專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可生物降解乳液膜材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可生物降解乳液膜材料的制備方法。
背景技術(shù)：
保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源已成為世界各國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略。曾經(jīng)為人類(lèi)帶來(lái)極大方便的塑料制品造成的環(huán)境污染以及對(duì)能源的消耗越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。由于我國(guó)人口基數(shù)巨大，經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，非降解塑料的生產(chǎn)和消費(fèi)量呈爆炸式增長(zhǎng)，已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和大量的能源消耗。生物大分子如蛋白、多糖和油脂等具有良好的成膜性、生物相容性和生物可降解性，是石油副產(chǎn)物制成的聚乙烯薄膜的良好替代品?；诘鞍踪|(zhì)、多糖和油脂等生物大分子的膜材料可以有效地阻隔食物中的水分、 氣體以及芳香物質(zhì)的散失。其中，蛋白質(zhì)具有良好的營(yíng)養(yǎng)性和成膜性而備受重視。但由于蛋白質(zhì)天然的水溶性和親水性，蛋白膜具有不可避免的水溶性和較差的水汽阻隔性。因此在蛋白基質(zhì)中添加橄欖油制備乳液復(fù)合膜材料，能有效結(jié)合蛋白質(zhì)的良好成膜性和油脂的疏水性，改善膜材料的水氣阻隔性。橄欖油是一種高品質(zhì)的植物油，在西方被譽(yù)為“液體黃金”。有研究表明，橄欖油富含多種多酚類(lèi)物質(zhì)，具有抗氧化活性和抗癌防心腦血管疾病等諸多優(yōu)點(diǎn)。高壓微射流是一種環(huán)境友好的物理加工手段。樣品處理過(guò)程中，高速流動(dòng)的生物大分子溶液快速通過(guò)具有一定幾何形狀的腔體，物料同時(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)械力作用和相應(yīng)的熱效應(yīng)，由此引發(fā)的機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)可誘導(dǎo)生物大分子物理、化學(xué)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化。本發(fā)明采用微射流納米均質(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，乳液更穩(wěn)定，成膜后結(jié)構(gòu)更致密，油相和蛋白相作用力更強(qiáng)，機(jī)械性能和水汽阻隔性能有明顯改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)蛋白質(zhì)膜材料水汽阻隔性能差和機(jī)械強(qiáng)度弱以及傳統(tǒng)高速分散均質(zhì)所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)，提供一種新型的生物可降解乳液膜材料的制備方法。本發(fā)明選用來(lái)源豐富的明膠作為膜材料的基質(zhì)，添加橄欖油作為水汽阻隔因子，采用納米微射流均質(zhì)手段獲得納米尺度的乳液來(lái)制備乳液膜，得到具有較強(qiáng)水汽阻隔性能和機(jī)械性能以及良好加工性能的膜材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，微射流制備的乳液膜材料具有明顯優(yōu)勢(shì)和更廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種可生物降解乳液膜材料的制備方法，包含以下步驟
(O明膠備成水溶液，充分水化后，調(diào)節(jié)溶液PH為5. 5 8.0，加入相當(dāng)于明膠質(zhì)量 10 40%的甘油和相當(dāng)于明膠質(zhì)量5 20%的橄欖油；
(2)將步驟(I)得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000 20000rpm，均質(zhì)5min ； 然后采用微射流納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行二次均質(zhì)，條件為30 150 MPa,循環(huán)I 3次；(3)步驟(2)得到的物料真空脫氣，干燥得到可生物降解乳液膜材料。所述干燥優(yōu)選將物料置于恒溫恒濕箱中，恒溫恒濕箱的溫度為20 60°C，相對(duì)濕度為40%。所述真空脫氣優(yōu)選在真空度為O. SMPa下脫氣3min。步驟(I)所述水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。本發(fā)明所制備的生物可降解乳液膜材料，具有良好的水汽阻隔性能，可作為食品的內(nèi)包裝材料，具有生物相容性，可以防止食品中水分和芳香物質(zhì)的流失，還可以作為生物活性物質(zhì)(抗氧化劑、抗菌劑和營(yíng)養(yǎng)因子)的控釋載體。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)。同時(shí)添加活性成分，可以提高食品附加值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
