CN106883465B - 一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加热至50‑65℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得溶液A；将改性纳米碳晶分散于溶液A中，改性纳米碳晶的添加量为1%‑9%，再加入溶液A体积的0.2‑1%的增塑剂，搅拌、超声分散、静置，超声脱气10‑15min，得溶液B；将溶液B流延成膜，静置、干燥，干燥温度为35‑55℃；然后置于0.01‑0.02mol/L的NaOH溶液中浸泡0.5‑1h，用蒸馏水冲洗、揭膜、晒干，即得复合保鲜膜。本发明的壳聚糖保鲜膜具有较低的水蒸气透过系数，避免果蔬类水分的过度流失，具有较好的杀菌功能，抗菌持久性强，在1h内可以起到明显的杀菌作用，48h后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率仍可达到90%以上，延长了果蔬的保鲜时间。

Description

一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法

技术领域

本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法。

背景技术

随着现代人们生活水平的不断提高，人们对食物的新鲜度的需求日益提高，而为将食物在一定期间保持一定的新鲜度，基于石化塑料的PE、PVC、PVDC等保鲜膜应运而生，其具有价格低廉、使用方便等优点，广泛应用于食品保鲜领域，但是上述材料均是不可降解的塑料，且安全性指数低、透气性差、易形成白色污染，并且在一定的介质和环境条件下，存在致癌的风险。

壳聚糖是甲壳素的乙酰基被全部或者部分脱除后所得，具有良好的生物相容性、可降解性及成膜性，降解产物对人体无害，是一种环保的可食性保鲜材料，再者，壳聚糖是一种有机高分子抗菌剂，对细菌、霉菌、真菌、酵母菌具有明显的抑制作用，具有无毒、无味、耐酸碱等特性，壳聚糖膜对O₂和CO₂具有选择透过性，因此，具有隔氧透气的功能，对保鲜环境进行微调，抑制果蔬的有氧呼吸程度，对果蔬肉类具有一定保鲜作用。

但壳聚糖是亲水性的多糖，容易吸湿，湿态机械强度差，单独的壳聚糖成膜时，材料的机械性能欠佳、脆性较大、抗水性差，对于后期食品的包装完整性不利，且壳聚糖耐热性差、抗菌持续性短，目前，通常是将壳聚糖通过物理或化学方法进行改性处理，例如，将壳聚糖与淀粉混合，可以提高膜的抗拉强度和断裂伸长率；壳聚糖与脂肪酸或黏土复合，可以提高膜的阻水性；将纳米SiO₂添加到壳聚糖溶液中，制备成壳聚糖保鲜膜，提升膜的机械性能和水蒸气阻隔能力；将纳米TiO₂和Ag添加到壳聚糖溶液中，制备成壳聚糖保鲜膜，可以大幅提高保鲜膜的抗菌能力。将纳米粒子与壳聚糖进行复合，可以弥补壳聚糖在成膜、实际应用中的缺陷，提高壳聚糖的性能，但SiO₂提高壳聚糖保鲜膜的抗菌能力有限，纳米Ag属于活泼金属，容易发生氧化还原反应，进而导致壳聚糖的性能发生变化，TiO₂属于光催化型的抗菌剂，需要在紫外光或者光刺激条件下才会激发其抗菌性，使用条件有限，再者，上述的纳米颗粒都极易团聚、分散困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加热至50-65℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得溶液A；壳聚糖与乙酸溶液的用量比为(0.5-5.5)g∶100ml；

2）将改性纳米碳晶分散于溶液A中，改性纳米碳晶的添加量为1%-9%，再加入溶液A体积的0.2-1%的增塑剂，搅拌、超声分散、静置，超声脱气10-15min，得溶液B；搅拌速度为500-600r/min，搅拌时间为1-1.5h，超声频率为35-45KHz，超声时间为10-15min；改性纳米碳晶的添加量为改性纳米碳晶与壳聚糖和改性纳米碳晶二者质量和之比；

3）将步骤2) 的溶液B流延成膜，静置1-1.5h、干燥，干燥温度为35-55℃；然后置于0.01-0.02mol/L的NaOH溶液中浸泡0.5-1h，用蒸馏水冲洗、揭膜、晒干，即得复合保鲜膜。

所述改性纳米碳晶由以下方法制得：将纳米碳晶与硬脂酸钠混合后，加入蒸馏水，加热至60-70℃，于搅拌转速3000-3500r/min下，搅拌10-20min后，离心30-40min，取沉淀物用去离子水反复离心洗涤，直至上清液pH=7，于80-90℃下，烘干得改性纳米碳晶；硬脂酸钠、纳米碳晶、蒸馏水的用量为3g∶100g∶300 ml，烘干时间为2-3h。

所述乙酸溶液的体积分数为1%。

所述增塑剂为丙三醇。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)纳米碳晶具有很高的表面活性，容易吸附细菌，从而破坏细菌的生存环境，抑制了细菌的生长繁殖，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌杀菌效果显著，可作为抑菌活性成分，将其添加到壳聚糖保鲜膜中，两者起到协同作用，显著提高壳聚糖保鲜膜的抗菌性；纳米碳晶是一种无机物，环保、安全、无毒副作用，且具有疏水性能，纳米碳晶经改性后，将其添加到壳聚糖溶液中，能够提高膜的湿态拉伸强度和干态拉伸强度，增强了膜外包装时的韧性，解决了包装过程中膜易损坏的技术问题；

