本發(fā)明涉及食品包裝材料領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)境友好的食品包裝材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在白色污染日益嚴(yán)重的今天，塑料包裝材料給我們的生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，構(gòu)建生物可降解的食品包裝材料逐漸成為熱點(diǎn)問(wèn)題?？墒秤媚な侵敢缘鞍踪|(zhì)、脂質(zhì)和多糖等天然生物大分子為成膜基質(zhì)，通過(guò)分子間相互作用而形成具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄膜，是塑料薄膜的良好替代品，在食品包裝材料中具有廣泛的應(yīng)用前景。
與商業(yè)塑料包裝相比，蛋白質(zhì)膜材料的阻水性比較差。向蛋白質(zhì)膜材料中添加疏水的脂質(zhì)能顯著提高膜材料的疏水性，改善膜材料的微結(jié)構(gòu)和表面潤(rùn)濕性，提高阻水性能和機(jī)械性能。
高壓微射流是一種環(huán)境友好的物理加工手段。高壓微射流的內(nèi)部由狹窄的Z字形腔體構(gòu)成，在高壓情況下，高速流動(dòng)的生物大分子溶液不斷碰撞腔體，同時(shí)受到高速剪切、高頻震蕩、空穴效應(yīng)和對(duì)流撞擊等機(jī)械力作用。與高壓均質(zhì)機(jī)相比，高壓微射流具有更高的能量，能夠達(dá)到更好的均質(zhì)效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)蛋白質(zhì)膜材料機(jī)械性能和阻隔性能差、傳統(tǒng)高速分散均質(zhì)制備的乳液膜材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、機(jī)械性能差的缺點(diǎn)，提供一種新型的可食用的生物可降解的乳液膜材料的制備方法。該方法選用具有良好功效和口感的酪蛋白酸鈉作為膜材料的基質(zhì)，添加玉米油為水汽阻隔因子，采用高壓微射流納米均質(zhì)和溶劑蒸發(fā)法獲得納米尺度的乳液，制得具有較強(qiáng)水汽阻隔性能和機(jī)械性能的膜材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，高壓微射流和溶劑蒸發(fā)法制備的乳液膜材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)和更廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
一種可食用的環(huán)境友好的乳液膜材料的制備方法，步驟為：
S1.酪蛋白酸鈉制備成水溶液，充分水化后，加入相當(dāng)于酪蛋白酸鈉質(zhì)量10-40%的甘油和相當(dāng)于酪蛋白酸鈉質(zhì)量5-30%的油相，所述油相由可食用油脂與乙酸乙酯混合而成；其中，甘油用于提高膜的延展性能，如果不添加甘油的話，形成的膜容易脆，容易碎；
S2. 將S1得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)2-5min，轉(zhuǎn)速2000-6000rpm；然后采用高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行二次均質(zhì)，條件為5000-12000psi，循環(huán)1-3次；
S3. 將S2得到的物料旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的環(huán)境友好的乳液膜材料。
進(jìn)一步的，所述酪蛋白酸鈉水溶液中酪蛋白酸鈉的質(zhì)量百分比濃度為3~7%。
進(jìn)一步的，所述油相中可食用油脂及乙酸乙酯的質(zhì)量比為（1~5）：（1~5）。
進(jìn)一步的，所述可食用油脂優(yōu)選為玉米油。玉米油的油滴有一個(gè)向內(nèi)收斂的作用力，會(huì)使得油滴尺寸更小，分布更均勻，最后的膜結(jié)構(gòu)也越致密。
進(jìn)一步的，S3所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)是在50℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)20min。
進(jìn)一步的，S3所述干燥是將物料置于恒溫恒濕箱中，恒溫恒濕箱的溫度為20-40℃，相對(duì)濕度為50±5%。
優(yōu)選的，一種可食用的環(huán)境友好的乳液膜材料的制備方法，步驟為：
S1.酪蛋白酸鈉制備成質(zhì)量百分比濃度為5%的水溶液，充分水化后，加入相當(dāng)于酪蛋白酸鈉質(zhì)量30%的甘油和相當(dāng)于酪蛋白酸鈉質(zhì)量30%的油相，所述油相由玉米油與乙酸乙酯以2:1的質(zhì)量比混合而成；
S2. 將S1得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)2-5min，轉(zhuǎn)速2000-6000rpm；然后采用高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行二次均質(zhì)，條件為5000-12000psi，循環(huán)1-3次；
S3. 將S2得到的物料旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，去除乙酸乙酯，干燥得到可食用的環(huán)境友好的乳液膜材料。
