一种可食用膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于食品材料技术领域，具体涉及一种可食用膜及其制备方法。
背景技术
可食用膜是利用可以食用的材料，经混合、加热、涂布、烘干等步骤制成的，是一种可以食用、能保鲜食品并具有包装保护功能的薄膜。它以天然可食性物质(如多糖。蛋白质、脂肪等)为原料，通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜，可通过包裹、涂布、微胶囊等形式覆盖于食品表面，可以阻隔水汽、其它气体或各种溶质的渗透，并起到保护作用，保证食品的质量，延长食品货架期。
然而，当前可食用膜在应用中存在机械强度不足、热封性较差、耐水和阻油性较差、抑菌效果不佳、耐候性差等问题。而且现有国内专利及论文中公布的可食用膜产品绝大多数处于实验室阶段，在工业化量产中存在如下问题：①产品在实验室条件下性能优异，量产后性能严重下降；②现有的可食用膜原材料主要为食品级食品添加剂，产品中含有适当水分才能保证产品同时具有强度及韧性，当生产环境与使用环境(温度、湿度)发生较大变化时，膜片水分含量变化会导致产品性能发生逆转，产品稳定性不足，使用条件苛刻；③膜产品储存稳定性差，产品货架期短，严重限制产品工业化。
发明内容
本发明的目的是克服现有可食用膜存在的机械强度不足、热封性较差、耐水和阻油性较差、抑菌效果不佳、耐候性差等问题。
为此，本发明提供了一种可食用膜，包括按质量百分比计的如下组分：纯化水60～80％、复配食品胶5～15％、普鲁兰多糖10～25％、麦芽糊精5～10％、复配防腐剂0.05～0.1％、增塑剂2～5％、增稠剂1～2％、食品消泡剂0.05～0.1％、瓜拉纳提取物0.1～0.5％。
进一步的，所述复配食品胶为明胶和文莱胶的组合物，所述明胶和文莱胶的质量比1:1～3:1。
进一步的，所述明胶和文莱胶的质量比为2:1。
进一步的，所述明胶的冻力值大于240g。
进一步的，所述复配防腐剂为聚赖氨酸和溶菌酶按质量比1:1的组合物，或山梨酸钾与柠檬酸按质量比1:1的组合物。
进一步的，所述增塑剂为三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇中任一种与甘油的组合物，所述甘油与三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇中任一种的质量比为0.1～0.3:1。
进一步的，所述增稠剂为海藻酸丙二醇酯、海藻酸钠、羧甲基纤维素中的任一种。
进一步的，所述食品消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚、聚氧乙烯(20)山梨醇酐单月桂酸酯中的任一种。
另外，本发明还提供了上述可食用膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将配料罐加热至50～70℃恒温后，打开搅拌桨，搅拌速度300～500r/min，按配方比例称取原材料，并向配料罐中依次加入纯化水、复配食品胶、普鲁兰多糖、麦芽糊精、复配防腐剂和增塑剂，恒温搅拌1～2小时，充分溶解；
2)向步骤1)中溶解的原材料中依次加入称量好的增稠剂、食品消泡剂、瓜拉纳提取物，提高搅拌转速至1000～1200r/min，继续恒温搅拌1～2小时，得到膜液；
3)保持膜液恒温50～60℃，并检测膜液粘度；
4)待膜液粘度符合规定要求后，将膜液导入真空脱泡罐，恒温脱泡0.5～1小时；
5)将脱泡后的膜液进行流延生产工序，将膜液在流延机中经缓慢烘烤，水分逐渐流失，形成致密膜材。
本发明还提供了上述可食用膜的应用，将上述可食用膜用于制成膜片，食物包装袋，打印或印刷工艺的承载物。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种可食用膜通过多种成膜剂、增塑剂、增稠剂的协同作用，使得其符合食品安全国家标准，并具有优异的机械性、抗氧化性、阻水阻油性、热水速溶性和耐候性。
