技术领域
[0001] 本
发明提供了一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，更具体地说涉及大豆蛋白/
纳米纤维素/阿魏酸抗氧化性复合薄膜，属于天然高分子材料领域中的食品和药品
包装材料。
背景技术
[0002] 大豆蛋白薄膜作为一种新型
包装材料，具有绿色环保、可
生物降解、无毒无害等特性，但其抗氧化性、包装性、阻隔性较差。本发明以大豆蛋白为主要原料，在一定条件下与
增塑剂、抗
氧化剂、
增强材料等发生共价交联反应，制备出一种抗氧化性突出，同时具有较好机械性能和阻隔性能的大豆蛋白复合薄膜，部分替代石油基
聚合物用于易氧化类
食品包装领域，减少环境污染，是一种具有开发前景的绿色包装材料。
[0003] 阿魏酸是一种存在于
植物中的酚酸衍生物，具有各种生物活性。通过利用阿魏酸的抗氧化性能，将其加入到食品包装材料中，而不是直接添加到食品中以制备抗氧化活性包装膜，这可以大大延迟食品的自动氧化。阿魏酸也是一种交联剂，可以显着提高生物基薄膜的阻隔性。
[0004] 纳米
纤维素，由于其纳米尺寸的优势使得其在增强天然高分子方面得到较好应用，纳米纤维素在大豆蛋白基质中分散良好，且可与大豆蛋白之间形成氢键，并发生物理交联，从而改善复合薄膜的机械性能，并与阿魏酸有协同作用提升复合薄膜的抗氧化性。
[0005] 目前国内关于大豆蛋白复合薄膜的研究中，多数集中在对其机械性能、阻隔性能的提升方面，而对于薄膜在实际应用中其抗氧化性能对于食品延长保质期的研究较少。
专利CN 106928728A以大豆蛋白为原料，采用改性TiO2-SiO2复合
纳米材料、谷
氨酰胺转氨酶和甲壳素，提高了复合薄膜的抗拉伸强度；专利CN 101199314A将
大豆分离蛋白和小麦
面筋蛋白混合后，用谷氨酰胺转氨酶对其进行改性，以提高复合薄膜的抗拉伸强度和延伸率；专利CN 107936580A中，利用
硬脂酸、木质纤维和氧化
银使大豆分离蛋白复合薄膜的耐
水性和抗菌性有所提升。上述薄膜皆以大豆蛋白为原料制备复合薄膜，但并未提及薄膜的抗氧化性能，且没有实现机械性能和阻隔性能的同时提升。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，并可应用于易氧化食品类包装领域。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] 一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0008] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
[0009] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0010] (3)搅拌纳米纤维素：使用恒温磁
力搅拌器搅拌纳米纤维素30min，使之状态均一稳定；
[0011] (4)制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将0.05％～0.20％阿魏酸和0.20％搅拌后的纳米纤维素加入到(2)制得的大豆蛋白膜溶液中，并在60℃下搅拌1h；
[0012] (5)
脱泡烘干：将(4)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于
硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓
风干燥机中烘干7h；
[0013] (6)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％
相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0014] (7)成品。
[0015] 同时提供上述方法制备的大豆蛋白复合薄膜具有以下特征：
[0016] (1)所述复合薄膜的总多酚含量增加205.1％-945.8％，DPPH自由基清除率增加947.5％-2593.4％(与纯大豆分离蛋白薄膜比较)；及
[0017] (2)所述复合薄膜的抗拉伸强度增加209.5％-591.4％，断裂伸长率降低48.0％-59.8％(与纯大豆分离蛋白薄膜比较)；及
[0018] (3)所述复合薄膜的水蒸气透过率下降81.7％-90.9％，吸湿率下降41.5％-61.05％(与纯大豆分离蛋白薄膜比较)；及
[0019] (4)所述复合薄膜的氧气透过率下降27.2％-77.5％，二氧化
碳透过率下降25.0％-47.4％(与纯大豆分离蛋白薄膜比较)。
[0020] 将制得的大豆蛋白复合薄膜回软揭膜后进行抗氧化性、机械性能、阻水性和
阻气性的测定：
[0021] (1)总酚含量
[0022] 将膜(0.05g)溶解于10％(w/v)
乙醇溶液(10mL)中，并将烧瓶在24±1℃下以100rpm的速度摇动。然后将膜提取物(0.5mL)和Foline-Ciocalteu
试剂(1mL)在24±1℃下混合6min。在75℃的黑暗中，将2mL的7.5％(w/v)碳酸钠溶液加入到所得的溶液中10min。使用分光光度计在765nm处测量所得溶液的吸光度。膜的TPC表示为每mg膜提取物的
没食子酸当量(GAE)(mg/L)，总酚含量按下式计算：
