CN105968425A - 一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法 - Google Patents

一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于食品抗菌保鲜领域，具体涉及一种等离子体协助处理、含茶树油三级纳米脂质体的可食性抗菌复合膜的制备方法。本发明将塔拉胶溶解在一定量的去离子水中，80℃水浴搅拌30min，再将低甲氧基果胶溶解在上述去离子水中，分别加入CaCl2，Nisin，柠檬酸，水浴搅拌均匀，再加入甘油，使其形成凝胶，冷却至室温；超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h，随后用50‑100W冷等离子体处理此复合膜1～3min，待表面粗糙不平后，喷涂事先制备好的茶树油纳米脂质体，继续干燥成膜。上述等离子体协助处理的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜用于生鲜食品的包装中，可以有效延长生鲜食品的保质期。

Description

一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法
技术领域
本发明属于食品抗菌保鲜领域，具体涉及一种等离子体协助处理、含茶树油三级纳米脂质体的可食性抗菌复合膜的制备方法。
背景技术
近年来，“白色污染”触目惊心，对塑料包装需求量迅猛增加，导致了包装材料过度生产，使得食品塑料包装对环境中水体和空气的污染越来越严重，面对诸多环境污染及安全性问题，各国都在努力寻找一种“绿色包装”代替塑料包装。
在众多的“绿色包装”技术中，抗菌活性包装技术作为一种新型的贮藏方法正悄然兴起，它是将抗菌物质分散在包装材料中或涂在包装材料表面，使抗菌物质从包装材料中释放到食品表面的一种新型保鲜技术。
在生物包装材料中，可食用膜因其原料多是天然的可食性蛋白质、多糖和脂肪,安全性较高，无毒副作用，制作简单、环保，不会造成环境污染，而备受相关研究人员关注；多糖常被作为制备可食用膜的原料，这是由于淀粉、食用胶、纤维衍生物成膜性良好，且化学性质比蛋白质更稳定，但由于单独一种多糖的成膜性及机械性能单薄，因此可采用几种多糖膜材料之间的协同增效作用，制备出集几种优点于一身的可食用膜，这对于开发具有优良性能的可食用膜包装具有深远的意义。
塔拉胶，也叫他拉胶、刺云实胶等，其具有良好的增稠性、凝胶性及成膜性，广泛用于冷冻食品、肉制品、烘培食品等食品中；低甲氧基果胶是甲基含量低于7％的果胶，其只需较低的糖浓度甚至无糖条件下，就能在Ca2+或其它二价阳离子体系中形成凝胶，具有良好的成膜性，因其酯化程度低，广泛用于生产低热量的食品。
国内有很多关于可食用膜的专利申请：CN102766280A公开了一种果胶保鲜膜、其原料组合物及其制备方法；CN102660053A公开了一种卡拉胶-肉桂精油可食性薄膜及其制备方法；CN102964847A公开了一种蛋白/壳聚糖复合型可食用膜及其制备方法；CN101167536A公开了一种乳清蛋白为基质的可食用膜的制备方法；CN104164090A公开了一种EGCG纳米脂质体可食用膜及其制备方法。CN1850885A公开了纳米抗菌涂膜的制备方法；CN103421329A公开了一种抗菌可食用膜材料的制备方法；CN103275240A公开了交联氧化塔拉胶及其制备方 法。CN103572651A公开了一种改性塔拉胶及其制备方法与应用；CN103833870A公开了一种从苹果渣中提取低甲氧基果胶的方法；CN104211831A公开了一种低甲氧基果胶的制备方法；CN102174611A公开了一种低甲氧基果胶的脱酯工艺。
等离子体是部分电离了的导电气体，其中主要包括自由电子、带电离子和中性粒子，其体系表现为电荷中性，为了不损坏该复合膜,进行膜表面改性的是在体系温度处于低温状态的低温等离子体；等离子体可以改善材料的某些表面性能：等离子体处理会显著增加淀粉膜、酪蛋白酸钠膜、聚乳酸(PLA)薄膜的表面粗糙度，提高表面亲水性，等离子体处理低密度聚乙烯(LDPE)，会提高乳链菌肽(Nisin)的吸附量，对食品达到抗菌保鲜效果。
由于大部分食品腐败是表面污染所致，而挥发性植物精油具有良好的蒸发扩散效果，可在食品表面达到平衡分布，因此被作为天然抗菌剂广泛的应用于食品抗菌活性包装领域；茶树油，系唇形科茶树油属植物，常绿灌木，因含有大量天然抗氧化成分而备受人们关注，其中茶树油茎和叶提取得到的挥发油具有很好的抗菌消炎功效；茶树油无色或淡黄色，主要化学成分为桉叶油素、樟脑、龙脑、α-蒎烯、莰烯、乙酸龙脑酯、马鞭草烯酮等，茶树油全草可入药，有健胃发汗功效，精油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、霍乱弧菌等有较好的抗菌作用，茶树油作为香辛料可广泛地应用于食品工业，而且经研究表明茶树油还是一种高效理想的抗氧化剂。
