CN106084301A - 一种壳聚糖改性γ‑聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜及其制备方法 - Google Patents

一种壳聚糖改性γ‑聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖改性γ‑聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜，包括以下重量份组分：菠萝叶纤维100‑102、内切纤维素酶6‑7、纳米多孔碳酸钙4‑5、柠檬酸钠3‑4、γ‑聚谷氨酸46‑47、壳聚糖23‑24、冰醋酸11‑12、山梨醇4‑5、姜油树脂3‑4、烯基琥珀酸5‑6、适量的去离子水、适量的水。本发明利用具有生物相容性好、水溶性好、可降解、可食用、成膜性能好的改性γ‑聚谷氨酸接枝改性菠萝叶纤维素制备包装膜，膜材料均匀稳定并且材料质地细腻，制备的膜结构性能稳定，通过壳聚糖冰醋酸对γ‑聚谷氨酸的改性，实现了疏水改性以及抗菌性能的增强。

Description

一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜及其制 备方法
技术领域
本发明涉及菠萝叶纤维包装膜技术领域，尤其涉及一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜及其制备方法。
背景技术
以纤维素为原材料，制备性能各异的高分子膜材料在医学、生物和食品医药等领域发挥着重要的作用，已经成为当前研究的热点。我国每年产大量的菠萝，菠萝叶纤维具有抑菌、消臭等保健功效，利用菠萝叶纤维制备高分子膜材料具有巨大的发展前景。菠萝叶纤维结晶曲的纤维大分子排列整齐、有规律，且纤维分子的多羟基结构和强氢键作用使其洁净度和取向度较高，化学反应活性低，从而导致其应用受到限制。魏晓奕、杨琴等《南方农业学报》，2016,47（1）：101-106《菠萝叶纤维素膜制备工艺优化》利用乳化剪切方式使菠萝叶纤维素溶解在离子液体中提高菠萝叶纤维的化学反应活性，实现纤维素膜的制备，具体做法是：先将菠萝叶纤维素烘干后用万能粉碎机粉碎成棉花状，分别碱处理和酸处理实现其纯化处理，然后在与离子液体一起置于乳化机中，进行剪切处理，获取制备膜用的纤维素离子液体均匀相溶液，之后将均匀相溶液铺在涂有聚四氟乙烯的载体上，经铸膜液（甘油、乙醇）等浸泡干燥成膜；该处理工艺提高了菠萝叶纤维素的化学反应活度，提高了膜溶液的均相，但操作起来使用了大量的酸处理剂以及碱处理剂，一定程度上增加了污染，增加了菠萝叶纤维素膜制备成本，同时制备的纤维素膜功能单一。纳米纤维素具有高结晶度、高强度、高比表面积、环境友好和成本低等优异性能，其分子结构中存在着大量的-OH，在与其他天然大分子共混时易形成分子间及分子内氢键，用于制作膜材料时，可使得共混材料的形成的膜结构更加稳定。γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是谷氨酸的均聚物，是一种水溶性高分子，由D-谷氨酸或L-谷氨 酸通过α-氨基和γ-羧基形成γ-酰胺键结合而成的阴离子聚合物，具有生物相容性好、水溶性好、可降解、可食用、成膜性等特点特点，作为一种新型绿色环保的生物材料备受关注，但因遇水易溶，一定了程度限制了其应用。微纳米气泡是指直径介于微米气泡（在水体中直径为10-50um的气泡）和纳米气泡（在水体中直径为小于200nm的气泡）之间的气泡，具有大的比表面积、能够在水体中停留时间长，并且微纳米气泡在收缩时，能够产生大量的羟基自由基，这些大量的羟基自由基能够一定程度上吸引菠萝叶纤维素中的氢键，起到等同酸化碱化破坏氢键相同的效果，对促进菠萝叶纤维的纳米化提高其化学反应活度具有一定的促进作用。
基于改性γ-聚谷氨酸和高化学反应活性的菠萝叶纤维结合的纤维膜对提高菠萝叶的综合利用以及丰富包装膜种类具有重要意义。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜，包括以下重量份组分：菠萝叶纤维100-102、内切纤维素酶6-7、纳米多孔碳酸钙4-5、柠檬酸钠3-4、γ-聚谷氨酸46-47、壳聚糖23-24、冰醋酸11-12、山梨醇4-5、姜油树脂3-4、烯基琥珀酸5-6、适量的去离子水、适量的水。
一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜制备方法，包括以下步骤：
（1）、将菠萝叶纤维烘干后用万能粉碎机中粉碎处理30min成棉花状，之后和柠檬酸钠以及总重量2-3倍的水混合搅拌均匀得浆料备用；将纳米多孔碳酸钙、内切纤维素酶以及总重量1-2倍的水混合搅拌均匀，喷雾干燥得改性耐高温内切纤维素酶备用；将浆料加热至80℃，并持续加入改性耐高温内切纤维素酶混合搅拌酶解40min，100℃灭酶后，采用漏斗抽滤烘干，得改性菠萝叶纤维素备用；
（2）、将壳聚糖、冰醋酸以及总重量2-3倍的去离子水混合，在40℃加热搅拌均匀之后，加入γ-聚谷氨酸在80℃下继续加热搅拌1h，然后小火文煮1-1.2h得到具有强抗菌效果的改性疏水γ-聚谷氨酸备用；
（3）、将改性菠萝叶纤维素、改性疏水γ-聚谷氨酸、山梨醇、姜油树脂、烯基琥珀酸以及总重量3-4倍的去离子水混合后搅拌均匀，然后放入带有强超声波的乳化机中进行超声波辅助乳化剪切处理40min得均相膜溶液备用，其中超声波功率1000W，乳化剪切速率15000r/min；
（4）、将均相膜溶液铺在涂有聚四氟乙烯的不锈钢板上，冷却成型之后，采用乙醇溶液在40℃浸泡2h，取出，冷却干燥即得。
本发明的优点是：
本发明利用具有生物相容性好、水溶性好、可降解、可食用、成膜性能好的改性γ-聚谷氨酸接枝改性菠萝叶纤维素制备包装膜，膜材料均匀稳定并且材料质地细腻，制备的膜结构性能稳定，通过壳聚糖冰醋酸对γ-聚谷氨酸的改性，实现了疏水改性以及抗菌性能的增强；加入的姜油树脂一方面增加了膜溶液的粘性，增加了膜材料的耐剪切性能，有助于辅助提高菠萝叶纤维化学反应活性，同时增加了膜溶液的均相稳定性，为高性能菠萝叶纤维膜的制备奠定了基础。本发明在制备过程中，借助于纳米多孔碳酸钙改性的酶，减少了传统纤维素酸碱纯化处理造成的污染和费用代价，实现了绿色环保生产；再者，超声波辅助乳化剪切处理一步实现了菠萝叶纤维的进一步纳米化以及膜溶液的均相，超声波作用产生的微纳米气泡在膜溶液中的存在，促进了膜溶液的物质材料的溶解均相，减少了传统均相液体制备过程中离子液体的使用；所使用的纳米多孔碳酸钙一方面提高了酶的耐高温性，有助于高温下的酶解，提高酶解效率，另一方面，作为成膜材料之一，纳米结构物质进一步增加了膜材料的阻隔性以及抗拉伸性。
具体实施方式
一种壳聚糖改性γ聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜，包括以下重量份组分：菠萝叶纤维100、内切纤维素酶6、纳米多孔碳酸钙4、柠檬酸钠3、γ聚谷氨酸46、壳聚糖23、冰醋酸11、山梨醇4、姜油树脂3、烯基琥珀酸5、适量的去离子水、适量的水。
一种壳聚糖改性γ聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜制备方法，包括以下步骤：
（1）、将菠萝叶纤维烘干后用万能粉碎机中粉碎处理30min成棉花状，之后和柠檬酸钠以及总重量2倍的水混合搅拌均匀得浆料备用；将纳米多孔碳酸钙、内切纤维素酶以及总重量1倍的水混合搅拌均匀，喷雾干燥得改性耐高温内切纤维素酶备用；将浆料加热至80℃，并持续加入改性耐高温内切纤维素酶混合搅拌酶解40min，100℃灭酶后，采用漏斗抽滤烘干，得改性菠萝叶纤维素备用；
（2）、将壳聚糖、冰醋酸以及总重量2倍的去离子水混合，在40℃加热搅拌均匀之后，加入γ聚谷氨酸在80℃下继续加热搅拌1h，然后小火文煮1h得到具有强抗菌效果的改性疏水γ聚谷氨酸备用；
（3）、将改性菠萝叶纤维素、改性疏水γ聚谷氨酸、山梨醇、姜油树脂、烯基琥珀酸以及总重量3倍的去离子水混合后搅拌均匀，然后放入带有强超声波的乳化机中进行超声波辅助乳化剪切处理40min得均相膜溶液备用，其中超声波功率1000W，乳化剪切速率15000r/min；
（4）、将均相膜溶液铺在涂有聚四氟乙烯的不锈钢板上，冷却成型之后，采用乙醇溶液在40℃浸泡2h，取出，冷却干燥即得。
经测试，该包装膜的最大抗拉强度为14.8MPa，此时断裂伸长率为29.8%；膜的渗透通量达到为302g/(m2·h)，土埋150d后，其生物降解率达94%，显示出优良的生物降解性。