(2)本发明提供的这种可食用膜通过对增塑剂、增稠剂的大量筛选优化，优选的复配增塑剂、增稠剂比例可以极大的提高膜材的耐候性，大大降低了环境温度、湿度对产品性能的影响，提高了产品的适用性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种可食用膜，包括按质量百分比计的如下组分：纯化水60～80％、复配食品胶5～15％、普鲁兰多糖10～25％、麦芽糊精5～10％、复配防腐剂0.05～0.1％、增塑剂2～5％、增稠剂1～2％、食品消泡剂0.05～0.1％、瓜拉纳提取物0.1～0.5％。
具体的，在本实施例配方中，复配食品胶采用明胶和文莱胶的组合物，明胶和文莱胶的质量比1:1～3:1，优选明胶和文莱胶的质量比为2:1，两种胶体复配协同作用，使得膜具备更优异的稳定性和持水性能；其中所述明胶冻力值要求大于240。复配防腐剂采用聚赖氨酸和溶菌酶按质量比1:1的组合物，或山梨酸钾与柠檬酸按质量比1:1的组合物，复配后的防腐剂比单一的防腐剂具有更加优异的防腐效果。增塑剂采用三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇中任一种与甘油的组合物，所述甘油与三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇中任一种的质量比为0.1～0.3:1，通过协同增塑使得最终产品中水分含量下降，同时具备优异的机械性能及柔韧性，解决产品储存及使用环境因失水导致的性能缺失，提高产品耐候性。增稠剂采用海藻酸丙二醇酯、海藻酸钠、羧甲基纤维素中的任一种，使得膜液达到最佳生产粘度，利于成膜及干燥生产环节。食品消泡剂采用聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚、聚氧乙烯(20)山梨醇酐单月桂酸酯中的任一种。瓜拉纳提取物主要成分包括瓜拉纳因子、可可碱、嘌呤氨基酸、矿物质等特殊的活力因子，具有提神醒脑、缓解腹痛、恢复体力、补充能量、提高人体机能的功效，同时对人体的作用比较温和，没有危害。
上述可食用膜的制备方法，具体过程如下：
(1)将配料罐加热至50～70℃恒温后，打开搅拌桨，搅拌速度300～500r/min，按上述配方比例称取原材料，并向配料罐中依次加入纯化水、复配食品胶、普鲁兰多糖、麦芽糊精、复配防腐剂和增塑剂，恒温搅拌1～2小时，充分溶解。
(2)向步骤(1)中溶解的原材料中依次加入称量好的增稠剂、食品消泡剂、瓜拉纳提取物，提高搅拌转速至1000～1200r/min，继续恒温搅拌1～2小时，得到膜液。
(3)保持膜液恒温50～60℃，并检测膜液粘度，检测后膜液粘度符合规定要求方可进入后续生产环节。
(4)待膜液粘度符合规定要求后，将膜液导入真空脱泡罐，恒温脱泡0.5～1小时。
(5)将脱泡后的膜液进行流延生产工序，调整流延机气压、流延速度、液面高度、刀高等参数，各区间加热温度依次降低，温度区间为50-70℃，设备运转平衡0.5小时后，打开供料阀门开始流延生产,膜液在流延机中经过缓慢烘烤，水分逐渐流失，形成致密膜材。
本发明的可食用膜可用于制成膜片，食物包装袋，打印或印刷工艺的承载物。
下面通过具体实施例说明本发明的可食用膜的性能效果。
实施例1：
本实施例提供了一种可食用膜，包括按质量百分比计的如下组分：纯化水60％、复配食品胶5％、普鲁兰多糖25％、麦芽糊精5％、复配防腐剂0.1％、增塑剂2.3％、增稠剂2％、食品消泡剂0.1％、瓜拉纳提取物0.5％。其中，复配食品胶为明胶和文莱胶按质量比1:1的组合物，复配防腐剂为聚赖氨酸与溶菌酶按质量比1:1的组合物，增塑剂为甘油与赤藓糖醇按质量比0.2:1的组合物，增稠剂为海藻酸钠，食品消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
本实施例的可食用膜采用上述制备方法形成致密膜材后，经过收卷、裁切等工艺生产制成设计尺寸的膜片。
实施例2：
