本发明涉及植物蛋白膜及文冠果深加工领域，特别涉及一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜及其制备方法。
背景技术：
文冠果具有较高的营养价值、商业价值和工业价值，其种仁中油脂成分含量极高，约占60-70％。文冠果油呈黄色，性质较为稳定，且不饱和脂肪酸含量高，是高级保健食用油，具有清化血液脂质物，软化血管清除血栓质，阻断皮下脂肪形成，降低血脂、胆固醇的特效作用。
文冠果种仁中含有蛋白质为25.75％，其中含有人体所需的17种氨基酸，所含必须氨基酸种类齐全，且含量高达8.536％，占氨基酸总量的39.05％。研究表明，经脱脂后的文冠果油渣中，蛋白质的含量高达60.52-70％，达到或超过经特殊加工的浓缩大豆、葵籽蛋白的蛋白质含量，其生物利用率又与完全酪蛋白相近。
此外，也有研究表明，文冠果种仁蛋白性质优良，蛋白质等电点为4.6，吸油性为6.2ml/g，当ph＝10时，乳化性达到70％。其浓缩蛋白乳化性和乳化稳定性均较好，可以作为各种食品中的乳化剂，食品添加剂开发，具有广阔的应用前景。
随着人们环保意识的增加，原来由于其优良的稳定性能，加工方便等优势的塑料制品正在一步步的被可食用膜替代。在使用过程中，塑料制品不易降解，且在降解过程中，易产生有毒气体，造成大气污染，危害人类健康。可食用膜以天然高分子聚合物为基料，易降解，可食用，不仅安全环保，还能食用，为人们提供营养物质。其中，蛋白质类可食性膜是以蛋白质为主要材料，利用蛋白质的胶体性质，同时添加其他物质来改变其胶体的亲水性而制得，由于不同的蛋白种类性质不一，所制得的蛋白膜性质也会存在一定的差异。
本发明以文冠果水溶性蛋白质为原料，通过对成膜工艺条件的优化，制备了一种新型的可食用蛋白膜，研究结果不仅对提高文冠果种资源的高值利用提供了一条新途径，也为探索新一代植物源蛋白膜的研发提供了数据支撑。
技术实现要素：
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜及其制备方法，
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜，由如下组分构成：文冠果植物蛋白，增塑剂，ph调节剂及余量助剂；其中各组分按重量份计分别为：
文冠果植物蛋白含量为2-4份；
增塑剂含量为1-5份；
添加0.1mol/lnacl调节ph为9-12；
其他助剂具体为：脂类2-10份；钙交联剂0.1-0.5份；抗坏血酸0.5mg/l。
所述增塑剂为甘油，所述钙交联剂为氯化钙。
所述一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜，其中各组分按重量份计分别为：
文冠果植物蛋白含量为4份；
增塑剂含量为2.5份；
添加0.1mol/lnacl调节ph为11；
其他助剂具体为：脂类6份；氯化钙0.2份；抗坏血酸0.5mg/l。
一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、文冠果种仁蛋白的提取：
具体步骤为：
(6)取一定量研磨好的文冠果粉，用正己烷以m/v为1:10的比例浸泡，磁力搅拌2h，纱布过滤，取滤渣；
(7)所得滤渣用正己烷以1：10的比例浸泡，磁力搅拌1h，纱布过滤，取滤渣，置于通风橱中静置12h；
(8)所得滤渣用浓度为0.01mol/l的pbs缓冲溶液溶解，按照文冠果粉：pbs缓冲溶液为1：12(w/v)配成溶液,静置0.5h；纱布过滤，取滤液；滤液中缓慢加入固体硫酸铵粉末，边加边搅拌，使其饱和度达到25％,除去破碎细胞的核酸等高分子；
(9)冷冻离心机在4000r/min、2-4℃下离心0.5h，取上层清夜；上清液中缓慢加入硫酸铵粉末，边加边搅拌，使其饱和度达到60％，搅拌12h，冷冻离心机高速离心机在6000r/min、2-4℃离心15min，取清液；
