CN103421329B - 一种抗菌可食用膜材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌可食用膜材料的制备方法，先明胶备成水溶液后，充分水化，加入相当于明胶质量0.2%～2%的溶菌酶和相当于明胶质量0.2%～2%的纳米氧化锌，充分均质；将均质后的物料加入相当于明胶质量10%～40%的甘油，调节溶液的pH值为6.0～8.0；将得到的物料干燥得到抗菌可食用膜材料。本发明的抗菌可食用膜材料解决了蛋白膜的无抗菌性与机械强度低等缺点，相比含单一抗菌剂膜材料具有更好的抗菌效果和产生协同抗菌作用。

Description

一种抗菌可食用膜材料的制备方法

技术领域

本发明涉及了一种食用膜，特别是涉及一种抗菌可食用膜材料的制备方法。

背景技术

食品包装是食品商品的组成部分。食品工业过程中的主要工程之一。它保护食品，使食品在离开工厂到消费者手中的流通过程中，防止生物的、化学的、物理的外来因素的损害，它也可以有保持食品本身稳定质量的功能，它方便食品的食用，又是首先表现食品外观，吸引消费的形象，具有物质成本以外的价值。现代，食品消费的空间与时间要求的提高，使得食品在运输保鲜时间、在架时间尽可能的延长，因此食品包装抗菌材料研究成为当今热点。

基于蛋白质大分子的膜材料具有可食用性和一定的营养价值。相对传统的塑料纤维膜，蛋白膜材料具有安全性高，有具有一定的吸水性强，具有一定的三维结构，可以封装一些功能性纳米颗粒。但是现有的蛋白食用膜材料主要是在蛋白材料中加入单一的有机抗菌剂或者无机抗菌剂，食用膜材料抗菌性能较差，或者一些蛋白食用膜材料不加入抗菌剂，基本没有抗菌性能。

发明内容

本发明目的在于针对蛋白膜材料不具有抗菌性以及单一抗菌剂的抗菌广度和强度局限性的缺点，提供一种对大肠杆菌有明显的协同抗菌作用，并对多种细菌具有协同抗菌性能，且具有较好机械性能的混合纳米有机与无机抗菌剂蛋白膜材料的制备方法。

本发明选用来源丰富的明胶作为膜材料的基质，添加纳米氧化锌和溶菌酶作为无机和有机的抗菌剂，混合制备成具有一定联合抗菌作用的膜材料。氧化锌是一种无毒的无机物，人体不会对其产生排异反应，因而安全性高，并且具有较强广谱抗菌性，氧化锌的抗菌机理一般认为有两种：产生活性氧类化合物，氧化细菌细胞膜与释放离子与细胞膜结合，改变其通透性。溶菌酶是一种热稳定性高，抗菌谱较广的、天然的有机抗菌剂，主要通过破坏细胞壁中的N‐乙酰胞壁酸和N‐乙酰氨基葡糖之间的β‐1，4糖苷键，不仅作用于革兰氏阳性菌，对部分革兰氏阴性菌也有抑制效果。并且氧化锌与溶菌酶具与蛋白基质会产生一定的粘连作用，提高蛋白膜的机械性能。本发明利用有机抗菌剂与无机抗菌剂混合，以蛋白膜为基质，制备混合纳米膜材料。由于纳米氧化锌与溶菌酶的抗菌机理的不同，相对含有单一抗菌剂的的膜材料，本发明具更好的抗菌性，显示出明显的协同抗菌性能，尤其对大肠杆菌有明显的协同抗菌作用，本发明食用抗菌膜同时具有较好的机械性能，显示优异的综合性能。

本发明目的通过以下的技术方案来实现：

一种抗菌可食用膜材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将明胶制备成水溶液后，充分水化，加入相当于明胶质量0.2％～2％的溶菌酶和相当于明胶质量0.2％～2％的纳米氧化锌，充分均质；

2)将步骤1)的物料加入相当于明胶质量10％～40％的甘油，调节溶液的pH值为6.0～8.0；

3)将步骤2)得到的物料干燥得到抗菌可食用膜材料。

为进一步实现本发明目的，所述干燥是将物料置于恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱温度为20～40℃，相对湿度为30‐40％，处理时间为32‐48小时。

优选地，步骤1)均质后明胶在溶液中的质量浓度为4‐6％。

优选地，所述调节溶液的pH值通过加入盐酸或者氢氧化钠调节。

本发明所制备的抗菌可食用膜材料，具有良好的抗菌性，可作为食品的内包装材料，。解决了蛋白膜材料的无抗菌性或者抗菌性能较差，尤其对大肠杆菌抗菌性能较差的问题。同时，由于纳米氧化锌与溶菌酶在微量下是无毒害，因此具体生物相容性与安全性。

