本發(fā)明屬于可食性膜領(lǐng)域，具體是一種用褐藻糖膠制備具有抗氧化活性的可食性膜的方法。

背景技術(shù)：

食品周圍的微生物和食品氧化是食品變質(zhì)的重要原因，難以降解的包裝材料如聚乙烯、聚丙烯對環(huán)境和被包裝食品都有較大危害，而可食性抗氧化膜以天然可食性物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、多糖、脂類等)為原料，添加可食用的增塑劑、交聯(lián)劑等，通過分子間的相互作用而形成的具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜，能防止氣體、水汽和溶質(zhì)等的遷移，保持食品質(zhì)量，延長食品貨架期，而且可食性膜具有綠色環(huán)保、生物降解、無毒無害、本身有營養(yǎng)價值引起了人們的關(guān)注。

將抗氧化抗氧化劑融合進可食性膜，按一定規(guī)律緩慢釋放，在較長時間內(nèi)逐漸作用于食品，也能減少使用防腐劑，從而持久的抑制或防止腐敗氧化群和減少病原體的增長，達到抗氧化抗氧化作用。

褐藻糖膠主要成分是L-巖藻糖-4-硫酸酯的酸性雜多糖，溶于水，不溶于乙醇和氯仿等有機溶劑，可從海帶、羊棲菜和裙帶菜等主要褐藻中提取，中國是褐藻生產(chǎn)大國，如海帶產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的95%，羊棲萊也有大規(guī)模人工養(yǎng)殖，文獻報道褐藻糖膠在海帶和羊棲菜中提取率7.3%和4.6%；可利用浙江沿海盛產(chǎn)的海帶和羊棲菜下腳料來提取褐藻糖膠增加褐藻的附加值，提取褐藻糖膠方法較為成熟。

食品保鮮膜朝著融合抗氧化復合性功能膜發(fā)展，抗氧化膜制備工藝受膜基質(zhì)的類型、特性、熱穩(wěn)定性的影響很大。

目前，國內(nèi)外尚未有褐藻糖膠作為基質(zhì)制備可食性膜的報道，因此限制了褐藻糖膠的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用價值，有必要對此進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種低能耗、操作簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點，且提高褐藻糖膠的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用價值的用褐藻糖膠制備具有抗氧化活性的可食性膜的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟：

（1）褐藻糖膠膜液的配置，該褐藻糖膠膜液包括以下組分：

褐藻糖膠 1wt%

甘油 0.08-0.64wt%

吐溫-80 0.16-0.80wt%

余量為水；

（2）去除褐藻糖膠膜液中的氣泡；

（3）褐藻糖膠平鋪成膜：將褐藻糖膠膜液倒入到成膜模具中，凝固成坯膜；

（4）對坯膜烘干，去除水分；

（5）褐藻糖膠膜交聯(lián)固定：坯膜連同成膜模具一起放入濃度0.8-2.4％的氯化鈣溶液中交聯(lián)固定5-10min；

（6）褐藻糖膠膜烘干成型：將經(jīng)過交聯(lián)處理的坯膜進行烘干，并從成膜模具上揭下成品膜，獲得褐藻糖膠可食性膜成品。

進一步設(shè)置是所述的步驟（1）為將褐藻糖膠加入水中配成0.01g/mL的褐藻糖膠水溶液25mL，加0.02-0.16mL甘油，加0.04-0.20mL吐溫-80，在溫度30-60℃的磁力控溫攪拌器上攪拌溶解約20-40min到褐藻糖膠膜液澄清；

進一步設(shè)置是所述的步驟（2）為將配置單膜液放入2-8℃冰箱30min去除膜液中的氣泡。

進一步設(shè)置是所述的步驟（3）為將25mL的褐藻糖膠膜液倒在水平放置的15cm×12cm的玻璃模具上，通過玻璃棒引流使膜液自然流平充滿整塊平板的玻璃模具，使形成的坯膜為15 cm×12 cm，室溫下（25℃）凝固2h。

