CN103408776A - 一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,它涉及一种复合包装薄膜的制备方法。本发明是要解决现有的抗菌包装膜中纳米TiO2光催化率低、抗菌保鲜效果不显著的问题,本发明的制备方法为:一、溶解壳聚糖;二、纳米材料粉体改性;三、添加纳米材料;四、添加金属离子,即完成有保鲜功能的复合包装薄膜的制备方法。本发明提供的工艺方法简单易行,Ag以离子形式存在容易制成均匀特性的薄膜,制成的薄膜可降解,保鲜性能好且成本低。本发明应用于抗菌包装领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合包装薄膜的制备方法。
背景技术
壳聚糖是天然的抗菌剂,且该膜对O2、CO2、C2H4具有一定的选择渗透作用,安全无毒、价廉、具有良好的生物相容性和可降解性,已被广泛的应用在食品保鲜领域。它能够减缓营养物质的消耗,延缓果实完熟,降低果实腐烂率。但壳聚糖单独成膜,其湿态机械强度较差,膜的强度、韧性不够,一段时间后易断裂破碎。因此许多学者对壳聚糖进行改性,使壳聚糖膜的力学性能、保湿性和抗菌性能等得到提高和改善,增强了壳聚糖复合膜的保鲜性能。
纳米TiO2是目前研究最为活跃的无机纳米材料,具有粒径小、比表面积大、表面活性高、光吸收性能好且吸收紫外线能力强等独特的性能。将纳米TiO2引入壳聚糖中对其进行改性,制备的复合材料兼具了壳聚糖的抗菌性、成膜性、生物相容性以及纳米TiO2的抗菌性、光催化作用等特性。
然而,TiO2作为光催化剂有自身的缺陷,光催化反应的发生首先要求激发源的能量等于或大于半导体晶带宽度的能量值,这样才能激发价带上的电子到导带,在价带上产生相应的空穴,产生电子空穴对。TiO2带隙较宽,只有波长较短的紫外光才能被吸收,而太阳光中只有大约4%~6%的紫外光,所以太阳光的利用率很低。对纳米TiO2进行不同金属元素的掺杂,如Ag+和Fe3+,可以在TiO2的表面引入缺陷位置或改变结晶度,使其获得可见光催化活性,提高其在太阳光下催化降解的效率。因此,掺杂Ag+对提高TiO2光催化活性具有重要意义。另外,Ag本身具有抗菌的功效,适当浓度的Ag+对细菌和病毒具有杀灭作用,它们能通过缓释技术使微生物蛋白质结构遭到破坏,造成微生物死亡或使其产生功能性障碍,从而达到抗菌效果,是进行深度净化的一种有效物质。
抗菌包装膜中有关于单纯壳聚糖膜,以及向壳聚糖薄膜中同时或分别添加纳米TiO2和纳米Ag的研究,但向壳聚糖溶液中添加经Ag+掺杂的纳米TiO2制备包装膜的研究未见报道。向壳聚糖薄膜中添加纳米TiO2和纳米Ag主要是因为纳米TiO2和纳米Ag均有杀菌效果,同时添加的做法是分别利用纳米TiO2和纳米Ag的杀菌作用,是同一种效应的简单叠加。且纳米Ag具有价格高,易团聚,不易形成均质薄膜,性能不均一等缺点。将Ag+掺杂到纳米TiO2中可以明显改善其光催化特性,进而提高其杀菌、净化性能。
发明内容
本发明是要解决现有的抗菌包装膜中纳米TiO2光催化率低、抗菌保鲜效果不显著的问题,提供了一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法。
本发明一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:
一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15~25g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米材料粉体改性:将纳米材料加入到水中,调节pH至5.0,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨,得到改性后的纳米材料粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为(6~7):1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米材料粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米材料粉体的质量浓度为0.1g/L~0.5g/L的纳米材料壳聚糖溶液;
四、金属离子添加:将含金属离子的化合物加入到纳米材料壳聚糖溶液中,得到混合溶液,然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到抗菌保鲜的复合包装薄膜,即完成有保鲜功能的复合包装薄膜的制备方法,其中溶剂A是由质量浓度为99%的甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
本发明向壳聚糖中添加经Ag+掺杂的纳米TiO2,主要是利用Ag+可以在TiO2的表面引入缺陷位置或改变结晶度,提高其在太阳光下催化降解的效率,进而进一步提升包装膜的抗菌保鲜性能,这两种添加物之间是一种协同效应,而非简单地叠加效应。壳聚糖自身具有可降解性,抗菌性能好;纳米TiO2具有光催化和抗菌作用,增强壳聚糖的抗菌性,金属Ag+可以提高TiO2活性和对于污染物的光催化降解能力,且自身具有抗菌性,另外,适当浓度的Ag+对细菌和病毒具有杀灭作用,它们能通过缓释技术使微生物蛋白质结构遭到破坏,造成微生物死亡或使其产生功能性障碍,从而达到抗菌效果,是进行深度净化的一种有效物质。银离子属于离子态,易溶于水,稍加搅拌就容易形成均匀的溶液,相应制备的薄膜均匀性好。本发明提供的工艺方法简单易行,Ag以离子形式存在容易制成均匀特性的薄膜,制成的薄膜可降解,保鲜性能好且成本低。
具体实施方式:
具体实施方式一:本实施方式一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:
一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15~25g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米材料粉体改性:将纳米材料加入到水中,调节pH至5.0,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨,得到改性后的纳米材料粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为(6~7):1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米材料粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米材料粉体的质量浓度为0.1g/L~0.5g/L的纳米材料壳聚糖溶液;
