一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，属于食品包装天然高分子材料技术领域。

背景技术

聚乙烯薄膜(PE)由于价格低廉，符合食品包装卫生标准，且其原料来源广泛、使用方便而在日常生活中普遍应用，常用作食品保鲜。作为食品包装材料，具有机械性能良好、低润湿性和高防潮等优势。聚乙烯膜虽然可以作为接触包装材料用于食品保鲜，形成优良的防潮屏障，阻隔外界细菌的污染，但是缺乏活性功能，无法解决食品内部的细菌滋生，食品氧化等问题，研究者们为增加其活性常直接将精油、迷迭香、儿茶素、没食子酸等天然活性物质加入聚乙烯中制备活性包装。然而活性物质释放不理想，因为在处理聚乙烯时通常处于高温条件，会导致活性物质的降解。此外，如将活性物质接枝于PE表面，由于它们之间强烈的化学键合会导致活性物质难于释放到食品表面。因此，可将这些化合物依附另一个生物基载体，然后进一步涂覆在聚乙烯表面上产生双层膜，这不仅可以保留传统聚乙烯膜良好的包装性能，增加接触食品的安全性，同时避免了直接在食品中添加活性物质的需要，既能保持食品原有风味，又能抑制细菌、防止腐败，达到延长食品保质期的目的，还可以弥补聚乙烯膜在抑菌性能方面的缺陷，扩大聚乙烯膜的应用范围。

目前，常见的天然高分子包装材料包括纤维素、淀粉、壳聚糖、明胶等，其中明胶是一种来源于动物的皮肤、骨头等结缔组织中的胶原水解得到的天然生物大分子材料，具有生物降解性、生物相容性、及来源丰富等独特优点。近年来，基于其安全无毒、良好的成膜性和价格低廉等特点，已广泛应用于食品包装。然而，与传统包装材料相比，具有较低的延展性、机械性能、以及较高的水蒸气透过性的明胶膜限制了其应用。本发明以明胶为主要原料，在一定条件下与增塑剂、抑菌剂、凝胶材料等发生共价交联反应，涂覆于PE表面，制备出一种新型的抑菌且可广泛使用的双层抑菌膜。

蛋清蛋白由水(88％)、蛋白质(11％)和微量的碳水化合物、脂肪和灰分(1％)组成。其中卵白蛋白、卵转铁蛋白和溶菌酶是蛋清蛋白中的主要生物活性物质，在食品医药等领域有重要作用。蛋清蛋白具有良好的凝胶性和溶解性，蛋清蛋白基薄膜具有良好的成膜性、机械性能且薄膜更亮、更透明，同时蛋清蛋白基膜是一种良好的水和脂肪屏障，也常被用作抗菌剂和抗氧化剂的载体基质。将其加入到食品包装材料中，与明胶之间发生交联，可明显改善复合薄膜的机械性能及其与聚乙烯薄膜之间的粘附性。

香芹酚是牛至精油和百里香精油的主要成分之一，具有较强的抑菌效果，被广泛用作天然抗菌剂等。研究表明，将香芹酚加入到壳聚糖膜、淀粉膜和甲基纤维素膜中可提高膜的抑菌性。香芹酚具有抗氧化、抗菌及驱虫等作用，在食品加工中广泛应用。含有香精油作为抗菌剂的活性膜已经与一些保存技术相结合，例如低剂量的γ-辐射，以提高食品的保质期。

本发明以明胶和蛋清蛋白为主要原料，选择安全性高、抑菌效果好的香芹酚作为抑菌剂，在一定条件下与增塑剂等发生共价交联反应，涂覆于PE表面，制备出一种新型的抑菌且可广泛使用的双层抑菌膜。