進一步設(shè)置是所述步驟（4）將凝固后的坯膜放入30-50℃烘箱中4-6h去除水分。

進一步設(shè)置是所述的步驟（6）中烘干為將膜連同成膜模具一起放入30-70℃烘箱中烘烤10-20 min。

本發(fā)明的創(chuàng)新機理是：褐藻糖膠水溶液有一定的特性黏度和吸濕保濕性，通常水溶性多糖類物質(zhì)通過與多價金屬離子（如鈣離子）能產(chǎn)生強凝膠透明度高的不溶性物質(zhì)，從而提高水和氣體阻隔性成聚合膜，在膜液中添加甘油和乙二醇等增塑劑通過與基質(zhì)形成分子間氫鍵能吸收水分進入膜網(wǎng)絡(luò)中，增加膜的柔韌性和彈性，提高兼容性、力學性能和阻隔性，而褐藻糖膠作為可食性膜的基質(zhì)是可行的。

本發(fā)明的褐藻糖膠可食用膜具有抗氧化能力又具有能適合包裝食品的柔軟性、彈性和韌性，在包裝食品時對包裝袋內(nèi)的環(huán)境起到抗氧化作用，具有優(yōu)秀的應(yīng)用價值。

本發(fā)明的方法不但可以克服傳統(tǒng)食品包裝的不可降解性及容易腐敗變質(zhì)的弊端，而且還具有反應(yīng)條件溫和、原料易得和綠色環(huán)保等優(yōu)點，不僅具有重要的理論價值同時也具有潛在的應(yīng)用前景。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步介紹。

附圖說明

圖1為本發(fā)明甘油含量對膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響圖；

圖2為本發(fā)明甘油含量對膜水蒸氣滲透系數(shù)的影響圖；

圖3為本發(fā)明吐溫-80含量對膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響圖；

圖4為本發(fā)明吐溫-80含量對膜水蒸氣滲透系數(shù)的影響圖；

圖5為本發(fā)明CaCl₂對膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響圖；

圖6為本發(fā)明CaCl₂對膜水蒸氣滲透系數(shù)的影響圖；

圖7為本發(fā)明溫度對膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響圖；

圖8為本發(fā)明溫度對膜水蒸氣滲透系數(shù)的影響圖；

圖9為本發(fā)明褐藻糖膠粉末和褐藻糖膠膜的XRD圖；

圖10為本發(fā)明褐藻糖膠粉末和褐藻糖膠膜的FTIR圖；

圖11為本發(fā)明褐藻糖膠膜1000倍表面和斷面SEM圖；

圖12為本發(fā)明褐藻糖膠膜3000倍表面和斷面SEM圖 ；

圖13為本發(fā)明褐藻糖膠膜溶解時間與羥基自由基清除率的關(guān)系圖；

圖14為本發(fā)明褐藻糖膠膜溶解時間與DPPH清除率的關(guān)系圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。

如圖1—圖14所示，一種褐藻糖膠制備具有抗氧化活性的可食性包裝膜的方法，包括有以下步驟：

一、褐藻糖膠膜液的制備；通過平板膜液量試做得知，稱取褐藻糖膠0.25g加入蒸餾水中配成0.01g/mL濃度的液體25mL（即1%），加0.02-0.16mL（即0.08-0.64%）甘油，加0.04-0.20mL（即0.16-0.80%）吐溫-80，在溫度30-60℃的磁力控溫攪拌器上攪拌溶解20-40分鐘到膜液澄清；

二、褐藻糖膠膜液氣泡去除；取澄清膜液放入2-8℃冰箱30min去除膜液中的氣泡；

三、褐藻糖膠膜平鋪成型；然后將25mL的膜液倒在水平放置的的15cm×12cm的玻璃模具上，通過玻璃棒引流使膜液自然流平充滿整塊平板，使形成的膜為15 cm×12 cm，室溫下（25℃）凝固2h；

四、褐藻糖膠膜烘烤；凝固后的膜放入30-50℃烘箱中4-6h去除水分；

五、褐藻糖膠膜交聯(lián)固定；膜連同玻璃板一起放入濃度0.8-2.4％的氯化鈣溶液中交聯(lián)固定5-10min；

六、褐藻糖膠膜烘干成型；膜連同玻璃板再放入30-70℃烘箱中10-20 min后取出揭膜。

分析測定

一、厚度；在膜上隨機取10個點用千分尺測量，求得平均值作為膜的厚度用于計算膜機械性質(zhì)和水蒸氣透過系數(shù)；

二、膜拉伸強度和膜斷裂伸長率；膜的機械性能按照《塑料拉伸性能的測定》GB／T 1040.3-2006所列方法, 將膜裁成100 mm×l5 mm長條，用電子萬能試驗機測量。拉伸速率設(shè)定為10 mrn／min(恒速拉伸法)，夾持有效距離為80mm．重復測量3次，最后求出其求平均值；

