CN106189271A - 一种可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及食品包装材料领域，特别涉及一种环境友好的食品包装材料的制备方法。该方法按步骤为：S1.酪蛋白酸钠制备成水溶液，充分水化后，加入相当于酪蛋白酸钠质量10‑40%的甘油和相当于酪蛋白酸钠质量5‑30%的油相，所述油相由可食用油脂与乙酸乙酯混合而成；S2.将S1得到的物料用高速分散机预均质；然后采用高压微射流纳米均质机进行二次均质；S3.将S2得到的物料旋转蒸发，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的环境友好的乳液膜材料。本发明制备的膜材料安全可食用，并具有较强的水汽阻隔性能和机械性能，在食品包装材料中具有广泛的应用前景。

Description

一种可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法

技术领域

本发明涉及食品包装材料领域，特别涉及一种环境友好的食品包装材料的制备方法。

背景技术

在白色污染日益严重的今天，塑料包装材料给我们的生活带来便利的同时，也带来了严重的环境问题，构建生物可降解的食品包装材料逐渐成为热点问题。可食用膜是指以蛋白质、脂质和多糖等天然生物大分子为成膜基质，通过分子间相互作用而形成具有多孔网络结构的薄膜，是塑料薄膜的良好替代品，在食品包装材料中具有广泛的应用前景。

与商业塑料包装相比，蛋白质膜材料的阻水性比较差。向蛋白质膜材料中添加疏水的脂质能显著提高膜材料的疏水性，改善膜材料的微结构和表面润湿性，提高阻水性能和机械性能。

高压微射流是一种环境友好的物理加工手段。高压微射流的内部由狭窄的Z字形腔体构成，在高压情况下，高速流动的生物大分子溶液不断碰撞腔体，同时受到高速剪切、高频震荡、空穴效应和对流撞击等机械力作用。与高压均质机相比，高压微射流具有更高的能量，能够达到更好的均质效果。

发明内容

本发明的目的在于针对蛋白质膜材料机械性能和阻隔性能差、传统高速分散均质制备的乳液膜材料结构不稳定、机械性能差的缺点，提供一种新型的可食用的生物可降解的乳液膜材料的制备方法。该方法选用具有良好功效和口感的酪蛋白酸钠作为膜材料的基质，添加玉米油为水汽阻隔因子，采用高压微射流纳米均质和溶剂蒸发法获得纳米尺度的乳液，制得具有较强水汽阻隔性能和机械性能的膜材料。与现有技术相比，高压微射流和溶剂蒸发法制备的乳液膜材料具有明显的优势和更广阔的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，步骤为：

S1.酪蛋白酸钠制备成水溶液，充分水化后，加入相当于酪蛋白酸钠质量10-40%的甘油和相当于酪蛋白酸钠质量5-30%的油相，所述油相由可食用油脂与乙酸乙酯混合而成；其中，甘油用于提高膜的延展性能，如果不添加甘油的话，形成的膜容易脆，容易碎；

S2. 将S1得到的物料用高速分散机预均质2-5min，转速2000-6000rpm；然后采用高压微射流纳米均质机进行二次均质，条件为5000-12000psi，循环1-3次；

S3. 将S2得到的物料旋转蒸发，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的环境友好的乳液膜材料。

进一步的，所述酪蛋白酸钠水溶液中酪蛋白酸钠的质量百分比浓度为3~7%。

进一步的，所述油相中可食用油脂及乙酸乙酯的质量比为（1~5）：（1~5）。

进一步的，所述可食用油脂优选为玉米油。玉米油的油滴有一个向内收敛的作用力，会使得油滴尺寸更小，分布更均匀，最后的膜结构也越致密。

进一步的，S3所述旋转蒸发是在50℃条件下旋转蒸发20min。

进一步的，S3所述干燥是将物料置于恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱的温度为20-40℃，相对湿度为50±5%。

优选的，一种可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，步骤为：

S1.酪蛋白酸钠制备成质量百分比浓度为5%的水溶液，充分水化后，加入相当于酪蛋白酸钠质量30%的甘油和相当于酪蛋白酸钠质量30%的油相，所述油相由玉米油与乙酸乙酯以2:1的质量比混合而成；

