一种负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜及其制备方法和应用

本发明涉及食品生物质材料加工领域，具体涉及一种负载氨基酸的乳清蛋白膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、食品包装可以有效克服食品在贮藏、运输、销售等过程中遇到的不利因素，如高温、高湿、阳光直射、氧气等等，以保证食品的质量和安全，延长食品的保质期。目前，食品包装行业大量使用的是石油基聚合物，如塑料等。这种包装材料虽然廉价易得，但由于难以被降解、利用，所以容易在环境中造成大量积累，产生的各种不良效应会影响到人类生存的方方面面，甚至造成不可逆转的破坏。随着社会的不断发展，人类对环境的重视程度和保护意识一直在不断增强。为了取代以塑料为代表的石油基材料，各国都在实施可持续发展战略，努力寻求绿色环保的替代品。而其中，生物可降解材料不仅无毒害且环保，而且可食用、可作为活性成分的载体，同时还能有效保持包装食品的营养和风味。近年来食品包装行业对生物可降解材料的需求也在不断增加。所以，该领域具有巨大的环境和商业潜力，是食品包装行业的重要组成部分。

2、最常见的应用于食品包装薄膜的生物可降解性基质材料是蛋白质和多糖。在湿法制备时，它们通过各种分子间的相互作用形成具有网络结构的凝胶，在失去部分水分后即可得到薄膜。这种薄膜易降解，不会污染环境；并且具有良好的阻隔性能，可以有效阻止空气中的水汽、氧气、紫外线等不利因素渗入，以免影响食品的品质；同时还可以作为营养成分、活性成分、抗菌成分等的载体，提高食品包装的附加值。其中，乳清蛋白由于其出色的凝胶形成特性，而被建议应用于食品包装薄膜。同时，乳清蛋白膜还可以充当多种活性成分的载体、包埋抗菌剂，从而起到保护敏感的活性成分、控制食品表面污染的作用，以提高食品的质量并延长保质期。更重要的是，乳清蛋白薄膜在许多方面表现出来的优势，如氧气阻隔性能优异、弹性和透明度更好、更耐溶剂、无气味、营养价值高等，远远大于竞争性蛋白质薄膜或多糖薄膜。然而，只含乳清蛋白的薄膜可能具有结构缺陷，其机械性能一般、水蒸气透过率较高。即便现在有许多研究成果(如加入甘油塑化剂)可以有效改善乳清蛋白薄膜的各项性能，但在机械性能、热性能、结构等方面的提升依然不理想，或者由于其它复杂因素而无法实现规模化、工业化生产。因此，在改善乳清蛋白薄膜的物理机械性能方面，仍旧有进一步提升的可能性。同时，对于活性物质的包埋和负载，对于食品工业是一个技术需求。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种具有优异的加工功能和营养功能的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜，并且，本发明还提供了该可食性乳清蛋白膜的制备方法和应用。

2、技术方案：本发明所述的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜由包含营养强化剂、乳清蛋白、甘油和水的成膜液经成膜处理制得。

3、进一步地，所述营养强化剂为非蛋白质氨基酸，选自为l-牛磺酸、l-茶氨酸或l-瓜氨酸中一种或多种，营养强化剂在成膜液中的浓度为0.25-2.0g/l，优选为0.5g/l。

4、进一步地，所述成膜液中甘油和乳清蛋白的质量比为1:2-1:3，优选为1:2.5。

5、进一步地，所述成膜液的ph为8.0。

6、进一步地，所述乳清蛋白为乳清分离蛋白(wpi)或乳清浓缩蛋白(wpc)。

7、本发明所述的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜的制备方法包括以下步骤：

8、(1)取乳清蛋白溶解于水中制得乳清蛋白溶液，用碱溶液调节乳清蛋白溶液的ph后进行水浴处理，结束后取出冷却，得乳清蛋白溶液；

9、(2)往碱性乳清蛋白溶液中添加甘油和营养强化剂，充分搅拌至完全溶解，得成膜液；

10、(3)将成膜液进行成膜处理，即得负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜。

11、进一步地，步骤(1)中，所述调节乳清蛋白溶液的ph采用naoh溶液，naoh溶液的浓度为2mol/l，ph调节至8.0；所述水浴处理的条件为：85-95℃加热20-35min。

12、进一步地，步骤(3)中，所述成膜处理的过程为：将成膜液均匀平铺于基底材料上，自然风干后于温度为24-30℃和相对湿度为50-60％的条件下平衡24-48h。

13、本发明所述的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜在作为活性物质载体或改造包装膜材料的添加剂中的应用。