本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明選用具有良好功效和口感的酪蛋白酸鈉作為膜材料的基質(zhì)，添加玉米油為水汽阻隔因子，采用高壓微射流納米均質(zhì)和溶劑蒸發(fā)法獲得納米尺度的乳液，制得具有較強(qiáng)水汽阻隔性能和機(jī)械性能的膜材料。
本發(fā)明采用高壓微射流納米均質(zhì)技術(shù)制備獲得納米尺度的成膜液，與傳統(tǒng)探頭式高速均質(zhì)制備的微米尺度乳液相比，具有更小的粒徑，更致密的結(jié)構(gòu)，油相和水相作用力更強(qiáng)，乳液膜的機(jī)械性能和水汽阻隔性能有明顯改善。
本發(fā)明所制備的可食用的環(huán)境友好的乳液膜材料，具有可食用性，可作為食品的內(nèi)包裝材料，具有生物相容性，可以作為生物活性物質(zhì)的控釋載體，具有環(huán)境友好性，能夠有效降解，減輕對(duì)環(huán)境的壓力。本發(fā)明解決了蛋白膜材料的親水性和機(jī)械強(qiáng)度弱等應(yīng)用弱點(diǎn)，還可添加活性物質(zhì)，提高應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，不是對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為5:1（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設(shè)備（50℃，20min）將乙酸乙酯揮發(fā)干凈，倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。成膜溶液的粒度大小采用納米粒度及Zata電位分析儀（MasterSizer 2000, Malvern Instruments, UK）測(cè)定，膜材料的機(jī)械性能通過(guò)INSTRON拉伸儀（Instron 5565, Instron corp., USA）測(cè)定，水汽阻隔性能使用透濕性測(cè)試儀（TYS-T1H，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司，中國(guó)）測(cè)定。測(cè)試結(jié)果如表1。
實(shí)施例2
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為2:1（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設(shè)備（50℃，20min）將乙酸乙酯揮發(fā)干凈，倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表2。
實(shí)施例3
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為1:1（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設(shè)備（50℃，20min）將乙酸乙酯揮發(fā)干凈，倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表3。
實(shí)施例4
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為1:2（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設(shè)備（50℃，20min）將乙酸乙酯揮發(fā)干凈，倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表4。
實(shí)施例5
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為1:5（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)設(shè)備（50℃，20min）將乙酸乙酯揮發(fā)干凈，倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表5。
對(duì)比例1
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的玉米油和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 將步驟二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本對(duì)比例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表6。
對(duì)比例2
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min），然后采用高壓微射流（10000psi，2次）均質(zhì)完全；
第三步 將步驟二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本對(duì)比實(shí)施例與實(shí)施例1采用同樣的方法對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表7。
對(duì)比例3
第一步 酪蛋白酸鈉溶解于水中，配成5%（w/w）的溶液，玉米油溶解在乙酸乙酯中制備成油相，其中，玉米油與乙酸乙酯的比例為5:1（w/w），向酪蛋白酸鈉的水溶液中添加30%（w/w酪蛋白酸鈉）的油相和30%（w/w酪蛋白酸鈉）的甘油；