四、金属离子添加:将含金属离子的化合物加入到纳米材料壳聚糖溶液中,得到混合溶液,然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到抗菌保鲜的复合包装薄膜,即完成有保鲜功能的复合包装薄膜的制备方法,其中溶剂A是由质量浓度为99%的甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
本实施方式步骤二中用质量浓度为1%的冰乙酸溶液调节pH至5.0。
本实施方式向壳聚糖中添加经Ag+掺杂的纳米TiO2,主要是利用Ag+可以在TiO2的表面引入缺陷位置或改变结晶度,提高其在太阳光下催化降解的效率,进而进一步提升包装膜的抗菌保鲜性能,这两种添加物之间是一种协同效应,而非简单地叠加效应。壳聚糖自身具有可降解性,抗菌性能好;纳米TiO2具有光催化和抗菌作用,增强壳聚糖的抗菌性,金属Ag+可以提高TiO2活性对于污染物的光催化降解能力,且自身具有抗菌性,另外,适当浓度的Ag+对细菌和病毒具有杀灭作用,它们能通过缓释技术使微生物蛋白质结构遭到破坏,造成微生物死亡或使其产生功能性障碍,从而达到抗菌效果,是进行深度净化的一种有效物质。银离子属于离子态,易溶于水,稍加搅拌就容易形成均匀的溶液,相应制备的薄膜均匀性好。本实施方式提供的工艺方法简单易行,Ag以离子形式存在容易制成均匀特性的薄膜,制成的薄膜可降解,保鲜性能好且成本低。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的纳米材料为纳米TiO2。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤四中所述的含金属离子的化合物为质量浓度为0.10moL/L的AgNO3溶液。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤四中所述的混合溶液中金属离子的化合物的质量浓度为0.5~1.5×10-4moL/L。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤四中所述的磁力搅拌器搅拌,搅拌速度为1000r/min,搅拌时间为20min。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤四中所述的干燥箱的干燥温度为40℃。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果:
试验1、本试验分为试验组、对照组1、对照组2、对照组3、对照组4和对照组5。
试验组抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:
一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米TiO2粉体改性:将纳米TiO2加入到水中,用质量浓度为1%的冰乙酸溶液调节pH至5.0,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨;得到改性后的纳米TiO2粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为6.7:1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米TiO2粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米TiO2粉体的质量浓度为0.1g/L的纳米TiO2壳聚糖溶液;
四、金属离子添加:将质量浓度为0.10moL/L的AgNO3溶液加入到纳米TiO2壳聚糖溶液中,得到混合溶液,然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中40℃的条件下干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,其中溶剂A是由质量浓度为99%的甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L,步骤四中所述的混合溶液中金属离子的化合物的质量浓度为0.5×10-4moL/L。
对照组1包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15g/L的壳聚糖溶液;然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中40℃的条件下干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到包装薄膜,其中溶剂A是由甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
对照组2包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15g/L的壳聚糖溶液;然后加入质量浓度为0.10moL/L的AgNO3溶液,得到混合溶液,其中混合溶液中Ag离子的质量浓度为0.5×10-4moL/L。再用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中40℃的条件下干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到包装薄膜,其中溶剂A是由甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