(10)底部沉淀由0.01mol/lpbs缓冲液溶解；清液中继续添加固体硫酸铵粉末，至其饱和度到达75％，在6000r/min、2-4℃离心15min，取底部沉淀，由0.01mol/lpbs缓冲液溶解；沉淀溶液放入透析袋(3.5kda)中透析12h，每3h换一次水，然后于-20℃预冻，-40℃冻干，压力-0.01mpa，得到文冠果种仁蛋白；
步骤二，可食用膜的制备：
将步骤一所得文冠果种仁蛋白粉溶于蒸馏水，搅拌并加入增塑剂甘油；用0.1mol/lnacl调节ph；一定温度下，恒温水浴搅拌30min，冷却至室温后冷冻离心机3000r/min离心5min，使杂质沉淀，脱气；取离心上清液，于装订胶片上涂膜，烘箱60℃干燥6h，室温回软1h；揭膜，并将制作好的薄膜保存于干燥器中。
进一步的，所述文冠果粉经研磨过80目筛。
进一步的，所述文冠果种仁蛋白粉含量为2-4g/100g、ph11、温度为70-80℃、甘油添加量为1-5g/100g。
进一步的，所述文冠果种仁蛋白粉含量为4g/100g、ph11、温度为75℃、甘油添加量为2.5g/100g。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明对文冠果油渣中的蛋白进行了废物再利用，制备出的蛋白膜，性质稳定均匀，安全可食用，可以代替食品包装中的塑料制品，如方便面调料包、糖果包装纸等，安全环保，给人们带来生活便利，降低商业成本，应用前景广阔。
本发明主要阐述了利用文冠果种仁蛋白制备可食用膜的方法，并对成品蛋白膜进行性质测试分析。通过控制变量法进行单因素实验，确定了蛋白质含量、ph值、温度、甘油添加量等四个条件对于可食用文冠果种仁蛋白膜性质的影响，其中包括蛋白膜化学键的交联情况、溶解性ws、含水量mc、溶胀性s、透明度t等膜性能指标。确定了当蛋白含量为4g/100g、ph11、温度为75℃、甘油添加量为2.5g/100g时，成品可食用蛋白膜综合性能较好。确定了影响蛋白膜性质的因素，及其对蛋白膜的性质影响，掌握了较佳成膜方案。然而利用文冠果制备可食用膜的最佳方案及其相对应的因素值并不精确，最佳蛋白膜的性质仍需探索。
附图说明
图1为不同因素对薄膜透明度的影响图；
图2不同因素对薄膜含水量mc的影响图；
图3：不同因素对薄膜溶胀性s的影响图；
图4：不同因素对薄膜溶解性ws的影响图；
图5：蛋白含量与可食用膜红外光谱的关系图；
图6：ph值与可食用膜红外光谱的关系图；
图7：温度与可食用膜红外光谱的关系图；
图8：甘油含量与可食用膜红外光谱的关系图；
图9：蛋白含量为4g/100g样品的扫描电镜图；
其中，a为蛋白膜正面扫描图，b为蛋白膜反面扫描图；
图10：10ph为10样品的扫描电镜图。
其中，a为蛋白膜正面扫描图，b为蛋白膜反面扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
实验例1：
材料与方法
材料
文冠果种子购于万顺种业有限公司(陕西)。种子手工去壳后粉碎，置于-18℃冰箱中贮藏待用。
试剂与耗材
文冠果种仁粉、正己烷、na2hpo4、nah2po4、nacl、固体硫酸铵、透析袋、0.1mol/lnaoh、甘油、装订胶片a4、玻璃板、干燥器及变色硅胶；
设备
表1实验仪器表
方法
文冠果蛋白提取工艺
采用盐析法提取文冠果种仁蛋白，具体工艺如下：
取一定量研磨好的文冠果粉，用正己烷以1:10的比例浸泡，磁力搅拌2h，纱布过滤，取滤渣。所得滤渣用正己烷以1：10的比例浸泡，磁力搅拌1h，纱布过滤，取滤渣，置于通风橱中静置12h。所得滤渣用浓度为0.01mol/l的pbs缓冲溶液溶解，按照文冠果粉：pbs缓冲溶液为1：12(w/v)配成杏仁溶液,静置0.5h；纱布过滤，取滤液。滤液中缓慢加入固体硫酸铵粉末，边加边搅拌，使其饱和度达到25％,此步骤的目的在于除去破碎细胞的核酸等高分子。冷冻离心机在4000r/min、2-4℃下离心0.5h，取上层清夜。上清液中缓慢加入硫酸铵粉末，边加边搅拌，使其饱和度达到60％，搅拌12h，冷冻离心机高速离心机在6000r/min、2-4℃离心15min，取清液，底部沉淀由0.01mol/lpbs缓冲液溶解。清液中继续添加固体硫酸铵粉末，至其饱和度到达75％，在6000r/min、2-4℃离心15min，取底部沉淀，由0.01mol/lpbs缓冲液溶解；沉淀溶液放入透析袋(3.5kda)中透析12h，每3h换一次水，然后预冻，冻干。