但由于天然植物精油易挥发的特性，也导致在实际应用中存在功效期短的问题，因此，人们开发了纳米脂质体微胶囊技术，将植物精油包埋在微胶囊里，以降低精油挥发性，达到缓释的效果。
将复合可食用膜的制备工艺、等离子体、茶树油与脂质体的制备工艺三者结合，研究实验原料配方及工艺参数，对于提高茶树油的抗菌保鲜效果，及开发新型食品活性包装具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜及其制备方法。
本发明由塔拉胶，低甲氧基果胶，CaCl2，甘油，乳链菌肽(Nisin)，柠檬酸，茶树油三级纳米脂质体制成茶树油纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
本发明的制备方法是将塔拉胶溶解在一定量的去离子水中，水浴搅拌，再将低甲氧基果胶溶解在上述去离子水中，分别加入CaCl2，Nisin，柠檬酸，水浴搅 拌均匀，再加入甘油，使其形成凝胶，冷却至室温；超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，干燥后用等离子体处理此复合膜使得复合膜表面粗糙不平后，喷涂事先制备好的茶树油纳米脂质体，继续干燥得到茶树油纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
所述水浴搅拌指80℃水浴搅拌30min。
所述干燥指于25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h。
所述的等离子体处理指采用50-100W的冷等离子体处理此复合膜1～3分钟。
本发明的原料，按照重量份数计算：去离子水100份，塔拉胶0.5～2份，低甲氧基果胶0.5～2份，CaCl2 0.1～0.3份，甘油2～4份，Nisin 0.03～0.06份，柠檬酸0.1～0.3份。
本发明中所用的茶树油纳米脂质体为三级纳米脂质体，其茶树油浓度为10mg/mL，在可食性抗菌复合膜中喷涂量按照重量份数计算，为10～20份。
所述的茶树油三级纳米脂质体的制备方法如下：将茶树油，大豆卵磷脂，胆固醇混合于有机溶剂中，减压蒸干形成光滑的薄膜，加入水相介质和表面活性剂组成的混合溶液溶解薄膜并超声成乳、离心后取上层液体过滤得到单层茶树油纳米脂质体；将单层茶树油纳米脂质体与壳聚糖溶液搅拌均匀，通过离心和微孔滤膜过滤，得到粒径为纳米级的双层茶树油纳米脂质体；将双层茶树油纳米脂质体与明胶溶液搅拌均匀，通过离心和微孔滤膜过滤，得到粒径为纳米级的多层茶树油纳米脂质体。
进一步地，本发明的大豆卵磷脂和胆固醇的质量比例为5:1；表面活性剂、茶树油与胆固醇的质量比为：1：10：4，此条件下可以得到最高的包封率。
进一步地，表面活性剂为PVP，混合溶液中PVP的浓度为1.0mg/mL。
单层茶树油纳米脂质体与壳聚糖溶液的体积比为1:10；双层茶树油纳米脂质体与明胶溶液的体积比为1:10。
本发明中所述的有机溶剂是氯仿。
本发明中所用的水相介质是根据中国药典2000版标准配制的醋酸盐缓冲溶液，pH值3.5～4.0。
所述的壳聚糖溶液为壳聚糖的醋酸盐溶液，浓度为0.2mg/mL，醋酸盐溶液是根据中国药典2000版标准配制的醋酸盐缓冲溶液，pH值3.5～4.0，优选3.6，能够最佳溶解壳聚糖。
所述明胶溶液为明胶的醋酸盐溶液，浓度为0.4mg/mL，醋酸盐溶液是根据中国药典2000版标准配制的醋酸盐缓冲溶液，pH值3.5～4.0。
本发明中脂质体的第一层是磷脂双分子层，即人工细胞膜层。
本发明中脂质体的第二层由壳聚糖组成，浓度为0.2mg/mL。
本发明中脂质体的第三层由明胶组成，浓度为0.4mg/mL。
制备膜溶液时，为了使得膜溶液均匀一体，势必会进行水浴加热处理，但是实验中用到的茶树油三级纳米脂质体，不能进行加热处理，因为温度过高会破坏茶树油三级纳米脂质体的结构，甚至会使其破胞，从而使包封在三级纳米脂质体中茶树油浸出，从而影响此种脂质体的稳定性和抑菌性等。采用冷等离子体技术可以解决这一难题，冷等离子体处理过得抗菌复合膜的表面粗糙不平，可使制备的茶树油三级纳米脂质体溶液附着在表面，不易流出，干燥完成后，可制得所需的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