本发明与现有的技术相比较，具有以下优点与有益效果。

1)本发明在蛋白质基质中添加两种抗菌机理与抗菌谱性不同的抗菌剂，纳米氧化锌是一种无毒的无机物，人体不会对其产生排异反应，主要作用以大肠杆菌为主的革兰氏阴性菌。溶菌酶天然的蛋白抗菌剂，主要作用于革兰氏阳性菌的，因此本发明菌体较广的抗菌性。而且溶菌酶对一些革兰氏阴性菌也有一定的抗菌作用，与纳米氧化锌具有协同抗菌作用，尤其对大肠杆菌协同效应非常明显。

2)本发明氧化锌与溶菌酶镶嵌在明胶膜的网络三维结构当中，使膜材料结构更加紧密。因此本发明较单一的抗菌剂的膜材料具有更强的抗菌作用，并且提升了膜材料的机械强度。

3)本发明可以降低如肉类、乳制品等食品在运输过程的容易繁殖如大肠杆菌、枯燥杆菌、黄金葡糖球菌、等一些食源性菌的危险，同时也可以解决聚乙烯等塑料薄膜不可降解性和环境的危害问题，部分分取代现有的塑料制品，具有很高的社会效应。

4)本发明选用明胶作为蛋白基质，提高农副产品的附加值。明胶是一种动物性蛋白，由皮肤、韧带、肌腱中的胶原经酸或碱部分水解或在水中煮沸而产生，较易获得因而具有低廉的价格，同时具有良好的成膜性，与一定的网络三维结构，能包封一些活性因子，作为膜材料被广泛应用。

5)纳米氧化锌与溶菌酶的协同抗菌作用也为开发抗菌性能更好的膜材料，提供的一种新思路。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

实施例1

第一步 将明胶制备成质量浓度为5％的水溶液，充分水化后分别加入相对于明胶质量1％的溶菌酶和1％的氧化锌，充分均质。

第二步 将第一步制成的物料加入相当于明胶质量40％的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0；

第三步 将第二步得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到混合纳米抗菌膜材料。

本实施例对该膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验，机械性能测试。

大肠杆菌、枯草杆菌和黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌独立实验步骤如下：

⑴培养5×10⁵～10⁶CFU的悬菌液(大肠杆菌、枯草杆菌和黄金葡萄球菌中的一种)，取出200μl均匀涂布在细菌固体培养基上。

⑵在步骤⑴的培养基上放上牛津杯(外径8mm，内径6mm，高10mm)，放入10μl实施例1第二步制备的溶液。

⑶将步骤⑵的培养基放入37℃恒温培养箱中，培养18h。

⑷将步骤⑶的培养基中的抑菌圈用十字交叉法量出直径。

机械性能根据ASTM D638‐91标准测试，采用质构分析仪TA‐XT2i测定。透光率采用上海天美UV2300紫外分光光度计检测。测试结果如下表1。

表1

实施例2

第一步 明胶制备成质量浓度为5％的水溶液，分水化后分别加入相对于明胶质量1％的溶菌酶和0.5％的氧化锌，充分均质。

第二步 将第一步制成的物料加入相当于明胶质量40％的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0。

第三步 将第二部得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到混合纳米抗菌膜材料。

本实施例与实施例1采用同样的方法对膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验以及机械性能测试。测试结果如下表2。

表2

实施例3

第一步 明胶制备成质量浓度为5％水溶液，分水化后分别加入相对于明胶质量0.5％的溶菌酶和1.0％的氧化锌，充分均质。

第二步 将第一步制成的物料加入相当于明胶质量40％的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0(必要时也可加入盐酸调节)。

第三步 将第二部得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到混合纳米抗菌膜材料。

本实施例与实施例1同样对该膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验，机械性能测试。测试结果如下表3。

表3

对比实施例1

第一步 明胶制备成质量浓度为5％水溶液，充分水化。

第二步 将第一步制成的物料加入相当于明胶质量40％的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0(必要时也可加入盐酸调节)。

第三步 将第二部得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到明胶蛋白膜材料。

本对比实施例与实施例1同样对该膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验，机械性能测试。测试结果如下表4。

表4

对比实施例2

第一步 明胶制备成质量浓度为5％水的水溶液，分水化后分别加入相对于明胶质量1.0％的溶菌酶，充分均质。

第二步 将第一步制成的物料加入相当于明胶质量40％的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0。

第三步 将第二部得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到含单一抗菌剂膜材料。

本对比实施例与实施例1同样对该膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验，机械性能测试。测试结果如下表5。

表5

对比实施例3

第一步 明胶制备成质量浓度为5％水的水溶液，分水化后分别加入相对于明胶质量1.0％的氧化锌，充分均质。

第二步 将第一步制成的物料加入40％(w/w明胶)的甘油，加入氢氧化钠调节溶液pH值为7.0。

第三步 将第二部得到的物料，量取45ml体积倒入有机玻璃盒中，放置于30℃，35％RH恒温恒湿箱中48h，得到含单一抗菌剂纳膜材料。

本对比实施例与实施例1同样对该膜材料进行了透光度测试，大肠杆菌、枯草杆菌、黄金葡萄球菌三种病原菌抑菌圈实验，机械性能测试。测试结果如下表6。

表6

在机械性能方面，实施例膜材料的透光率、拉伸强度与断裂伸长率统计如下表7。如表7所示，本发明纳米氧化锌‐溶菌酶混合明胶膜材料较现有含单一抗菌蛋白膜材料有着明显的优势。