S2. 将S1得到的物料用高速分散机预均质2-5min，转速2000-6000rpm；然后采用高压微射流纳米均质机进行二次均质，条件为5000-12000psi，循环1-3次；

S3. 将S2得到的物料旋转蒸发，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的环境友好的乳液膜材料。

本发明具有如下有益效果：

本发明选用具有良好功效和口感的酪蛋白酸钠作为膜材料的基质，添加玉米油为水汽阻隔因子，采用高压微射流纳米均质和溶剂蒸发法获得纳米尺度的乳液，制得具有较强水汽阻隔性能和机械性能的膜材料。

本发明采用高压微射流纳米均质技术制备获得纳米尺度的成膜液，与传统探头式高速均质制备的微米尺度乳液相比，具有更小的粒径，更致密的结构，油相和水相作用力更强，乳液膜的机械性能和水汽阻隔性能有明显改善。

本发明所制备的可食用的环境友好的乳液膜材料，具有可食用性，可作为食品的内包装材料，具有生物相容性，可以作为生物活性物质的控释载体，具有环境友好性，能够有效降解，减轻对环境的压力。本发明解决了蛋白膜材料的亲水性和机械强度弱等应用弱点，还可添加活性物质，提高应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

实施例1

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为5:1（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 利用旋转蒸发设备（50℃，20min）将乙酸乙酯挥发干净，倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。成膜溶液的粒度大小采用纳米粒度及Zata电位分析仪（MasterSizer 2000, MalvernInstruments, UK）测定，膜材料的机械性能通过INSTRON拉伸仪（Instron 5565, Instroncorp., USA）测定，水汽阻隔性能使用透湿性测试仪（TYS-T1H，济南兰光机电技术有限公司，中国）测定。测试结果如表1。

实施例2

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为2:1（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 利用旋转蒸发设备（50℃，20min）将乙酸乙酯挥发干净，倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表2。

实施例3

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为1:1（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 利用旋转蒸发设备（50℃，20min）将乙酸乙酯挥发干净，倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表3。

实施例4

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为1:2（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 利用旋转蒸发设备（50℃，20min）将乙酸乙酯挥发干净，倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表4。

实施例5

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为1:5（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 利用旋转蒸发设备（50℃，20min）将乙酸乙酯挥发干净，倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表5。

对比例1

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的玉米油和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 将步骤二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本对比例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表6。

对比例2

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min），然后采用高压微射流（10000psi，2次）均质完全；

第三步 将步骤二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本对比实施例与实施例1采用同样的方法对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。测试结果如表7。

对比例3

第一步 酪蛋白酸钠溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制备成油相，其中，玉米油与乙酸乙酯的比例为5:1（w/w），向酪蛋白酸钠的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸钠）的油相和30%（w/w酪蛋白酸钠）的甘油；

第二步 将步骤一得到的物料通过高压分散机预均质（4000rpm, 2min）；

第三步 将步骤二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有机玻璃板中，置于25℃，相对湿度40%的恒温恒湿箱中成膜48h，制成乳液膜材料。

本实施例对该乳液进行了粒度测定，对该膜材料进行了机械性能和水汽透过性能测试。成膜溶液的粒度大小采用纳米粒度及Zata电位分析仪（MasterSizer 2000, MalvernInstruments, UK）测定，膜材料的机械性能通过INSTRON拉伸仪（Instron 5565, Instroncorp., USA）测定，水汽阻隔性能使用透湿性测试仪（TYS-T1H，济南兰光机电技术有限公司，中国）测定。测试结果如表8。

