一种高机械强度抗菌抗氧化大豆分离蛋白复合膜的制备

本发明提供了一种卡拉胶和香芹酚复合大豆蛋白制备具高性能的包装薄膜，它属于天然高分子材料领域中的食品包装材料。

背景技术：

1、由于全世界的生态意识和经济问题，利用低成本或免费获得的自然和可再生资源，如农业和食品废物，开发环保和可生物降解的“绿色”材料受到了相当大的关注。如果不加以利用，这些废物中的大多数最终会被填埋。人们对使用多糖、蛋白质和脂质生物聚合物制成的可再生、可降解和可堆肥的薄膜和涂层进行包装和其他工业应用产生了兴趣。

2、大豆分离蛋白（spi）作为食用油行业的副产品，具有价格低廉、生物相容、可再生等优点，为化石燃料来源提供了一种环保的替代品。然而，低强度和高吸湿性的缺点限制了大豆分离蛋白产品的应用。因此，大豆分离蛋白薄膜的性能已经通过不同的技术进行了修改，例如加工方法改进、天然材料混合、酶处理、化学处理等。将卡拉胶作为改性剂引入大豆分离蛋白膜基质中，制备蛋白-多糖复合膜，以弥补单一大豆分离蛋白膜机械性能的不足，制备机械性能较好的复合膜。精油已成功应用于可生物降解薄膜，不仅抑制食源性病原体的生长，而且由于其塑化作用和疏水性，还改善了薄膜的机械和屏障特性。

3、香芹酚是一种主要来源于牛至精油的天然酚类单萜类化合物，在所有酚类成分中具有较强的抗菌活性和抗氧化活性。此外，由于其作为天然添加剂在食品中的应用，它被美国食品药品监督管理局列为安全化合物。

4、以大豆分离蛋白为主要膜基质、甘油为增塑剂，卡拉胶为改性剂，香芹酚为功能性物质制备一种高机械强度抗菌抗氧化大豆分离蛋白膜，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。

技术实现思路

1、针对大豆分离蛋白基薄膜存在的问题，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、功能特性较差且等问题，提高所得大豆分离蛋白基薄膜的机械强度，赋予其功能特性，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。

2、一种高机械强度抗菌抗氧化大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将一定量的spi和甘油添溶解于100 ml蒸馏水中；

4、（2）在室温下进行搅拌至混合完全，用缓冲溶液调节ph；

5、（3）加入一定量的卡拉胶，然后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；

6、（4）加入结束后加入香芹酚混合均匀；

7、（5）混合膜液在室温下进行静置；

8、（6）取成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，置于恒温鼓风干燥机中烘干；

9、（7）将干燥好的薄膜回软一小时后从培养皿中取出，置于恒温恒湿培养箱中控制48 h，获得大豆分离蛋白膜成品。

10、将制得的大豆蛋白复合薄膜回软揭膜后进行抑菌性、抗氧化性、机械性能和透光性的测定：

11、抑菌圈

12、按照抗菌实验的标准方法进行操作，将含菌量为105cfu/ml的大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)的细菌培养液0.1 ml倒入培养皿中，均匀涂布平板之后干燥5 min，将直径为16 mm的滤纸片浸入膜液中，将滤纸片放入干燥后的培养皿中，于37℃培养箱放置，测量抑菌圈直径大小。

13、dpph自由基清除能力

14、将成膜溶液(2 ml)和0.2 mmol/l dpph-乙醇试剂(2 ml)在黑暗中在24±1℃下混合30 min以形成样品。然后将成膜溶液(2 ml)和乙醇(2 ml)混合作为对照组。将蒸馏水(2ml)和0.2 mmol/l dpph-乙醇试剂(2 ml)混合作为空白组。测量波长为517 nm的吸光度，dpph清除活性按下式计算：

15、

16、式中：abs1：样品吸光度；abs2：对照组吸光度；abs3：空白组的吸光度；

17、抗拉强度

18、将复合薄膜裁成50×10 mm后夹在数显推拉力计测试机的上下两个探头之间，保证两探头之间的间距大于30 mm，测试速度为5 mm/s，直至复合膜被拉断，记录复合薄膜断裂时的最大作用力(f)，抗拉强度按下式计算：

