通式，
Figure BDA0003786254180000031
其中n＝4-50，m＝1-20；
所述第二增塑剂为非支化结构的增塑剂。本发明中，非支化结构的增塑剂是指增塑剂分子结构中只有直链结构，不含有支化结构或者直链结构。比如，聚乙二醇、甘油分子结构中不含有支化结构或直链结构，属于本发明中的非支化结构的增塑剂。
本发明中原料组分(B)第一增塑剂--多臂聚乙二醇既可以来自商业化产品，也可以直接合成制备。一种直接合成方法如下：将多聚甘油(聚合度即式(1)中的m)和适量催化剂(比如碱性催化剂)混合，加热至100-120℃，抽真空排除空气，或反复抽真空充氮气抽真空多次以排除空气，按照设计的聚乙二醇聚合物，通入环氧乙烷，直至反应完毕。
在本发明优选的实施例中，原料组分(A)--鱼副产物提取蛋白水溶液的重量浓度为5-30％。鱼副产物包括鱼头、鱼骨、鱼皮、鱼鳞以及内脏等。本发明中鱼副产物提取蛋白可以提取自鱼头、鱼骨、鱼皮、鱼鳞以及内脏的任一部分或者全部，既可以购自市场，也可以直接提取。一种直接提取的方法可以如下：将1份鱼副产物弄碎，加入2-5份浓度为1-5wt％的食盐溶液，在70-100℃下提取1-5小时，过滤、离心，获得提取蛋白。
在本发明优选的实施例中，原料组分(B)--第一增塑剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.5-3％。更优选的，第一增塑剂的重量为鱼副产物提取蛋白水溶液中鱼副产物提取蛋白重量的3-10％，更具体的，可以为3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
在本发明优选的实施例中，所述n＝4-20。本发明中，n代表多臂聚乙二醇中聚乙二醇链段的平均聚合度。n太大，多臂聚乙二醇分子插入鱼副产物提取蛋白高分子链之间的能力减弱，增塑效果差，同时削弱了支化结构的作用；n太小，多臂聚乙二醇分子对鱼副产物提取蛋白高分子链的缠绕作用较弱。更优选的，n＝4-11，具体的，n可以是4、4.4、4.7、5、5.3、5.5、5.8、6、6.2、6.5、6.8、7、7.3、7.5、7.7、8、8.2、8.5、8.8、9、9.1、9.3、9.5、9.7、10、10.3、10.6或11。
在本发明优选的实施例中，所述m＝2-12。本发明中，m代表多臂聚乙二醇中支化结构的平均数量。m太大，支化结构过多，减弱了增塑作用；m太小，支化结构少，作用不明显。更优选的，m＝3-10，具体的，m可以是3、3.5、3.8、4、4.3、4.5、4.8、5、5.2、5.5、5.8、6、6.5、7、7.3、7.7、8、8.2、8.5、8.8、9、9.2、9.5、9.7或10。
在本发明优选的实施例中，原料组分(C)--第二增塑剂选自甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、山梨醇、葡萄糖、棕榈酸、硬脂酸和甘油一酸酯中的一种或几种，所述第二增塑剂重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的1-5％。更优选的，第二增塑剂重量为鱼副产物提取蛋白水溶液中鱼副产物提取蛋白重量的5-20％。
在本发明优选的实施例中，原料组分(B)第一增塑剂和原料组分(C)第二增塑剂的重量比为0.1-0.5:1。控制第一增塑剂和第二增塑剂的重量比，综合了第一增塑剂和第二增塑剂的性能，获得的可食用蛋白膜在柔韧性、力学强度、阻隔性达到较好的平衡。
在本发明优选的实施例中，原料组分(D)--成膜助剂选自赖氨酸、谷氨酰胺转氨酶和大豆分离蛋白提取物中的一种或几种，所述成膜助剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.005-0.15％。更进一步的，成膜助剂的重量为鱼副产物提取蛋白水溶液中鱼副产物提取蛋白重量的0.1-1％。
在本发明优选的实施例中，原料组分(E)--食品抗结剂选自二氧化硅和微晶纤维素中的一种或几种，所述食品抗结剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.0005-0.01％。更进一步的，食品抗结剂的重量为鱼副产物提取蛋白水溶液中鱼副产物提取蛋白重量的0.01-0.1％。
本发明中，原料组分(F)--消泡剂无特别的限制，可选用二甲基硅油消泡剂或者二甲基硅油乳液消泡剂，消泡剂重量为鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.1-1％。
本发明另一方面提出上述任一实施方案所述可食用蛋白膜的制备方法，包含以下步骤，
S1、将第一增塑剂、第二增塑剂、成膜助剂、食品抗结剂和消泡剂依次加入到所述鱼副产物提取蛋白水溶液中，混合分散均匀，获得分散液；
S2、将上述步骤S1获得的分散液均匀的涂覆在平板上，干燥，获得可食用蛋白膜。进一步的，干燥后的可食用蛋白膜在恒温恒湿环境(比如50-60％湿度，15-30℃)下放置10-30天进行平衡，以进一步稳定性能。
以下根据各实施例对本发明的技术方案更进一步进行描述和说明。如无特别指明，以下各实施例中所述份数为重量份数。
以下实施例和对比例中，鱼副产物提取蛋白提取自罗非鱼鱼皮明胶蛋白。
实施例1
