一種乳清蛋白/TiO₂可食用複合膜及其製備方法

2023-11-30 15:48:06 2

專利名稱：：一種乳清蛋白/TiO2可食用複合膜及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於功能乳品及食品包裝領域，具體涉及一種乳清蛋白/1102可食用複合膜及其製備方法。該複合膜具有抗紫外線效果，可以根據需要添加不同量的納米Ti02而得到不同白色的複合膜。
背景技術：
：傳統的包裝材料價格低廉，加工方便，但是因其無法被微生物降解而造成環境汙染，危害人類的健康。隨著人們生活水平的日益提高，人們越來越關注環境安全問題，因此"綠色包裝"引起人們越來越多的重視。其中可食用膜以其安全、無毒、無汙染和可食用性等優良品質受到越來越多的關注，並有取代傳統塑料包裝之勢。可食用膜是以天然可食性物質(如脂類，多糖，蛋白質等)為原料，添加可食用的增塑劑、交聯劑等，通過不同分子間相互作用，並以包裹、塗布、微膠囊等形式覆蓋於食品表面或內部的薄膜，可以阻隔水氣、氧氣或各種溶質的滲透，對食品起保護作用。目前較多的是以脂類、多糖、蛋白質等為原料製成的可食性膜。例如，公開號為CN101199314的中國專利中請介紹了一種穀氨醯胺轉氨酶改性蛋白製備可食性膜的新工藝；公開號為CN101538407的中國專利申請介紹了一種小麥蛋白質/甲基纖維素複合型可食性膜的製備方法。乳清蛋白是乾酪生產中的副產品之一。乳清蛋白是牛奶乳清中存在的一類重要蛋白質，具有很高的營養價值和生物學效價。乳清蛋白可食用包裝材料是一種無廢棄物的資源型包裝材料，可使資源得到最大限度的利用，符合當代可持續發展原則和建設環境友好型社會的要求。近年來，乳清蛋白作為可食用膜基料並因其良好的營養特性及成膜能力，而成為研究的熱點。例如，公開號為200710190608.5的中國專利中請介紹了一種乳清蛋白為基質的可食用膜的製備方法；公開號為200910079773.2的中國專利申請介紹了乳清蛋白膜及其製備方法與應用。食品在貯藏過程中紫外線能夠誘導腐敗變質，而目前以乳清蛋白為基料的可食用膜對紫外線的阻擋能力較差，因此提高食品包裝的抗紫外線能力勢在必行。納米Ti02氧化活性較高、化學穩定性好，對環境無汙染、對人體無毒害，成本低、應用範圍廣，是目前廣泛應用的納米光催化材料之一。但是，目前國內外尚未見到向乳清蛋白膜中添加納米1102以阻擋紫外線照射的相關報導。
發明內容本發明的目的在於提供一種乳清蛋白/Ti02可食用複合膜。本發明的另一目的在於提供一種上述乳清蛋白/1102可食用複合膜的製備方法。—種乳清蛋白/Ti02可食用複合膜，該複合膜是在添加增塑劑的情況下將乳清蛋白溶液和納米1102混合而製成的，其中，納米1102與乳清蛋白的重量比為(0.1-2):100。所述乳清蛋白溶液的質量體積比濃度為7-12%，溶劑為水。所述乳清蛋白是乳清分離蛋白(wheyproteinisolate,簡稱WPI)。所用納米Ti02顆粒的粒徑範圍在20-100nm。所述複合膜的厚度為90-115iim，拉伸強度為5.29-11.15N/mm2，水蒸氣透過係數為1.25-lgmm/hm2kPa，透光率在可見光400nm和800nm處分別為68.95-1.11%禾口79.77-6.23%。—種乳清蛋白/Ti02可食用複合膜的製備方法，包括如下操作步驟(1)將質量百分比濃度為7_12%的乳清蛋白溶液在磁力攪拌器上持續攪拌，待其充分溶解後，調節pH至7-9;(2)將步驟(1)所得溶液在70-9(TC水浴中加熱20-40min，待冷卻至室溫後，加入增塑劑，其中，增塑劑與乳清蛋白的重量比為(0.4-0.6):1;(3)再向步驟(2)所得溶液中加入納米1102，充分攪拌至納米1102完全分散後超聲波脫氣，得到成膜液，其中，納米1102與乳清蛋白的重量比為(0.1-2):100;(4)將上述成膜液加入到平底有機玻璃器皿中，其中，成膜液的用量為0.09-0.lg/cm2，在20-24°C，相對溼度為54-58%的條件下平衡至少48h，製得厚度為90-115iim的複合膜。所述增塑劑為甘油或山梨醇。本發明的有益效果本發明將無機納米粒子1102引入到有機相中，提高了複合材料性能。