表7

在280nm的紫外区，发现含有纳米氧化锌的明胶蛋白膜在都有较强的吸收能力，这有由于氧化锌纳米粒子较其他常用抗菌金属粒子如银力子所特有的的紫外吸收特性所产生的。在实施例中，发现随着溶菌酶的增加与氧化锌的减少，膜材料的紫外区的透光率从4.82％升到21.09％，可能是溶菌酶的存在一定程度屏蔽了氧化锌的吸收紫外能力。本发明纳米氧化锌‐溶菌酶混合明胶膜材料具有较强的紫外吸收能力，对于蛋白类食品的紫外杀菌与储藏中会起到保护蛋白免受紫外光影响而变性的重要作用。在可见光区域600nm处，所有的实施例透光率都几乎100％，对可见光几乎没收吸收，这对包装膜材有重要做用。拉伸强度方面，实施例中的三个本发明氧化锌‐溶菌酶混合蛋白膜材料较对比对比实施例的膜材料都有明显的提高；比较对比实施例1的空白明胶膜材料，混合蛋白膜材料提高了约50％的拉伸强度，比较实施例2、3中的单一抗菌剂膜材料，混合蛋白膜材料提高了约35％的拉伸强度，这可能是由于氧化锌与溶菌酶镶嵌在明胶膜的网络三维结构当中，使到蛋白膜结构更加紧密，抗拉性增强。

在抗菌性能方面。本发明的抗菌实验选用了三种：种大肠杆菌为革兰氏阴性菌、枯草杆菌和黄金葡萄球菌为革兰氏阳性菌进行了抗菌实验。实施例与对比实施例的中膜在抑菌实验中抑菌圈直径大小统计如下表8。

表8

表8可见，发现本发明纳米氧化锌‐溶菌酶混合明胶膜材料对大肠杆菌、枯草杆菌和黄金葡萄球菌的抑菌效果上整体上较含有单一抗菌膜材料的有明显的提高。大肠杆菌抗菌实验中，对比实施例2只含溶酶菌蛋白膜材料对大肠杆菌没有抑菌作用(牛津杯本身的外径为8mm)，而含氧化锌的膜材料有明显作用，而本发明三个实施例的氧化锌溶菌酶蛋白膜对大肠杆菌的抑菌圈大较对比实施例3有很大的提高，抑菌直径从15.91mm提高到23.22mm，以纯蛋白膜对比实施例1为对照，实施例1与对比实施例3的相对抑菌圈直径提升率接近100％(对比时，实施例和对比实施例对不同菌种所测得抑菌圈的直径都需要减去8mm)；说明了加了溶菌酶的氧化锌蛋白膜材料较单一氧化锌膜材料对大肠杆菌有明显的提高，在氧化锌对溶菌酶有一定的抗菌作用的基础上，溶菌酶与氧化锌有明显的协同作用。另外，作为革兰氏阳性菌的枯草杆菌与黄金葡萄杆菌，对比实施例中的只含溶菌酶或氧化锌都有明显的抑菌效果，抑菌直径为14.49‐16.21mm，而本发明三个实施例的氧化锌‐溶菌酶蛋白膜抑菌直径较实施例中有明显的提高，达24.26‐27.23mm，以纯蛋白膜对比实施例1为对照，实施例与对比实施例2、3的相对抑菌直径提升率在120％‐140％之间，考虑到对比实施例中是混合抗菌剂，提升100％左右正常的，但是要指出的是在牛津杯法抗菌实验的抗菌浓度与抑菌圈直径严格来说是的非线性关系，因此实施例的氧化锌与溶菌酶对枯草杆菌与黄金葡萄杆菌也有比较明显的协同作用。本发明的抗菌性能上综合了溶菌酶与纳米氧化锌的优点，是具有广谱抗菌的膜材料，在食品储藏与运输当中应对复杂的病原性细菌环境会起到较纯蛋白膜材料与单一抗菌材料起到更好的作用，使到食品安全性更高。

Claims (4)

1.一种抗菌可食用膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将明胶制备成水溶液后，充分水化，加入相当于明胶质量0.2％～2％的溶菌酶和相当于明胶质量0.2％～2％的纳米氧化锌，充分均质；

2)将步骤1)的物料加入相当于明胶质量10％～40％的甘油，调节溶液的pH值为6.0～8.0；

3)将步骤2)得到的物料干燥得到抗菌可食用膜材料。

2.根据权利要求1所述的抗菌可食用膜材料的制备方法，其特征在于：所述干燥是将物料置于恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱温度为20～40℃，相对湿度为30‐40％，处理时间为32‐48小时。

3.根据权利要求1或2所述的抗菌可食用膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1)水化后明胶在溶液中的质量浓度为4‐6％。

4.根据权利要求1或2所述的抗菌可食用膜材料的制备方法，其特征在于：所述调节溶液的pH值通过加入盐酸或者氢氧化钠调节。