一種大豆分離蛋白/二氧化鈦復合膜及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及包裝材料技術領域，特別設及一種大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在各種包裝材料中，塑料W其優(yōu)越的性能及較低的成本廣泛地應用于食品包裝 中，但塑料在遺棄后不易分解，造成環(huán)境污染。因此，對包裝材料提出了更高的要求。目前， 可食性包裝膜因具有更高的安全性、環(huán)保性而成為研究的趨勢。從蛋白質、多糖和脂質等生 物大分子中開發(fā)可食的涂層和薄膜已經成為科研工作者研究的熱點。
[0003] 在眾多成膜基材中，大豆分離蛋白（SPI)產量豐富、廉價易得、易生物降解及易成 膜、且具有良好的阻氣性能，在可食膜包裝領域得到廣泛應用。但是，由于大豆分離蛋白膜 具有較差的阻水和機械性能，限制了其進一步的應用。

【發(fā)明內容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大豆分離蛋白/二氧化鐵(簡寫為"ST")復合膜及其 制備方法。該方法簡單易操作，在改性后的SPI成膜液中添加納米Ti化，并引入超聲波-微波 的共同作用，改善了單純SPI膜的機械性能、阻水性能、透氣性能等，并具有抑菌性，得到了 大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜。
[0005] 第一方面，本發(fā)明提供了一種大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的制備方法，包括W 下步驟：
[0006] (1)取大豆分離蛋白溶解于水中，并于60-80°C的恒溫水浴中加熱30-50min進行熱 改性，然后向熱改性后的溶液中加入增塑劑，攬拌混勻，得到蛋白膜液；
[0007] (2)調節(jié)蛋白膜液的抑至8-10,待冷卻至室溫后，在不斷攬拌的情況下緩慢加入納 米二氧化鐵，得到共混膜液；
[000引（3)采用超聲波-微波聯(lián)合反應系統(tǒng)對所述共混膜液進行處理，所述處理的功率為 300-500W，溫度為30-60 °C，時間為 10-30min;
[0009] (4)將上述處理后的共混膜液依次進行脫氣、倒膜、干燥成膜、掲膜，得到大豆分離 蛋白/二氧化鐵復合膜。
[0010] 大豆分離蛋白成膜主要是通過蛋白質分子聚合和溶劑蒸發(fā)，當蛋白膜液在一定條 件下，蛋白質分子發(fā)生聚合交聯(lián)作用。成膜過程中，主要依靠膚鏈之間的疏水基團、二硫鍵 和氨鍵，加熱破壞了大豆分離蛋白自身結構，致使二硫鍵斷裂，琉基和疏水基團暴露，之后 隨著溫度降低，膚鏈與膚鏈之間形成新的價鍵，最后形成網狀膜結構。
[0011] 本發(fā)明中，熱改性目的主要是讓SPI分子的膚鏈在溶液中充分伸展，從而更徹底地 參與反應，進而提高其膜性能。所述熱改性的溫度為60-80°C。當溫度低于60°C時，SPI無法 成膜，溫度達到60°C W后，SPI可W展開其內部結構。隨著溫度的升高，高溫可促進蛋白質分 子中的氨鍵和二硫鍵斷裂，使其內部結構展開，有利于二硫鍵的重新分布，同時SPI適度變 性會使其溶解度提高，使溶液中可相互作用的SPI分子增多，SPI網絡結構加強。與此同時， 高溫會促進膚鏈分子之間（如賴氨酸、脫氨酸W及膚鏈分子上的極性基團）的相互交聯(lián)作 用。但當溫度超過80°C W后，SPI的變形基本結束。
[0012] 進一步優(yōu)選地，所述熱改性的溫度為65-75°C。
[0013] 本發(fā)明中，調節(jié)蛋白膜液至8-10,堿性環(huán)境可W促進更多二硫鍵形成，提高膚鏈之 間的交聯(lián)作用，進而成膜。
[0014] 優(yōu)選地，所述增塑劑為甘油、山梨醇中的一種或多種。
[001引優(yōu)選地，所述增塑劑的加入量為2-6mL。