对照组3包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15~25g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米材料粉体改性:将纳米材料加入到水中,调节pH至5.0,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨,得到改性后的纳米材料粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为6.7:1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米材料粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米材料粉体的质量浓度为0.1g/L~0.5g/L的纳米材料壳聚糖溶液;然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到抗菌保鲜的复合包装薄膜,即完成有保鲜功能的复合包装薄膜的制备方法,其中溶剂A是由甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
对照组4包装薄膜的制备方法,是通过以下步骤进行:一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米TiO2粉体改性:将纳米TiO2加入到水中,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨;得到改性后的纳米TiO2粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为6.7:1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米TiO2粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米TiO2粉体的质量浓度为0.1g/L的纳米TiO2壳聚糖溶液;
四、添加纳米银:将纳米银加入到纳米TiO2壳聚糖溶液中,得到混合溶液,然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中40℃的条件下干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,其中纳米银在混合溶液的中的质量浓度为0.1g/L,其中溶剂A是由质量浓度为99%的甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
将试验组和对照组制备的包装薄膜进行三组平行保鲜性能试验;
每组保鲜性能试验的具体方法为:
试验材料:在果农处购买新鲜桑葚,不经任何保鲜处理,挑选大小均匀、成熟度相近的桑葚,将挑选好的桑葚分5组,每组10个。
试验条件:将5组桑葚分别摆放在塑料托盘中,然后分别用试验组、对照组1、对照组2、对照组3和对照组4制备的包装薄膜封口。
试验环境为:温度为23℃,湿度为47%RH,对其感官性能和腐烂指数进行测试。
腐烂指数:首先按腐烂程度不同将桑葚分级,0级为无腐烂、无伤害的新鲜桑葚,1级为霉斑或者腐烂小于1/4桑葚面积的果实,2级为霉斑或者腐烂大于1/4但小于1/2桑葚面积的果实,3级为霉斑或者腐烂大于1/2但小于3/4桑葚面积的果实,4级为霉斑或者腐烂大于3/4桑葚面积的果实,其中:
表1是试验组合对照组包装桑葚后的感官性能试验测试结果。从试验结果可以看到,实验组包装的果实软化速度要比其他对照组慢,相同时间掉粒颗数少,保持水果香味时间长,保鲜效果好。
表2是试验组和对照组包装桑葚平均腐烂指数测试结果。由结果可知,不同试验组在保存4天之前无明显腐烂,而后腐烂指数均会随保存时间延长而增大,其中前三组腐烂指数增长较快,试验组只有在保存7天以后才开始出现腐烂,可见实验组能够有效提高果实的保鲜和保存时间,具有很好的保鲜性能。
由试验可知,试验组制备的抗菌保鲜的复合包装薄膜保鲜性能好。
表1试验组和对照组包装桑葚感官性能测试结果
表2试验组和对照组包装桑葚平均腐烂指数测试结果
Claims (6)
1.一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法通过以下步骤进行:
一、溶解壳聚糖:取壳聚糖溶于溶剂A中,得到质量浓度为15~25g/L的壳聚糖溶液;
二、纳米材料粉体改性:将纳米材料加入到水中,调节pH至5.0,然后加入质量浓度为11g/L月桂酸钠,再在温度为40℃条件下反应30min,过滤,收集固相物,然后洗涤,干燥,研磨,得到改性后的纳米材料粉体;其中纳米材料与水的质量体积比为1g:14mL;纳米材料与月桂酸钠的质量比为(6~7):1;
三、添加纳米材料:将改性后的纳米材料粉体加入到壳聚糖溶液中,得到改性后的纳米材料粉体的质量浓度为0.1g/L~0.5g/L的纳米材料壳聚糖溶液;
四、金属离子添加:将含金属离子的化合物加入到纳米材料壳聚糖溶液中,得到混合溶液,然后用磁力搅拌器搅拌,超声脱气,然后流延成膜,再放入干燥箱中干燥6h,然后在摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡2h,取出用水冲洗至pH为中性后,揭膜,于室温下晾干,得到抗菌保鲜的复合包装薄膜,即完成有保鲜功能的复合包装薄膜的制备方法,其中溶剂A是由质量浓度为99%的甘油加入到质量浓度为1%的冰乙酸溶液中混合而成的,溶剂A中甘油的质量浓度为20g/L。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于所述的纳米材料为纳米TiO2。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于步骤四中所述的含金属离子的化合物为浓度为0.10moL/L的AgNO3溶液。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于步骤四中所述的混合溶液中金属离子的化合物的浓度为0.5~1.5×10-4moL/L。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于步骤四中所述的磁力搅拌器搅拌,搅拌速度为1000r/min,搅拌时间为20min。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌保鲜的复合包装薄膜的制备方法,其特征在于步骤四中所述的干燥箱的干燥温度为40℃。
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