采用此种技术制得的可食性抗菌复合膜，最大限度的保留了茶树油三级纳米脂质体抗菌性能，并且可以促成茶树油三级纳米脂质体均匀的分布在可食性抗菌复合膜表面，成功的避免了纳米脂质体分布在复合膜内部的可能性，因为纳米脂质体在复合膜的内部会影响其抗菌保鲜效果的发挥，这样一旦细菌侵染，复合膜表面的茶树油三级纳米脂质体上就可形成孔道，使包封在脂质体内部的茶树油流出，从而达到理想抗菌的效果。
附图说明
图1茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的水蒸气透过系数。
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茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜力学性质的测定
1实验材料
大豆卵磷脂(国药集团化学试剂有限公司)，胆固醇(国药集团化学试剂有限公司)，三氯甲烷(国药集团化学试剂有限公司)，茶树油(法国florihana精油)，PVP(国药集团化学试剂有限公司)，塔拉胶(山东浩瀚食品添加剂有限公司)，低甲氧基果胶(河南万达实业有限公司)，甘油(国药集团化学试剂有限公司)，氯化钙(国药集团化学试剂有限公司)，Nisin(中国科学院微生 物研究所)，柠檬酸(国药集团化学试剂有限公司)。
2实验方法
1)茶树油三级纳米脂质体的制备
①称取1g大豆卵磷脂，0.2g胆固醇和500mg的茶树油，加50mL氯仿使其溶解。
②在旋转蒸发仪中蒸发至溶剂蒸干，蒸发温度为10～30℃，圆底烧瓶内壁会形成光滑的薄膜；然后将所得产品放入真空干燥箱中，30℃，真空状态下干燥24小时。
③称取0.05g的PVP于50mL醋酸盐缓冲液中，超声波条件下扩散，然后将混合液加入圆底烧瓶中超声波条件下进行水化。
④将所得混合液于细胞超微粉碎仪中以工作10s,间隙5s的频率粉碎30min来进一步使脂质体乳状液粒径更均匀细小一些。
⑤将所得产品进行离心，4000rpm，15min，取上层液体。
⑥将所得液体用0.22μm滤膜进行过滤，得滤液。
⑦将单层茶树油脂质体分散在含0.2mg/mL壳聚糖的醋酸盐溶液中混合均匀；单层茶树油纳米脂质体与壳聚糖的醋酸盐溶液的体积比1：10。
⑧将所得混合液于细胞超微粉碎仪中以工作10s,间隙5s的频率粉碎30min。
⑨将所得产品进行离心，4000rpm，15min，取上层液体。
⑩将所得液体用0.22μm滤膜进行过滤，得滤液。
11将双层茶树油纳米脂质体分散在含0.4mg/mL明胶的醋酸盐溶液中使其混合均匀；双层茶树油纳米脂质体与明胶的醋酸盐溶液的体积比为1：10。
12将所得混合液于细胞超微粉碎仪中以工作10s,间隙5s的频率粉碎30min。
13将所得产品进行离心，4000rpm，15min，取上层液体；
14将所得液体用0.22μm滤膜进行过滤，得滤液。
2)茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备
将0.5～2份塔拉胶溶解在100份去离子水中，80℃水浴搅拌30min，再将0.5～2.0份低甲氧基果胶溶解在去离子水中，分别加入0.1～0.3份CaCl2，0.03～0.06份Nisin，0.1～0.3份柠檬酸，80℃水浴搅拌30min，再加入2.0～4.0份的甘油， 使其形成凝胶，冷却至室温；超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，于25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h；随后用50-100W的冷等离子体处理此复合膜1～3min，待表面粗糙不平后，再喷涂事先制备好的10～20份的茶树油三级纳米脂质体(10mg/mL)，继续于25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h得到茶树油纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
3)茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜力学性质的测定
测定方法是根据GB1040-79，主要测定的力学参数为(1)抗张强度，(2)延伸率，以膜在破裂点的百分伸长率表示。采用质构分析仪ColorQuest XE(美国HunterLab)，每个试样进行5次平行实验。测定前先将薄膜试样在室温下、相对湿度80％左右的环境下平衡48h后测定。
4)茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜力学性质
