一种高阻绝性蛋白膜的制备方法及蛋白膜和应用与流程

1.本发明属于可食性膜材料的技术领域，尤其涉及一种高阻绝性蛋白膜的制备方法及蛋白膜和应用。


背景技术：

2.可食性膜也被成为可食用膜，指的是以可食性生物大分子物质作为主要基质，辅之以可食性增塑剂，通过一定的处理工序使各成膜剂分子之间相互作用，进而形成具有一定力学性能和选择透过性的结构致密的薄膜。可食性膜具有可在短时间内分解、不产生有毒化合物以及可循环利用和环保的优点，越来越广泛地应用于食品包装领域。
3.其中，蛋白质具有形成网络、诱导可塑性以及弹性的独特能力，以其作为原料制备得到的可食性膜中，蛋白质分子之间相互作用形成了具有一定机械强度的支撑结构，使得可食性膜具有良好的拉伸强度和延伸性，比其他可食性膜具有更好的机械特性。
4.但是，由于蛋白质的亲水性，在较高湿度下蛋白基可食性膜的阻绝性差，将其应用于食品包装领域具有较大的局限性，无法实现通过隔绝食品与周围环境之间的水分、脂质、挥发物和气体的接触以延长食品稳定性的效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了降低蛋白膜的水蒸气透过系数，提高蛋白膜的阻绝性，提供了一种高阻绝性蛋白膜的制备方法及蛋白膜和应用。
6.第一方面，本发明提供的高阻绝性蛋白膜的制备方法采用以下的技术方案：
7.一种高阻绝性蛋白膜的制备方法，具体包括：
8.s1、取胶原蛋白溶液、壳聚糖溶液以及增塑剂混合，得到预混液；
9.s2、在密闭容器内，利用高速回旋的热气流产生的机械力对所述预混液进行前处理，得到反应液；
10.s3、将所述反应液进行交联、流延以及干燥，得到所述蛋白膜。
11.本发明提供的胶原蛋白溶液中，胶原蛋白选自鱼胶原蛋白、猪胶原蛋白、牛胶原蛋白和鸡胶原蛋白中的一种或多种；在一些优选的实施方式中，胶原蛋白选择为鱼胶原蛋白，鱼胶原蛋白能够与壳聚糖形成具有良好结构的聚合物，从而使得最终得到的。
12.本发明提供的胶原蛋白溶液中，胶原蛋白的平均相对分子质量为1000～5000da，具体可以是1000da、1200da、1500da、2000da、2500da、5000da或它们之间的任意值。
13.本发明提供的壳聚糖溶液中，所述壳聚糖的平均相对分子量为20000～50000da，具体可以是20000da、21000da、23000da、25000da、30000da、50000da或它们之间的任意值；壳聚糖的脱乙酰度为75～80％，具体可以是75％、76％、77％、78％、79％、80％或它们之间的任意值。
14.本发明中，通过在蛋白膜中加入增塑剂克服由于分子间作用力引起的薄膜脆性，可提高薄膜的柔韧性和延展性，蛋白膜中采用的增塑剂具体可以是但不限制于甘油、山梨
醇、丙三醇和聚乙二醇中的一种或多种。
15.本发明提供的预混液中，胶原蛋白、壳聚糖以及增塑剂以特定的质量比配合，可使得最终得到的蛋白膜具有更加良好的聚合物网状结构，从而赋予蛋白膜更好的机械性能和阻绝性能；在一些具体的实施方式中胶原蛋白、壳聚糖以及增塑剂三者的质量比为(5～8):(2～3):(1～3)，更加具体可以是5:2:1、5:2:2、5:2:3、5:3:1、5:3:2、5:3:3、7:3:1、7:2:3、8:2:1、8:3:3或它们之间的任意值；。
16.本发明提供的制备方法中，步骤s2的“高速回旋的热气流”具体指的是：温度为45～50℃的气流通过设置于密闭容器中高速转动的风扇所产生的循环气流；在一些具体的实施方式中，气流的温度可以是45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃或它们之间的任意值。
17.更加具体的，步骤s2所采用的风扇的转速为1500～2500r/min，具体可以是1500r/min、1700r/min、1800r/min、2000r/min、2500r/min或它们之间的任意值。
18.本发明提供的制备方法中，步骤s2的前处理所需的时间为20～30min，具体可以是20min、23min、25min、27min、30min或它们之间的任意值。
19.本发明提供的制备方法中，步骤s3的交联具体指是：将所述反应液于55～60℃的水浴中交联60～70min；在一些具体的实施方式中，交联的温度可以是55℃、56℃、57℃、58℃、60℃或它们之间的任意值，时间可以是60min、62min、65min、68min、70min或它们之间的任意值。
