一种含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜及其制备方法和应用

1.本发明属于可食用性包装材料技术领域，具体涉及一种含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.浆果是一类具有多种健康益处的高经济价值水果，如蓝莓、草莓、桑葚、树莓、葡萄、枸杞等等。浆果果肉内的维生素c和多酚含量要高于其他许多水果，另外还具有抗氧化、抗炎、改善心血管功能等多种作用，但其采摘后在贮藏期间极易失水变软和破损，且由于成熟期处在高温多雨季节易受微生物侵染，发生腐败，影响鲜果销售。目前保鲜方法主要包括低温保鲜、紫外线保鲜、气调保鲜、高压静电场保鲜等物理方法，以及利用一些保鲜剂和植物生长调节剂的化学方法。
3.近年来，可食用膜由于其环境保护能力和生物降解特性，在食品包装领域受到越来越多的关注。
4.cn201110310416.x提供了一种具有良好成膜性和稳定性的可食膜及其制备方法。配比为：大豆分离蛋白(spi)和壳聚糖(cs)的总浓度为2.0％，其中spi∶cs为5∶1～2∶4，甘油添加量为0.5～3.5％；制备步骤为：改性大豆分离蛋白水溶液，改性壳聚糖1％醋酸溶液，搅拌加入增塑剂，调节ph为1～5，冷却至室温，真空脱气，流延成膜，50～70℃下干燥，得到成品。
5.cn201110156782.4提供了一种植物蛋白魔芋胶复合可降解可食用膜的生产技术，其主要生产过程为：将大豆蛋白、甘油、魔芋胶和羧甲基纤维素钠搅拌混合，加热反应后，经过均质、脱气，流延在铜板上，采用铜板成膜输送带先通过蒸汽烘干管道设备，然后再通过相对湿度在50％左右的冷却管道设备，成膜，最后由机械卷膜设备卷膜，制得一种高强度可降解可食用膜。本发明膜材料具有良好的力学性能、阻油性能、阻湿性能及阻氧性能。该发明可应用于食品、保健品、药品、饲料等各种物料包装。
6.cn201910342468.1公开了一种可延缓油脂氧化的花色苷纳米复合物明胶可食用膜，制备方法包括以下步骤：(1)将花色苷加入到壳聚糖盐酸盐溶液中，搅拌均匀，得到花色苷与壳聚糖盐酸盐的混合溶液；(2)将羧甲基壳聚糖溶液缓慢加入到花色苷与壳聚糖盐酸盐的混合溶液中，使具有正电荷的壳聚糖盐酸盐与具有负电荷的羧甲基壳聚糖相互交联，制得花色苷纳米复合物悬浮液；(3)向花色苷纳米复合物悬浮液中逐渐加入明胶溶液而形成成膜液，之后向成膜液中加入甘油，搅拌均匀，然后静置处理，最后经过成型和干燥，得到所述可食用膜。该发明制得的可食用膜抗拉强度达到1.54mpa以上，断裂延伸率达到206.57以上，和纯明胶可食用膜相比，透光率降低了73.7％。
7.羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，cmc)是一种纤维素衍生物，可以用作食品添加剂，也可以用作可生物降解的替代石油基食品包装材料的原料，但是纯羧甲基纤维素膜较亲水，限制实际应用。


技术实现要素：

8.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对浆果在采摘后贮藏运输期间易损坏腐败的问题，提供一种可生物降解的含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜，通过将mfp与cmc复合制备具有良好机械性能和疏水性的抗菌保鲜可食用膜材料，延长浆果货架期。
9.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜的制备方法，包括如下步骤：
10.1)将贻贝足蛋白加入水溶液中，得到贻贝足蛋白溶液；
11.2)室温磁力搅拌溶解后，加入羧甲基纤维素，继续搅拌均匀，加入甘油，得到成膜液；
12.3)将上述成膜液持续搅拌后超声脱气，流延成膜，干燥后揭膜，得到含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜。
13.其中，步骤1)中，所述贻贝足蛋白是由mfp-1、mfp-2、mfp-3、mfp-4、mfp-5和mfp-6中的至少一种组成的蛋白质；优选mfp-3和mfp-5，是由于mfp-3和mfp-5粘附关键物质—多巴含量最高，且富含赖氨酸，具有一定抗菌效果。