可食用蛋白膜的制备工艺
蛋白粉溶于蒸馏水，搅拌并加入增塑剂甘油。用0.1mol/lnacl调节ph。一定温度下，恒温水浴搅拌30min，冷却至室温后冷冻离心机3000r/min离心5min，使杂质沉淀，脱气；取离心上清液，于装订胶片上涂膜，烘箱60℃干燥6h，室温回软1h。揭膜，并将制作好
可食用蛋白膜的性能分析
透明度分析：
光学性能的测试主要采用可见光度法测试。将薄膜裁切成大小适中的测试样条，将样条贴在比色皿的一侧，并在600nm波长处测定薄膜的吸光度，以空的比色皿为参比，薄膜的透明度按下式计算：
t＝0.1a×100％
其中，a为吸光度，t为透明度(％)。
持水性分析：
薄膜的含水量(mc)通常用重量法测定。
mc由在空气中保存的薄膜在105℃烘箱中烘干24h后的质量差决定；见如下公式；
其中，m0为处理前薄膜的质量，m2为处理后薄膜的质量。
溶胀性分析：
薄膜的溶胀性(s)通常用重量法测定。
s由事先烘干的薄膜在浸泡2min后的质量增加量决定，浸泡后的薄膜表面的水分由滤纸吸干；见如下公式：
其中，m0为处理前薄膜的质量，m3为处理后薄膜的质量。
溶解性分析：
薄膜的溶解性(ws)通常用重量法测定。
ws由薄膜在浸泡24h后的质量损失决定，前后两次称重都是薄膜在105℃的烘箱中干燥24h后测定；见如下公式；
其中，m0为处理前薄膜的质量，m1为处理后薄膜的质量。
数据分析
采用origin2015软件、graphpadprism5软件对数据进行处理以及作图。每组数据重复三次。
结果与讨论
蛋白含量对可食用蛋白膜性能的影响
由柱状图1a、图2a、图3a、图4a对比可知，蛋白含量对可食用膜的透光性、持水性等性质均有一定影响。
当可食用膜的蛋白含量升高时，可食用蛋白膜的透明度明显升高，可食用蛋白膜的含水量mc以及溶解性ws随之明显下降，而可食用蛋白膜的溶胀性s随之升高。由图5可知，随着可食用膜蛋白含量的增加，可食用膜中化学键的伸缩振动变化明显加强，化学键交联作用有明显变化，主要表现在c＝n、n＝o、c-n以及n-h变形。
蛋白质分子具有一定的空间结构，在经过热处理、酸、碱、盐等作用后，三维空间结构展开，部分分子暴露并形成新的分子键，构成立体网状结构。当成膜液中蛋白含量较高时，所形成的蛋白膜所含分子键更多，空间结构更加致密、均匀。随之成膜的透光性更好，吸水性也更好。反之，对于水分子的破坏作用，耐受值更高，含水量更小并且更不容易溶于水。
ph值对可食用蛋白膜性能的影响
由柱状图1b、图2b、图3b、图4b对比可知，ph对可食用蛋白膜的透光性、持水性等性质均有一定影响。当可食用膜的ph升高时，薄膜的透明度逐步增加，且ph11时增值显著；薄膜含水量ms随ph增加，先增后减，可见ph10时，mc明显优于其他样品；薄膜的溶胀性s与溶解性ws随ph的升高而升高，但ws变化较小，s在ph11时，增值显著。由图6可知，随着可食用膜ph的增加，可食用膜中化学键的伸缩振动变化并不明显，化学键交联作用有微弱变化，主要表现在c＝n、n＝o、c-n、-nh2平面外变形以及n-h变形。并且变化主要在ph由10增加到11时，ph为9和10时，变化及其微小。参考brandenburg、reddy等研究ph对于蛋白膜的影响，当蛋白质分子经碱处理，分子适度变性，球形分子会变为线性，暴露内部基团，蛋白质分子形成新的化学键，分子相互作用增加，分子间网状结构加强。但当ph增大到一定程度，蛋白质分子过度变性，网状结构被破坏，蛋白膜性质反而降低。
温度对可食用蛋白膜性能的影响
