具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，具体来说涉及一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜及其制备方法和应用。

背景技术

在日常生产生活中，塑料包装愈发受到广大消费者的喜爱，如生活中的购物袋、垃圾袋、一次性筷子、塑料杯等不胜枚举。在为生活提供了便利的同时，也使得“白色污染”日益严重，给自然环境带来了沉重的负担。为了改变这种现状，解决“白色污染”问题，环保型包装材料的研究工作势在必行。

以天然高分子材料大豆分离蛋白为基材的薄膜具有绿色环保、可降解、无毒害的特点，因而受到越来越多的关注。但是，单一的大豆分离蛋白膜由于蛋白质分子间的作用是刚性的，膜较脆，抗拉强度和断裂伸长率几乎为零。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的环保型大豆分离蛋白膜。

本发明的另一目的是提供上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的抗拉强度中的应用。

本发明的另一目的是提供上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的断裂伸长率中的应用。

本发明的另一目的是提供上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透光率中的应用。

本发明的另一目的是提供上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透氧系数中的应用。

本发明的另一目的是提供上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透湿系数中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将大豆分离蛋白与纯净水混合，在搅拌条件下于50～60℃恒温保持1～1.5h，以使所述大豆分离蛋白溶解，调节pH值至7～8，得到第一液体，其中，所述第一液体中大豆分离蛋白的浓度为5～6g/mL；

在所述步骤1)中，采用0.1～0.2mol/L的NaOH水溶液调节pH值至7～8。

2)在所述第一液体中加入甘油，在搅拌条件下于60～70℃恒温保持0.5～1h，得到第二液体，其中，按质量份数计，所述甘油与所述大豆分离蛋白的比为1:(2～4)；

3)将所述第二液体冷却至室温20～25℃，过滤，得到大豆分离蛋白溶液，采用溶液流延法将所述大豆分离蛋白溶液制成膜，得到环保型大豆分离蛋白膜。

在所述步骤3)中，所述溶液流延法为：将所述大豆分离蛋白溶液流延于玻璃板上，再于50～60℃干燥3～4h。

在所述步骤3)中，采用纱布实现所述过滤。

上述制备方法获得的环保型大豆分离蛋白膜。

上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的抗拉强度中的应用。

上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的断裂伸长率中的应用。

上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透光率中的应用。

上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透氧系数中的应用。

上述制备方法在提高大豆分离蛋白膜的透湿系数中的应用。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的制备方法简单，易操作，以纯净水为溶剂，是完全绿色溶剂体系，生产过程安全无毒，无污染，制备方法所用材料皆是环境良好，符合环境友好型薄膜材料的发展要求；

2、单一的大豆分离蛋白膜极脆，抗拉强度和断裂伸长率几乎为零。本发明制备所得环保型大豆分离蛋白膜的机械性能良好，抗拉强度为5.28MPa、断裂伸长率达到201.79％，可满足实际需求。同时，本发明制备所得环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数为3.91×10

