一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法
2023-07-24 04:59:01 1
一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法，包括以下步驟：(1)配製濃度為4mg/mL～12mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為8-9靜置1-2h；向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分數為40-80％，靜置15-30min，再加入交聯劑，靜置交聯反應14-20h，濃縮、乾燥，得到納米花生蛋白顆粒；(2)將基質、甘油用蒸餾水溶解，70-90℃水浴15-30min，冷卻，得到基質溶液；(3)將納米花生蛋白顆粒用蒸餾水溶解，得到納米花生蛋白顆粒溶液，將其移入基質溶液中，調節溶液的pH為10-12，真空脫氣5-10min，制膜，乾燥，即得。本發明製備的納米花生蛋白高分子複合膜的機械性能和阻水性能得到了顯著的改善，可廣泛應用於包裝工業。
【專利說明】一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業化進程的發展，環境汙染問題越來越突出，而塑料膜作為工業化的一種 產物，也出現了許許多多的環境問題而影響人們的生活。隨著這些問題的出現和環境問題 的日漸嚴峻，尋找一種可以替代傳統塑料膜的材料也越來越受到更多人的關注。利用高分 子如澱粉、蛋白質、纖維素和甲殼素等為原料生產可生物降解的薄膜已成為研究和開發的 執佔。
[0003] 澱粉由於來源豐富、廉價並有可再生和生物降解性的優點，被人們看作是包裝材 料行中最有應用前途的天然聚合物之一，但是，由於澱粉膜材料較弱的機械性能和較差的 阻隔性能，限制了其在工業上的應用。
[0004] 大豆蛋白是一類天然高分子化合物，具有可再生、來源廣泛、可生物降解、無汙染 等特性，利用其成膜特性，大豆蛋白可作為塑料膜的一種替代產品，大豆蛋白膜對氧氣和二 氧化碳具有優良的阻隔性能，但是由於蛋白質具有較強的親水作用，其對水蒸氣的阻隔作 用較差，加之較差的機械性能，因此限制了其在食品包裝工業中的應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種納米花生蛋白高分子複合膜及其製備方法，以花生分離 蛋白為原料，利用反溶劑法製備出納米花生蛋白顆粒，再將製備的納米花生蛋白顆粒作為 剛性增強材料加入到大豆分離蛋白或玉米澱粉基質中，通過溶液加熱共混製備納米蛋白顆 粒/大豆分離蛋白或納米蛋白顆粒/玉米澱粉複合薄膜材料。
[0006] 為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0007] -種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)配製濃度為4mg/mL?12mg/mL的花生分離蛋白溶液，調節溶液的pH為8-9， 靜置l-2h ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為40-80%，靜置15-30min，再向混合溶液中加入交聯劑，交聯劑的加入量與混合溶液體 積的0. 3-0. 8%，室溫下靜置交聯反應14-20h，蒸發回收乙醇，濃縮、乾燥，得到納米花生蛋 白顆粒；
[0009] (2)將基質、甘油用蒸餾水溶解，70-90°C水浴15-30min，冷卻，得到基質溶液，其 中基質、甘油、蒸餾水加入量的比為5g: (2-4)g :(70-90)mL ;
[0010] ⑶將步驟⑴製得的納米花生蛋白顆粒用蒸餾水溶解，得到納米花生蛋白顆粒 溶液，納米花生蛋白顆粒加入量為步驟（2)中基質質量的1-7. 5%，將納米花生蛋白顆粒溶 液移入到步驟（2)製得的基質溶液中，調節溶液的pH為10-12,真空脫氣5-10min，制膜，即 得；
[0011] 步驟⑴和⑶中，採用lmol/L的NaOH溶液調節溶液的pH。
[0012] 步驟（1)中，所述交聯劑為質量濃度0.5 %的戊二醛溶液；
[0013] 步驟（2)中，所述基質為大豆分離蛋白或玉米澱粉；
[0014] 步驟（2)與步驟（3)中，溶解用的蒸餾水的體積比為（7-9) :(1-3)。
[0015] 步驟（3)中，制膜的方法為將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液倒入培養皿中， 在60-70°C乾燥6-10小時。
[0016] 優選的，步驟（1)中，交聯劑的加入量為混合溶液體積的0. 5%。
[0017] 優選的，步驟⑵中，基質、甘油、蒸餾水加入量的比為5g:3g :80mL。
[0018] 優選的，步驟（3)中，制膜的方法為將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液80g倒入 直徑為150mm的培養皿中，65°C乾燥8h。
[0019] 本發明相對於現有技術具有如下有益效果：
[0020] (1)本發明製備的納米花生蛋白高分子複合膜的機械性能和阻水性能得到了顯著 的改善，可廣泛應用於包裝工業；
[0021] (2)通過調節納米花生蛋白顆粒的加入量，可有效改善和調節複合膜的機械性能、 膜透光率、膜水溶性、膜透水性、膜熔融特性等相關的膜性能，使之符合不同領域的包裝工 業對複合膜的性能要求；
[0022] (3)採用反溶劑法製備的納米花生蛋白顆粒具有純度高、粒徑分布均勻的優點，而 且無需專門的設備和複雜的操作條件，生產成本較低；
[0023] (4)本發明的製備方法所用的原料來源廣泛、價格低廉、可生物降解、對環境友好、 方便易、安全無毒，提高了原料的綜合利用率，創造了良好的社會經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖la、圖lb為本發明實施例1製備的納米花生蛋白顆粒的掃描電鏡圖；
[0025] 圖2a為本發明實施例1製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0026] 圖2b為本發明實施例2製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0027] 圖2c為本發明實施例3製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0028] 圖2d為本發明實施例4製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0029] 圖2e為本發明比較例1製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0030] 圖2f為本發明比較例2製備的納米花生蛋白高分子複合膜的表面SEM圖；
[0031] 圖3a為本發明實施例1製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0032] 圖3b為本發明實施例2製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0033] 圖3c為本發明實施例3製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0034] 圖3d為本發明實施例4製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0035] 圖3e為本發明比較例1製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0036] 圖3f為本發明比較例2製備的納米花生蛋白高分子複合膜的段截面SEM圖；
[0037] 圖4為納米花生蛋白高分子複合膜的熔融特性圖，其中A為比較例2, B為實施例 1，C為實施例2, D為實施例3, E為實施例4, F為比較例1。