拉伸強度以(MPa)表示，公式如下：

σt=p/bd （1）

式中P為斷裂負荷(N)；b為試樣寬度(mm)；d為試樣厚度(mm)。

斷裂伸長率以εt (％)表示，公式如下：

εt =(L-L_o)/L_o （2）

式中L_o為試樣原始標線距離(mm)；L斷裂時標線距離(mm)；

三、水蒸汽透過系數(shù)(WVP)；水蒸氣滲透系數(shù),參考《塑料薄膜和片材透水蒸汽性試驗方法》GB/T1037-1988，測定膜透水蒸氣性用杯式法再適當簡化。首先在25℃左右的溫度下，把干燥過的CaCl₂，放人洗凈烘干的稱量瓶里，然后從膜中選擇均勻、完整的，均衡選取10個點用千分尺測出其厚度，最后用白膠帶將膜封口稱重。將稱重后的稱量瓶放入溫度為25℃、濕度為58%的恒溫恒濕箱中，24h后取出測定稱量瓶的增加的重量，由此算出水蒸氣滲透系數(shù)(Water Vapor Permeability，WVP)值[g·m／(m²·s·Pa)]，公式如下：

WVP=△m.d/(AtΔP) （3）

式中△m為杯增重量（g）；d為膜厚度（m）；A為透過面積（m²）；t為時間變化（s）；ΔP為膜兩側(cè)水分蒸汽壓差(1837.25Pa)；

四、膜衍射(XDR)；XRD采用德國布魯克公司的AXSX射線衍射計(D８Advance)進行測試,2θ角度范圍為10-90°；

五、膜紅外（FTIR）；傅里葉變換紅外光譜采用Thermo Fisher公司的NICOLET is10測試,采用ATR 模式，掃描范圍為,4000-500cm^-1,分辨率為4cm^-1；

六、膜電鏡(SEM)；復合膜的表面形貌采用日本日立公司的SU1510型掃描電鏡進行分析。加速電壓為10kV,放大倍數(shù)為1000和3000倍，測試前對樣品進行噴金處理；

七、膜抗氧化能力測定；

（1）對羥自由基清除率測定

取2.0g褐藻糖膠膜剪碎放入裝有70mL蒸餾水的燒杯中，進行恒溫磁力攪拌器上攪拌。分別在1、2、4、6、8、10分鐘時取樣2mL液（添加水始終保持100mL蒸餾水）加入25mL容量瓶中（各取2組2mL），分別加入2mmol／L FeSO4 3mL，1mmol／L雙氧水3mL，6mmol／L水楊酸3mL，定容至25mL，再將容量瓶中的液體分別倒入相應(yīng)的試管中加蓋，在37℃恒溫水浴15min，然后在510nm波長下用可見分光光度計測吸光度。以不加雙氧水溶液作為對照調(diào)零組，每個濃度有一個調(diào)零管，空白對照組以1mL蒸餾水代替1mL試樣，計算羥基自由基清除率，公式如下：

羥基自由基清除率=( A_o-A )／A_o×100％ (4)

式中：A_o為空白管的吸光度；A 為試樣管的吸光度。

(2) 膜的DPPH抗氧化能力測定

取2.0g褐藻糖膠膜剪碎放入裝有70mL蒸餾水的燒杯中，進行恒溫磁力攪拌器上攪拌。以無水乙醇為空白對照，分別在1、2、4、6、8、10分鐘時取樣2mL液（添加水始終保持100mL蒸餾水）加入25mL容量瓶中（各取2組2mL），以無水乙醇為空白對照，實驗組加入2.0mL用無水乙醇配制的0.8mmol/L DPPH溶液，對照組加入2mL的無水乙醇，用力振搖混勻后在黑暗環(huán)境中靜置30 min。用UV-722型分光光度計于波長517nm處測定其吸光度。計算DPPH清除率,表達式如下：

DPPH清除率（%）=100[1-(A_x-A_xo)/A_o] （5）

式中A_x-加入樣品溶液后的吸光度；A_xo-樣品溶液本底(樣品+無水乙醇)的吸光度；A_o-空白對照液（DPPH溶液+相應(yīng)溶劑）的吸光度，以無水乙醇調(diào)零。