专利CN 102848677B公开了一种食品包装用多层复合抑菌包装材料及其制备方法，将EVA与LDPE树脂在双螺杆挤出机上熔融共混后，利用该改性树脂吹制成EVA改性的LDPE改性膜；将活性抑菌成分粉末研磨后与聚氨酯或丙烯酸酯粘结剂混合均匀，制备出具有抑菌功能的软包装薄膜；专利CN 102382349B以聚烯烃为基质，加入相容剂、生物基抑菌成分、抗氧剂和加工助剂制备了一种生物基抑菌保鲜材料；专利CN 101824177A公开了一种特效抗菌PE保鲜膜，包括聚乙烯、玻璃载体银离子抗菌剂；专利CN 105086305A公开了一种抗菌保鲜膜的制备方法，该抑菌膜使用大量化学试剂，成本高，用量有限且对食品的保鲜效果一般。上述薄膜均将活性物质或抑菌剂直接加入并在高温下共混，旨在提高塑料薄膜的抑菌性，但并未考虑所添加的活性抑菌成分是否安全无毒，及其在高温条件下活性物质的降解和塑料包装直接接触食品可能产生的塑化剂向食品迁移所引起的潜在风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单，安全性高且应用范围广的新型复合可食性抑菌层及其制备方法，并可应用于易氧化腐败食品类包装领域。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1：3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：在搅拌下将1.0％-2.0％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜。用于肉品包装保存，能够明显延长肉品的腐败速度。

贮藏实验：

将上述步骤(7)所得的明胶/PE双层抑菌保鲜膜包裹新鲜猪肉，使明胶膜的那一面紧贴肉类；用未处理的普通PE食品保鲜膜作对照，同样处理包裹新鲜猪肉，置于0～4℃冷藏保鲜0天、2天、4天、6天、8天。

本发明制作的蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层的抑菌原理主要有以下几点：

(1)明胶-香芹酚复合膜吸附在细胞表面，形成一种高分子膜，阻止营养物质向细胞内的运输，致使细菌无法生长；

(2)香芹酚能够破坏细菌细胞壁的脂质结构，导致细胞膜破坏、细胞质渗漏、细胞溶解，最终导致细胞死亡；

(3)香芹酚的抗菌能力与攻击细胞膜中的磷脂有关，磷脂会导致细胞膜通透性增加和细胞质渗漏，或与细胞壁上的酶相互作用；

(4)蛋清蛋白具有一定的负载的功能，使得香芹酚得以缓慢释放，从而延长其抑菌时限。

实验结果：涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层的保鲜膜与对照普通保鲜膜相比具备良好的抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长的效果，具体结果见表1，随着贮藏时间的延长抑菌效果越突出。

本发明的有益效果为：

(1)本发明以可生物降解、无毒性、具有生物相容性的明胶，高刚度、易成膜、等特点的蛋清蛋白粉和具有抑菌和抗氧化且安全可食性的香芹酚为原料，制得的双层薄膜具有抑菌性、且机械性能、阻水性和阻气性得到改善，与传统单层包装膜(塑料包装、可食性包装)相比，明胶/聚乙烯双层抑菌保鲜膜可避免塑料包装直接接触食品而可能产生的塑化剂及聚合物单体向食品迁移所引起的潜在风险，安全性高；

(2)本发明提供了一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，同时涂覆在PE保鲜膜上制备PE抑菌保鲜膜，制备薄膜的操作流程简单，且易控制，对生产设备要求简单，制得的薄膜厚度均匀，颜色均一，安全无毒，同时涂层具有良好的生物降解性和抑菌性，尤其是大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和单增李斯特氏菌。蛋清蛋白粉在明胶中分散良好，发生物理交联，从而改善复合薄膜的机械性能和阻隔性能。将香芹酚其加入到成膜液中，发挥其抑菌特性。可根据实际生产需求，制备成双层抑菌薄膜用于各类食品包装，尤其是高脂体系食品的包装，防止食品腐败变质，延长食品保质期，便于运输和储藏。

具体实施方式

下面对本发明具体实施例进行详细描述：

一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1∶3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：在搅拌下将1.0％-2.0％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜。