同現有可食用膜相比，本發明的複合膜具有較好的抗紫外線效果，同純乳清蛋白膜相比，本發明的複合膜除可以有效的減少紫外線照射引起的食品腐敗變質，從而延長食品的貨架期外，還有較強的機械強度，且水蒸氣透過率降低。圖1是WPI膜及WPI/Ti02複合膜的透光率變化曲線；圖2是WPI膜及WPI/Ti02複合膜的在200-280nm透光率變化曲線；圖3是WPI及WPI/Ti02複合膜的實物圖。(a)WPI膜;(b)WPI/Ti02複合膜(Ti02與WPI的重量比為2:100)具體實施例方式以下製備實施例中關於膜厚度、拉伸性能、水蒸汽透過係數(WVP)、透光率及紫外線阻擋情況的測定方法如下(1)複合膜厚度的測定方法使用數顯千分尺測量膜的厚度。[OO27](2)拉伸強度的測定方法參照ASTM(1995)法，使用TMS-Pro質構儀測定拉伸性能，其中拉伸速度為lmm/s。拉伸強度(TS，N/mm2)按式(1)計算:"5*=x『a)式(1)中，Ft——最大拉力(N);L——膜樣品的厚度(mm)W——膜樣品的寬度(mm)(3)水蒸汽透過係數(WVP)的測定方法參照GB1037-88法，採用擬杯子法進行測定。水蒸氣透過係數按式(2)計算2,—、WXX式(2)中，W-(2)x—A——T——AP--透溼杯的增重(g);-膜的厚度(mm);-膜外露面積(cm2);-測量間隔時間(h);—膜兩側的水蒸氣壓差(kPa)採用紫外-可見分光光度法測定膜在(4)透光率及紫外線透過率的測定200-800nm波長處的透光率。實施例1(1)將質量百分比濃度為10%的乳清分離蛋白水溶液在磁力攪拌器上持續攪拌2h，使其充分溶解，調節pH至8;(2)將步驟(1)所得溶液在7(TC水浴中加熱30min，待冷卻至室溫後，加入甘油，其中，甘油與乳清分離蛋白的重量比為0.5:1;(3)再向步驟(2)所得溶液中加入納米Ti02，充分攪拌至納米Ti02完全分散後超聲波脫氣，得到成膜液，其中，納米Ti02與乳清蛋白的重量比詳見表1;(4)準確稱取5g上述成膜液加入到直徑8cm的有機玻璃皿中，置於恆溫恆溼箱中，在22±2°C，相對溼度為56±2%的條件下，平衡4h，製得本發明的複合膜。作為對照的WPI膜，其製備方法同本發明複合膜的製備方法，僅步驟(3)不同，即在步驟(2)的溶液中不加入納米1102，而直接將溶液超聲波脫氣，得到成膜液。表1納米Ti02與乳清分離蛋白的重量比及其相應膜的參數tableseeoriginaldocumentpage5:0050]注字母a和b表示著性差異分析結果，不同字母代表有顯著性差異(P《0.05)，相同字母表示無顯著性差異。由表1可見，本發明所製備的複合膜的厚度與WPI膜基本相同。本發明複合膜的拉伸強度同WPI膜相比，有所增強。當複合膜中1102:wpi的重量比大於等於i:ioo時，同wpi膜相比，複合膜的水蒸氣透過性明顯降低，即複合膜對水蒸氣的阻擋能力明顯提高。從表1、圖1和圖2可以看出，在200-800nm範圍內，WPI膜的透光率最高，隨著Ti02添加量的增加而逐漸降低，膜的透光率明顯降低，膜的透明度降低，說明納米1102的WPI中的分散降低了複合膜的透明度。同時，在200-400nm紫外線波長範圍內，隨著WPI複合膜中1102添加量的增加，對紫外線的阻擋作用明顯增強。在紫外線波長200-280nm範圍內，Ti02濃度大於等於1%時，WPI複合膜將紫外線完全阻擋。結果表明，WPI/Ti02複合膜對紫外線有很好的阻擋作用。從圖3也可看到本發明複合膜的透光率明顯低於WPI膜。實施例2(1)將質量百分比濃度為7%的乳清分離蛋白水溶液在磁力攪拌器上持續攪拌2h，使其充分溶解，調節pH至7;(2)將步驟(1)所得溶液在8(TC水浴中加熱30min，待冷卻至室溫後，加入甘油，其中，甘油與乳清分離蛋白的重量比為0.4:1;(3)再向步驟(2)所得溶液中加入納米Ti02，充分攪拌至納米Ti02完全分散後超聲波脫氣，得到成膜液，其中，納米1102與乳清蛋白的重量比1:100;(4)準確稱取5g上述成膜液加入到直徑8cm的有機玻璃皿中，置於恆溫恆溼箱中，在22±2°C，相對溼度為56±2%的條件下，平衡48h，製得本發明的複合膜。