本实施例提供了一种可食用膜，包括按质量百分比计的如下组分：纯化水69.7％、复配食品胶8％、普鲁兰多糖20％、麦芽糊精5％、复配防腐剂0.1％、增塑剂3％、增稠剂2％、食品消泡剂0.1％、瓜拉纳提取物0.1％。其中，复配食品胶为明胶和文莱胶按质量比2:1的组合物，复配防腐剂为山梨酸钾与柠檬酸按质量比1:1的组合物，增塑剂为甘油与赤藓糖醇按质量比0.3:1的组合物，增稠剂为海藻酸钠，食品消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
对比例1：
本对比例采用市售的明胶类可食用膜。
对比例2：
本对比例采用明胶与普鲁兰多糖复配的可食用膜。
对比例3：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增塑剂为甘油。
对比例4：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增塑剂为丙二醇。
对比例5：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增塑剂为聚乙二醇200。
对比例6：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增塑剂为柠檬酸三乙酯。
对比例7：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增稠剂为黄原胶。
对比例8：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增稠剂为羧甲基纤维素钠。
对比例9：
本对比例中可食用膜的组分与实施例2基本相同，所不同之处在于本对比例中增稠剂为羧甲基淀粉钠。
将上述实施例1、2和对比例1～9进行拉伸强度、断裂伸长率及耐候性进行检测，检测结果如表1所示。
具体的，拉伸强度测试条件：环境温度23℃、湿度60％，将膜片裁成宽10mm、厚度0.08mm、长度100mm的膜片，采用拉力试验机对膜片进行拉伸实验，拉伸速度50mm/min，测得膜片拉断时的拉断力，计算得到拉伸强度，单位MPa。
断裂伸长率测试条件：环境温度23℃、湿度60％，用拉力机对膜片进行测试时，记录膜片拉伸前与拉伸后的长度变化，计算得到断裂拉伸率。
耐候性测试条件：本发明耐候性通过两个方法测试，预设两种环境条件，第一种为温度23℃、空气湿度40％,第二种为温度23℃、空气湿度70％，将样品置于预设环境中平衡24h后测试；在两种不同环境下测试膜片的耐折性和干燥失重，耐折性采用纸板耐折度仪测试，测试膜片断裂前的极限弯折次数。
表1：可食用膜的性能
由表1中实施例1、2和对比例1、2可知，现有市售可食用膜产品在高低湿度环境下表现出的性能差别较大，水分含量受环境湿度影响较大，高湿度吸水，低湿度失水，导致耐折度测试结果差别较大，说明现有市售可食用膜产品耐候性较差，生产及使用需要限制严格的环境温湿度。本发明所提供的可食用膜在同等环境(温度23℃、湿度60％)时，拉伸强度高于对比例，断裂伸长率接近；不同环境下测试的耐候性(耐折度、干燥失重)数据可知，本发明制备的可食用膜在高低湿度环境下，膜片中水分含量无明显变化，耐折度处于同一级别，即说明环境湿度对此膜片影响很小，耐候性优异，产品对生产及使用环境要求较低，适于工业化生产与应用。
由表1中实施例2和对比例3、4、5、6可知，同体系下，通过更换增塑剂种类，其他原料比例不变测试膜片性能，各组分膜片呈现的性能具有较大差距；对比例3～6为单一体系增塑剂，膜片拉伸强度相对本发明的实施例2中采用复配增塑剂较低，耐候性相对略差；各对比例3～6的数据分析可知，在当前配方体系下，同等添加量的增塑剂，膜片高湿度吸水性：甘油＞丙二醇＞聚乙二醇＞柠檬酸三乙酯，甘油对可食用膜片增塑效果最佳，但易吸水，膜片耐候性差，因此，本发明的食用膜采用复配体系的增塑剂，其拉伸强度和耐候性能效果更佳。
由表1中实施例2和对比例7、8、9可知，同配方体系下更换增稠剂种类对膜片性能影响较大；本发明实施例2所选用的增稠剂为海藻酸钠，其在对溶液增稠的同时，会对膜片体系进行增强，协同其他普鲁兰多糖、明胶等被膜剂形成力学性能更加的稳定体系，拉伸强度显著提升，膜片在不同湿度环境下的耐折度均有较大提升，从而大大提高膜片力学性能。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