[0023]
[0024] 式中：c：基于标准曲线的没食子酸的基重(mg/L)；V：膜提取物的体积(L)；m：干燥膜的重量(g)；
[0025] (2)DPPH自由基清除能力
[0026] 将成膜溶液(1mL)和0.2mmol/L DPPH-乙醇试剂(1mL)在黑暗中在24±1℃下混合30min以形成样品。然后将成膜溶液(1mL)和乙醇(1mL)混合作为对照组。将蒸馏水(1mL)和
0.2mmol/L DPPH-乙醇试剂(1mL)混合作为空白组。测量
波长为517nm的吸光度，DPPH清除活性按下式计算：
[0027]
[0028] 式中：Abs1：样品吸光度；Abs2：对照组吸光度；Abs3：空白组的吸光度；
[0029] (3)抗拉伸强度
[0030] 将复合薄膜裁成100×15mm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50mm，测试速度为5mm/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)，抗拉伸强度按下式计算：
[0031]
[0032] 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)；
[0033] (4)断裂伸长率
[0034] 将复合薄膜裁成100×15mm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50mm，记录两探头间复合薄膜的长度(L0)，测试速度为5mm/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：
[0035]
[0036] 式中：L0：复合膜的长度(mm)；L：复合膜断裂时的长度(mm)；
[0037] (5)水蒸气透过率
[0038] 称取3g经干燥的粉末状无水氯化
钙置于50ml广口三
角瓶中，用待测的复合薄膜扎紧密封，置于相对湿度为83％的干燥器中(内装氯化
钾饱和溶液)，每12h称重一次，持续一周，通过杯
质量的增加计算水蒸气透过率，按下式计算：
[0039]
[0040] 式中：△m：水蒸气迁移量(g/h·m2)；A：膜的面积(m2)；t：测定时间(h)；L：膜厚(mm)；△P：膜两侧的水蒸气压差(kPa)；
[0041] (6)吸湿率
[0042] 将薄膜(20mm×20mm)在干燥器中干燥48h，然后将薄膜置于含有饱和KCl溶液的
真空干燥器中72h，按下式计算：
[0043]
[0044] 式中：m1：吸湿前膜的重量(g)；m2：吸湿后膜的重量(g)；
[0045] (7)氧气透过率
[0046] 将薄膜置于含有1mL亚油酸的锥形烧瓶上，然后在24±1℃下放置7d，通过锥形瓶增加的重量来确定薄膜的氧气透过率，按下式计算：
[0047]
[0048] 式中：Δm：锥形烧瓶增加的重量(g)；A：薄膜的面积(m2)；t：试验时间(d)；
[0049] (8)二氧化碳透过率
[0050] 将薄膜置于含有5mL KOH饱和溶液的锥形烧瓶上，然后在24±1℃下放置7d，通过锥形瓶增加的重量来确定二氧化碳透过率，按下式计算：
[0051]
[0052] 式中：Δm：锥形烧瓶增加的重量(g)；A：薄膜的面积(m2)；t：试验时间(d)。
[0053] 本发明的有益效果为：
[0054] (1)本发明以
可生物降解的大豆分离蛋白、具有
生物相容性、高
刚度和低
密度等特点的纳米纤维素和具有抗氧化性的阿魏酸为原料，制得的薄膜具有抗氧化性、且机械性能、阻水性和阻气性得到改善，可生物降解，绿色环保；
[0055] (2)本发明提供了一种抗氧化性大豆蛋白薄膜及其制备方法，制备薄膜的操作流程简单，制得的薄膜厚度均匀，
颜色均一，无特殊气味，具有良好的生物降解性和抗氧化性。纳米纤维素在大豆蛋白基质中分散良好，且可与大豆蛋白之间形成氢键，并发生物理交联，从而改善复合薄膜的机械性能。利用阿魏酸的抗氧化性能，将其加入到薄膜中，而不是直接添加到食品中以制备抗氧化活性包装膜，与此同时，阿魏酸也是一种交联剂，由阿魏酸形成的自由基可与
蛋白质中的酪氨酸或半胱氨酸残基反应，并且它可以通过产生中间体与蛋白质和多糖交联。
具体实施方式
[0056] 下面对本发明具体
实施例进行详细描述：
[0057] 一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0058] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
[0059] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0060] (3)搅拌纳米纤维素：使用恒温磁力搅拌器搅拌纳米纤维素30min，使之状态均一稳定；
[0061] (4)制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将0.05％～0.20％阿魏酸0.20％搅拌后的纳米纤维素加入到(2)制得的大豆蛋白膜溶液中，并在60℃下搅拌1h；
[0062] (5)脱泡烘干：将(4)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
