一种植物蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的制备方法与流程

本发明属于食品技术，特别是涉及一种植物蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的制备方法。

背景技术：

可食性膜是一种以天然聚合物(如：蛋白质、多糖、脂类及衍生物等)为原料，通过不同分子间相互作用形成的具有多孔网络结构的薄膜。可食性膜作为食品包装保鲜材料，具有优良的阻隔性、抑制细菌在食品表面的生长繁殖，也可作为添加功能性成分的载体，打造功能性食品保鲜材料。并且相比较其他食品包装材料，具有价格低廉，成分绿色安全无污染等优势，因而应用前景十分广阔。用于制备可食性膜的材料可分为四类：蛋白质类、多糖类、脂质类、复合材料。单一成分的可食性膜存在物理-机械性能、功能性上的缺陷，如蛋白膜拉伸强度低、机械强度不足、多糖膜疏水性低等问题，因此需要进行复合成分和特殊工艺处理进行结构改性，制备更稳定理想的可食性膜。目前已知的有采用湿热法来制备大豆蛋白与阿拉伯胶的接枝产物¹，或者采用大豆蛋白来制备可食性膜^2-6。

有研究表明，将多糖与蛋白质共混构建的新型复合型膜材料，可以改善单一蛋白膜的物理-机械性能。但是蛋白质/多糖复合膜仍存在一定缺陷，例如对水蒸气的阻隔性能不理想，通常通过在复合模中添加脂质来改善复合膜的水蒸气阻隔性能。蛋白质/多糖/脂质复合膜的传统制备工艺主要是双层制膜法，即在蛋白质/多糖复合膜的表面附加一层脂质膜，但这种双层膜存在不稳定，易脱落的问题。

参考文献：

[1]穆利霞,崔春,赵谋明,赵强忠,刘丽娅.阿拉伯胶-大豆分离蛋白接枝工艺优化及产物理化特性的研究[j].食品工业科技,2009,30(08):174-177.

[2]李昂,张华江,范铭育,韩汉林,郭依.响应面优化大豆蛋白膜抗拉伸强度的研究[j].食品工业,2017,38(04):76-80.

[3]张毓琛,林述荣,林彬彬,王文凯,汪少芸.tio_2-大豆蛋白复合膜保鲜草莓的研究[j].中国食品学报,2015,15(05):120-125.

[4]王海洋,尹国强,冯光炷.大豆蛋白膜的研究进展[j].仲恺农业工程学院学报,2013,26(03):65-70.

[5]邹小武.可生物降解大豆蛋白膜的改性研究[d].中山大学,2010.

[6]韩兆鹏,元晓梅,王璋.可食性大豆分离蛋白膜制备和基础特性分析[j].食品科学,2004(s1):21-22.

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种稳定并具有优良疏水特性的植物蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种植物蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)植物分离蛋白-阿拉伯胶spi-ga交联化产物的制备：称取阿拉伯树胶粉与植物分离蛋白混溶于水中，然后冷冻干燥、研磨，置于恒温恒湿箱中进行蛋白多糖糖基化交联，交联完成后取出，冷冻干燥得交联产物冻干粉；

(2)spi-ga脂质膜成膜溶液的配制：取步骤(1)所得交联产物冻干粉溶于水中，调节ph为7-10，在50-90℃水浴下加热搅拌，搅拌结束后冷却，加入甘油和脂质成分，剪切乳化后高压均质得成膜溶液；

(3)spi-ga脂质膜的制备：吸取步骤(2)制备所得成膜溶液，平铺后置于恒温恒湿箱中成膜，得到植物蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜。

本申请所述植物蛋白可以为大豆蛋白、花生蛋白等。

步骤(1)中，所述阿拉伯树胶粉与植物分离蛋白的质量比为0.5-2:1。

优选的，步骤(1)中，所述阿拉伯树胶粉与植物分离蛋白的质量比为1:1。

步骤(1)中，两次冷冻干燥条件：温度-50--80℃，真空度10-40pa，干燥时间24-72h。优选冷冻干燥的条件：温度-70℃，真空度15pa，干燥时间48h。