2）本发明的壳聚糖保鲜膜具有较低的水蒸气透过系数，避免果蔬类水分的过度流失，具有较好的杀菌功能，抗菌持久性强，在1h内可以起到明显的杀菌作用，48h后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率仍可达到90%以上，延长了果蔬的保鲜时间；本发明的壳聚糖保鲜膜可以降低氧气透过率，提高二氧化碳透过率，有效抑制果蔬类有氧呼吸，达到较好的保鲜效果；

3）制备工艺简单、绿色环保，可广泛应用于肉制品、豆制品、糕点类、果蔬类的保鲜，适用推广应用。

具体实施方式

实施例1

一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将0.5 g壳聚糖溶解于100ml体积分数为1%的乙酸溶液中，加热至50℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得溶液A；

2）将改性纳米碳晶分散于溶液A中，改性纳米碳晶的添加量为1%，再加入溶液A体积的0.2%的增塑剂（丙三醇），搅拌、超声分散、静置，超声脱气10min，得溶液B；搅拌速度为500r/min，搅拌时间为1.5h，超声频率为35KHz，超声时间为15min；改性纳米碳晶的添加量为改性纳米碳晶与壳聚糖和改性纳米碳晶二者质量和之比；

3）将步骤2) 的溶液B注入水平静置的干净玻璃槽中流延成膜，静置1h、红外灯下干燥10min，干燥温度为35℃；然后置于0.01mol/L的NaOH溶液中浸泡0.5h，用蒸馏水冲洗、揭膜、25℃下晒干，即得复合保鲜膜。将制得的复合保鲜膜置于25±2℃、相对湿度为50±5%的恒温恒湿箱中保存。

改性纳米碳晶由以下方法制得：将纳米碳晶与硬脂酸钠混合后，加入蒸馏水，加热至60℃，于搅拌转速3000r/min下，搅拌10min后，于10000r/min下，离心30min，取沉淀物用去离子水反复离心洗涤，直至上清液pH=7，于90℃下，烘干2 h得改性纳米碳晶；硬脂酸钠、纳米碳晶、蒸馏水的用量为3g∶100g∶300 ml。

实施例2

一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将5.5 g壳聚糖溶解于100ml体积分数为1%的乙酸溶液中，加热至65℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得溶液A；

2）将改性纳米碳晶分散于溶液A中，改性纳米碳晶的添加量为9%，再加入溶液A体积的1%的增塑剂（丙三醇），搅拌、超声分散、静置，超声脱气15min，得溶液B；搅拌速度为600r/min，搅拌时间为1h，超声频率为45KHz，超声时间为10min；改性纳米碳晶的添加量为改性纳米碳晶与壳聚糖和改性纳米碳晶二者质量和之比；

3）将步骤2) 的溶液B注入水平静置的干净玻璃槽中流延成膜，静置1.5h、红外灯下干燥5min，干燥温度为55℃；然后置于0.02mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，用蒸馏水冲洗、揭膜、25℃下晒干，即得复合保鲜膜。将制得的复合保鲜膜置于25±2℃、相对湿度为50±5%的恒温恒湿箱中保存。

改性纳米碳晶由以下方法制得：将纳米碳晶与硬脂酸钠混合后，加入蒸馏水，加热至70℃，于搅拌转速3500r/min下，搅拌20min后，于10000r/min下，离心40min，取沉淀物用去离子水反复离心洗涤，直至上清液pH=7，于80℃下，烘干3 h得改性纳米碳晶；硬脂酸钠、纳米碳晶、蒸馏水的用量为3g∶100g∶300 ml。

实施例3

步骤2）中改性纳米纳米碳晶的添加量为5%，其它同实施例2。

实施例4效果试验

4.1 改性纳米碳晶的添加量对复合保鲜膜力学性能、透湿性、透气性的影响

为了考察改性纳米碳晶的添加量对复合保鲜膜力学性能、透湿性、透气性的影响，按照实施例1的制备方法，不同改性纳米碳晶的添加量制成的复合保鲜膜，测试复合保鲜膜的力学性能、水蒸气透过率、透气性、抗菌性能。

力学性能测试：采用GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能实验方法》的标准测量保鲜模的拉伸强度和断裂伸长率，制得的样品的长和宽分别为100mm和15mm，夹具之间的距离为80mm，膜厚为0.02±0.002mm，试验速度为20mm/min。壳聚糖膜的湿态拉伸强度和断裂强度采用将膜在蒸馏水水中浸泡30min后进行实验。