14.优选地，步骤1)中，贻贝足蛋白溶液的浓度为0.5～2mg/ml。贻贝足蛋白(mfp)富含疏水性氨基酸，有效降低可食用膜的水分子透过率；cmc在亲水性食品表面附着效果不佳，mfp含有dopa，具有很好的粘附性，且mfp生物相容性好，对人体无毒；特别地，mfp-5富含赖氨酸，具有一定抗菌效果。
15.优选地，步骤2)中，搅拌采用的磁力搅拌器在转速为600～1200r/min下搅拌10～30min。
16.步骤2)中，成膜液中羧甲基纤维素的质量浓度为1.5～2.5wt％。
17.步骤2)中，加入甘油的质量为羧甲基纤维素加入量的20％～40％。
18.步骤3)中，超声脱气的时间为20～40min。
19.步骤3)中，干燥的条件为55～65℃下30～50min。
20.本发明进一步提出了上述方法制备得到的可食用膜在食品包装和食品保鲜中的应用。
21.在一个具体的实施方式中，本发明提出了上述制备方法得到的可食用膜在浆果保鲜中的应用。所述浆果为蓝莓或草莓。具体在应用时，可以将可食用膜直接作为包装膜包在浆果外表面，也可以在制备过程中涂覆在食品表面形成均一致密的保护膜，达到保鲜的目的。
22.具体地，选取成熟度一致的无损伤浆果，将浆果浸入上述制备的成膜液1～2min，阴凉通风处1～5min干燥，再浸入1～2min，形成均匀的涂层，室温干燥成膜后储藏。优选地，于25
±
1℃下贮藏。
23.有益效果：与现有技术相比，本技术具有如下优点：
24.(1)本发明能够形成表面光滑的膜，直接应用在食品包装上，也可以涂覆在食品表面形成均一致密的保护膜，达到保鲜的目的；
25.(2)本发明具有良好透光率，较强疏水性，较好的抗菌性能，可水洗性，抗氧化性并且能够自修复损伤，是一种可应用在食品包装上的良好材料；
26.(3)本发明能够较好地维持新鲜蓝莓在贮藏期间的重量，保持硬度，抑制呼吸作
用，维持较高的可溶性固形物和可滴定酸含量，抑制膜脂氧化作用，保持了贮藏期间较高的营养价值和商品价值；
27.(4)贻贝足蛋白(mussel foot protein，mfp)是一种具有优异成膜性、粘附性和防水性的生物材料，富含赖氨酸，具有一定的抑菌能力。但纯贻贝足蛋白制成的膜机械性能较差，将cmc与mfp混合制成mfp/cmc可食用膜可显著提高复合膜的机械强度，并能改善膜的亲疏水性和粘附性。此外，甘油等增塑剂能够显著增加薄膜的柔韧性，本涂层使用的原材料为可再生资源，均具备良好的生物相容性，且降解产物对环境和人体友好。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
29.图1为实施例1制备的mfp/cmc可食用膜的透光率分析；
30.图2为mfp/cmc可食用膜的傅里叶红外光谱分析；
31.图3为mfp/cmc可食用膜的水接触角分析；
32.图4为mfp/cmc可食用膜的水溶性分析；
33.图5为mfp/cmc可食用膜的抗氧化分析；
34.图6为mfp/cmc可食用膜的自修复性能分析；
35.图7为mfp-cmc复合膜及对照组样品表面黏附的(a)细菌菌落图(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)和(b)活菌数量；control：大豆分离蛋白/cmc,mfp/cmc:实施例1所得复合膜；
36.图8为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓外观变化的影响；
37.图9为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓失重率的影响；
38.图10为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓硬度的影响；
39.图11为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓呼吸强度的影响；
40.图12为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓可溶性固形物含量的影响；
41.图13为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓可滴定酸含量的影响；
42.图14为mfp/cmc可食用膜处理对蓝莓丙二醛含量的影响。
具体实施方式