結(jié)果與分析

一、甘油含量對膜性能的影響

由圖1、2可知，25mL膜液中甘油量在0.02-0.08mL時，膜的拉伸強度逐漸增大；0.08-0.16mL時，隨著含量的增大，拉伸強度減?。辉?.02-0.04mL之間，膜的斷裂伸長率隨著甘油的含量的增加而增大，在0.04-0.16mL之間，膜的斷裂伸長率隨著甘油的含量的增加而下降，在0.02-0.08mL之間，膜的斷裂伸長率隨著甘油的含量的增加而下降，在0.08-0.12mL之間，膜的水蒸氣滲透系數(shù)都隨著甘油的含量的增加而增大，在0.12-0.16mL之間，膜的斷裂伸長率隨著甘油的含量的增加而下降。這是由于甘油的相對分子質(zhì)量較小且具有親水性，因而它能輕易插入到多糖分子鏈之間，然后與其中大部分的親水基團形成氫鍵，氫鍵的成功形成大大減弱多糖分子間或分子內(nèi)本身的相互作，增加了膜的柔軟度，使膜得以有效地延展，柔韌性提高。但由于甘油含量的增加同時增大了滲透系數(shù)，不利于食品的保鮮，所以甘油的含量并不是越多越好，綜合抗拉強度，25mL膜液中添加0.08mL甘油（即0.32wt%）為較優(yōu)值；

二、吐溫-80含量對膜性能的影響

由圖3、4可知，25mL膜液中吐溫-80含量在0.04-0.08mL：隨著吐溫-80含量增加，膜的拉伸強度逐漸增大，斷裂伸長率隨含量增加而下降，含量在0.08-0.20mL之間，膜的拉伸強度緩慢下降，在0.08mL時最高，斷裂伸長率隨含量先增后降再升，吐溫-80含量0.04-0.08mL時，膜的水蒸氣滲透系數(shù)上升，0.08-0.20mL時膜的水蒸氣滲透系數(shù)先降后升再降緩慢下降；雖然從原理上看，吐溫-80-80會進入到褐藻糖膠分子鏈的間隙，使鏈間的空隙增大，減小鏈間的作用力，從而使鏈的流動性增加，以膜的拉伸強度為主，綜合考慮，25mL膜液中添加0.08mL的吐溫-80（即0.32wt%）最佳；

三、CaCl₂濃度對膜性能的影響

由圖6、圖7可知，在CaCl₂濃度0.8%-1.2%的范圍內(nèi)，濃度的增大，抗拉強度和斷裂伸長率慢慢增加，在CaCl₂濃度1.2%時最高，在氯化鈣濃度1.2%-2.4%時，抗拉強度和斷裂伸長率慢慢下降，在CaCl₂濃度0.8%-1.2%時，水蒸氣滲透系數(shù)逐漸減小，在CaCl₂濃度0.8%-1.2%時，隨著濃度的上升水蒸氣滲透系數(shù)先上升再下降；以膜的拉伸強度為主，綜合考慮，25mL膜的交聯(lián)CaCl₂濃度1.2%最佳；分析原因可能是一開始隨著交聯(lián)濃度的增加，鈣離子濃度增加，褐藻糖膠膜中鈣離子成分增多，膜性能增強，當濃度超過1.2wt%后，可能是膜表面形成了一種阻礙鈣離子進入的物質(zhì)，導致膜的鈣含量減少，抗拉強度減少，膜性能降低；

四、溫度對膜性能的影響

由圖7、圖8可知，在烘干溫度30-50℃，膜的拉伸強度、斷裂伸長率隨溫度升高而增大；在50-70℃隨溫度的升高都呈現(xiàn)下降趨勢，50℃時膜的拉伸強度、斷裂伸長率最好，在烘干溫度30-50℃，水蒸氣滲透系數(shù)先上升再下降，50℃時最低，在烘干溫度50-70℃，水蒸氣滲透系數(shù)逐漸上升，分析原因為：在膜液干燥時，受干燥溫度影響，膜液變化除了溶劑蒸發(fā)，成膜物質(zhì)之間的相互作用也會隨溫度改變而改變。當溫度過低時，分子運動速度相對緩慢，溶劑蒸發(fā)速度過慢，使成膜時間變長，膜液分子間氫鍵也不利于形成，分子間無法有序交聯(lián)而形成有規(guī)則的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，同時成膜大分子的展開也會不充分，從而影響成膜表面局部干燥不完全、膜會出現(xiàn)薄厚不均等缺陷，從而使膜性能低。溫度過高時，又因溶劑蒸發(fā)速度過快，從而使得成膜大分子被過早地固定下來，成膜分子間結(jié)構(gòu)絮亂，易導致膜表面出現(xiàn)厚薄不均、裂縫、孔洞或褶皺等問題，從而降低膜的性能。溫度為50℃時膜液中水分蒸發(fā)速度在一個相對穩(wěn)定適宜的水平，褐藻糖膠分子可以充分伸展，互相纏繞、穿插，形成定向有序排列，提高了膜結(jié)構(gòu)致密程度和結(jié)晶程度，綜合考慮，膜的最佳烘干溫度為50℃；