14、发明原理：在本发明中，向乳清蛋白薄膜中添加非蛋白质氨基酸以改善其物理机械性能。牛磺酸、茶氨酸和瓜氨酸均属于非蛋白质氨基酸，它们都可以从天然食品中提取获得。将它们适量加入食品中，不仅无毒无害，而且还会产生多种对人体有益的生理活性。例如，牛磺酸具有抗炎、抗氧化、参与胆汁酸结合、稳定膜结构、维持钙稳态、调节渗透压和免疫调节等重要的生理功能。茶氨酸则在抗氧化、免疫调节、抑制神经传递从而镇静情绪等方面显现出独特的功效。而瓜氨酸参与精氨酸合成、氮平衡、合成代谢过程、蛋白质合成、生长发育、肠道稳态和肌肉性能等重要的生物过程。目前，天然的牛磺酸、茶氨酸和瓜氨酸作为营养强化剂应用于食品中已获得批准。

15、牛磺酸可以稳定蛋白质和水溶剂之间的氢键数量，并且可以诱导最有序的溶剂结构形成，增强蛋白质天然结构的稳定性。茶氨酸可以通过特定的途径调节蛋白质代谢。在其它相关的研究中还发现，通过胆固醇代谢和视黄醇代谢途径，茶氨酸可以改善葡聚糖硫酸钠诱导的炎症性肠病。瓜氨酸可在不同ph下与牛血清白蛋白发生淬灭作用，改变蛋白质的结构和功能，进而可能改变其在溶液体系中的分布行为，从而影响蛋白质的稳态。这些非蛋白质氨基酸与蛋白之间潜在的作用，为其在食品中的应用提供了基础。然而，目前还没有将这些非蛋白质氨基酸加入蛋白膜体系中以提高膜的功能性；此外这种添加，又可实现利用蛋白膜来负载生物活性物质。通过评估三种非蛋白质氨基酸对乳清蛋白膜的机械性能、光学性能、与水分相关的物理性能、热性能以及微观结构的影响，发现这些非蛋白质氨基酸对蛋白膜的功能性有极大的提升作用。

16、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

17、(1)本发明证实了乳清蛋白可以薄膜的形式负载l-牛磺酸、l-茶氨酸或l-瓜氨酸，也系统地阐述了l-牛磺酸、l-茶氨酸和l-瓜氨酸可显著提高乳清蛋白膜的功能性，且不破坏乳清蛋白膜自身优质的透明性和视觉感官质量；

18、(2)本发明寻找到了最优的l-牛磺酸、l-茶氨酸和l-瓜氨酸的添加量，其浓度均为0.5g/l；也挖掘到了以上三种非蛋白质氨基酸可作为蛋白基质食品体系的添加剂；

19、(3)本发明将l-牛磺酸、l-茶氨酸和l-瓜氨酸分别与乳清蛋白相结合，实现了添加剂的选择、蛋白膜加工功能性和营养性共同提升。

技术特征：

1.一种负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜，其特征在于，所述乳清蛋白膜由包含营养强化剂、乳清蛋白、甘油和水组成的成膜液经成膜处理制得。

2.根据权利要求1所述的可食性乳清蛋白膜，其特征在于，所述营养强化剂为非蛋白质氨基酸，选自l-牛磺酸、l-茶氨酸或l-瓜氨酸中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的可食性乳清蛋白膜，其特征在于，所述成膜液中营养强化剂的浓度为0.25-2.0g/l。

4.根据权利要求1所述的可食性乳清蛋白膜，其特征在于，所述成膜液中甘油和乳清蛋白的质量比为1:2-1:3。

5.根据权利要求1所述的可食性乳清蛋白膜，其特征在于，所述乳清蛋白为乳清分离蛋白(wpi)或乳清浓缩蛋白(wpc)。

6.一种权利要求1所述的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的可食性乳清蛋白膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调节乳清蛋白溶液的ph采用的naoh溶液。

8.根据权利要求6所述的可食性乳清蛋白膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水浴处理的条件为：85-95℃加热20-35min。

9.根据权利要求6所述的可食性乳清蛋白膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述成膜处理的过程为：将成膜液均匀平铺于基底材料上，自然风干后于温度为24-30℃和相对湿度为50-60％的条件下平衡24-48h。

10.一种权利要求1-5任一项所述的负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜在作为活性物质载体或活性物质作为改造包装膜材料的添加剂中应用。

技术总结
本发明公开了一种负载氨基酸的可食性乳清蛋白膜及其制备方法和应用，乳清蛋白膜由包含乳清蛋白、营养强化剂、甘油和水的成膜液经成膜处理制得，营养强化剂为非蛋白质氨基酸；乳清蛋白膜制备方法为：(1)取乳清蛋白溶解于水中，用碱溶液调节pH后进行水浴处理，结束后取出冷却，得碱性乳清蛋白溶液；(2)往上述溶液中添加甘油和营养强化剂，充分搅拌至完全溶解，得成膜液；(3)将成膜液进行成膜处理，即得可食性乳清蛋白膜。本发明将具有生理活性的L‑牛磺酸、L‑茶氨酸或L‑瓜氨酸加入到乳清蛋白溶液中以制备机械性能、溶胀性、透气性、溶解性及热塑性都得到显著改进的可食性乳清蛋白膜，实现了乳清蛋白膜加工功能性和营养功能性的共同提高。

技术研发人员：王耀松,黄涵之,刘宸,杜明慧,危斌
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13