43.下面结合实施例对本发明做更进一步地解释，可以更好地理解本发明。实施例中使用的试剂如无特别说明均为市售产品。本发明使用的羧甲基纤维素可为食品级市售产品，也可根据已有方法由纤维素羧甲基化得到。实施例中采用的羧甲基纤维素为市售产品，但不以此为限。其中，本发明使用的贻贝足蛋白可为市售产品，可为重组蛋白，也可根据已有方法从天然贻贝中提取，如参照l.yao et al,international journal of biological macromolecules 195(2022)229-236中公开的方法制备得到。下列实施例仅用于说明本发明，但不用来限定本发明的实施范围。
44.实施例1
45.含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜制备方法：
46.(1)将贻贝足蛋白(mfp-5)加入水溶液中，搅拌得到浓度为1mg/ml的溶液；
47.(2)采用磁力搅拌器在转速为1200r/min下搅拌10min溶解后，加入羧甲基纤维素
(cmc)，cmc的质量浓度为2.5wt％，继续搅拌30min，加入甘油，甘油的加入量为cmc质量的30％，得到成膜液；
48.(3)将上述成膜液持续搅拌后超声脱气30min，流延成膜，在65℃下干燥30min后揭膜，得到贻贝足蛋白/羧甲基纤维素可食用膜(mfp/cmc可食用膜)。
49.实施例2
50.含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜制备方法：
51.(1)将贻贝足蛋白(mfp-5)加入水溶液中，搅拌得到浓度为0.5mg/ml的mfp溶液；
52.(2)采用磁力搅拌器在转速为600r/min下搅拌20min溶解后，加入羧甲基纤维素(cmc)，cmc的质量浓度为1.5wt％，继续搅拌30min，加入甘油，甘油的加入量为cmc的20％，得到成膜液；
53.(3)将上述成膜液持续搅拌后超声脱气20min，流延成膜，在55℃下干燥40min后揭膜，得到贻贝足蛋白/羧甲基纤维素可食用膜(mfp/cmc可食用膜)。
54.实施例3
55.含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜制备方法：
56.(1)将贻贝足蛋白(mfp-5)加入水溶液中，搅拌得到浓度为2mg/ml的mfp溶液；
57.(2)采用磁力搅拌器在转速为1000r/min下搅拌30min溶解后，加入羧甲基纤维素(cmc)，cmc的质量浓度为2.0wt％，继续搅拌30min，加入甘油，甘油的加入量为cmc的40％，得到成膜液；
58.(3)将上述成膜液持续搅拌后超声脱气40min，流延成膜，在60℃下干燥50min后揭膜，得到贻贝足蛋白/羧甲基纤维素可食用膜(mfp/cmc可食用膜)。
59.实施例4
60.含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜制备方法：
61.(1)将贻贝足蛋白(mfp-3)加入水溶液中，搅拌得到浓度为1.5mg/ml的mfp溶液；
62.(2)采用磁力搅拌器在转速为800r/min下搅拌30min溶解后，加入羧甲基纤维素(cmc)，cmc的质量浓度为2.0wt％，继续搅拌30min，加入甘油，甘油的加入量为cmc的30％，得到成膜液；
63.(3)将上述成膜液持续搅拌后超声脱气30min，流延成膜，在60℃下干燥50min后揭膜，得到贻贝足蛋白/羧甲基纤维素可食用膜(mfp/cmc可食用膜)。
64.对比例1
65.同实施例1，不同之处在于，省略步骤(1)，即不添加贻贝足蛋白。
66.将实施例1制备的材料以及对比例1的各项性能进行测定。
67.具体检测方法如下：
68.一、透光率
69.将膜剪裁成合适大小(5
×
1cm)，紧贴在石英比色皿外侧，放入紫外分光光度计测试池中，空皿为对照，建立基线，进行200～800nm全波长扫描，做透光率-波长曲线图，结果如图1所示。
70.在波长200～800nm范围内测量可食用膜的透光率。在230～290nm紫外光波长范围内，纯cmc薄膜的透光率为38.3％～72.2％，mfp/cmc薄膜为7.5％～40.1％，显著低于纯cmc膜，表明复合膜具有更大的阻隔紫外线的能力。紫外线阻隔性是食品保鲜的一个重要因素，