各实施例中成膜乳液的粒度和膜材料的水蒸气透过系数统计如下表9。如表9所示，高压微射流和溶剂蒸发技术的介入，使得成膜乳液的粒径大小有了显著的降低，尤其是随着溶剂乙酸乙酯的添加量的增加，成膜乳液的粒度大小逐渐减小，溶剂蒸发技术的效果更为显著。高压微射流和溶剂蒸发技术使得膜材料的水蒸气透过系数也有所变化。从对比例1和对比例2的数据对比看出，油脂的添加与高压微射流技术的应用使得膜材料的水蒸气透过系数有了大幅度的降低。各实施例与对比例1的数据对比看出，溶剂蒸发技术能够进一步降低膜材料的水蒸气透过系数，也就是说，溶剂蒸发技术对膜材料的阻水性能有所提高，这可能与溶剂蒸发技术对成膜乳液的粒径大小的影响有关，成膜乳液的粒径越小，结构越致密，膜材料的阻隔水汽的能力就越强。各实施例的数据对比看出，随着溶剂乙酸乙酯的添加量的增加，成膜乳液的粒径大小逐渐减小，膜材料的水蒸气透过系数先降低后升高，一方面，随着成膜乳液的粒径的减小，膜材料的结构更致密，其阻隔水汽的能力逐渐上升，另一方面，随着添加乙酸乙酯的量的增加，留存在膜材料中的玉米油的含量不断降低，疏水材料的比例的降低导致膜材料亲水性能的提高，膜材料的阻隔水汽的能力就不断下降，而实施例2与实施例3能够在这两方面的作用下达到最好的阻隔水汽的状态。

本发明制备的膜材料的透湿量偏差均小于20%，达到了GB10457-2009食品塑料自粘保鲜膜的标准水平。

各实施例中膜材料的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率统计如下表10。通过表10可以看出，高压微射流与溶剂蒸发技术对膜材料的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率均有影响。从对比例1和对比例2的数据对比可以看出，油脂的添加能够显著降低膜材料的弹性模量和拉伸强度，提高膜材料的断裂伸长率，这与油脂的良好的延展性密不可分。从对比例1和各实施例的数据对比可以看出，在油相含量相等的情况下，溶剂蒸发技术能够显著提高膜材料的弹性模量和拉伸强度，这与之前的成膜乳液的粒度更小、膜材料的结构更紧致的情况存在一定的因果关系。从各实施例的数据对比可以看出，随着溶剂乙酸乙酯的添加量的不断增加，溶剂蒸发效果不断增强，膜材料的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率都呈现先上升后下降的趋势，而实施例2则能够达到拉伸强度大于等于10MPa，断裂伸长率大于等于120%，相当于达到了GB10457-2009食品塑料自粘保鲜膜中PE的标准水平。

Claims (7)

1.一种可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于步骤为：

S1.酪蛋白酸钠制备成水溶液，充分水化后，加入相当于酪蛋白酸钠质量10-40%的甘油和相当于酪蛋白酸钠质量5-30%的油相，所述油相由可食用油脂与乙酸乙酯混合而成；

S2. 将S1得到的物料用高速分散机预均质2-5min，转速2000-6000rpm；然后采用高压微射流纳米均质机进行二次均质，条件为5000-12000psi，循环1-3次；

S3. 将S2得到的物料旋转蒸发，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的环境友好的乳液膜材料。

2.根据权利要求1所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于：所述酪蛋白酸钠水溶液中酪蛋白酸钠的质量百分比浓度为3~7%。

3.根据权利要求4所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于：所述油相中可食用油脂及乙酸乙酯的质量比为（1~5）：（1~5）。

4.根据权利要求1所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于：所述可食用油脂为玉米油。

5.根据权利要求1所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于：S3所述旋转蒸发是在50℃条件下旋转蒸发20min。

6.根据权利要求1所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于：S3所述干燥是将物料置于恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱的温度为20-40℃，相对湿度为50±5%。

7.根据权利要求1所述的可食用的环境友好的乳液膜材料的制备方法，其特征在于步骤优选为：

S1.酪蛋白酸钠制备成质量百分比浓度为5%的水溶液，充分水化后，加入相当于酪蛋白酸钠质量30%的甘油和相当于酪蛋白酸钠质量30%的油相，所述油相由玉米油与乙酸乙酯以2:1的质量比混合而成；

S2. 将S1得到的物料用高速分散机预均质2-5min，转速2000-6000rpm；然后采用高压微射流纳米均质机进行二次均质，条件为5000-12000psi，循环1-3次；

S3. 将S2得到的物料旋转蒸发，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的环境友好的乳液膜材料。