[0016]大豆分離蛋白膜主要是通過添加增塑劑來提高其柔初性和防止斷裂。添加增塑劑 的大豆分離蛋白膜透明且柔初性好，但其阻水性仍較差。
[0017]納米二氧化鐵(nan〇-Ti〇2)是一種穩(wěn)定的、無毒的紫外線吸收劑，因其獨特的納米 效應而擁有良好的力學性能、光化學活性和抗菌性能等。本發(fā)明中向SPI蛋白膜液中添加二 氧化鐵，可W增加最終膜產品的抗菌性，還可改善膜的機械性能等。Ti〇2的添加量越大，與 蛋白質結合的分子就越多，成膜時分子間的相互作用就越強，分子間交聯(lián)越緊密，因此最終 得到的復合膜的抗拉強度就越大，但當Ti化的添加量太大時，最終膜表面出現(xiàn)小顆粒，膜易 撕裂，延展性不好。
[001引優(yōu)選地，所述納米二氧化鐵的粒徑為200-400nm。
[0019] 優(yōu)選地，所述共混膜液中，所述納米二氧化鐵的濃度為0.5-2. Og/mL。
[0020] 本發(fā)明中采用超聲波-微波聯(lián)合反應系統(tǒng)（簡寫為UMAT)對含Ti化的SPI成膜液進 行處理，充分利用超聲波的超聲空化效應、機械分散作用，W及微波的均勻加熱效應和兩者 之間產生的協(xié)同作用，提高膜液的乳化穩(wěn)定性、氣泡穩(wěn)定性，使得納米二氧化鐵在大豆分離 蛋白膜液中分布的更加均勻，不會發(fā)生聚集，處理后的膜液無泡、均勻且結構致密，另外， UMAT處理還可暴露隱藏在分子內部的甲基、乙基、-H等，適當降低膜的透氧率和透水率，提 高膜的抗拉強度和斷裂伸長率。當反應停止時，超聲波-微波處理膜液時的能量依舊存在， 通過界面張力，使得溶液分層，形成雙層膜狀的復合膜，復合膜的表面和斷面均勻平整，上 表面呈黃色，下表面呈白色。
[0021 ]所述復合膜的表面和斷面均勻平整，所述復合膜為雙層膜結構，納米二氧化鐵在 所述復合膜中的含量在厚度方向呈梯度增加。納米二氧化鐵含量高的一面呈白色，納米二 氧化鐵含量低的一面呈白色。
[0022] 黃色面主要由SPI分子構成，白色面主要由納米Ti化構成，納米Ti化在大豆分離蛋 白的網狀結構中均勻分布。
[0023] 優(yōu)選地，所述大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的膜厚為180-200WI1。
[0024] 進一步優(yōu)選地，所述UMAT處理的時間為10-20min，功率為400-500W。在該條件下， 更容易形成分層明顯的雙層膜。
[0025] 優(yōu)選地，所述脫氣是在真空度0.08~0.09M化下進行，脫氣時間l-5min。脫氣的目 的是為除去涂膜液中包裹的氣體，W使得到平整性較好的薄膜。
[00%]更優(yōu)選地，脫氣過程重復1-3次，并在脫氣完成后靜置1-化。
[0027]優(yōu)選地，所述干燥成膜是在50-60°C下干燥5~化。
[00%]優(yōu)選地，在所述掲膜之后，還包括在溫度25 ± rc，濕度50 ± 1 %的恒溫恒濕箱中平 衡4她。運主要是用于膜性能的檢測。
[0029] 本發(fā)明提供的大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的制備方法簡單易于操作，將超聲 波-微波聯(lián)合反應系統(tǒng)應用到SPI、Ti化的成膜過程中，利用超聲波和微波的協(xié)同作用，制得 具有較低的透水性、透氣性與透光率W及更好的抑菌性的復合膜，實現(xiàn)了利用包裝膜就能 對食品中的常見微生物產生抑菌作用。
[0030] 第二方面，本發(fā)明提供了一種采用本發(fā)明第一方面所述的方法制備得到的大豆分 離蛋白/二氧化鐵復合膜。
[0031] 優(yōu)選地，所述大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的膜厚為180-200WI1。