Claims (2)

1.一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜，其特征在于，包括以下重量份组分：菠萝叶纤维100-102、内切纤维素酶6-7、纳米多孔碳酸钙4-5、柠檬酸钠3-4、γ-聚谷氨酸46-47、壳聚糖23-24、冰醋酸11-12、山梨醇4-5、姜油树脂3-4、烯基琥珀酸5-6、适量的去离子水、适量的水。
2.一种壳聚糖改性γ-聚谷氨酸接枝菠萝叶纤维包装膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将菠萝叶纤维烘干后用万能粉碎机中粉碎处理30min成棉花状，之后和柠檬酸钠以及总重量2-3倍的水混合搅拌均匀得浆料备用；将纳米多孔碳酸钙、内切纤维素酶以及总重量1-2倍的水混合搅拌均匀，喷雾干燥得改性耐高温内切纤维素酶备用；将浆料加热至80℃，并持续加入改性耐高温内切纤维素酶混合搅拌酶解40min，100℃灭酶后，采用漏斗抽滤烘干，得改性菠萝叶纤维素备用；
（2）、将壳聚糖、冰醋酸以及总重量2-3倍的去离子水混合，在40℃加热搅拌均匀之后，加入γ-聚谷氨酸在80℃下继续加热搅拌1h，然后小火文煮1-1.2h得到具有强抗菌效果的改性疏水γ-聚谷氨酸备用；
（3）、将改性菠萝叶纤维素、改性疏水γ-聚谷氨酸、山梨醇、姜油树脂、烯基琥珀酸以及总重量3-4倍的去离子水混合后搅拌均匀，然后放入带有强超声波的乳化机中进行超声波辅助乳化剪切处理40min得均相膜溶液备用，其中超声波功率1000W，乳化剪切速率15000r/min；
（4）、将均相膜溶液铺在涂有聚四氟乙烯的不锈钢板上，冷却成型之后，采用乙醇溶液在40℃浸泡2h，取出，冷却干燥即得。
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