CN103397476A

CN103397476A - 静电纺丝乳酸链球菌素制备纳米纤维抑菌包装材料的方法

Info

Publication number: CN103397476A
Application number: CN2013103220691A
Authority: CN
Inventors: 刁文锦
Original assignee: SHANDONG LANYUAN BIO-ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANDONG LANYUAN BIO-ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2013-11-20

Abstract

一种利用静电纺丝共混纺制备复合纳米抑菌包装材料的方法，属于包装材料领域，具体涉及生物抑菌纳米纤维复合膜及其制备的方法。该方法过程为：将有机高分子材料和高分子生物防腐剂配成高浓度溶液，分别在两组高压电源作用下，收集在同一接收器上，可得到复合的纳米抑菌材料。该纳米纤维膜经过抑菌实验表明此材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色假丝酵母菌都有良好的抑菌效果。经过拉伸强度测试，该材料的断裂强度及断裂伸长率适用于包装领域。该纳米抑菌材料与内容物的生物相容性良好，可用于冷鲜肉、果蔬等食品的保鲜包装等领域。

Description

静电纺丝乳酸链球菌素制备纳米纤维抑菌包装材料的方法

技术领域

本发明属于纳米包装材料技术领域，具体涉及一种静电纺丝乳酸链球菌素和有机高分子聚合物复合纳米抑菌纤维膜的制备方法。

背景技术

食品包装是现代食品生产的最后一道工序，它起着保护商品质量和卫生，方便贮运，促进销售，延长货架期和提高商品价值的重要作用，在一定程度上，已经成为食品不可分割的重要组成部分，食品作为日常消费的特殊商品，其营养卫生及其重要，但又极易腐败变质，包装作为食品的保护手段，必须保证食品作为商品在其流通、贮运过程中的品质质量和安全卫生。随着人们生活水平的提高，对生鲜食品的需求量逐年增长，每年我国由于微生物引起的生鲜食物腐败可达500万吨以上，生鲜食品的抗菌包装成为了一大研究的热点。

目前市场上用于生鲜食品保鲜包装的抗菌材料主要使用天然或人工合成的抑菌成分涂在包装表面或注入包装膜中，材料添加物主要有山梨酸钾、苯甲酸钠、纳米银或纳米锌。其中金属银和锌与沸石的化合成分在抑菌材料包装中应用最为普遍，但在储存过程中抑菌添加剂会逐渐渗透到所包装的食物中，对人体健康虽然不能构成威胁，但仍需要寻找能被人体降解的防腐剂替代。

国内外研究人员就纳米抑菌材料的制备已经开展了大量的工作。CN1467240A以纳米TiO₂注入到聚乙烯或聚苯乙烯塑料中，采用混捏法制成纳米抗菌保鲜塑料薄膜母料，然后注塑成型制备抑菌薄膜，用于肉食品、果蔬的保鲜，该方法制成的材料生物相容性比较差。CN101974213A将壳聚糖采用辐照降解制成纳米形态与高分子溶液混合经挤压成型制成抑菌薄膜材料，用于水果的保鲜，但是制成的这种抗菌材料机械强度较差。

发明内容

本发明旨在提供一种利用生物高分子防腐剂复合到包装材料中的方法，以解决现有包装材料中无机抑菌剂添加物不能被人体降解的缺点。以此种方法制备的复合材料机械强度高、抑菌效果好。

本发明的技术方案：一种静电纺丝乳酸链球菌素制备纳米纤维抑菌包装材料的方法，是以一种生物防腐剂乳酸链球菌素配制成高浓度静电纺丝溶液，和用于包装材料的高分子溶液进行同时进行静电纺丝混纺。具体步骤是： (1)将2~3 g乳酸链球菌素溶于10 ml pH 4.0~5.0的溶液中，室温下搅拌至完全溶解，得到浓度为20wt%~30wt%的乳酸链球菌素溶液；将2~3g有机高分子聚合物溶于10 ml 有机溶剂中，20wt%~30wt%的聚丙烯溶液。(2)将乳酸链球菌素溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为20~30 kV，电场距离为15~30 cm，纺丝速率为0.1~1.0 mL/h。将有机高分子聚合物溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为20~30kV，电场距离为15~30 cm，采用1~50个针头进行静电纺丝，每个针头的纺丝速率为1 mL/h。将两种纺丝溶液接收在同一个滚动着的卷轴接收器上，卷轴转速5 rpm，得到生物大分子防腐剂与有机高分子材料的纳米纤维复合而成的纳米纤维膜。

本发明的有益效果：目前未见有利用纳米生物防腐剂作为复合材料成分添加到包装材料中的报道。此纳米复合材料抑菌效果显著，不会对食品口味、色泽发生改变，对人体无害。适用于肉制品、酱腌菜、果蔬保鲜的包装等多个领域。