作為對照的WPI膜，其製備方法同上述複合膜的製備方法，僅步驟(3)不同，即在步驟(2)的溶液中不加入納米1102，而直接將溶液超聲波脫氣，得到成膜液。利用上述方法得到的複合膜厚度為90-115iim，拉伸強度為5.83±0.54N/mm、水蒸氣透過率為1.23±0.02gmm/hm2kPa在紫外線波長200-280nm範圍內將紫外線完全吸收。而WPI膜的拉伸強度為4.34±0.26N/mm2，水蒸氣透過率為1.46±0.Olgmm/hm2kPa。兩者相比，複合膜的拉伸強度有所提高，水蒸氣透過率明顯降低，阻擋紫外線的能力明顯增強。實施例3(1)將質量百分比濃度為12%的乳清分離蛋白水溶液在磁力攪拌器上持續攪拌2h，使其充分溶解，調節pH至9;(2)將步驟(1)所得溶液在9(TC水浴中加熱30min，待冷卻至室溫後，加入甘油，其中，甘油與乳清分離蛋白的重量比為0.6:1;(3)再向步驟(2)所得溶液中加入納米Ti02，充分攪拌至納米Ti02完全分散後超聲波脫氣，得到成膜液，其中，納米1102與乳清蛋白的重量比1:100;(4)準確稱取5g上述成膜液加入到直徑8cm的有機玻璃皿中，置於恆溫恆溼箱中，在22±2°C，相對溼度為56±2%的條件下，平衡48h，製得本發明的複合膜。作為對照的WPI膜，其製備方法同上述複合膜的製備方法，僅步驟(3)不同，即在步驟(2)的溶液中不加入納米1102，而直接將溶液超聲波脫氣，得到成膜液。利用上述方法得到的複合膜厚度為90-115iim，拉伸強度為9.48±0.85N/mm、水蒸氣透過率為1.01±0.Olgmm/hm2kPa，在紫外線波長200-280nm範圍內，將紫外線完全阻擋。而WPI膜的拉伸強度為7.29±0.72N/mn^，水蒸氣透過率為1.18±0.03gmm/hm2kPa。兩者相比，複合膜的拉伸強度有所提高，水蒸氣透過率明顯降低，阻擋紫外線的能力明顯增強。權利要求一種乳清蛋白/TiO2可食用複合膜，其特徵在於，所述複合膜是在添加增塑劑的情況下將乳清蛋白溶液和納米TiO2混合而製成的，其中，納米TiO2與乳清蛋白的重量比為(0.1-2)∶100。2.根據權利要求1所述的乳清蛋白/1102可食用複合膜，其特徵在於，所述乳清蛋白溶液的質量百分比濃度為7-12%。3.根據權利要求1或2所述的乳清蛋白/1102可食用複合膜，其特徵在於，所述乳清蛋白是乳清分離蛋白。4.一種權利要求1所述乳清蛋白/1102可食用複合膜的製備方法，其特徵在於，包括如下操作步驟(1)將質量百分比濃度為7-12%的乳清蛋白溶液在磁力攪拌器上持續攪拌，待其充分溶解後，調節pH至7-9;(2)將步驟(1)所得溶液在70-9(TC水浴中加熱20-40min，待冷卻至室溫後，加入增塑劑，其中，增塑劑與乳清蛋白的重量比為(0.4-0.6):1;(3)再向步驟(2)所得溶液中加入納米1102，充分攪拌至納米1102完全分散後超聲波脫氣，得到成膜液，其中，納米1102與乳清蛋白的重量比為(0.1-2):100;(4)將上述成膜液加入到平底有機玻璃器皿中，其中，成膜液的用量為0.09-0.lg/cm2，在20-24t:，相對溼度為54-58%的條件下平衡至少48h，製得厚度為90-115ym的複合膜。5.根據權利要求4所述的乳清蛋白/1102可食用複合膜的製備方法，其特徵在於，所述增塑劑為甘油或山梨醇。全文摘要本發明公開了屬於功能乳品及食品包裝領域的一種乳清蛋白/TiO2可食用複合膜。該複合膜是在添加增塑劑的情況下將乳清蛋白溶液和TiO2混合而製成的，其中，納米TiO2與乳清蛋白的重量比為(0.1-2)∶100，乳清蛋白溶液的質量百分比濃度為7-12％，複合膜的厚度為90-115μm。本發明還公開了該複合膜的製備方法。本發明的複合膜除可以有效的減少紫外線照射引起的食品腐敗變質，從而延長食品的貨架期外，還有較強的機械強度，且水蒸氣透過率降低。文檔編號G01N3/08GK101775222SQ20091023628公開日2010年7月14日申請日期2009年10月30日優先權日2009年10月30日發明者任發政,冷小京,李豔霞,柴智,王利娜,蔣豔楓申請人:中國農業大學