由柱状图1c、图2c、图4c对比可知，温度对可食用蛋白膜的透光性、持水性等性质均有一定影响，但对薄膜的溶胀性s不构成影响。当可食用膜的温度升高时，薄膜的透明度逐步降低，降值均匀；薄膜含水量mc及溶解性ws均随温度增加而增加。由图7可知，随着可食用膜加热温度的增加，可食用膜中化学键的伸缩振动变化明显，化学键交联作用有较大变化，主要表现在-ch2、-ch3、-ch、c＝n、n＝o、c-n、-nh2平面外变形以及n-h变形。温度为70℃和80℃时，可食用膜性质相近，化学键交联作用相当。而温度为75℃时，则有明显降低，交联作用较差。
有研究表明，膜溶液热处理能够增加蛋白质分子巯基与二硫键之间的交换反应，并且促进蛋白质分子与其他膜液成分的相互作用。使蛋白膜交联度增大，改善了蛋白膜结构，并且增大了膜的致密性。但同时，如果热处理温度过高，膜液处理后蛋白质分子会逐渐变性失活，成膜质量变差甚至无法成膜。
甘油含量对可食用蛋白膜性能的影响
由柱状图1d、图2d、图3d、图4d对比可知，甘油添加量对可食用蛋白膜的透光性、持水性等性质均有一定影响。当可食用膜的甘油添加量升高时，薄膜的透明度逐步增加，但当甘油含量到达2.5g/100g时，增值较小；薄膜含水量mc随着甘油添加量的增高先增后减，在甘油添加量为2.5g/100g时，mc值达到最大；随着甘油添加量的升高，薄膜溶胀性s先减后增，在甘油添加量在2.5g/100g时，薄膜s最低，品质最好；溶解性ws随甘油添加量增加而增加。由图8可知，随着可食用膜甘油添加量的增加，可食用膜中化学键的伸缩振动变化明显，化学键交联作用有较大变化，主要表现在n-h的拉伸振动在甘油为2g/100g时最差，c＝n、n＝o、-nh2平面外变形以及n-h变形在甘油含量为2.5g/100g时最差，在甘油含量为2g/100g时最好，c-n及o-h面外弯曲在甘油含量为3g/100g时最强，甘油含量为2g/100g和2.5g/100g时差别不大。有研究表明不同增塑剂会对可食性小麦蛋白膜的性能造成不同影响`。植物蛋白膜在不添加增塑剂时，成膜较脆，韧性较差，不适合使用。增加过增塑剂的蛋白膜韧性、透明度明显增强。膜液中的增塑剂作用于蛋白质大分子达到聚合链之间的増塑作用，减少了蛋白膜的裂缝和孔洞的产生，加强了蛋白膜的完整性、柔韧性。此外，增塑剂的加入减少了分子内的氢键作用，使分子内部空间增大，使蛋白膜含水量增大，同时溶解性和溶胀性降低。但当增塑剂加入过多时，分子结构的平衡遭到破坏，蛋白膜的品质会有所降低。
红外光谱对可食用蛋白膜性能的分析
对四张红外光谱图分析，结果表明，各个图谱中不同样品在3250-3270cm-1、2930cm-1、1550-1640cm-1、1455cm-1、1325cm-1、1220-1245cm-1、923cm-1、851cm-1、655-675cm-1等多处出现了大小宽度不一的吸收峰。
其中，3250-3270cm-1处所出现的吸收峰较宽，可知蛋白膜中存在n-h拉伸振动。对比四张图，可知实验所涉的四个因素(蛋白含量、ph、温度、甘油添加量)均对n-h拉伸振动造成了一定的影响，且温度影响较大，ph所造成的影响较小；
在2930cm-1处出现了较小的吸收峰，此处证明了蛋白膜中-ch3和-ch2基团，并在该基团中存在c-h伸缩振动。对比四张光谱图，可知，除了蛋白含量的变化对于该基团的伸缩振动影响较小外，其他三个因素对其都有一定程度的影响，且变化较为明显；ph9≈ph10、甘油(2g/100g)≈甘油(3g/100g)、t(80℃)>t(70℃)>t(75℃)。
在1520-1690cm-1出现的吸收峰说明了蛋白膜中存在c＝n键拉伸、n＝o拉伸、nh变形或c-n伸缩振动。对比四张图，可以发现图中1550-1640cm-1处，最少出现了两个吸收峰，且每张图中各个吸收峰的峰值均不一样。对比各个图中的峰值变化，可以发现四个因素中，对于几个键型的影响，蛋白含量>甘油添加量>温度>ph。
在1020-1220cm-1范围内出现较宽吸收峰则说明蛋白膜中存在c-n伸缩振动。此时，四个因素对于化学键的影响均较大，影响程度ph最小，其余均较为明显。
在650-900cm-1范围内出现较宽吸收峰则可能是蛋白膜中存在-nh2平面外变形。此时，蛋白含量、甘油、ph三者对于蛋白膜的化学键影响均不大。温度为70℃和80℃的区别也不大，但是75℃时有明显变化。
