一种大豆分离蛋白膜的制备方法
阅读说明：本技术 一种大豆分离蛋白膜的制备方法 (Preparation method of soybean protein isolate membrane ) 是由 夏楠 杨丽军 张冬冬 张爽 徐迪 苏超 王杰 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大豆分离蛋白膜的制备方法,配制一定浓度的大豆分离蛋白溶液并调节pH至12,水浴加热后冷却至室温；将乙二胺四乙酸二酐按照一定比例向蛋白溶液中缓慢添加,保持混合体系pH始终为12并持续搅拌3h,随后将pH调节为7；使用8000-14000的透析袋在4℃下透析24h,结束后冷冻干燥。制备改性大豆分离蛋白溶液,水浴条件下加入甘油,调节至一定pH,超声脱泡后倒入模具中,45℃真空干燥24h得大豆分离蛋白膜。本发明开发出一种通过接枝改性制备出高质量大豆分离蛋白膜的方法,步骤简单,成本较低,在新型塑料开发及食品包装等方面具有一定的应用价值。(The invention discloses a preparation method of a soy protein isolate membrane, which comprises the steps of preparing a soy protein isolate solution with a certain concentration, adjusting the pH value to 12, heating in a water bath, and cooling to room temperature; slowly adding ethylenediamine tetraacetic dianhydride into the protein solution according to a certain proportion, keeping the pH of the mixed system at 12 all the time, continuously stirring for 3h, and then adjusting the pH to 7; dialyzing at 4 deg.C for 24h with 8000-. Preparing a modified soy protein isolate solution, adding glycerol under the condition of water bath, adjusting to a certain pH value, pouring into a mould after ultrasonic defoaming, and carrying out vacuum drying at 45 ℃ for 24 hours to obtain the soy protein isolate membrane. The invention develops a method for preparing the high-quality soybean protein isolate membrane by graft modification, has simple steps and lower cost, and has certain application value in the aspects of novel plastic development, food packaging and the like.)
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种大豆分离蛋白膜的制备方法。
背景技术
近年来，大豆分离蛋白凭借其优良的营养价值及功能特性而倍受关注，相关产品种类较多，如乳液、凝胶等。大豆分离蛋白结构复杂，含有大量的极性氨基酸和疏水基团，分子间可以形成较强的氢键、离子键、疏水交互作用和二硫键等从而维持稳定，因此，大豆分离蛋白是制备蛋白膜的理想材料。但是，天然大豆分离蛋白分子结构大多紧密且无序，多肽链弯曲折叠，疏水基团被亲水外壳包裹，且易受外界环境因素干扰，不利于形成结构稳定的膜产品。