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度20％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝7.3，m＝3.8)，3份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例2
实施例1中多臂聚乙二醇由2份调整为1份，其余原料成分不变。
实施例3
实施例1中甘油替换为等重量的山梨醇，其余原料成分不变。
实施例4
实施例1中甘油替换为等重量的葡萄糖，其余原料成分不变。
实施例5
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝9.4，m＝5.5)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例6
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝9.3，m＝2.9)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例7
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝9.5，m＝7.7)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例8
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝4.4，m＝5.5)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例9
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝15.3，m＝5.8)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
实施例10
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝19.6，m＝5.6)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
对比例1
实施例1中多臂聚乙二醇替换为等重量的甘油，其余原料成分不变。
对比例2
实施例1中甘油替换为等重量的多臂聚乙二醇，其余原料成分不变。
对比例3
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝3.5，m＝5.5)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
对比例4
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝22.7，m＝5.6)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
对比例5
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝9.6，m＝1.6)，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
对比例6
可食用蛋白膜由以下原料成分组成：100份重量浓度25％的鱼副产物提取蛋白水溶液，2份多臂聚乙二醇(式(1)中n＝9.5，m＝9.3，4份甘油，0.1份赖氨酸，0.005份微晶纤维素和0.2份二甲基硅油消泡剂。
对比例7
实施例3中多臂聚乙二醇替换为等重量的山梨醇，其余原料成分不变。
将实施例1-10和对比例1-7获得的可食用蛋白膜组合物均匀的流延到特氟龙基板上，在80℃下干燥，再置于25℃、50％湿度下25天，获得平均厚度为40±2μm的可食用蛋白膜。
测试方法
实施例1-10和对比例1-7获得的可食用蛋白膜的性能比较如下表1所示。
拉伸强度采用质构仪进行测试，拉伸速率1mm/s，样品尺寸40mm×6mm。
冲击强度：样品尺寸80mm×80mm，采用塑料薄膜冲击试验机进行对抗摆冲击能量测试。
水蒸气透过率按照GB/T1037-2021《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》进行测定。
表1
可食用蛋白膜 拉伸强度/MPa 冲击强度/J 水蒸气透过率/10<sup>-12</sup>g·mm/m<sup>2</sup>·d·kPa
实施例1 51.32±2.41 1.07±0.03 63.7±1.2
实施例2 47.85±2.04 0.95±0.04 75.2±1.5
实施例3 53.47±2.26 1.16±0.05 58.6±1.3
实施例4 50.74±2.29 1.05±0.02 61.8±1.5
实施例5 53.59±2.11 1.08±0.02 62.9±1.4
实施例6 56.63±2.39 0.85±0.03 60.1±1.5
实施例7 55.26±1.97 1.16±0.04 65.4±1.4
实施例8 57.44±2.09 0.99±0.03 60.2±1.6
实施例9 50.83±2.41 1.19±0.05 66.2±1.5
