一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺

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一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺
1.本发明涉及食品材料加工技术领域，具体涉及一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺。

背景技术：

2.食品的膜保鲜技术由于其独特的优越性,近几十年的发展非常迅速。此保鲜方法可以抑制食品与环境间的气体交换,减少食品内部水分的蒸发,阻止空气中的氧与食品之间所发生的氧化作用,防止微生物的滋生,从而更好地保持食品的营养价值及、香、味、形,延长其货架寿命。目前，对可食性膜的研究主要集中在选材、工艺和设备等方面，并取得了工业化的成功。然而主要研究的是多聚糖类可食性膜，对可食性蛋白膜的研究还比较少，尤其是以大豆分离蛋白为基料的蛋白膜，更缺乏系统的研究和实际应用。纳米技术已经彻底改变了几乎所有的科技领域，尤其是食品包装行业。因此，一些纳米颗粒可用于食品接触材料，以更长时间保存食品。无机纳米粒子(nps)低挥发性、稳定性和广谱抗食源性病原体活性是三个极其重要的特性。迄今为止，许多无机和金属纳米粒子已经被用于合成活性食品包装材料和延长食品的保质期。用含有这些纳米颗粒的纳米复合材料包装可以增强膜的物理化学性质，如提高蛋白膜的机械性能，阻水性能和抗菌、抗氧化性能，减少了防腐剂的使用和加快抑制微生物生长的反应速度。纳米二氧化钛(tio2)是一种经济、稳定的金属氧化物纳米颗粒，是目前研究最为活跃的无机纳米材料之一，由于其优异的生物相容性、光催化和抗菌性能，它被公认为可用于制作生物降解食品包装薄膜的功能性纳米填料。以大豆分离蛋白为主要膜基质、甘油为增塑剂，分散处理后的纳米tio2为改性剂制备一种高机械强度大豆分离蛋白膜，从而改善大豆蛋白质基膜的性能并将其应用到食品保鲜领域。以满足消费者的需要，进一步提高复合膜的实用性，使其能够商业化大规模生产，并在全民健康饮食中推广优质植物蛋白的健康型食品新型材料。