一是選用明膠作為蛋白基質(zhì)，提高農(nóng)副產(chǎn)品的附加值。明膠是一種動(dòng)物性蛋白，由皮膚、韌帶、肌腱中的膠原經(jīng)熱變性或物理化學(xué)降解而得，因其低廉的價(jià)格和較易獲取，同時(shí)具有良好的成膜性，作為膜材料被廣泛應(yīng)用；二是在蛋白基質(zhì)中添加橄欖油，改善膜的水氣阻隔性能，防止食品與外界環(huán)境的水分以及氣體交換，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗氧化活性，能在一定程度上防止食品被氧化；三是采用微射流技術(shù)獲得納米尺度的成膜乳液，與傳統(tǒng)探頭式高速均質(zhì)獲得微米級(jí)別乳液相比，粒子粒徑更小，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，制備的膜材料結(jié)構(gòu)更加緊密，機(jī)械性能更強(qiáng)，水汽阻隔性能顯著提高。將新型的納米微射流技術(shù)應(yīng)用于乳液膜材料的制備中，與傳統(tǒng)高速分散制備的成膜乳液相比具有更小粒徑，穩(wěn)定性更好。本發(fā)明通過(guò)影響成膜液的性狀來(lái)控制乳液膜材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高其機(jī)械性能和水汽阻隔性能，獲得性能更加優(yōu)良的乳液膜材料，提高其應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有聚乙烯薄膜材料生物不可降解性和環(huán)境危害的問(wèn)題，部分取代現(xiàn)有塑料制品，具有很高的社會(huì)效益。采用納米微射流技術(shù)制備水汽阻隔性能和機(jī)械性能更好的乳液膜材料，與傳統(tǒng)高速分散制備的乳液膜相比性能更加穩(wěn)定，應(yīng)用范圍更廣泛。 乳液膜作為食品的內(nèi)包裝材料，具有良好的阻隔性，可以防止食品中水分和芳香物質(zhì)的流失，也可用于生物活性物質(zhì)(抗氧化劑、抗菌劑和營(yíng)養(yǎng)因子)的控釋載體，起到緩釋作用，為探索生物可降解膜材料的應(yīng)用潛能提供一定思路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。發(fā)明人對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了深入地創(chuàng)造性研究和試驗(yàn)，有許多成功的實(shí)施例，下面列舉四個(gè)具體的實(shí)施例。實(shí)施例I
第一步明膠制備成5% (w/w)的水溶液，充分水化后調(diào)節(jié)pH為8.0，加入40% (w/w明膠)的甘油和20%(w/w明膠)的橄欖油；
第二步將步驟一得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000rpm,均質(zhì)5min,然后采用微射流納米均質(zhì)機(jī)二次均質(zhì)，條件為150MPa，l次循環(huán)；
第三步將步驟二得到的成膜液真空度O. 8MPa下脫氣3min，量取45ml成膜液倒入有機(jī)玻璃盒中，放置于25°C，40%RH的恒溫恒濕箱中干燥36h，得到乳液膜材料；
本實(shí)施例還對(duì)不同均質(zhì)條件得到的乳液膜材料進(jìn)行性能測(cè)試，預(yù)均質(zhì)時(shí)間分別為5min、3min，二次均質(zhì)壓力分別為30、70、150 MPa，循環(huán)次數(shù)分別為I次和3次，其它條件不變，結(jié)果如表I所示。
表I預(yù)均質(zhì)條件為6000rpm、5min所得乳液膜的物理性能
條件遞光擧執(zhí) (280iim)rntmmmrnmjkm mWVP/g—m-Is-l.Pa-1膠臟46.43 ±0.5I . 09 ±2.50393l±7M5,61E-IO ± 7E-12無(wú)5,80 ±0 30H 脅I tft5048i8,i04 22ΕΛ0±3Ε4230 MPa I次5. 全O 2415.35*2-1253-38*8-135.43E10 金 4E4230 MPa 3改5.12*0,251S 3*2435S,54±7J35 27 10± 12乳權(quán)70 MPa I ±4. MiO 4324 JOiLSP62Λ7±7393.37 E-IO土3E-I2飄70 MPa 3 .次3 5_.372S7§±2 756S.S7 錄 2S14SE 10±6E-i2ISCMP^ I I*2.5“ 0—2029-20-^249SS,54*4； 13.30E40 士 1-6E41ISCEfPa 3次3.04±0.10J234±2Mi .49 土 g.352 82E-10±4E-12