在670.60cm-1处出现吸收峰为“醇酚ⅱ吸收带”，即o-h面外弯曲。此处，蛋白含量几乎没有影响，温度影响最大，甘油添加量和ph有一定影响。
扫面电镜对可食用蛋白膜的性能分析
选取优质膜以及品质较差的样品进行电镜扫描，放大3k倍在100μm下观察可食用蛋白膜的表面情况。
如图9以及图10可知，无论是品质较优的蛋白膜还是品质较差的蛋白膜，表面情况均较为均匀，较差蛋白膜表面有较多起伏或颗粒状物，平面较优质膜更加粗糙，不够光滑。蛋白膜背面均有一定的纹路，起伏较多，相较而言，优质膜纹路密度较小，纹路较浅，且更加均匀。
实验例2，其他条件同实验例1，一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜，由如下组分构成：文冠果植物蛋白，增塑剂，ph调节剂及余量助剂；其中各组分按重量份计分别为：
文冠果植物蛋白含量为2份；
增塑剂含量为5份；
添加0.1mol/lnacl调节ph为9；
其他助剂具体为：脂类2份；氯化钙0.1份；抗坏血酸0.5mg/l。
为检测实验例2蛋白膜性能，将膜裁成长100mm，宽15mm的长条,用质构分析仪作拉伸测定,有效拉伸长度为50mm，拉伸速度为5mm/s，测试条件为25℃，80％rh。记录膜破裂时的抗拉力和伸长的距离。抗拉强度和伸长率分别按下式计算：
ts＝f×10-6/s
式中:ts—抗拉强度，kpa；f—试样断裂
时承受的最大张力，n；s—试样的截面积，m2。
e＝l1-l0l0×100％
式中:e—断裂伸长率，％；；l1—拉断时膜
长，m；l0—膜原长，m
结果显示：
不同脂类及添加量对可食用蛋白膜性能的影响表明：脂类的加入能够提高膜的阻水性，并在最初添加量时能提高其机械性能。从两方面性能考虑，脂类添加量为0.02～0.1g/g时蛋白膜最佳。
文冠果分离蛋白中的氨基酸和肽在适当条件下，可与重金属离子(如ca2+)等形成络合物，以加强蛋白链间的连接，从而提高膜的抗拉强度和阻湿性能。常见的钙交联剂很多，一般而言，钙盐的溶解度越大，ca2+释放的速度越快，脆性越大。
添加0.5mg/l还原剂抗坏血酸促使蛋白质分子展开,二硫键断裂,分子内部疏水基团暴露,有利于形成新的分子间二硫键和疏水相互作用,得到坚固的网络结构,可明显提高可食用蛋白膜的抗拉强度,降低水蒸气迁移系数,但伸长率会有所下降。
本实验例中，因脂类添加量较低，所以机械性能并未有明显增加；因丙烯酸添加量较小，因此脆性降低并不明显，助剂的添加并未影响蛋白膜的整体性能。
实验例3，其他条件同实验例1，一种基于文冠果蛋白的植物蛋白膜，,由如下组分构成：文冠果植物蛋白，增塑剂，ph调节剂及余量助剂；其中各组分按重量份计分别为：
文冠果植物蛋白含量为3份；
增塑剂含量为2份；
添加0.1mol/lnacl调节ph为9；
其他助剂具体为：脂类6份；氯化钙0.3份；抗坏血酸0.5mg/l。
本实验例中，因脂类添加量较大，所以机械性能增加量较大；因氯化钙添加量不多，因此脆性降低不高。
本文主要阐述了利用文冠果种仁蛋白制备可食用膜的方法，并对成品蛋白膜进行性质测试分析。通过控制变量法进行单因素实验，确定了蛋白质含量、ph值、温度、甘油添加量等四个条件对于可食用文冠果种仁蛋白膜性质的影响，其中包括蛋白膜化学键的交联情况、溶解性ws、含水量mc、溶胀性s、透明度t等膜性能指标。确定了当蛋白含量为4g/100g、ph11、温度为75℃、甘油添加量为2.5g/100g时，成品可食用蛋白膜综合性能较好。确定了影响蛋白膜性质的因素，及其对蛋白膜的性质影响，掌握了较佳成膜方案。然而利用文冠果制备可食用膜的最佳方案及其相对应的因素值并不精确，最佳蛋白膜的性质仍需探索。
本发明对文冠果油渣中的蛋白进行了废物再利用，制备出的蛋白膜，性质稳定均匀，安全可食用，可以代替食品包装中的塑料制品(如方便面调料包、糖果包装纸等)，安全环保，给人们带来生活便利，降低商业成本，应用前景广阔。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。