20.本发明提供的制备方法中，步骤s3的干燥具体指的是：将经过所述交联、流延的反应液置于42～45℃下烘干24～48h，得到所述蛋白膜；在一些具体的实施方式中，干燥的温度可以是42℃、43℃、44℃、45℃或它们之间的任意值，时间可以是24h、30h、36h、48h或它们之间的任意值。
21.第二方面，本发明提供的高阻绝性蛋白膜采用以下的技术方案：
22.一种高阻绝性蛋白膜，所述蛋白膜通过以上高阻绝性蛋白膜的制备方法制备得到。
23.第三方面，本发明还提供了以上的高阻绝性蛋白膜在食品包装领域的应用。
24.有益效果：
25.本发明提供的制备方法中，以胶原蛋白、壳聚糖以及增塑剂作为原料配制得到预混液，并采用高速回旋的热气流产生的机械力对预混液进行前处理，接着进行交联、流延以及干燥，可得到具有良好的机械性能和阻绝性能的蛋白膜，且该蛋白膜性能稳定，即使在较高的湿度下仍能够保持较为良好的阻绝性能。推测原因可能是：在前处理的过程中以高速回旋的热气流对胶原蛋白进行改性，高速回旋的热气流的机械力以及热量传递共同作用，改变胶原蛋白的三维空间结构，胶原蛋白的折叠结构部分舒展，使部分基团暴露，且胶原蛋白与壳聚糖发生轻微交联，所得反应液中胶原蛋白的三维结构有利于后续交联过程中胶原蛋白-壳聚糖聚合物的生成，形成具有紧密结构的蛋白膜，从而赋予蛋白膜良好的机械性能和阻绝性能。
附图说明
26.图1为本发明实施例1提供的制备方法中高速回旋的热气流作用于预混液的示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
28.实施例1.
29.本实施例用以说明高阻绝性蛋白膜的制备方法，该方法具体包括以下的步骤：
30.s1、(1)取2g的鱼胶原蛋白(青岛万源山生物科技有限公司)溶于100ml的去离子水中，于50℃的水浴中溶解30min，过滤得到胶原蛋白溶液；
31.(2)取2g的壳聚糖(货号为c915934，macklin)溶解于100ml的2％(v/v)冰醋酸中，于50℃的水浴中搅拌40min，并静置12h后得到壳聚糖溶液；
32.(3)将80ml的胶原蛋白溶液、20ml的壳聚糖溶液和0.6g的甘油室温下搅拌混合10min，得到预混液；
33.s2、参照图1，将预混液置于密闭的容器中，温度为50℃的空气流通过安装在密闭容器上方的转速为1800r/min的风扇形成循环气流，作用于预混液进行前处理30min，得到反应液；
34.s3、将反应液置于62℃的水浴中交联1h，在冰水浴中迅速冷却终止反应后，流延于干净的一次性培养皿中，接着置于45℃的烘箱中烘干24h，得到厚度为0.1mm的蛋白膜。
35.实施例2.
36.本实施例采用实施例1提供的方法制备蛋白膜，不同之处在于，s2中采用温度为45℃的空气流通过安装在密闭容器上方的转速为1800r/min的风扇形成循环气流，作用于预混液进行前处理30min，其他条件相同。
37.实施例3.
38.本实施例采用实施例1提供的方法制备蛋白膜，不同之处在于，s2中采用温度为50℃的空气流通过安装在密闭容器上方的转速为1500r/min的风扇形成循环气流，作用于预混液进行前处理20min；其他条件相同。
39.对比例1.
40.本对比例用以说明高阻绝性蛋白膜的制备方法，该方法具体包括以下的步骤：
41.s1、(1)取2g的鱼胶原蛋白(青岛万源山生物科技有限公司)溶于100ml的去离子水中，于50℃的水浴中溶解30min，过滤得到胶原蛋白溶液；
42.(2)取2g的壳聚糖溶解于100ml的2％(v/v)冰醋酸中，于50℃的水浴中搅拌40min，并静置12h后得到壳聚糖溶液；
43.(3)将80ml的胶原蛋白溶液、20ml的壳聚糖溶液和0.6g的甘油室温下搅拌混合10min，得到预混液；
44.s3、将预混液置于62℃的水浴中交联1h，在冰水浴中迅速冷却终止反应后，流延于干净的一次性培养皿中，接着置于45℃的烘箱中烘干24h，得到厚度为0.1mm的蛋白膜。
45.对比例2.
46.本对比例用以说明高阻绝性蛋白膜的制备方法，该方法具体包括以下的步骤：
47.s1、(1)取2g的鱼胶原蛋白(青岛万源山生物科技有限公司)溶于100ml的去离子水
中，于50℃的水浴中溶解30min，过滤得到胶原蛋白溶液；
48.(2)取2g的壳聚糖溶解于100ml的2％(v/v)冰醋酸中，于50℃的水浴中搅拌40min，并静置12h后得到壳聚糖溶液；
49.(3)将80ml的胶原蛋白溶液、20ml的壳聚糖溶液和0.6g的甘油室温下搅拌混合10min，得到预混液；
50.s2、将预混液置于50℃的水浴中进行前处理30min，得到反应液；