通過(guò)對(duì)不同均質(zhì)條件所得乳液膜材料性能測(cè)定，發(fā)現(xiàn)納米微射流制備的乳液膜材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率明顯高于高速分散制備的乳液膜。膜材料的機(jī)械強(qiáng)度隨著微射流壓力的增大和循環(huán)次數(shù)的增加而顯著提高。這是因?yàn)楦咚俜稚⒅苽湮⒚准?jí)別的成膜乳液， 而納米微射流技術(shù)的高剪切撞擊效應(yīng)形成了納米級(jí)別的成膜液，后者粒徑更小，乳液更加穩(wěn)定，制備的乳液膜材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率有顯著提高。與蛋白膜材料相比，添加橄欖油后乳液膜材料的水汽透過(guò)系數(shù)從5. 61 E-IO降為2. 82 E-10，乳液膜材料的水汽阻隔性能顯著提高。而隨著微射流壓力增大和循環(huán)次數(shù)增加，乳液粒徑更小，膜材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密，增加了水分子的通路，減小了滲透速率。只經(jīng)過(guò)高速分散預(yù)均質(zhì)的乳液由于油相粒徑較大，乳液不穩(wěn)定，成膜過(guò)程中疏水油相富集于表面，同樣可以顯著降低膜材料的水汽透過(guò)率，甚至低于某些微射流制備的乳液膜。實(shí)施例2
第一步明膠制備成5% (w/w)的水溶液，充分水化后調(diào)節(jié)pH為8.0，加入40% (w/w明膠)的甘油和20%(w/w明膠)的橄欖油；
第二步將步驟一得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為20000rpm,均質(zhì)5min,然后采用微射流納米均質(zhì)機(jī)二次均質(zhì)，條件為150MPa，I次循環(huán)；
第三步將步驟二得到的成膜液真空度O. 8MPa下脫氣3min，量取45ml成膜液倒入有機(jī)玻璃盒中，放置于25°C，40%RH的恒溫恒濕箱中干燥36h，得到乳液膜材料；
本實(shí)施例還對(duì)不同均質(zhì)條件得到的乳液膜材料進(jìn)行性能測(cè)試，預(yù)均質(zhì)時(shí)間分別為 5min、3min，二次均質(zhì)壓力分別為30、70、150 MPa，循環(huán)次數(shù)分別為I次和3次，其它條件不變，結(jié)果如表2所示。表2預(yù)均質(zhì)條件為20000rpm、5min所得乳液膜的物理性能
二真_ 擎件透光率1% (280hm)fmrnm <MPa>斷伸長(zhǎng)率 (%)本找造過(guò)條數(shù) (W￥Wg m ■1. s.5 Pa -1)明膠 臟46.43 土 Cl 5Π 09 ±25639.5U7.895 61E4i7I-12無(wú)5 72±0 12B46±2i453.25土 6 93432 E^IOi 3 E4 230 MPa I次5ι2_ι23 Α3￡3Α 54.54 誠(chéng) 275 25 E-IOtfc U EU30 MPa 3次5.07±0 4319 5^2 1862'28±6'27S24E^!0±3E42乳爾70 MPa I次4.65 3729 5WZ 0974 22422E^10±4 E-12飄70 MPa 3次3,41±04232.4&2.6779.25±5.413.88￡.-10土€ E42ISOIwIPa m3.56 ± O..3529.lftt2.535賴(lài)《—713^671-IOtfc I 3 E-Il150MPa 3次3 42 ±0.2829 34±3 03€4.82士8.433A€ E-10土 7 E-12
通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微射流的壓力和循環(huán)次數(shù)對(duì)乳液膜材料性能的影響與實(shí)施例一相似。 相同預(yù)均質(zhì)條件下，乳液膜材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨著微射流壓力的增大而顯著提高。與實(shí)施例一中相同微射流壓力的樣品相比，預(yù)均質(zhì)的轉(zhuǎn)速越大，成膜液粒徑相對(duì)較小， 膜結(jié)構(gòu)也越穩(wěn)定，抗拉強(qiáng)度越大。與對(duì)照膜材料相比，乳液膜材料的水汽透過(guò)系數(shù)顯著減小。乳液膜材料在280nm紫外區(qū)域有強(qiáng)烈吸收，可以保護(hù)食品免受紫外照射影響。 實(shí)施例3第一步明膠制備成5%的水溶液，充分水化后調(diào)節(jié)pH為8. 0，加入40% (w/w)的甘油和比例5% (w/w明膠)的橄欖油；
第二步將步驟一得到的物料用高速分散機(jī)進(jìn)行預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000rpm,均質(zhì)3min, 然后微射流二次均質(zhì)，條件為70 MPa，3次循環(huán)；
第三步將步驟二得到的物料在真空度為O. 8MPa下脫氣3min，量取45mL體積倒入有機(jī)玻璃盒中，放置于25°C，40%RH的恒溫恒濕箱中干燥36h，得到乳液膜材料；
本實(shí)施例對(duì)不同比例油相得到的乳液膜材料進(jìn)行性能測(cè)試，橄欖油含量分別是5%， 10%，15%，20%,其它條件不變，結(jié)果如表3所示。 表3不同比例油相乳液膜的機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能