力学性质是表征薄膜的机械强度大小的一个重要指标。通过预试验及实验阶段对可食性抗菌复合膜的组分比例的优化，最终制得茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的抗张强度为34.67±2.28Mpa，延伸率为39.23±5.74％，可满足实验要求。
表1茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的主要力学性质
实施例2茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜透光率的测定
1实验材料
茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜
2实验方法
将膜切成5×3cm大小，贴在石英比色皿(1cm)的一侧，紫外可见分光光度计(德国WTW：photoLab 6600)，在500nm下测定待测薄膜的透光率，以空比色皿作空白对照。
将吸光度转化为透光率(T)的公式如下：
T％＝102- 吸光值
3茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的透光率
日常生产生活中，如无特殊需要，透明度高的包装材料，深受生产者和消费者的青睐；透光率是评价薄膜的透明度的重要指标，通过计算，本实验制得的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的透光率为95.2％。
实施例3茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜水蒸气透过系数(WVP)
的测定
1实验材料
茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜
2实验方法
事先准备好装有5g干燥剂(氯化钙)的锥形瓶，将制备好的完整茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜试样用石蜡密封于准备好的锥形瓶口，然后将锥形瓶放在室温，相对湿度为80％的环境中，每48h称量1次锥形瓶的重量，直至前后两次重量的增加量相差不超过5％。
膜水蒸气透过系数的计算公式为
WVP＝q×d/(t×S×△P)
式中：q/t表示在稳定透过时，单位时间内锥形瓶增加重量的算术平均值(g/s)；
d表示试样厚度(cm)，本试验采用同一张薄膜5个以上不同部位测量值的平均值；
S表示试样的实验面积；
ΔP表示试样两侧的蒸汽压差(mmHg)，由于膜两侧的RH梯度为100％，测定温度为25℃，故ΔP为23.76mmHg。
3茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的水蒸气透过系数
膜的水蒸气透过系数可在一定程度上反映其阻隔性能的优劣。本实验制得的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜，储藏期间，水蒸气透过系数变化较小，说明此种抗菌复合膜受环境相对湿度的影响微小，同时，也表明其水蒸气阻隔性能较好。
实施例4茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜吸水率的测定
1实验材料
茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
2实验方法
将茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜剪成2cm×2cm大小的膜片,放入称量瓶中在35℃恒温干燥箱中干燥2h使得膜干燥无水分，用分析天平准确称重，此时膜片重量记为W0，然后放入蒸馏水中浸泡2h使得膜吸水完全，用滤纸吸去表面水分，称重，此时膜片重量记为Wd，重复此操作至恒重，吸水率Q的计算公式如下：
Q＝(Wd-W0)/W0×100％
3茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的吸水率
膜的吸水率大小直接决定膜的疏水性优劣。对传统包装材料而言，吸水率越小，越符合其包装需求，但是，就膜包装材料而言，适度的吸水率，可满足人们对速溶方便包装的要求。经计算，本试验制得的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的吸水率为75％，说明其可溶于水，符合速溶方便包装的基本要求。实施例5茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜抑菌性能的测定