51.s3、将反应液置于62℃的水浴中交联1h，在冰水浴中迅速冷却终止反应后，流延于干净的一次性培养皿中，接着置于45℃的烘箱中烘干24h，得到厚度为0.1mm的蛋白膜。
52.测试例.
53.本测试例用以说明通过实施例1～3提供的方法制备得到的蛋白膜的机械性能以及阻绝性能，并以对比例1和2作为对照，具体为：
54.(1)拉伸强度和断裂伸长率：按照gb13022-91的测试方法进行测定；
55.(2)水蒸气透过系数：按照gb/t 1037-2021的测试方法，在“温度为23.0
±
0.5℃和相对湿度为90％”以及
““
温度为23.0
±
0.5℃和相对湿度为90％”的条件下进行测定。测试结果如表1所示：
56.表1.蛋白膜的机械性能和阻绝性能
[0057][0058]
由测试结果可知，相较于对比例1和2，采用本发明实施例1～3提供的方法制备得到的蛋白膜具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，在湿度为50％以及90％的条件下，水蒸气透过系数较低，该蛋白膜在具有良好机械性能的同时，也具有良好的阻绝性能。
[0059]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，该方法具体包括：s1、取胶原蛋白溶液、壳聚糖溶液以及增塑剂混合，得到预混液；s2、在密闭容器内，利用高速回旋的热气流产生的机械力对所述预混液进行前处理，得到反应液；s3、将所述反应液进行交联、流延以及干燥，得到所述蛋白膜。2.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述胶原蛋白溶液中，胶原蛋白选自鱼胶原蛋白、猪胶原蛋白、牛胶原蛋白和鸡胶原蛋白中的一种或多种；任选地，胶原蛋白的平均相对分子质量为1000～5000da。3.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液中，所述壳聚糖的平均相对分子量为20000～50000da，脱乙酰度为75～80％。4.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述增塑剂选自甘油、山梨醇、丙三醇和聚乙二醇中的一种或多种。5.根据权利要求2～4任一所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述预混液中，胶原蛋白、壳聚糖以及增塑剂的质量比为(5～8):(2～3):(1～3)。6.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述s2中，高速回旋的热气流为：温度为45～50℃的气流通过设置于密闭容器中高速转动的风扇所产生的循环气流；任选地，所述风扇的转速为1500～2500r/min；任选地，所述前处理的时间为20～30min。7.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述s3中，交联为：将所述反应液于55～60℃的水浴中交联60～70min。8.根据权利要求1所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法，其特征在于，所述s3中，干燥为：将经过所述交联、流延的反应液置于42～45℃下烘干24～48h，得到所述蛋白膜。9.一种高阻绝性蛋白膜，其特征在于，所述蛋白膜通过权利要求1～5任一所述的高阻绝性蛋白膜的制备方法制备得到。10.权利要求9所述的高阻绝性蛋白膜在食品包装领域的应用。

技术总结
本发明属于可食性膜材料的技术领域，公开了一种高阻绝性蛋白膜的制备方法及蛋白膜和应用。本发明提供的高阻绝性蛋白膜的制备方法具体包括：S1、取胶原蛋白溶液、壳聚糖溶液以及增塑剂混合，得到预混液；S2、在密闭容器内，利用高速回旋的热气流产生的机械力对所述预混液进行前处理，得到反应液；S3、将所述反应液进行交联、流延以及干燥，得到所述蛋白膜。本发明总通过采用特殊的工艺对胶原蛋白与壳聚糖的预混液进行处理，得到具有致密交联结构的蛋白膜，该蛋白膜具有良好的机械性能和阻绝性能，可被很好地应用于食品包装领域。可被很好地应用于食品包装领域。可被很好地应用于食品包装领域。


技术研发人员：许文婧
受保护的技术使用者：许文婧
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/20