因为包装食品会因紫外线引起脂质氧化、营养损失和变色而降解，品质降低。在400～800nm的可见光波长范围内，纯cmc薄膜(91.04％)和mfp/cmc薄膜(89.51％)的透光率无显著差异，mfp/cmc可食用膜表现出良好的透光能力，有利于包装物的可视化。
71.二、傅里叶红外光谱
72.采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪测定涂层成分的化学结构，扫描范围为400～4000cm-1
。结果如图2所示，将mfp添加到cmc基质后，没有观察到额外的峰，表明没有形成共价键。吸收峰的位移可能是由于cmc和mfp之间存在着分子内以及分子间相互作用。
73.三、接触角
74.利用接触角测试仪对表面静态水接触角进行测试，将薄膜平铺在样品台上，设置滴加去离子水的体积为2μl，拍照计算接触角数值。结果如图3所示，所有薄膜的值为≤90
°
，代表所有薄膜均为亲水的。纯cmc薄膜具有最低的水接触角值(32.13
±
2.34
°
)，纯mfp薄膜的接触角值为68.64
±
4.55
°
，mfp/cmc可食用膜的接触角值最高，为79.08
±
1.22
°
，说明添加一定含量的mfp可以降低cmc薄膜的表面亲水性。这种较高的疏水性可能导致薄膜的低透水性，因为水分子与疏水孔壁之间的分子间相互作用较小，从而为分子产生较小的毛细渗透力，减少了水分扩散。
75.四、水溶性
76.将同等重量的薄膜样品在室温下浸入玻璃瓶中的去离子水中，室温振荡约2min后，拍照记录溶解状态。结果如图4所示，这表明与目前市面上常用的不可洗的蜡涂层相比，本发明通过水冲洗以及轻轻摩擦表面，能够很容易从果皮除去。
77.五、抗氧化性
78.通过研究膜对1,1-二苯基-2-苦基肼基自由基(dpph)的清除能力，测定其抗氧化活性。测试过程如下：配置dpph乙醇溶液，避光保存在冰箱。分别准备不同管样品待测，对照管：400μl成膜液+600μl甲醇；测定管：400μl成膜液+600μl dpph醇溶液；空白管：400μl甲醇+600μl dpph醇溶液。混匀后室温避光静置30min，反应结束后4000r/min离心5min取上清至比色皿中，无水乙醇调零，波长517nm测定各管吸光度值。结果如图5所示，实验例1比对比例1的吸光度值更小，因此具有一定的抗氧化作用，计算得到dpph自由基的清除率达到69.85％，这表明本发明可用于活性包装应用，以保护对氧化敏感的食品。
79.六、自修复性能
80.首将涂膜液倒在聚碳酸酯塑料平板上，一式两份，分别用紫色染液和红色染液染色，便于自修复效果观察。随即放入65℃烘箱干燥20min，成膜后拿出并分别切成两半，将切面紧密贴合放置在培养皿上。自修复过程分为两个阶段：首先，将切开的部分紧密接触，允许mfp/cmc网络在两个接触部分的位置上自我修复；然后，在紧密贴合的可食膜上滴加少量去离子水并放置在65℃的烘箱干燥10min，使得可食膜网络被重新构建，用数码相机记录自修复的过程变化。结果如图6所示，这表明本发明在实际应用中，可自修复果蔬运输过程中的机械损伤，有利于果蔬保鲜。
81.七、抗菌性能
82.贻贝蛋白，尤其是mfp-5富含赖氨酸，推测具有一定的抗菌能力。以大肠杆菌(e.coli)和金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)为供试菌株，通过比较mfp-5、大豆分离蛋白/cmc复合膜以及本发明得到的mfp/cmc膜的抗菌能力，结果如图7所示mfp-5蛋白
本身对细菌具有一定的抗菌能力，而mfp/cmc复合膜则具有优异的抗菌性能。据文献报道，大豆分离蛋白/cmc复合涂膜过程中需要加入一定量的防腐剂，如1％的山梨酸钾，才能对蒜米等食材起到较好的保鲜作用。
83.实施例5蓝莓保鲜作用研究。
84.选取成熟度一致的无损伤蓝莓作为实验原料。采用浸渍法，将蓝莓浸入涂膜液1min，阴凉通风处1min干燥，再浸入1min，形成均匀的涂层，室温干燥成膜。分组标记置于自封袋中，于(25
±
1)℃贮藏10天，隔日取样，测定各项指标。
85.应用上述实施例1和对照组(蒸馏水处理)进行了蓝莓果实采后贮藏实验，测定蓝莓各项保鲜指标，具体测试方法如下：
86.一、外观变化