目前，关于提高大豆分离蛋白膜质量的研究较多，大致分为三个方向，分别是寻找合适的制膜条件(选择成膜方法和控制温度及pH等影响因素)；制备蛋白-多糖复合膜等各类复合膜产品；在制膜过程中添加增塑剂及交联剂等提高膜韧性。经过验证，这些方法都可以在一定程度上提高蛋白膜的稳定性及其他品质，但是，通过化学接枝修饰改变蛋白结构并制备成蛋白膜的研究较少，通过本发明制备的新型大豆分离蛋白膜，可以进一步提高蛋白膜的品质，为新型塑料开发及食品包装等领域发展提供新思路。
发明内容
天然大豆蛋白具有结构杂乱无序、疏水性差等缺点，难以制备高质量膜产品，本发明提供一种通过改性大豆分离蛋白从而制备新型大豆分离蛋白膜的方法。
本发明从改善大豆分离蛋白分子结构和提高分子间作用力的角度出发，在原有的蛋白膜制备工艺基础上，提出了一种制备高强度、高阻隔性、高稳定性、低透气性的新型大豆分离蛋白膜的方法。操作步骤简明，易于实现，成本较低。
在本发明中，采用羧基接枝技术结合改变pH、温度的方法，以一定比例的天然大豆分离蛋白和乙二胺四乙酸二酐为底物，通过羧基接枝修饰制备改性大豆分离蛋白。以改性大豆分离蛋白为主要原料，加入适量甘油，以浇铸成膜的方法制备新型大豆分离蛋白膜。
蛋白膜品质主要取决于其拉伸强度、伸长率、阻隔性及稳定性几个指标。其中，较高的拉伸强度和伸长率有利于蛋白膜对抗外界压力，维持膜的完整性，阻隔性能越高，氧气及水蒸气及其他污染物可以被更好的阻隔在外部，稳定性是膜自身的储藏性能，是其他膜性能可以在一定期限内发挥作用的基础。然而，这些指标都与蛋白自身结构关系密切。天然大豆分离蛋白分子量很大，结构无序程度高，大多疏水基团被亲水外壳包裹，存储稳定性差，不利于形成结构稳定的膜产品。因此，从微观出发，改善蛋白分子结构，提高分子间作用从而制备新型大豆蛋白膜在理论上是可行的。
本发明通过接枝改性制备出一种新型的大豆分离蛋白膜，在新型塑料开发及食品包装等方面具有一定的应用价值，进一步拓展了大豆蛋白在食品领域的应用范围。
本发明目的通过如下技术方案实现，包括如下步骤：
1)使用蒸馏水制备浓度为4％(w/v)的大豆分离蛋白溶液并调节pH至12，65℃水浴加热30min后冷却至室温；乙二胺四乙酸二酐以与大豆分离蛋白质量相比，按照5％，10％，15％，20％和30％的添加量向蛋白溶液中缓慢添加，保持混合体系pH始终为12并持续搅拌3h，随后将pH调节为7；所得蛋白混合溶液使用8000-14000的透析袋在4℃下透析24h；将透析结束后的蛋白溶液冷冻干燥24h，研磨得到改性大豆分离蛋白。
2)制备浓度为6％(w/v)的改性大豆分离蛋白溶液，在60℃水浴条件下加入4％(v/v)的甘油，调节pH至8，超声脱泡后倒入模具中，45℃真空干燥24h得目标大豆分离蛋白膜。
通过上述方法制备得到的新型大豆分离蛋白膜，其拉伸强度为95MPa，断裂伸长率为8％，透气度为0.018μm/(Pa·S)，蛋白膜储藏稳定性良好。
有益效果
1)使用本发明方法所制备的大豆分离蛋白的溶解度和乳化性均增强，蛋白大分子结构解聚，其中的疏水基团暴露使得蛋白疏水性提高。乙二胺四乙酸二酐与蛋白上的游离氨基发生反应，这向蛋白引入了大量羧基基团。用这种大豆分离蛋白制备的蛋白膜可以形成相对紧密的结构，蛋白膜机械性能明显提高，透气性低，是一种新型高质量蛋白膜。
2)本发明成本低廉，工序明晰，成本较低，生产的大豆分离蛋白膜性能提高显着，在新型塑料开发及食品包装等方面具有一定的应用价值。
附图说明
图1是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜在4000-400cm-1范围内的红外光谱图。其中横坐标表示波长，纵坐标表示样品在相应波长处的透过率。
图2是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜的拉伸强度及断裂伸长率性能图。其中横坐标表示各对照及实施案例中的样品编号，左纵坐标表示该样品的拉伸强度，即使其发生变形时的拉伸力度，用MPa表示，右纵坐标表示各样品的断裂伸长率，即膜样品断裂时的伸长率。
图3是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜的透气度及透光率性能对比图。其中横坐标表示各对照及实施案例中的样品编号，左纵坐标表示该样品的透气度，右纵坐标表示各样品的透光率。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本发明的技术方案。