步骤(1)中，所述研磨后过50-200目筛。优选研磨后过100目筛。

步骤(1)中，所述恒温恒湿箱设置为相对湿度50-90％，温度40-90℃；交联反应时间为1-9天。

步骤(2)中，所述甘油加入量为成膜溶液的2％。

步骤(2)中，所述ph通过加入适量1-2mol/l氢氧化钠溶液进行调节。

步骤(2)中，在50-90℃水浴下以100-200r/min的速率搅拌10-60分钟。

步骤(2)中，所述脂质成分为精油、油酸、蜂蜡、亚麻籽油中的一种或多种，其加入量为成膜溶液的1％-4％。

特别注意，蜂蜡需提前在50-90℃下水浴10-40分钟融化并趁热加入成膜溶液中防止预冷凝结。

步骤(2)中，所述甘油主要起塑化剂的作用，而油脂主要用于增加膜的阻隔性能。

步骤(2)中，所述剪切乳化的剪切速率为8000-12000r/min。优选10000r/min。

步骤(2)中，所述高压均质是指在10-80mpa压力下高压均质1-6个循环得成膜溶液。

步骤(3)中，吸取1-15ml溶液均匀平铺在50mm×50mm模具中。

步骤(3)中，所述恒温恒湿箱设置为温度25-40摄氏度，相对湿度30-60％；放置在恒温恒湿箱中10-30小时成膜。

本申请制备方法中提及的水均采用去离子水。上述成膜溶液是指用于制作膜的溶液，其中包含水、交联产物、甘油和脂质，如表1所示，详细列出了每种配方下这四种物质的具体添加量，单位都是g/100g，用％表示。

有益效果：本发明制备方法主要利用乳状液来成复合膜，相比较于传统的复合膜需要先制作蛋白或者多糖膜，或者脂质膜，然后再通过热压等方式将其制作成为复合膜的方法，工艺更简单。配料方面，传统的可食性复合膜利用蛋白质和多糖溶液来成膜，这其中蛋白质与多糖之间的交互作用较弱。此外，利用蛋白质或者多糖来制备乳状液膜，通常需要加入乳化剂来形成乳状液。而本实验则是利用蛋白质/多糖共价复合物来成膜，一方面蛋白质和多糖通过共价键形成稳定的复合物，另一方面共价复合物的乳化性能很好，不需要另外添加乳化剂就可以形成稳定的乳浊液。综合来讲，本申请采用特殊工艺将蛋白和多糖经过糖基化的化学法交联反应，使其充分结合，使得所得混合产物更加稳定，有效提高膜的机械强度及其他性能；可形成稳定的具有优良疏水特性的可食性膜，对复合性可食性膜做为食品包装材料的进一步研究与工艺优化具有重要意义。

附图说明

图1是不同种类的油脂以及添加量对膜厚度的影响；

图2是不同种类的油脂以及添加量对膜白度的影响；

图3是不同种类的油脂以及添加量对膜色差的影响；

图4是不同种类的油脂以及添加量对膜透光性的影响；

图5是不同种类的油脂以及添加量对膜溶胀性的影响；

图6是不同种类的油脂以及添加量对膜水溶性的影响；

图7是不同种类的油脂以及添加量对膜水蒸气透过率的影响；

图8为不同种类的精油对膜抗氧化活性的影响。

图中，(a)精油，(b)油酸，(c)蜂蜡，(d)亚麻籽油。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本申请作出详细说明。

原料来源：大豆分离蛋白/葡萄柚精油/牛至精油/柠檬精油/草果精油/亚麻籽油/蜂蜡/dpph自由基/abts自由基，购自上海源叶生物科技有限公司；阿拉伯树胶粉/氯化钙购自国药集团化学试剂有限公司；油酸购自上海罗恩科技发展有限公司；溴化钾购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；甘油购自上海麦克林生化科技有限公司。

实施例1

大豆蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)大豆分离蛋白-阿拉伯胶(spi-ga)交联化产物的制备

将阿拉伯树胶粉与大豆分离蛋白以1:1比例用最少量去离子水混溶，倒平皿进行冷冻干燥。将获得的冻干粉原料研磨成细粉，铺入平皿放置于底层装有饱和溴化钾的干燥器中(相对湿度79％左右)，并将干燥器放置在温度设置为60℃的烘箱中进行蛋白多糖糖基化交联，48h后取出备用。

(2)spi-ga油脂膜成膜溶液的制备

根据表1配置不同组分的成膜溶液。根据配方称取交联产物溶于去离子水中，搅匀加入适量2mol/l氢氧化钠溶液将成膜溶液ph调至9.0。将溶液在80℃水浴下加热搅拌30分钟。待溶液冷却后按照表1加入对应量的甘油和脂质(油)作塑化剂，之后剪切乳化5分钟并在50mpa压力下高压均质三个循环得成膜溶液。