五、X射線（XRD）分析

XRD可以用于研究混合物之間的相互作用，在混合體系中,如果兩種物質(zhì)彼此之間沒有相互作用，混合體系將會呈現(xiàn)出單一物質(zhì)各自的晶型，因此X射線衍射還可用來研究混合物的混合程度。圖9可知，純褐藻糖膠在２θ=16.07°處有個明顯的衍射峰，而褐藻糖膠膜在２θ=17.11°處出現(xiàn)了一個新的衍射峰，而且褐藻糖膠膜衍射峰的形狀與褐藻糖膠粉末有所不同，主要是膜中有甘油吐溫等物質(zhì)的緣故，并且與這些物質(zhì)有很好的混合程度。

六、紅外（FTIR）分析

圖12是褐藻糖膠粉末和褐藻糖膠膜的紅外譜圖，兩者紅外吸收光譜相差較大，主要是褐藻糖膠溶于水后成膜，褐藻糖膠分子內(nèi)和分子間容易形成氫鍵，使分子鏈相互纏繞，形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而褐藻糖膠粉末分子間形成的氫鍵較少，伸縮振動峰較少，曲線整體較平，表明褐藻糖膠膜形成了交聯(lián)狀態(tài)；

七、電鏡掃描(SEM)分析

復合膜的表面和斷面形貌采用SEM 表征，如圖13（放大倍數(shù)為1000倍）、圖14（放大倍數(shù)為3000倍）所示，膜的表面比較光滑，沒有出現(xiàn)突起物，說明沒有發(fā)生明顯相分離，也表明褐藻糖膠膜具有很好的相容性；

八、膜抗氧化性能分析

（1）膜對羥自由基清除率分析

由圖13可知，褐藻糖膠膜溶解1分鐘后，羥基自由基清除率就達到5%左右，1分鐘后羥自由基清除率上升緩慢，褐藻糖膠膜的平均清除率為6.09%，可見褐藻糖膠膜本身具有一定清除羥自由基的能力，說明褐藻糖膠膜具有一定的抗氧化性；

（2） 膜對DPPH清除能力分析

由圖14可知，褐藻糖膠膜溶解1分鐘后，褐藻糖膠膜對DPPH清除率達到10.5%左右，1分鐘后羥自由基清除率上升緩慢，褐藻糖膠膜的平均清除率為11.69%，可見褐藻糖膠膜本身具有一定DPPH清除的能力，說明褐藻糖膠膜具有一定的抗氧化性。

九、結(jié)論

為了研發(fā)新型可降解抗氧化包裝材料，以褐藻糖膠為成膜基料，添加了增塑劑甘油和吐溫-80通過測定膜的厚度、抗拉強度、斷裂伸長率和水蒸氣滲透系數(shù)等力學性質(zhì)指標，確定褐藻糖膠抗氧化膜成膜液的最佳組成為：1％ 褐藻糖膠，0.32%甘油，0.32%吐溫-80，在CaCl₂濃度1.2%溶液中交聯(lián)交聯(lián)固定5min為最佳，烘烤溫度為50℃烘箱中10 min后取出揭膜，得到的褐藻糖膠膜的力學性能較好，通過X射線、紅外光譜、電鏡掃描等分析手段證明褐藻糖膠能很好地結(jié)合成膜，褐藻糖膠膜的抗氧化效果也較理想，為綠色包裝提供了一種新的抗氧化材料和工藝參數(shù)，該膜可以在生物醫(yī)藥、食品包裝、水污染處理等方面有良好的發(fā)展前景。