[发明专利]仿生可食用超疏水界面及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于食品科学领域，具体涉及一种仿生可食用超疏水界面的设计、制备及其在食品贮藏、包装领域中的应用。

背景技术

经过亿万年的积累，生物为了适应不断变化的环境，进化出了千姿百态的形态和功能。生物多样性的宝库为科研工作者提供了源源不断的素材与灵感。人们对生物体各种特殊结构和功能进行细致观察和深入分析，学习自然，超越自然，并开发出了先进的仿生界面为科研服务，更为人类的生产、生活创造便利条件。顾名思义，仿生界面技术就是指对生物体特有的功能表皮、触须等进行人为的模仿、构筑，以获得与生物体结构、功能相似的人工界面。其中，拥有超疏水性质的仿生界面应用非常广泛。首先，超疏水界面可以自行清洁附着在其的污渍，就如荷花的“出淤泥而不染”；其次，还可以将超疏水界面制备于金属表面起到防水、防腐和防锈的目的；其三，基于对昆虫的研究，超疏水界面还可以使水上飞行成为可能，在船体表面制备超疏水膜以减小阻力节省能源。

据不完全统计，世界范围内每年由于流体食物贮藏后倾倒不完全而导致的浪费数以亿计，特别是如蜂蜜、酸奶等高附加值、高粘稠度的流体食品。而解决此类问题就成为了改善民生，节约资源的首要目标。仿生超疏水界面的制备与应用就成为了解决此类问题的最好办法。然而，传统化学方法制备的纳米、微米尺度的无机晶体和有机/无机复合界面存在着成本高、加工工艺复杂、很难大面积生产、无法柔性应用和不可食用等缺陷，无法应用于食品领域。因此，开发出一种仿生可食用超疏水界面就成为了一个全新的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于食品贮藏、包装领域的仿生可食用超疏水界面，同时，保证该超疏水界面无毒、可食用、柔性且对多种流体食品表现为超疏特性，制备工艺简单、成本低。

为达到上述目的，本发明提供一种仿生可食用超疏水界面，由可食用多糖弹性层及可食用蜡的微观微纳二维结构两部分组成；

所述可食用多糖弹性层以分子量在2000以上的多糖为原料制备；所述多糖优选为淀粉、改性淀粉、纤维素、壳聚糖、木糖、阿拉伯胶中的一种或几种组合；

所述可食用多糖弹性层以喷涂、浸涂或滴涂的方法附着于基材表面；所述基材优选包括塑料、金属、纸张、玻璃或木材；

将所述可食用蜡的微纳尺寸结构以悬浮液形式浸涂或喷涂于所述可食用多糖弹性层表面即为所述可食用蜡的微观微纳二维结构；所述可食用蜡的微纳尺寸结构优选蜂巢蜡、椰子蜡、大豆蜡中的一种或几种组合为原料制备。

本发明还提供了上述仿生可食用超疏水界面的制备方法，具体步骤如下：

(1)取分子量在2000以上的一种或几种多糖混合，加入溶剂溶解，通过固含量调整溶液粘度至50～100cps.；将制得的多糖溶液以喷涂、浸涂或滴涂的方法在基材表面制成可食用多糖弹性层；

优选方式下，所述多糖包括淀粉、改性淀粉、纤维素、壳聚糖、木糖、阿拉伯胶中的一种或几种组合；所述溶剂包括水、甘油、乙醇、丙酮、乙醚中的一种或几种组合；所述多糖溶液最佳固含量为2％～25％；所述基材包括塑料、金属、纸张、木材或玻璃。

优选方式下，所述喷涂工艺参数为空气压力8～14MPa、喷嘴口直径1.0～3.0mm、理论涂覆率1.0～60.0m²/kg；所述浸涂工艺参数为浸没时间为5～20min，提拉速度为0.1～6.0cm/s；所述滴涂工艺参数为自流平时间5～150min。

(2)取可食用蜡加热熔融，随后加入溶剂并剧烈搅拌获得可食用蜡微纳尺寸结构悬浮液；将所述可食用蜡微纳尺寸结构悬浮液浸涂或喷涂于步骤(1)制得的可食用多糖弹性层表面成膜，即为可食用蜡的微观微纳二维结构，所述可食用多糖弹性层与可食用蜡的微观微纳二维结构的组合即为仿生可食用超疏水界面。

优选方式下，所述可食用蜡包括蜂巢蜡、椰子蜡、大豆蜡中的一种或几种组合；所述溶剂包括水、甘油、乙醇、丙酮、乙醚中的一种或几种组合；所述可食用蜡微纳尺寸结构悬浮液中最佳固含量为0.1％～5％。

进一步优化，步骤(2)所述剧烈搅拌的搅拌速度为500～5000r/min，搅拌时间为10～30min；步骤(2)所述喷涂工艺参数为空气压力8～14MPa、喷嘴口直径1.0～3.0mm、理论涂覆率1.0～60.0m²/kg；所述浸涂工艺参数为拉伸速度为0.1～6.0cm/s。

本发明产品界面与水的静态接触角在150度以上，动态滚动角在10度以下。同时，该界面对多种流体食品表现为超疏特性，如酸奶、蜂蜜、果汁、蜂王浆、茶等。

相比于现有技术，本发明产品具有如下优势：