附图说明

图1为本发明的实施例3所得环保型大豆分离蛋白膜的照片；

图2(a)为本发明的实施例3所得环保型大豆分离蛋白膜的断面SEM；

图2(b)为单一的大豆分离蛋白膜的端面的SEM。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

下述实施例所用药品：

大豆分离蛋白(SPI，蛋白质含量>90％)食品级，哈尔滨高科大豆食品有限责任公司；

甘油(Glycerol，GLY),纯度≥99％，分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；

氢氧化钠(NaOH)，纯度≥96.0％，天津市风船化学试剂科技有限公司。

下述实施例所涉及仪器：

CMT-4304电子万能试验机，珠海市三思泰捷电气设备有限公司(用于测试薄膜的拉伸强度和断裂伸长率)；

冷场发射扫描电子显微镜(Hitachi S4800),日立公司；

AUY220电子天平，Shimadzu日本岛津公司；

G2/132气体渗透仪，济南兰光机电技术有限公司(用于测试薄膜的透氧系数)；

W3/031水蒸气透过率测试仪，济南兰光机电技术有限公司(用于测试薄膜的透湿系数)；

WGT-S透光率/雾度测定仪，济南兰光机电技术有限公司(用于测试薄膜的透光率)；；

B15-1型恒温磁力搅拌器，上海司乐仪器有限公司；

CFO-80型送风型定温干燥箱，天津市华北实验仪器有限公司；

CHY-C2A测厚仪，济南兰光机电技术有限公司。

下述实施例中过滤采用纱布，用于过滤多余的泡沫。

实施例1～5

一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将大豆分离蛋白与纯净水混合，在搅拌条件下于60℃恒温保持1h，以使大豆分离蛋白溶解，采用0.2mol/L的NaOH水溶液调节pH值至8，得到第一液体，其中，第一液体中大豆分离蛋白的浓度为5g/mL；

2)在第一液体中加入甘油，在搅拌条件下于70℃恒温保持0.5h，得到第二液体，其中，按质量份数计，甘油与大豆分离蛋白的比为X，X值见表1；

3)将第二液体倒入干净的烧杯中，冷却至室温20～25℃，过滤，得到大豆分离蛋白溶液，采用溶液流延法将大豆分离蛋白溶液制成膜，得到环保型大豆分离蛋白膜，其中，溶液流延法为：将180ml大豆分离蛋白溶液流延在30cm×30cm的玻璃板上，再在送风型定温干燥箱中于50℃干燥3h，揭膜后得到的环保型大豆分离蛋白膜厚度均匀、透光率好、尺寸稳定性高。

表1

表2

实施例1～5中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的厚度、抗拉强度和断裂伸长率见表1，实施例1～5中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数、透湿系数和透光率见表2。其中，在测试前，将环保型大豆分离蛋白膜放在23℃，50％的恒温恒湿箱中48h后再进行膜性能的测定。实施例3所得环保型大豆分离蛋白膜的照片如图1所示。

实施例6～10

一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将大豆分离蛋白与纯净水混合，在搅拌条件下于60℃恒温保持1h，以使大豆分离蛋白溶解，采用0.2mol/L的NaOH水溶液调节pH值至8，得到第一液体，其中，第一液体中大豆分离蛋白的浓度为Y,Y值见表3；

2)在第一液体中加入甘油，在搅拌条件下于70℃恒温保持0.5h，得到第二液体，其中，按质量份数计，甘油与大豆分离蛋白的比为1：2.5；

3)将第二液体倒入干净的烧杯中，冷却至室温20～25℃，过滤，得到大豆分离蛋白溶液，采用溶液流延法将大豆分离蛋白溶液制成膜，得到环保型大豆分离蛋白膜，其中，溶液流延法为：将180ml大豆分离蛋白溶液流延在30cm×30cm的玻璃板上，再在送风型定温干燥箱中于50℃干燥3h，揭膜后得到的环保型大豆分离蛋白膜厚度均匀、透光率好、尺寸稳定性高。

表3

表4

实施例6～10中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的厚度、抗拉强度和断裂伸长率见表3，实施例6～10中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数、透湿系数和透光率见表4。其中，在测试前，将环保型大豆分离蛋白膜放在23℃，50％的恒温恒湿箱中48h后再进行膜性能的测定。

实施例11～15

一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将大豆分离蛋白与纯净水混合，在搅拌条件下于60℃恒温保持1h，以使大豆分离蛋白溶解，采用0.2mol/L的NaOH水溶液调节pH值至Z，Z的值见表5，得到第一液体。其中，第一液体中大豆分离蛋白的浓度为5g/mL；；