技术实现要素：

3.针对现有技术不足，本发明提供一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，解决大豆分离蛋白薄膜抗拉强度低、延伸率较差且易导致细菌滋生等问题，提高所得大豆分离蛋白基薄膜的机械强度，实现植物蛋白的营养、健康优势的最大化体现，增加其工业生产产值，同时希望它们可能在不久的将来大规模生产，以创新在食品接触材料中使用纳米粒子的安全方法，为大豆分离蛋白基薄膜的实际生产及产业化应用创造有利条件。
4.为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
5.(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散；(2)再将spi和甘油添加到纳米粒子分散溶液中；(3)在室温下进行搅拌至混合完全，用缓冲溶液调节ph；(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行热处理，并以恒定转速搅拌；(5)混合膜液在室温下进行静置；(6)取成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，并进行恒温干燥。(7)将干燥好的膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中控制2d，获得本发明大豆分离蛋白基膜产品。优选的，步骤(1)中纳米tio2加入到100ml去
离子水中并进行超声分散15min，浓度控制在0％、1％、3％、5％、7％、9％(w/w spi)。优选的，步骤(2)中加入4g spi和1.2g的甘油添加到纳米粒子分散溶液中。优选的，步骤(3)中在室温下进行搅拌40min至混合完全，并用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0。优选的，步骤(4)中混合膜溶液的水浴温度为60℃，转速为1100r/min,反应时间设定为60min。优选的，步骤(5)中将混合膜液在室温下进行静置30min以去除气泡并冷却到室温。优选的，步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，并在60℃下干燥3h。优选的，步骤(7)将干燥好的薄膜从培养皿中取出，置于25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d。优选的，所述将含7％(w/w spi)浓度纳米tio2与4g的大豆蛋白进行复合处理，通过加热搅拌处理获得混合膜液并干燥制得大豆蛋白基薄膜，其中，混合膜液的加热温度为60℃，转速为1100r/min,水浴锅中加热60min，干燥时间60min。
6.本发明提供一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，与现有技术相比优点在于：(1)本发明将不同纳米粒子用于大豆分离蛋白复合薄膜制备，不涉及有毒化学原料，安全绿无污染，为拓展大豆分离蛋白生物质资源的应用提供理论与技术支持。(2)通过固定制备方法优选出一种具有更高机械强度及应用性能的大豆蛋白基薄膜。本发明采用纳米tio2对大豆分离蛋白质进行改性，薄膜产品的疏水键、氢键和二硫键重新结合，使获得的复合薄膜的机械强度和相关性能得到显著提高。(3)本发明通过物理-化学交互作用对膜结构及性能的改进优化，实现纳米粒子复合膜的机械性能的凸显，为创制功能全面的共混膜产品提供了借鉴。
附图说明
7.图1纳米粒子浓度对大豆分离蛋白基薄膜抗拉伸强度的影响；
8.图2纳米粒子浓度对大豆分离蛋白基薄膜断裂伸长率的影响；
9.图3纳米粒子浓度对大豆分离蛋白基薄膜透氧率的影响；
10.图4纳米粒子浓度对大豆分离蛋白基薄膜透水率的影响；
具体实施方式
11.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，包括以下步骤：(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散；(2)再将spi和甘油添加到纳米粒子分散溶液中；(3)在室温下进行搅拌至混合完全，用缓冲溶液调节ph；(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行热处理，并以恒定转速搅拌；(5)混合膜液在室温下进行静置；(6)取成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，并进行恒温干燥。(7)将干燥好的膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中控制2d，获得本发明大豆分离蛋白复合膜产品。
13.实施例1：
14.一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，包括以下步骤：步骤(1)将纳米
tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散15min；步骤(2)再将4g spi和1.2g甘油添加到纳米tio2分散溶液中；步骤(3)在室温下进行搅拌40min至混合完全，用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0；步骤(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行60℃热处理，并以恒定转速1100r/min搅拌60min；步骤(5)混合膜液在室温下进行静置30min以除去气泡并冷却到室温；步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料皿中，并进行恒温干燥；步骤(7)将膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中，在25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d，获得本发明大豆分离蛋白基膜产品。其中，纳米tio2浓度分别设置为0％、1％、3％、5％、7％、9％(w/w spi)。
15.通过如下参数设置：每片膜被切成500
×
100mm的长方形，用质构仪(型号ta-xt2纹理分析仪)测定，设置薄膜固定的初始抓地力分离50mm，并以5mm/s的交叉速度拉伸。检测不同薄膜产品的抗拉伸强度，结果如图1所示。
16.实施例2：
17.一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，包括以下步骤：步骤(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散15min；步骤(2)再将4g spi和1.2g甘油添加到纳米tio2分散溶液中；步骤(3)在室温下进行搅拌40min至混合完全，用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0；步骤(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行60℃热处理，并以恒定转速1100r/min搅拌60min；步骤(5)混合膜液在室温下进行静置30min以除去气泡并冷却到室温；步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料皿中，并进行恒温干燥；步骤(7)将膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中，在25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d，获得本发明大豆分离蛋白基膜产品。其中，纳米tio2浓度分别设置为0％、1％、3％、5％、7％、9％(w/w spi)。
18.通过如下参数设置：每片膜被切成500
×
100mm的长方形，用质构仪(型号ta-xt2纹理分析仪)测定，设置薄膜固定的初始抓地力分离50mm，并以5mm/s的交叉速度拉伸。检测不同薄膜产品的断裂伸长率，结果如图2所示。
19.实施例3：
20.一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，包括以下步骤：步骤(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散15min；步骤(2)再将4g spi和1.2g甘油添加到纳米tio2分散溶液中；步骤(3)在室温下进行搅拌40min至混合完全，用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0；步骤(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行60℃热处理，并以恒定转速1100r/min搅拌60min；步骤(5)混合膜液在室温下进行静置30min以除去气泡并冷却到室温；步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料皿中，并进行恒温干燥；步骤(7)将膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中，在25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d，获得本发明大豆分离蛋白基膜产品。其中，纳米tio2浓度分别设置为0％、1％、3％、5％、7％、9％(w/w spi)。最后，对不同薄膜样品进行透氧率的测定，结果如图3所示。
21.薄膜透氧率测定：锥形瓶中加入1ml亚油酸，涂膜密封。在温度为23℃、相对湿度为50％的条件下，测定材料的氧气透过率op，其中：otr表示为氧气透过率(g/m2·
d)，δp为被测薄膜两侧的蒸汽压差(kpa)，d记为薄膜的平均厚度(m)。计算公式如下:
[0022][0023]
实施例4：
[0024]
一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，包括以下步骤：步骤(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散15min；步骤(2)再将4g spi和1.2g甘油添加到纳米tio2分散溶液中；步骤(3)在室温下进行搅拌40min至混合完全，用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0；步骤(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行60℃热处理，并以恒定转速1100r/min搅拌60min；步骤(5)混合膜液在室温下进行静置30min以除去气泡并冷却到室温；步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料皿中，并进行恒温干燥；步骤(7)将膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中，在25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d，获得本发明大豆分离蛋白基膜产品。其中，纳米tio2浓度分别设置为0％、1％、3％、5％、7％、9％(w/w spi)。最后，对不同薄膜样品进行透水率的测定，结果如图4所示。
[0025]
薄膜透水率测定：在称量瓶中加入1.5g无水cacl2，以保持称量瓶内相对湿度为0％。每个称量瓶都是用薄膜封住口。然后将称量瓶放入恒温恒湿培养箱，设置温度为25℃，湿度为83％rh 7d，每隔24h称重一次，直到达到恒重。透水率(wvp)根据以下公式计算：
[0026][0027]
根据说明书附图实验结果可知，随着纳米tio2浓度的提高，抗拉伸强度ts随着纳米tio2的增加而增加，这种现象可能由于纳米tio2作为基质中的有效填料，具有较大的表面积，被均匀地“镶嵌”在大豆蛋白膜的无定形区，并与其肽链侧链间建立了强烈的界面相互作用，而断裂伸长率e随着纳米tio2的增加而下降，这些结果均表明纳米tio2的加入使spi基膜的力学性能显著提高。对于食品包装中的可食用聚合物薄膜而言，其透水性和透氧性是很重要的性能，从图3中可以看出对比spi薄膜，复合薄膜的透水率呈现显著差异(p《0.05)，明显下降。这是由于纳米tio2用量较低时，纳米粒子在大豆蛋白膜的无定形区域分散均匀，并与大豆蛋白肽链侧链产生相互作用，使形成的复合膜致密均匀，改变了水分子在膜中的渗透路径，增强了复合膜的阻水性能；当纳米tio2用量过高(9％)时，纳米粒子的二次团聚现象会增强，从而使复合膜的致密性变差，因而透水率上升。由于蛋白质分子排列比较紧密，spi膜结构比较致密，因此膜的阻氧性较好，氧气分子难于通过。相比之下，随纳米tio2添加量的不断添加，复合薄膜的透氧率一直增大，这是因为纳米tio2为spi膜表面提供了介孔结构，证明在该成膜条件下，纳米材料能更好地与有机相相结合。综上，选择纳米tio2浓度为7％，
[0028]
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