[0063] (6)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0064] (7)成品。
[0065] 实施例1：一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0066] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆蛋白膜溶液；
[0067] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0068] (3)搅拌纳米纤维素：使用恒温磁力搅拌器搅拌纳米纤维素30min，使之状态均一稳定；
[0069] (4)制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将0.05％阿魏酸和0.20％搅拌后的纳米纤维素加入到(2)制得的大豆蛋白膜溶液中，并在60℃下搅拌1h；
[0070] (5)脱泡烘干：将(4)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
[0071] (6)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0072] (7)成品。
[0073] 实施例2：一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0074] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
[0075] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0076] (3)搅拌纳米纤维素：使用恒温磁力搅拌器搅拌纳米纤维素30min，使之状态均一稳定；
[0077] (4)制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将0.10％阿魏酸和0.20％搅拌后的纳米纤维素加入到(2)制得的大豆蛋白膜溶液中，并在60℃下搅拌1h；
[0078] (5)脱泡烘干：将(4)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
[0079] (6)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0080] (7)成品。
[0081] 实施例3：一种抗氧化性大豆蛋白复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0082] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
[0083] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0084] (3)搅拌纳米纤维素：使用恒温磁力搅拌器搅拌纳米纤维素30min，使之状态均一稳定；
[0085] (4)制备大豆蛋白复合薄膜溶液：将0.20％阿魏酸和0.20％搅拌后的纳米纤维素加入到(2)制得的大豆蛋白膜溶液中，并在60℃下搅拌1h；
[0086] (5)脱泡烘干：将(4)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
[0087] (6)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0088] (7)成品。
[0089] 对照组1：一种纯大豆蛋白薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0090] (1)制备大豆蛋白膜溶液：将4.0％大豆分离蛋白，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在60℃下搅拌1h，以制备大豆分离蛋白膜溶液；
[0091] (2)调节pH：用0.1mol/L的NaOH将(1)制得的大豆蛋白膜溶液的pH调节至9.0；
[0092] (3)脱泡烘干：将(2)制得的成膜溶液超声脱泡处理15min后，倒于硅橡胶板槽内，置于60℃的恒温鼓风干燥机中烘干7h；
[0093] (4)回软揭膜：冷却至室温后，将薄膜从硅橡胶板上剥离，并在50％相对湿度和24±1℃下存放24h；
[0094] (5)成品。
[0095] 对实施例1-3制得的大豆蛋白复合薄膜及对照组1制得的纯大豆蛋白薄膜做总酚含量、DPPH自由基清除率抗拉伸强度、断裂伸长率、水蒸气透过率、吸湿率、氧气透过率和二氧化碳透过率进行测定；
[0096] 对实施例1-3制得的大豆蛋白复合薄膜及对照组1制得的纯大豆蛋白薄膜对比结果见下表：
[0097]
[0098] 注：①每组实验都进行了三组平行试验，每个数值都是三组数据的平均值；②总酚含量和DPPH自由基清除率反应了薄膜的抗氧化性，其值越高，表明薄膜的抗氧化性越高；③抗拉伸强度和断裂伸长率反应了薄膜的机械性能，抗拉伸强度值越高、断裂伸长率值越低，表明薄膜的机械性能越佳；④水蒸气透过率和吸湿率反应了薄膜的阻水性，其值越低，表明薄膜的阻水性越佳；⑤氧气透过率和二氧化碳透过率反应了薄膜的阻气性，其值越低，表明薄膜的阻气性越佳。