2)在第一液体中加入甘油，在搅拌条件下于70℃恒温保持0.5h，得到第二液体，其中，按质量份数计，甘油与大豆分离蛋白的比为1：2.5；

3)将第二液体倒入干净的烧杯中，冷却至室温20～25℃，过滤，得到大豆分离蛋白溶液，采用溶液流延法将大豆分离蛋白溶液制成膜，得到环保型大豆分离蛋白膜，其中，溶液流延法为：将180ml大豆分离蛋白溶液流延在30cm×30cm的玻璃板上，再在送风型定温干燥箱中于50℃干燥3h，揭膜后得到的环保型大豆分离蛋白膜厚度均匀、透光率好、尺寸稳定性高。

表5

表6

实施例11～15中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的厚度、抗拉强度和断裂伸长率见表5，实施例11～15中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数、透湿系数和透光率见表6。其中，在测试前，将环保型大豆分离蛋白膜放在23℃，50％的恒温恒湿箱中48h后再进行膜性能的测定。

实施例16～32

一种具备高机械性能的环保型大豆分离蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将大豆分离蛋白与纯净水混合，在搅拌条件下于60℃恒温保持1h，以使大豆分离蛋白溶解，采用0.2mol/L的NaOH水溶液调节pH值至Z，得到第一液体，其中，第一液体中大豆分离蛋白的浓度为Yg/mL；

2)在第一液体中加入甘油，在搅拌条件下于70℃恒温保持0.5h，得到第二液体，其中，按质量份数计，甘油与大豆分离蛋白的比为X；

3)将第二液体倒入干净的烧杯中，冷却至室温20～25℃，过滤，得到大豆分离蛋白溶液，采用溶液流延法将大豆分离蛋白溶液制成膜，得到环保型大豆分离蛋白膜，其中，溶液流延法为：将180ml大豆分离蛋白溶液流延在30cm×30cm的玻璃板上，再在送风型定温干燥箱中于50℃干燥3h，揭膜后得到的环保型大豆分离蛋白膜厚度均匀、透光率好、尺寸稳定性高。

X、Y和Z的值见表7。

表7

计算实施例16～23所得环保型大豆分离蛋白膜的综合评分，综合评分见表7，综合评分＝ΣF(u)×A＝F(透光率)×0.2+F(透湿系数)×0.2+F(透氧系数)×0.2+F(拉伸强度)×0.2+F(断裂伸长率)×0.2。

其中，F(透光率)为测试得到的环保型大豆分离蛋白膜的透光率，F(透湿系数)为测试得到的环保型大豆分离蛋白膜的透湿系数，F(透氧系数)为测试得到的环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数，F(拉伸强度)为测试得到的环保型大豆分离蛋白膜的拉伸强度，F(断裂伸长率)为测试得到的环保型大豆分离蛋白膜的断裂伸长率。实施例16～32中制备方法所得环保型大豆分离蛋白膜的厚度、抗拉强度和断裂伸长率、透氧系数、透湿系数和透光率见表7。其中，在测试前，将环保型大豆分离蛋白膜放在23℃，50％的恒温恒湿箱中48h后再进行膜性能的测定。

试验得出，大豆分离蛋白膜的最佳的试验参数为：第一液体中大豆分离蛋白的浓度为5g/mL，按质量份数计，甘油与大豆分离蛋白的比为1：3，pH值为8。对应的环保型大豆分离蛋白膜的拉伸强度为5.28Mpa,断裂伸长率为201.79％，透光率为89.5％，透湿系数为3.9×10

单一的大豆分离蛋白膜极脆，抗拉强度和断裂伸长率几乎为零。本发明制备所得环保型大豆分离蛋白膜的机械性能良好，抗拉强度为5.28MPa、断裂伸长率达到201.79％，可满足实际需求。同时，本发明制备所得环保型大豆分离蛋白膜的透氧系数为3.91×10

实施例3所得环保型大豆分离蛋白膜和单一的大豆分离蛋白膜的薄膜断面放大10000倍如图2(a)和2(b)所示，由图可知，单一的大豆分离蛋白膜的断面粗糙，已发生脆断；实施例3所得环保型大豆分离蛋白膜的断面平滑，不易断裂，机械性能好。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。