【具體實施方式】
[0038] 結合實施例對本發明作進一步的說明，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本 發明，並不對其內容進行限定。
[0039] 實施例1
[0040] 一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0041] (1)配製10mL濃度為12mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為9,室溫 下靜置lh ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為80%，靜置15min，再向混合溶液中加入0.5%的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品；
[0042] (2)將5g大豆分離蛋白，3g甘油，加入盛有80mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min 後，80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到大豆分離蛋白溶液；
[0043] (3)取步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒0.050g用20mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為11，真空脫氣5min，將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液80g 倒入直徑為150mm的培養皿中，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於相對溼度為67%的幹 燥器中保存；即得。
[0044] 製得的納米花生蛋白顆粒的粒徑採用動態雷射光散射儀（產品型號：Dynapro Nanostar，美國懷雅特技術公司）進行測定，本實施例的納米花生蛋白顆粒平均粒徑為 200nm〇
[0045] 製得的納米花生蛋白高分子複合膜的膜厚度採用螺旋測微儀進行測定，在待測膜 上隨機取5個點分別測量其厚度，取其平均值即為膜厚度，本實施例的納米花生蛋白高分 子複合膜的膜厚度為150um。
[0046] 實施例2
[0047] -種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0048] (1)配製10mL濃度為8mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為8. 5,室溫 下靜置lh ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為60 %，靜置15min，再向混合溶液中加入0. 5 %的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品，平均粒徑為250nm ;
[0049] (2)將5g大豆分離蛋白，2g甘油，加入盛有70mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min 後，80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到大豆分離蛋白溶液；
[0050] (3)取步驟⑴製得的納米花生蛋白顆粒0. 100g用30mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為11，真空脫氣5min，將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液85g 倒入直徑為150mm的培養皿中，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於相對溼度為67%的幹 燥器中保存，即得納米花生蛋白高分子複合膜，膜厚度為200um。
[0051] 實施例3
[0052] -種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0053] (1)配製10mL濃度為4mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為8. 5,室溫 下靜置lh ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為40 %，靜置15min，再向混合溶液中加入0.5 %的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品，平均粒徑為200nm ;
[0054] (2)將5g大豆分離蛋白，4g甘油，加入盛有90mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min 後，80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到大豆分離蛋白溶液；
[0055] (3)取步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒0.250g用10mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為11，真空脫氣5min，將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液75g 倒入直徑為150mm的培養皿中，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於相對溼度為67%的幹 燥器中保存，即得納米花生蛋白高分子複合膜，膜厚度為l〇〇um。
[0056] 實施例4
[0057] -種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0058] (1)配製10mL濃度為6mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為8. 5,室溫 下靜置2h ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為60 %，靜置30min，再向混合溶液中加入0. 5 %的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品，平均粒徑為250nm ;
[0059] (2)將5g大豆分離蛋白，3g甘油，加入盛有80mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min 後，80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到大豆分離蛋白溶液；
[0060] (3)取步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒0· 375g用20mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為12,真空脫氣5min，將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液80g 倒入直徑為150mm的培養皿中，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於相對溼度為67%的幹 燥器中保存，即得納米花生蛋白高分子複合膜，膜厚度為150um。
[0061] 實施例5:
[0062] 一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0063] (1)配製10mL濃度為12mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為9,室溫 下靜置lh ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為80%，靜置15min，再向混合溶液中加入0.5%的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品；
[0064] (2)將5g玉米澱粉，3g甘油，加入盛有80mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min後， 80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到玉米澱粉溶液；
[0065] (3)取步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒0.050g用20mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為11，真空脫氣5min，將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液80g 倒入直徑為150mm的培養皿中，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於相對溼度為67%的幹 燥器中保存；即得納米花生蛋白高分子複合膜。
[0066] 比較例1 :
[0067] 一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，包括以下步驟：
[0068] (1)配製10mL濃度為12mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為9,室溫 下靜置lh ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分 數為80%，靜置15min，再向混合溶液中加入0.5%的戊二醛溶液作為交聯劑，於室溫下靜 置交聯反應16h ;利用真空濃縮旋轉蒸發器，將溶液中的乙醇溶液蒸發回收，濃縮溫度37°C; 將濃縮完成後的溶液倒出，在_80°C進行真空冷凍乾燥，乾燥時間48h，得到納米花生蛋白 顆粒樣品；
[0069] (2)將5g大豆分離蛋白，3g甘油，加入盛有80mL蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌20min 後，80°C水浴20min，冷卻至常溫，得到大豆分離蛋白溶液；
[0070] (3)取步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒0.500g用20mL蒸餾水溶解，超聲分散， 得到納米花生蛋白顆粒溶液，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到步驟（2)製得的大豆分離蛋 白溶液中，調節溶液的pH為11，真空脫氣5min，制膜，65°C的鼓風乾燥器中乾燥8h，揭膜，於 相對溼度為67%的乾燥器中保存；即得納米花生蛋白高分子複合膜。
[0071] 比較例2:
[0072] 步驟（3)中，不加入納米花生蛋白顆粒，其餘步驟同比較例1。
[0073] 納米花生蛋白高分子複合膜性能實驗：
[0074] 取本發明實施例1、2、3、4製備的納米花生蛋白高分子複合膜，以及比較例1、比較 例2製備的複合膜作為實驗材料。
[0075] 1.膜的機械性能抗拉強度和伸長率測定
[0076] (1)實驗方法：
[0077] 將膜截取成一定規則的形狀（lcmX 10cm長條）進行測定，將膜在一定相對溼度 (50% )下平衡約48h後，利用質構儀測定膜的機械拉伸強度和伸長率，每種膜樣品分別測 定3次，取平均值作為最終結果，其中斷裂強度用U表示，斷裂伸長率用E表示，
[0078] U = F/ (b*d) ；E = (L-L〇)/L〇X 100%
[0079] F-斷裂拉伸力（N);
[0080] b一膜寬（mm);
[0081] d一膜厚（mm)。
[0082] L〇-20(mm)；
[0083] L一膜樣斷裂時標線間距離（mm)。
[0084] (2)實驗結果：
[0085] 本發明實施例和比較例製備的膜的機械性能抗拉強度和伸長率測定結果見表1。
[0086] 表1膜的機械性能抗拉強度和伸長率測定結果
[0087]
【權利要求】
1. 一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 配製濃度為4mg/mL?12mg/mL的花生分離蛋白水溶液，調節溶液的pH為8-9,靜 置l-2h ;向花生分離蛋白水溶液中逐滴加入無水乙醇，至混合溶液中無水乙醇的體積分數 為40-80%，靜置15-30min，再向混合溶液中加入交聯劑，交聯劑的加入量與混合溶液體積 的0. 3-0. 8%，靜置交聯反應14-20h，濃縮、乾燥，得到納米花生蛋白顆粒； (2) 將基質、甘油用水溶解，70-90°C水浴15-30min，冷卻，得到基質溶液，其中基質、甘 油、蒸餾水加入量的比為5g: (2-4) g : (70-90) mL ; (3) 將步驟（1)製得的納米花生蛋白顆粒用水溶解，得到納米花生蛋白顆粒溶液，納米 花生蛋白顆粒加入量為步驟（2)中基質質量的1-7. 5%，將納米花生蛋白顆粒溶液移入到 步驟（2)製得的基質溶液中，調節溶液的pH為10-12,真空脫氣5-10min，制膜，乾燥，即得。
2. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟⑴和⑶中，採用lmol/L的NaOH溶液調節溶液的pH。
3. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟（1)中，所述交聯劑為質量濃度0.5%的戊二醛溶液，交聯劑的加入量為混合溶液體積的 0· 5%。
4. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟（2)中，所述基質為大豆分離蛋白或玉米澱粉。
5. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟⑵與步驟（3)中，溶解用的蒸餾水的體積比為（7-9) :(1-3)。
6. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟（3)中，制膜的方法為將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液倒入培養皿中，在60-70°C幹 燥6-10小時。
7. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟（1)中，交聯劑的加入量為混合溶液體積的0.5%。
8. 如權利要求1所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟⑵中，基質、甘油、蒸餾水加入量的比為5g:3g:80mL。
9. 如權利要求6所述的一種納米花生蛋白高分子複合膜的製備方法，其特徵在於，步 驟⑶中，制膜的方法為將混有納米花生蛋白顆粒的基質溶液80g倒入直徑為150mm的培 養皿中，65°C乾燥8h。
10. 權利要求1至9任一項所述的方法製備的納米花生蛋白高分子複合膜。
【文檔編號】C08L89/00GK104194016SQ201410458698
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】孫慶傑, 熊柳, 夏明濤, 秦洋, 于靖, 劉成珍 申請人:青島農業大學