附图说明

图1为步骤一制备乳酸链球菌素纳米纤维的扫描电镜照片。

图2为步骤二制备聚丙烯纳米纤维的扫描电镜照片。

图3为步骤三中的制备复合纳米纤维的静电纺丝设备图。1. 装有乳酸链球菌素溶液的注射器；2. 滚筒接收器；3. 装有聚丙烯高分子溶液的注射器；4. 高压直流电源。

具体实施方式

步骤一：（1）将2 g乳酸链球菌素溶于10 ml浓度为0.01 mol/L、pH为4~5的乙酸-乙酸钠溶液中，室温下搅拌至完全溶解，得到浓度为20wt%的乳酸链球菌素溶液；（2）将乳酸链球菌素溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为20 kV，电场距离为20 cm，纺丝速率为1 mL/h，得到乳酸链球菌素的纳米纤维薄膜，纤维平均直径为212 nm。

步骤二：（1）将2g聚丙烯溶于10 ml N,N-二甲基乙酰胺中，微热搅拌至完全溶解，得到浓度为20wt%的聚丙烯溶液；（2）将聚丙烯溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为25 kV，电场距离为20 cm，纺丝速率为1mL/h。得到聚丙烯的纳米纤维薄膜，纤维平均直径为245 nm。

步骤三：（1）将2 g乳酸链球菌素溶于10 ml乙酸溶液中，室温下搅拌至完全溶解，得到浓度为10wt%的乳酸链球菌素溶液；将1 g聚丙烯溶于10 ml N,N-二甲基乙酰胺中，微热搅拌至完全溶解，得到浓度为20 wt%的聚丙烯溶液；（2）将乳酸链球菌素溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为20 kV，电场距离为20 cm，纺丝速率为0.5 mL/h。将聚丙烯溶液进行静电纺丝，纺丝条件：电压为25 kV，电场距离为20 cm，采用25个针头进行静电纺丝，每个针头的纺丝速率为1 mL/h，总纺丝速率为25 ml/h。将两种纺丝溶液接收在同一个滚动着的卷轴接收器上，卷轴转速5 rpm，得到两种纳米纤维复合而成的纳米纤维膜。

对步骤三中得到的单纯的聚丙烯纳米纤维膜进行拉伸强度测试：纺制一定面密度的纤维膜，选择面密度均匀平整的部分，按特定方向切取宽2 mm的长条，加持部分长度为20 mm，拉伸速度为20 mm/min，实验预加张力为0.25cN。用厚度仪测出纳米纤维膜的厚度，其他样品测出的值根据厚度比进行换算。每个样品测试5次，去除最大值与最小值，然后算平均值（结果见表1）。

表1 复合材料纳米纤维膜的拉伸断裂性能测试

结果表明，随着乳酸链球菌素添加量的升高，复合材料的断裂强度有所下降，在乳酸链球菌素的添加量为2.0%时，材料仍能保持较高的机械强度水平。

对步骤三中得到的复合纳米纤维膜进行抑菌效果测试：配置浓度为10⁵~10⁶cfu/ml的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色假丝酵母菌菌悬液，分别涂布在营养琼脂培养基、LB培养基、沙保氏培养基平板上。分别将乳酸链球菌素纳米纤维含量为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%复合样品材料用打孔器制成直径为5.5 mm的圆片，将此五种材料分别记为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5。将圆片贴在涂布了三种菌的培养基平板上。每组实验共3个平行实验，将培养基平板于37 ℃下培养12 h，测定抑菌圈的大小（结果见表2）。

表2 抑菌效果试验结果（试验用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色假丝酵母菌菌悬液浓度分别为6.2×10⁵cfu/ml、6.4×10⁵cfu/ml、5.9×10⁵ cfu/ml）

结果表明，复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌效果较强，对大肠杆菌和白色假丝酵母菌的生长也有明显的抑制作用。

Claims

1.一种静电纺丝乳酸链球菌素制备纳米纤维包装材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）乳酸链球菌素溶液的配制：将乳酸链球菌素溶于浓度为pH为4~5的溶液中，配制成浓度为20%~30%的乳酸链球菌素溶液；（2）有机高分子聚合物溶液的配制：将有机高分子聚合物溶于有机溶剂中，配制成浓度为20%~30%的溶液；（3）将乳酸链球菌素溶液与有机高分子聚合物溶液在两组高压电源作用下，同时进行静电纺丝，两种溶液得到的纳米纤维使用同一滚轴接收器，两种纳米纤维以一定的比例复合制成聚丙烯和乳酸链球菌素的复合抑菌材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机高分子聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等材料中的一种，优选的是聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机溶剂可以是N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、丙酮等有机溶剂中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的复合材料中乳酸链球菌素占总质量的0.1~2.0%。