(3)spi-ga油脂膜的制备

吸取9.8ml溶液均匀平铺在50mm×50mm模具中，放置在恒温恒湿箱中18小时使聚合物完全水合后取出。恒温恒湿箱设置为温度30摄氏度，相对湿度43％。

其中，蜂蜡需提前在80℃下水浴融化并趁热加入成膜溶液中防止预冷凝结。剪切乳化5分钟后，400w超声10分钟。

表1：100g成膜溶液的配制(w/w％)

spi/ga：交联反应产物，e：精油，o：油酸，b：蜂蜡，f：亚麻籽油，1/2/3/4表示油脂添加量为成膜溶液的1/2/3/4％(单位g/100g)

下面对实施例1制备所得各种大豆蛋白/阿拉伯胶/脂质乳化型可食性复合膜的性能进行检测研究。

实施例2不同油脂种类对可食性膜厚度的影响

可食性膜厚度厚度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。

结果如图1所示，与未添加油脂的膜相比较而言，油脂的添加可以显著影响膜的厚度。这是因为油脂的添加可以提高成膜溶液中的固形物含量，进而增加膜的厚度。此外，油脂的种类显著影响膜的厚度。四种油脂相比，精油膜最厚，而蜂蜡膜最薄。这可能与油脂本身的分子量相关，即在相同浓度下，分子量越小，膜的厚度越大。

实施例3不同油脂种类对可食性膜白度指数的影响

可食性膜色度：用精密色度仪测定膜色度值。每个膜样品放置在统一白色背景板上，随机抽取三个测量值[6]。白度指数(wi)值定义为：

其中l*(黑色0至白色100)，a(红色120至绿色-120)和b*(黄色120至蓝色-120)值分别对应于白度，红色和黄色。

结果如图2所示，当有油脂添加时，膜的wi值普遍小于空白对照，其原因可能是由于油脂本身的色泽做导致的。此外，油脂的添加对膜的结构会产生特定的影响，例如，改变膜的致密程度，这也是导致膜wi值发生变化的原因[12]。

实施例4不同油脂种类对可食性膜总色差的影响

不含油脂的空白膜(l0^*,a0^*,b0^*)和样品膜(l^*,a^*,b^*)之间的总色差(δe)值定义为：

△e值用于分析不同种类油脂的添加以及油脂添加俩对于膜色度的影响。

结果如图3所示，含量不同浓度油脂的膜，其在色度方面存在一定差异。此外，不同种类的油脂对膜的色度也会产生显著影响。

实施例5不同油脂种类对可食性膜透光性的影响

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。

由于作为食品包装材料，包装的透明与否直接影响了里面食品的外观，因此透明度也是一项不得忽视的参考指标。根据图4结果发现，在小于280nm范围内，透光率均为0％，这表明所有膜均可以防止紫外线对膜内包装食品的破坏。

在可见光范围内，不同种类的油脂浓度对膜的影响差异性比较明显。结合厚度变化解释，精油膜的透光性随着浓度的增加厚度逐渐增加，导致膜的透光性下降，但当添加浓度达到40％时，透光率有所回升，可能由于高浓度的油脂会让膜的结构发生改变，分子间相互作用力降低，从而导致膜的致密程度减弱。当添加浓度在10％和20％时，油酸膜的透光率随着浓度增加而降低；当添加浓度在30％和40％时，油酸的透光率随浓度增加而增加。蜂蜡膜和亚麻籽油膜的变化趋势和油酸膜正好相反，当添加浓度在10％和20％时，蜂蜡膜和亚麻籽油膜的透光率随浓度增加而增加；当添加浓度在30％和40％时，蜂蜡膜和亚麻籽油膜的透光率随着浓度增加而降低。这类变化可能与膜在不同种类及不同添加量下发生的美拉德反应有关。美拉德反应使膜发生褐变，膜的颜色从无色、黄色逐渐变成金黄和红褐色。此外，美拉德反应生成的不溶性深色高分子化合物可以显著降低膜的透光率，这与实验所得数据显示结果相同。

实施例6不同油脂种类对可食性膜溶胀性的影响

溶胀性：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：

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

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。

结果如图5所示，含有油脂的膜的疏水性相对于没有添加油脂的膜疏水程度显著。这表明膜的分子之间致密性在乳化剂的乳化作用下有了明显的增加。根据分子量大小分析可知，含有大分子量油脂的膜，对水的亲和程度越低，越不容易与水发生反应。