19、

20、式中：f：最大作用力(n)；a：复合膜的厚度(mm)；b：复合膜的宽度(mm)；

21、断裂伸长率

22、将复合薄膜裁成50×10 mm后夹在数显推拉力计测试机的上下两个探头之间，保证两探头之间的间距大于30 mm，记录两探头间复合薄膜的长度(l0)，测试速度为5 mm/s，直至复合膜被拉断，并记录复合薄膜断裂时的长度(l)，断裂伸长率按下式计算：

23、

24、式中：l0：复合膜的长度(mm)；l：复合膜断裂时的长度(mm)；

25、透光率

26、将薄膜裁成长为40 mm、宽为10 mm的长条，贴于比色皿一侧表面，测量在200-800nm范围内的透光率。

27、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：

28、(1)本发明将卡拉胶和香芹酚用于大豆分离蛋白复合薄膜制备，不涉及有毒化学原料，安全绿色无污染，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。

29、(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。本发明采用卡拉胶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，再加入香芹酚，最后获得的复合薄膜的机械强度和功能特性得到显著提高。

30、(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，实现蛋白复合膜的机械性能的凸显，加入活性物质赋予薄膜抗菌抗氧化特性，为创制功能全面的共混膜产品提供了借鉴。

技术特征：

1.一种高机械强度抗菌抗氧化大豆分离蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（1）将4 gspi和1.4 g甘油添溶解于100 ml蒸馏水中。

3.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（2）在室温下进行搅拌至混合完全，用缓冲溶液调节ph至9。

4.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（3）加入0.45%（w/v）卡拉胶，然后将混合膜液置于数显恒温水浴锅中加热搅拌，水浴温度为60℃，转速为1100 r/min ,反应时间设定为60 min。

5.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（4）在混合膜液加入依次香芹酚（0%、0.4%、0.8%、1.2%，w/v）混合均匀。

6.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（5）混合膜液在室温下静置15 min消除气泡。

7.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（6）取15 ml成膜溶液倒入平整的塑料培养皿中，置于55℃的恒温鼓风干燥机中烘干4 h。

8.如权利要求1所述的高机械强度抗菌抗氧化的大豆分离蛋白复合薄膜制备工艺，其特征在于：步骤（7）将干燥好的薄膜回软一小时后从培养皿中取出，置于25℃和50%相对湿度(rh)的恒温恒湿培养箱中控制48 h。

9.根据权利要求1所述一种抗具有抑菌性和抗氧化性的卡拉胶和香芹酚复合大豆蛋白包装薄膜的制备方法，其特征在于采用大豆分离蛋白、卡拉胶、香芹酚和甘油为主要原料，制得的复合薄膜不仅保持了大豆分离蛋白薄膜自身的可降解性，无毒无害，而且大大提升了它的抑菌性、抗氧化性、机械性能和避光性，真正做到环保无污染，可废物利用。

技术总结本发明提供一种高机械强度、抗菌和抗氧化大豆分离蛋白复合膜制备工艺，涉及食品加工技术领域。所述高机械强度抗菌抗氧化大豆分离蛋白复合膜制备工艺主要包括：在大豆分离蛋白膜基质中加入卡拉胶制备机械性能较好的二元复合膜，再引入香芹酚赋予复合膜抗菌和抗氧化特性。本发明改善了现有成膜技术的不足，解决了大豆分离蛋白膜机械强度不足和功能特性差的问题，提高了大豆分离蛋白在食品加工技术领域的应用。总的来说，大豆分离蛋白‑卡拉胶‑香芹酚复合膜是一种很有前途的抗菌包装材料，可以取代石化塑料，以期实现大豆加工行业的综合全利用性。技术研发人员：郑环宇,常丞甫,李丹,张凯丽,郭小杭,孙周亮,吴星会,张峰恺,马鸿飞,孙正印受保护的技术使用者：东北农业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4