1实验材料
茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
猪肉
2实验方法
本实验选取冷藏肉制品中易污染的食源性致病菌—单核增生李斯特菌作为模式菌，对茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的保鲜性能进行测定。事先制备好PYG培养基(用于培养李斯特菌)。将猪肉切成30×25×3mm大小，并将猪肉试样上下进行紫外杀菌各1h。然后将紫外处理的猪肉试样浸于事先稀释成104CFU/mL的李斯特菌悬液中15s。随后将接种后的猪肉试样包装于事先制备好的茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜中，复合膜外层用PE保鲜膜包封，对照组只用外层PE保鲜膜包封，4℃或12℃放置10d，每隔48h测定一次猪肉试样中的细菌总数。测定方法按照GB4789.2—2010食品卫生微生物学检测菌落总数进行。用平皿计数法，无菌环境下取出待测猪肉试样，加9倍的无菌生理盐水，均质。采用PYG培养基，37℃恒温培养48h后细菌计数。
3茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜抑菌性能
猪肉试样中的细菌数量的变化可直接反映茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的保鲜性能；从表2可以看出，储藏过程中，相比对照组，试验组细菌数量增加缓慢，4℃与12℃的变化趋势相似，且4℃比12℃细菌数量增加的更 加缓慢，结果表明茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜对单核增生李斯特菌显示了良好的抗菌效果。
表2猪肉试样中单核增生李斯特菌储藏中的细菌数量变化
。

Claims (6)

1.一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：将塔拉胶溶解在一定量的去离子水中，水浴搅拌，再将低甲氧基果胶溶解在上述去离子水中，分别加入CaCl2，Nisin，柠檬酸，水浴搅拌均匀，再加入甘油，使其形成凝胶，冷却至室温；超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，干燥后用等离子体处理此复合膜使得复合膜表面粗糙不平后，喷涂事先制备好的茶树油纳米脂质体，继续干燥得到茶树油纳米脂质体可食性抗菌复合膜。
2.如权利要求1所述的一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于：所述水浴搅拌指80℃水浴搅拌30min；所述干燥指于25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h。
3.如权利要求1所述的一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于：所述的等离子体处理指采用50-100W的冷等离子体处理此复合膜1～3分钟。
4.如权利要求1所述的一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于：所述原料，按照重量份数计算：去离子水100份，塔拉胶0.5～2份，低甲氧基果胶0.5～2份，CaCl2 0.1～0.3份，甘油2～4份，Nisin 0.03～0.06份，柠檬酸0.1～0.3份。
5.如权利要求1所述的一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于：所述的茶树油纳米脂质体为三级纳米脂质体，其茶树油浓度为10mg/mL，在可食性抗菌复合膜中喷涂量按照重量份数计算，为10～20份。
6.如权利要求1或5所述的一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，其特征在于：所述的茶树油三级纳米脂质体的制备方法如下：将茶树油，大豆卵磷脂，胆固醇混合于有机溶剂中，减压蒸干形成光滑的薄膜，加入水相介质和表面活性剂组成的混合溶液溶解薄膜并超声成乳、离心后取上层液体过滤得到单层茶树油纳米脂质体；将单层茶树油纳米脂质体与壳聚糖溶液搅拌均匀，通过离心和微孔滤膜过滤，得到粒径为纳米级的双层茶树油纳米脂质体；将双层茶树油纳米脂质体与明胶溶液搅拌均匀，通过离心和微孔滤膜过滤，得到粒径为纳米级的多层茶树油纳米脂质体。
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