实施例10 48.69±2.41 1.25±0.05 68.5±1.6
对比例1 40.75±2.52 0.71±0.04 67.3±1.5
对比例2 62.63±2.65 0.43±0.04 58.7±1.6
对比例3 54.61±2.23 0.94±0.03 58.9±1.4
对比例4 42.19±2.69 0.92±0.05 72.6±1.7
对比例5 50.38±2.77 0.82±0.06 62.6±1.8
对比例6 52.31±2.62 0.80±0.04 64.7±1.7
对比例7 44.37±2.85 0.82±0.03 61.1±1.5
由对比例1和实施例1、对比例7和实施例3的结果对比可知，采用本发明的多臂聚乙二醇作为增塑剂的一部分，可食用蛋白膜的拉伸强度、冲击强度更好，水蒸气透过率更低；由对比例2和实施例1的结果对比可知，全部采用多臂聚乙二醇作为增塑剂，拉伸强度高、水蒸气透过率低，但冲击强度明显低很多，即单独的多臂聚乙二醇作为增塑剂，增塑效果差；由对比例3、对比例4、实施例5、实施例8、实施例9和实施例10的结果对比可知，采用本发明的多臂聚乙二醇作为增塑剂的一部分，在支化度相似的情况下，随着多臂聚乙二醇中聚乙二醇链段的聚合度的变化，多臂聚乙二醇分子与鱼副产物提取蛋白高分子链的相互作用发生变化，拉伸强度和冲击强度都呈现先增大后减小，但冲击强度随着n的增加，增加后出现急剧的下降，水蒸气透过率呈现增大的趋势；由对比例5、对比例6、实施例6和实施例7的结果对比可知，在聚乙二醇链段的聚合度相似下，随着支化度的增大，多臂聚乙二醇分子与鱼副产物提取蛋白高分子链的相互作用发生变化，拉伸强度和冲击强度都先增大后减小，但冲击强度随着m的增加，增加后出现急剧的下降，水蒸气透过率的变化比较复杂，不只是受多臂聚乙二醇分子与鱼副产物提取蛋白高分子链的相互作用强弱，也与支化度的变化导致多臂聚乙二醇分子与鱼副产物提取蛋白高分子链的相互作用较为复杂有关。
如上所述，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例仅为本发明的较佳实施例而已，不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种可食用蛋白膜，其特征在于，按重量份数计，包括以下各原料组分，(A)鱼副产物提取蛋白水溶液，(B)第一增塑剂，(C)第二增塑剂，(D)可选的成膜助剂，(E)可选的食品抗结剂，(F)可选的消泡剂；
所述第一增塑剂选自多臂聚乙二醇，具有如式(1)所示的结构通式，
Figure FDA0003786254170000011
其中n＝4-50，m＝1-20；
所述第二增塑剂为非支化结构的增塑剂。
2.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述鱼副产物提取蛋白水溶液的重量浓度为5-30％。
3.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述第一增塑剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.5-3％。
4.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述n＝4-20。
5.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述m＝2-12。
6.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述第二增塑剂选自甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、山梨醇、葡萄糖、棕榈酸、硬脂酸和甘油一酸酯中的一种或几种，所述第二增塑剂重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的1-5％。
7.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述第一增塑剂和第二增塑剂的重量比为0.1-0.5:1。
8.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述成膜助剂选自赖氨酸、谷氨酰胺转氨酶和大豆分离蛋白提取物中的一种或几种，所述成膜助剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.005-0.15％。
9.根据权利要求1所述的可食用蛋白膜，其特征在于，所述食品抗结剂选自二氧化硅和微晶纤维素中的一种或几种，所述食品抗结剂的重量为所述鱼副产物提取蛋白水溶液重量的0.0005-0.01％。
10.权利要求1-9任一项所述的可食用蛋白膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤，
S1、将所述第一增塑剂、所述第二增塑剂、所述成膜助剂、所述食品抗结剂和所述消泡剂依次加入到所述鱼副产物提取蛋白水溶液中，混合分散均匀，获得分散液；
S2、将步骤S1获得的分散液均匀的涂覆在平板上，干燥，获得所述可食用蛋白膜。
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