图1是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜在4000-400cm-1范围内的红外光谱图；其中横坐标表示波长，纵坐标表示样品在相应波长处的透过率。在该曲线中，各实例组样品在3286.06cm-1处发生蓝移，亲水O-H拉伸减少，发生分子间缔合，1534.66cm-1处振动峰峰形变尖，强度增大，且在1123.54cm-1处增加了一个峰，形成新的酰胺键。以上结果表明，经乙二胺四乙酸二酐处理，大量羧基接枝到大豆分离蛋白上。
图2是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜的拉伸强度及断裂伸长率性能；其中横坐标表示各对照及实施案例中的样品编号，左纵坐标表示该样品的拉伸强度，即使其发生变形时的拉伸力度，用MPa表示，右纵坐标表示各样品的断裂伸长率，即膜样品断裂时的伸长率。在图3中，对照例一的拉伸强度及断裂伸长率均较小，膜的强度低，易发生断裂，相比实例二的膜样品两种性能均得到较大改善。
图3是各实例及对照例一制备的高质量大豆分离蛋白膜的透气度及透光率性能；其中横坐标表示各对照及实施案例中的样品编号，左纵坐标表示该样品的透气度，右纵坐标表示各样品的透光率。在图2中，对照例一的透气度最高，透光率最低，膜样品用作包装材料易导致被包装物品与氧气、水蒸气等外部环境发生反应，从而缩短保质期，此外，其观感较差；实例二的透气度降至最低，透光率提高，该处理对提高物品储藏保质期，延长膜样品使用寿命具有重要意义。
实施例一：使用蒸馏水制备浓度为4％(w/v)的大豆分离蛋白溶液并调节pH至12，65℃水浴加热30min后冷却至室温。乙二胺四乙酸二酐以与蛋白质量相比，按照5％的添加量向蛋白溶液中缓慢添加，保持混合体系pH始终为12并持续搅拌3h，随后将pH调节为7。使用8000-14000的透析袋在4℃下透析24h，结束后冷冻干燥24h。制备浓度为6％(w/v)的改性大豆分离蛋白溶液，在60℃水浴条件下加入4％(v/v)的甘油，调节pH至9，超声脱泡后倒入模具中，45℃真空干燥24h得大豆分离蛋白膜。其各性能参见附图1，2，3。
实施例二：使用蒸馏水制备浓度为4％(w/v)的大豆分离蛋白溶液并调节pH至12，65℃水浴加热30min后冷却至室温。乙二胺四乙酸二酐以与蛋白质量相比，按照15％的添加量向蛋白溶液中缓慢添加，保持混合体系pH始终为12并持续搅拌3h，随后将pH调节为7。使用8000-14000的透析袋在4℃下透析24h，结束后冷冻干燥24h。制备浓度为6％(w/v)的改性大豆分离蛋白溶液，在60℃水浴条件下加入4％(v/v)的甘油，调节pH至9，超声脱泡后倒入模具中，45℃真空干燥24h得大豆分离蛋白膜。其各性能参见附图1，2，3。
实施例三：使用蒸馏水制备浓度为4％(w/v)的大豆分离蛋白溶
液并调节pH至12，65℃水浴加热30min后冷却至室温。乙二胺四乙酸二酐以与蛋白质量相比，按照30％的添加量向蛋白溶液中缓慢添加，保持混合体系pH始终为12并持续搅拌3h，随后将pH调节为7。使用8000-14000的透析袋在4℃下透析24h，结束后冷冻干燥24h。制备浓度为6％(w/v)的改性大豆分离蛋白溶液，在60℃水浴条件下加入4％(v/v)的甘油，调节pH至9，超声脱泡后倒入模具中，45℃真空干燥24h得大豆分离蛋白膜。其各性能参见附图1，2，3。
对比例一：使用蒸馏水制备浓度为4％(w/v)的大豆分离蛋白溶液并调节pH至12，65℃水浴加热30min后冷却至室温，冷冻干燥24h。再使用蒸馏水制备浓度为6％(w/v)的冻干后的大豆分离蛋白溶液，在60℃水浴条件下加入4％(v/v)的甘油，调节pH至9，超声脱泡后倒入模具中，45℃真空干燥24h得大豆分离蛋白膜。其各性能参见附图1，2，3。
对照例一及各实例制备大豆分离蛋白膜的剥离性能如表1所示。其中，实例二及实例三的揭膜过程较易，膜完整率较高，而对照例一的揭膜情况较不理想。
表1
本发明从改善大豆分离蛋白分子结构和提高分子间作用力的角度出发，在原有的蛋白膜制备工艺基础上，提出了一种制备高强度、高阻隔性、高稳定性、低透气性的新型大豆分离蛋白膜的方法。
在本发明中，采用羧基接枝技术结合改变pH、温度的方法，以一定比例的天然大豆分离蛋白和乙二胺四乙酸二酐为底物，通过羧基接枝修饰制备改性大豆分离蛋白。以改性大豆分离蛋白为主要原料，加入适量甘油，以浇铸成膜的方法制备新型大豆分离蛋白膜。
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