实施例1：一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1∶3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：在搅拌下将1.0％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜；

(8)抑菌实验：将所制备的各类双层保鲜膜剪成直径为10.00mm大小的圆片进行抑菌实验。

大肠杆菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

金黄色葡萄球菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

单增李斯特氏菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

实施例2：一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂1.5％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1∶3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：在搅拌下将1.5％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜；

(8)抑菌实验将所制备的各类双层保鲜膜剪成直径为10.00mm大小的圆片进行抑菌实验。

大肠杆菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

金黄色葡萄球菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

单增李斯特氏菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

实施例3：一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1∶3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：在搅拌下将2％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜；

(8)抑菌实验将所制备的各类双层保鲜膜剪成直径为10.00mm大小的圆片进行抑菌实验。

大肠杆菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

金黄色葡萄球菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

单增李斯特氏菌抑菌实验

分别取0.1mL稀释到10

对照组1：一种蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层及其制备方法，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)超声脱气：将步骤(2)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的明胶/蛋清蛋白复合膜的成膜液；

(4)明胶/PE双层保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(4)中所得的成膜液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(5)烘干成膜：将步骤(4)所述的涂有明胶复合膜液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层保鲜膜。

实施例5：一种明胶/聚乙烯双层抑菌保鲜膜抑菌效果应用试验，包括以下步骤：

(1)明胶膜溶液的制备：将溶剂4.0％的明胶，2.0％甘油和适量蒸馏水混合，在50℃下搅拌1h，以制备明胶膜溶液；

(2)加入蛋清蛋白粉：将溶剂2.0％的蛋清蛋白粉加入到步骤(1)制得的明胶膜溶液中，并在50℃下搅拌1h；

(3)溶解香芹酚溶液：以1∶3(w/v)的比例将香芹酚溶解在无水乙醇中，备用；

(4)制备蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液：由实施例1～3结果可知，2.0％香芹酚添加量具有最佳的抑菌效果，因此在搅拌下将2.0％已预先溶解的香芹酚溶液缓慢加入到步骤(2)制得的明胶溶液中，并在40℃下搅拌0.5h；

(5)超声脱气：将步骤(4)制得的成膜溶液在室温下静置1h，超声脱气处理10min，得到制备好的蛋清蛋白/明胶/香芹酚可食性抑菌涂层液；

(6)明胶/PE双层抑菌保鲜膜的制备：将表面光滑、无褶皱、无破损的PE膜平铺并紧贴于光滑有机玻璃板上，确保PE膜与有机玻璃板之间无空隙、无气泡，将其作为成膜介质。将上述步骤(5)中所得的涂层液倒入电喷枪中进行喷涂，在室温下均匀涂覆于整个成膜介质，涂覆量为3-5mL/cm

(7)烘干成膜：将步骤(6)所述的涂有蛋清蛋白/明胶基可食性抑菌涂层液的成膜介质置于烘箱内干燥，温度为40℃，时间8-10h；在此期间，明胶复合膜液会干燥形成一层明胶膜并紧粘于PE膜，即得明胶/PE双层抑菌保鲜膜；

(8)用双层抑菌保鲜膜包裹(8)处理得到的样品肉，普通食品保鲜膜作对照，同样处理包裹样品肉，4℃，令藏保鲜0天、2天、4天、6天、8天；

(9)分别采用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和李斯特培养基检测冷藏后肉中单增李斯特氏菌的数量，记录检测结果；

(10)实验结果：双层抑菌保鲜膜与对照普通保鲜膜相比具备良好的抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和单增李斯特氏菌生长的效果；

应用试验证明，明胶/聚乙烯(PE)双层抑菌保鲜膜可有效抑制肉类食品在贮藏过程中微生物的生长繁殖及脂肪氧化，可使新鲜猪肉在4℃的贮藏条件下，货架期延长至6～7天。

表1不同浓度抑菌保鲜膜的抑菌圈直径(mm)