Ε油 (w/w mm)(280nm)nmm (Mpa)斷襲伸長(zhǎng)軍 (%)賽汽透過(guò)糸數(shù) (WVWg'η W)蛋曰臟46.4 - O 31I H ±2ι5β3ft 51 ±7 895.61￡-10±7.21Ε-115%16 59± 0.152104 ± I 5640.09±5724J2 E-10±2JE-1210%I 242121±L8756'3 狐 894,28 E-IOilJ E-1215%5 δ ±0 4425J8±1 62§724±7 341220%4 56±0 3 28 6±2 7568 8 ±6 283 44 LI狐 3 E-Il
通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著橄欖油的比例增加，乳液膜材料的紫外吸收明顯增加，抗拉強(qiáng)度從 17. 11變化到28. 76，斷裂伸長(zhǎng)率也有顯著提高，這是因?yàn)殚蠙煊驮黾恿四げ牧系娜犴g性。 另外，乳液膜材料的水汽透過(guò)系數(shù)從5. 61E-10下降為3. 48E-10，膜材料內(nèi)部油相與蛋白相交織緊密，降低了水分子的滲透速率。實(shí)施例4
第一步明膠制備成5%的水溶液，充分水化后調(diào)節(jié)pH為8. 0，加入含量為40% (w/w)的甘油和含量20%(w/w明膠)的橄欖油；
第二步將步驟一得到的物料用高速分散機(jī)進(jìn)行預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000rpm,均質(zhì)3min, 然后微射流二次均質(zhì)，條件為70 MPa，3次循環(huán)；
第三步將步驟二得到的物料在真空度為O. 8MPa下脫氣3min，量取45mL體積倒入有機(jī)玻璃盒中，放置于25°C，40%RH的恒溫恒濕箱中干燥36h，得到乳液膜材料；
本實(shí)施例對(duì)不同比例甘油得到的乳液膜材料進(jìn)行性能測(cè)試，甘油含量分別是10%，20%, 30%，40%,其它條件不變，結(jié)果如表4所示。表4不同比例甘油乳液膜的機(jī)械性能和水汽透過(guò)性能
權(quán)利要求
1.一種可生物降解乳液膜材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟(O明膠備成水溶液，充分水化后，調(diào)節(jié)溶液PH為5. 5 8.0，加入相當(dāng)于明膠質(zhì)量 10 40%的甘油和相當(dāng)于明膠質(zhì)量5 20%的橄欖油；(2)將步驟(I)得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000 20000rpm，均質(zhì)5min； 然后采用微射流納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行二次均質(zhì)，條件為30 150 MPa,循環(huán)I 3次；(3)步驟(2)得到的物料真空脫氣，干燥得到可生物降解乳液膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，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 60°C，相對(duì)濕度為40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，所述真空脫氣是在真空度為O.8MPa 下脫氣 3min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% ο
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可生物降解乳液膜材料的制備方法，包括以下步驟(1)明膠備成水溶液，充分水化后，調(diào)節(jié)溶液pH為5.5～8.0，加入相當(dāng)于明膠質(zhì)量10～40%的甘油和相當(dāng)于明膠質(zhì)量5～20%的橄欖油；(2)將步驟(1)得到的物料用高速分散機(jī)預(yù)均質(zhì)，轉(zhuǎn)速為6000～20000rpm，均質(zhì)5min；然后采用微射流納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行二次均質(zhì)，條件為30～150MPa，循環(huán)1～3次；(3)步驟(2)得到的物料真空脫氣，干燥得到可生物降解乳液膜材料。采用本發(fā)明方法得當(dāng)?shù)纳锝到馊橐耗げ牧辖鉀Q了蛋白膜的水溶性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松等缺點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的膜材料具有更好的機(jī)械性能和水汽阻隔性。
文檔編號(hào)C08J5/18GK102604394SQ20121007227
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者唐傳核, 尹壽偉, 楊曉泉, 馬雯 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)