技术特征：

1.一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米tio2添加到烧杯中的去离子水中，使用超声波处理器(jra-650，中国)和探头(20khz，φ6)进行超声分散；(2)再将spi和甘油添加到纳米粒子分散溶液中；(3)在室温下进行搅拌至混合完全，用缓冲溶液调节ph；(4)将混合膜液置于数显恒温水浴锅中进行热处理，并以恒定转速搅拌；(5)混合膜液在室温下进行静置；(6)取成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，并进行恒温干燥。(7)将膜从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中控制2d，获得本发明大豆分离蛋白复合膜产品。2.根据如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(1)中纳米tio2加入到100ml去离子水中并进行超声分散15min，浓度控制在7％(w/w spi)。3.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(2)中加入4g spi和1.2g的甘油添加到纳米粒子分散溶液中。4.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(3)中在室温下进行搅拌40min至混合完全，并用盐酸缓冲溶液(2m)调节ph为10.0。5.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(4)中混合膜溶液的水浴温度为60℃，转速为1100r/min,反应时间设定为60min。6.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(5)中将混合膜液在室温下进行静置30min以去除气泡并冷却到室温。7.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(6)取15ml成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，并在60℃下干燥3h。8.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤(7)将干燥好的薄膜从培养皿中取出，置于25℃和50％相对湿度(rh)的控制条件下2d。9.如权利要求1所述的一种高机械强度大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：所述将含7％(w/w spi)浓度纳米tio2与4g的大豆蛋白进行复合处理，通过加热搅拌处理获得混合膜液并干燥制得大豆分离蛋白复合薄膜，其中，混合膜液的加热温度为60℃，转速为1100r/min，水浴锅中加热60min，干燥时间60min。

技术总结

本发明提供一种高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺，涉及食品加工技术领域。所述高机械强度大豆分离蛋白复合膜制备工艺主要包括：纳米TiO2的超声分散、对蛋白质进行纳米粒子以及加热复合改性处理、干燥成膜等步骤。本发明改善了现有成膜技术的不足，提供一种高机械强度大豆分离蛋白膜制备工艺，解决大豆分离蛋白薄膜机械强度差、阻水性能和透氧性能差等问题，同时，提高了大豆分离蛋白在食品加工技术领域的应用，本发明大豆分离蛋白复合薄膜产品具有强机械性能、较高的阻水性能和优异的透氧性能等优点，且有利于促进无机纳米材料和大豆加工行业的联合发展，以期实现大豆加工行业的综合全利用性。业的综合全利用性。