87.在10d贮藏期间蓝莓的外观变化如图8所示，对照组在第6天部分果皮皱缩，果肉凹陷，8d后失水造成大范围皱缩，果实软榻，10d后出现霉点并有腐烂异味产生，果实内部营养物质丧失造成软烂。实施例1在储存8d后外观未有明显变化，10d仍保持良好的完整性，仅略微变软，果实内部坚实，保留了较高的商品价值，这表明本发明保鲜蓝莓可延缓其腐烂变质，延长保质期。
88.二、失重率
89.采用称重法。
90.失重率＝(初始质量-贮藏一段时间后的质量)/初始质量
×
100％。如图9所示，贮存10d后，两组都显示出质量减轻，而实施例1比对照组蓝莓的减重更少，抑制气体交换，降低呼吸作用，从而有效地减少了水分的损失。此外，mfp在一定程度上可避免微生物侵染，降低对蓝莓表皮纤维素的破坏，并能有效地减少水分流失，使其本身的有机物消耗得到明显改善。
91.三、硬度
92.采用质构仪测试硬度变化，测试条件为：测试速率：1.0mm/s；压缩量：30％，5组平行。结果如图10所示，随着贮藏天数的增加，两组蓝莓的硬度都呈现先升高后降低的趋势。实施例1由于抑制水分流失且cmc和mfp成膜性改变果实表面强度，相较对照组延缓至4d硬度大幅上升，后硬度逐渐降低。贮藏10d后，对照组硬度下降到了3.8
±
0.26n，比初始值降低65％左右，而实施例1的蓝莓硬度在10d后只降低14％，为9.39
±
0.31n，相较对照组具有优秀的保持蓝莓硬度作用。
93.四、呼吸强度
94.采用静置法。呼吸强度以每小时每公斤蓝莓释放的co2的毫克数表示。由图11可知，两组的呼吸强度呈现先增后减的趋势，对照组蓝莓在4d时出现呼吸高峰，呼吸强度为400.49
±
34.21co
2 mg
·
kg-1
·
h-1
，实施例1在6d时呼吸强度最高为366.55
±
20.46co
2 mg
·
kg-1
·
h-1
，整体低于对照组，成熟时间得以延长。
95.五、可溶性固形物
96.采用手持折光仪法。由图12可知，两组蓝莓在贮藏前期均出现可溶性固形物含量上升的现象，这是由于采摘后出现后熟，碳水化合物通过代谢过程转化为单糖和其它可溶物质。中期形成的可溶性糖小于呼吸作用消耗的可溶性糖，可溶性固形物含量下降，后期对照组可溶性固形物含量反而增加，可能是由于蓝莓大量失水，导致可溶性糖含量相对增加。
整个贮藏期间，实施例1的蓝莓延缓成熟时间，可溶性固形物含量保持在相对稳定状态，可能是由于覆膜具有良好的抗菌性和氧屏障性，抑制了过熟果实中单糖水解和组织呼吸作用。
97.六、可滴定酸
98.采用标准naoh滴定法。如图13所示，在贮藏过程中，两组的蓝莓可滴定酸含量呈现先增后减的趋势，而对照组的可滴定酸含量则明显低于实施例1，其原因是部分有机酸被呼吸作用所消耗，另一部分则转化为糖类。对照组后期未有明显下降趋势，可能是由于蓝莓表面微生物繁殖，代谢产物超过了蓝莓自身呼吸作用所消耗的有机酸，增加了可滴定酸含量。总体而言，实施例1能减缓有机酸的降低，保持蓝莓的良好风味和品质。
99.七、丙二醛
100.采用微量丙二醛测试盒，按样本鲜重计算。丙二醛是反映果实衰老程度的指标之一，它是细胞膜脂过氧化产物。如图14所示，实施例1和对照组蓝莓在6d内丙二醛含量无显著差异，第8天起对照组丙二醛含量急剧上升，达到起始值的2.7倍，实施例1能够有效抑制丙二醛上升，两组存在极显著差异(p《0.01)。最终研究结果表明，本发明能有效阻止蓝莓贮藏过程中的膜脂氧化，从而避免了细胞膜的损伤，延长了其贮存期。
101.本发明制备的含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜，具有良好的可见光透过率，并且能够阻隔一定的紫外线；相较其它涂层材料更好的疏水性，防止水分扩散；可水洗性，轻微水洗摩擦可去除涂层；具有一定的抗氧化性；能够快速自修复宏观机械损失。应用在蓝莓贮藏保鲜上，包括维持了一定的重量；保持硬度，涂膜组10d后硬度只降低14％；抑制呼吸作用，延缓果实衰老；保持高可溶性固形物和可滴定酸的含量；抑制膜脂氧化作用，保证了果实的可食用价值，具有良好的市场前景。与大豆蛋白等植物蛋白复合膜相比，贻贝蛋白具有一定的抗菌性且用量小，是制备可食膜的良好材料。
102.本发明提供了一种含贻贝足蛋白的羧甲基纤维素基可食用膜及其制备方法和应用的思路和方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，所做的任何改进和润饰，均应包含在本发明的保护范围内。