实施例7不同油脂种类对可食性膜水溶性的影响

水溶性：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24小时。取出后，将膜样品放置在105℃环境中1小时烘干。水溶性的计算公式为：

其中w0(mg)为膜样品浸没水之前的质量

w1(mg)为膜样品浸没烘干后的质量

水溶性和溶胀性一样，用于测试评估可食性膜的耐水性能。

结果如图6所示，普遍来看，含有油脂的膜疏水性相比较空白对照组的膜而言，水溶性更低，说明疏水性在添加乳化剂之后能得到优化。小分子油脂(精油和油酸)浓度的添加量在40％范围内，水溶性变化呈“v”字型，说明分别在20％和30％浓度下，精油膜和油酸膜的疏水性能最为理想。这可以通过膜微结构和分子间作用力的变化来解释。当精油和油酸添加量超过30％时，可能导致分子间相互作用减弱使膜结构松散，从而导致水溶性增加。相反亚麻籽油的水溶性一直呈下降趋势，可以增加添加量，进一步研究确定疏水性最佳浓度范围。

实施例8不同油脂种类对可食性膜水蒸气透过率的影响

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：mgcm^-2d^-1)的计算公式为：

其中wf(mg)为小玻璃瓶最终平衡质量

wg(mg)为小玻璃瓶初始质量

d(d)为到达平衡的天数

s(cm^-2)为膜样品封口的面积

水与大分子网络间的物理作用以及化学作用会对水的扩散产生一定影响。通常来说，膜的水蒸气透过率一般受到膜的水分吸收能力和水分子在膜中的扩散能力的影响。如图7所示，添加油脂可以显著提高可食性膜的水蒸气阻隔性能。这一结果说明，油脂本身的良好疏水特性可以被用于改善可食性膜的水蒸气阻隔性能。此外，油脂种类和添加量显著影响可食性膜的水蒸气阻隔性能。对于精油膜而言，低浓度的添加便可显著提高可食性膜的水蒸气阻隔性能。而当精油浓度增加后，食性膜的水蒸气阻隔性能反而下降。这可能时由于高浓度的精油添加导致膜的均一性下降，继而影响了膜的阻隔性能。亚麻籽油而言，膜的水蒸气阻隔性能与油脂添加俩呈现正相关性。这一结果说明，亚麻籽油和成膜材料之间的相容性较好。对于蜂蜡和油酸而言，油脂含量与膜的阻隔性能之间未呈现特定规律。但在其添加范围内均可显著改善膜的阻隔性能。

实施例9不同精油种类对可食性膜抗氧化活性的影响

spi/ga/e膜的制备：按照实施例1来制备含有精油的可食性膜，精油种类为葡萄柚精油、草果精油、柠檬精油和牛至精油，添加量为成膜溶液的2％。

抗氧化活性的评价：将含有不同精油种类的膜直接加入到dpph(0.1mm)溶液中，使膜在抗氧化体系中的浓度为1mg/ml。充分振荡后，避光反应30min。之后12000r/min离心5min，吸取上清液测定在517nm下的吸光值(a)。dpph清除率(％)的计算公式为：

dpph清除率(％)＝100*(ac-as)/ac

其中ac为不添加膜的空白样品的吸光值

as为添加了膜的样品吸光值

将含有不同精油种类的膜直接加入到abts(7mm)溶液中，使膜在抗氧化体系中的浓度为1mg/ml。充分振荡后，避光反应10min。之后12000r/min离心5min，吸取上清液测定在734nm下的吸光值(a)。abts清除率(％)的计算公式为：

abts清除率(％)＝100*(ac-as)/ac

其中ac为不添加膜的空白样品的吸光值

as为添加了膜的样品吸光值

由图8可知，对于两个抗氧化体系中，精油的添加显著改善了膜清楚自由基的能力。与此同时，精油种类对自由基清除率的高低也存在显著影响，即由于精油种类的不同，其抗氧化能力也存在一定差别。在dpph体系中，柠檬精油膜的自由基清除率最高，其次是葡萄柚精油膜、草果精油膜和牛至精油膜。这表明柠檬精油膜中脂溶性抗氧化活性物质含量最高，其次是葡萄柚精油膜、草果精油膜和牛至精油膜。在abts体系中，牛至精油膜自由基清除率最高，其次是柠檬精油膜、葡萄柚精油膜和草果精油膜。这说明牛至精油膜和柠檬精油膜中水溶性抗氧化活性物质含量高，其次是葡萄柚精油膜与草果精油膜。