第二步 將步驟一得到的物料通過(guò)高壓分散機(jī)預(yù)均質(zhì)（4000rpm, 2min）；
第三步 將步驟二得到的物料倒入18 cm × 20 cm的有機(jī)玻璃板中，置于25℃，相對(duì)濕度40%的恒溫恒濕箱中成膜48h，制成乳液膜材料。
本實(shí)施例對(duì)該乳液進(jìn)行了粒度測(cè)定，對(duì)該膜材料進(jìn)行了機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能測(cè)試。成膜溶液的粒度大小采用納米粒度及Zata電位分析儀（MasterSizer 2000, Malvern Instruments, UK）測(cè)定，膜材料的機(jī)械性能通過(guò)INSTRON拉伸儀（Instron 5565, Instron corp., USA）測(cè)定，水汽阻隔性能使用透濕性測(cè)試儀（TYS-T1H，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司，中國(guó)）測(cè)定。測(cè)試結(jié)果如表8。
各實(shí)施例中成膜乳液的粒度和膜材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如下表9。如表9所示，高壓微射流和溶劑蒸發(fā)技術(shù)的介入，使得成膜乳液的粒徑大小有了顯著的降低，尤其是隨著溶劑乙酸乙酯的添加量的增加，成膜乳液的粒度大小逐漸減小，溶劑蒸發(fā)技術(shù)的效果更為顯著。高壓微射流和溶劑蒸發(fā)技術(shù)使得膜材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)也有所變化。從對(duì)比例1和對(duì)比例2的數(shù)據(jù)對(duì)比看出，油脂的添加與高壓微射流技術(shù)的應(yīng)用使得膜材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)有了大幅度的降低。各實(shí)施例與對(duì)比例1的數(shù)據(jù)對(duì)比看出，溶劑蒸發(fā)技術(shù)能夠進(jìn)一步降低膜材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)，也就是說(shuō)，溶劑蒸發(fā)技術(shù)對(duì)膜材料的阻水性能有所提高，這可能與溶劑蒸發(fā)技術(shù)對(duì)成膜乳液的粒徑大小的影響有關(guān)，成膜乳液的粒徑越小，結(jié)構(gòu)越致密，膜材料的阻隔水汽的能力就越強(qiáng)。各實(shí)施例的數(shù)據(jù)對(duì)比看出，隨著溶劑乙酸乙酯的添加量的增加，成膜乳液的粒徑大小逐漸減小，膜材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)先降低后升高，一方面，隨著成膜乳液的粒徑的減小，膜材料的結(jié)構(gòu)更致密，其阻隔水汽的能力逐漸上升，另一方面，隨著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斷降低，疏水材料的比例的降低導(dǎo)致膜材料親水性能的提高，膜材料的阻隔水汽的能力就不斷下降，而實(shí)施例2與實(shí)施例3能夠在這兩方面的作用下達(dá)到最好的阻隔水汽的狀態(tài)。
本發(fā)明制備的膜材料的透濕量偏差均小于20%，達(dá)到了GB10457-2009食品塑料自粘保鮮膜的標(biāo)準(zhǔn)水平。
各實(shí)施例中膜材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率統(tǒng)計(jì)如下表10。通過(guò)表10可以看出，高壓微射流與溶劑蒸發(fā)技術(shù)對(duì)膜材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有影響。從對(duì)比例1和對(duì)比例2的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，油脂的添加能夠顯著降低膜材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度，提高膜材料的斷裂伸長(zhǎng)率，這與油脂的良好的延展性密不可分。從對(duì)比例1和各實(shí)施例的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，在油相含量相等的情況下，溶劑蒸發(fā)技術(shù)能夠顯著提高膜材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度，這與之前的成膜乳液的粒度更小、膜材料的結(jié)構(gòu)更緊致的情況存在一定的因果關(guān)系。從各實(shí)施例的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，隨著溶劑乙酸乙酯的添加量的不斷增加，溶劑蒸發(fā)效果不斷增強(qiáng)，膜材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而實(shí)施例2則能夠達(dá)到拉伸強(qiáng)度大于等于10MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于等于120%，相當(dāng)于達(dá)到了GB10457-2009食品塑料自粘保鮮膜中PE的標(biāo)準(zhǔn)水平。