[0032] 本發(fā)明制得的大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的性能指標優(yōu)異，可W應用于醫(yī)藥、 食品的包裝領域。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明實施例1制得的大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的外觀照片，其中， (a)超聲波-微波處理后的共混膜液，（b)大豆分離蛋白/納米二氧化鐵膜的正面，（C)大豆分 離蛋白/納米二氧化鐵膜的背面，（d)大豆分離蛋白/納米二氧化鐵膜的斷面；
[0034] 圖2為本發(fā)明實施例1制得的大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的掃描電鏡照片，其 中，（a)單純的大豆分離蛋白膜，（b)大豆分離蛋白/納米二氧化鐵膜的正面，（C)大豆分離蛋 白/納米二氧化鐵膜的背面，（d)大豆分離蛋白/納米二氧化鐵膜的斷面。
【具體實施方式】
[0035] W下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。
[0036] W下為本發(fā)明中所使用到的測試指標：
[0037] (1)機械性能：
[0038] 可食膜的機械性能包括測定可食膜的抗拉強度(TS)和斷裂伸長率化）。按照國標 《塑料薄膜拉伸性能試驗方法KGB/13022-1991)，測定可食膜的抗拉強度(TS)和斷裂伸長 率(E)。將可食膜裁剪成寬度為15mm、長度為120mm的長條形試樣，試驗速度為200mm/min，用 智能電子拉力試驗機進行測定
[0039] (2)水蒸氣透過系數：
[0040] 膜的水蒸氣透過系數(Water化por化;rmeability，WVP)按照國標《塑料薄膜和片 材透水蒸氣性試驗方法-杯式法KGB1037-1988)和《包裝材料試驗方法-透濕率KGB/ T16928-1997)，用TSY-TlL透濕性測試儀測定，測試面積100mm2,單位g ? CHfi ? S-I ?化-1，記 錄=組試驗數據，計算平均值。
[0041 ] (3)氣體透過率(OP):
[0042]氣體透過率按照國標《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法-壓差法KGB/T1038-2000)，用氣體透過性測試儀測定膜的氧氣透過率(P〇2)和二氧化碳透過率(PC02)，測試面積 為108mm2,單位g ? CHfi ? S^i ? Pa^i,記錄S組試驗數據，計算平均值。試驗氣體是純度為 99%的氧氣和二氧化碳。
[0043] 實施例1
[0044] -種大豆分離蛋白/二氧化鐵復合膜的制備方法，包括W下步驟：
[0045] (1)稱取5g的大豆分離蛋白（SPI)溶于95mL蒸饋水中，進行熱改性，熱改性條件是： 80°C的恒溫水浴加熱40min，然后向其中添加2.5mL的丙S醇，攬拌溶解，得到蛋白膜液；
[0046] (2)配制O.lmol/L鹽酸溶液和O.lmol/L氨氧化鋼溶液，調節(jié)蛋白膜液的抑值至10; 待蛋白膜液冷卻至室溫(23°C)后，向其中緩慢地加入納米二氧化鐵(nano-Ti化），并不停地 磁力攬拌W防止nan〇-Ti〇2在膜液中團聚，得到共混膜液，其中，nano-Ti化在共混膜液中的 最終濃度為1. SgAOOmL
[0047] (3)采用超聲波-微波聯(lián)合反應系統(tǒng)（南京順流儀器有限公司，型號化-SM50)對所 述共混膜液進行處理，其中，處理功率為500W，處理時間為20min，處理溫度為30°C;
[0048] (4)將上述處理后的共混膜液進行真空脫氣：將混合均勻的膜液置于于真空度 0.08~0.09MPa，脫氣3min，重復S次，然后靜置化，W除去涂膜液中包裹的氣體；
[0049] (5)流延成膜:采用定容法，膜液為IOOmL,取IOOmL膜液，流延至自制的成膜器中， 在50°C下干燥6~化，注意成膜器保持水平；
[0050] (6)掲膜保存:干燥冷卻后掲膜，