水蒸气透过率测试方法：根据GB1037-88《塑料薄膜和片材透水蒸汽性实验方法-杯式法》用减重法测试。透湿杯直径选用5cm，深度为3.5cm的称量杯，每个杯中加10ml的蒸馏水，杯子口用本发明方法制备的保鲜膜将杯口扎紧，称量整体的重量后放入23±2℃，相对湿度为50±4%的恒温恒湿箱中，每间隔24小时称量一次杯子重量，直至杯子重量趋于稳定。

透气性测试：利用BTY-B1透气性测试仪进行测量，每次测量三次，结果取三次的平均值。用P(CO₂)和P(O₂)表示壳聚糖保鲜膜的透气率。

由表1可知，制成的壳聚糖保鲜膜的干态和湿态拉伸强度随着改性纳米碳晶添加量的增加，呈先增加后减小，添加改性纳米碳晶的保鲜膜干态及湿态拉伸强度均优于没有添加改性纳米碳晶的保鲜膜。当改性纳米碳晶添加量为3%时，膜的干态和湿态拉伸强度分别提高了11.5%、23.6%。其中，干态断裂伸长率和湿态断裂伸长率是随着改性纳米碳晶添加量的增加呈现逐渐变小的趋势，原因可能在于，改性纳米碳晶的添加量过大，改变了壳聚糖的结晶形式，影响了保鲜膜的性能。

从表2可知，随着改性纳米碳晶添加量的增加，壳聚糖保鲜膜的水蒸气透过系数逐渐变小，由此说明，加入改性纳米碳晶，能够明显降低壳聚糖保鲜膜的水蒸气透过性，从而增加膜的耐水性，原因可能在于，改性纳米碳晶具有疏水的特性，从一定程度上提高了膜的耐水性。另外，随着纳米碳晶添加量的增加，壳聚糖保鲜膜可以抑制氧气的透过量，而增加二氧化碳的透过量，即低氧高二氧化碳环境，从而达到抑制果蔬类的有氧呼吸强度的效果，通常二氧化碳和氧气的透过率之比接近4为宜，所以添加一定量的纳米碳晶有助于平衡保鲜膜内氧气和二氧化碳的浓度，使之达到较好的保鲜效果。

复合保鲜膜的抗菌性试验

根据GB/T2591-2003进行壳聚糖膜的抗菌性测试，实验指标为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌。通过将壳聚糖保鲜膜与一定量的菌悬液作用一段时间后，再对菌落进行计数。制备35mm*35mm的保鲜膜若干分，其中一种为不添加改性纳米碳晶的壳聚糖保鲜膜(A组)，其余五种为不同添加量的改性纳米碳晶-壳聚糖复合保鲜膜(B组)，另外一组为普通的PE保鲜膜(C组)，C组作为普通对照组，将A、B、C三组保鲜膜在浓度为80%的乙醇溶液分别浸泡1min，然后用无菌水冲洗，干燥备用。将各试验菌经过增菌培养和划线分离培养，选取单个典型菌落接种普通营养琼脂培养基斜面，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌用琼脂培养基斜面，37℃培养24h。

培养基制备：将蛋白胨溶于蒸馏水中，加热进行搅拌溶解，制得液体培养基，然后将一定量的琼脂加入液体培养基，加热搅拌，制得固体培养基，其中蛋白胨和所用的蒸馏水都经过120℃高温蒸汽灭菌处理。

操作过程：用接种环从固体培养基上取一定量的新鲜细菌，加入液体培养基，然后将液体培养基用蒸馏水做10倍稀释，大肠杆菌的稀释浓度为2.5×10⁶cfu/mL，金黄色葡萄球菌稀释浓度为8.9×10⁶ cfu/mL；分别取1 mL的上述菌液滴加在A组、B组、C组保鲜膜上，用灭菌覆盖膜覆盖在三组保鲜膜上，在37℃、湿度大于90%的条件下，培养24小时，用24mL洗脱液反复清洗覆盖膜和三组保鲜膜，然后取0.2 mL洗脱液滴入固体琼脂培养基上，在37℃条件下培养1-48h，然后进行活菌计数，测定活菌数目。计算其抗菌率，结果如表3。

从表3中可以看出，不添加纳米碳晶的壳聚糖保鲜膜在8h内具有较强的抗菌效果，8h的抗菌率为85.7%，48h的抗菌率为50.7%，随着时间的延长，抗菌率大幅下降。从表3中也可看出，随着改性纳米碳晶添加量的增加，壳聚糖复合保鲜膜的抗菌率呈先增加再减少，48h内添加改性纳米碳晶的壳聚糖保鲜膜的抗菌率仍可以达到85%以上，说明添加改性纳米碳晶的壳聚糖保鲜膜对大肠杆菌具有较强的抗菌作用。添加纳米碳晶的保鲜膜抗菌率在4-8小时内到达高峰，之后逐渐降低。随着纳米碳晶添加量的进一步增加，抗菌率下降，当纳米碳晶碳晶添加量为1%时，48h的抗菌率仍可以达到92.%；当纳米碳晶的添加量为5%时，48h的抗菌率为95.7%，仍具有很高的抗菌率；当纳米碳晶的添加量为7%和9%时，48小时的抗菌率为89.5%和85.9%，此时的抗菌率下降较为明显，原因可能在于，改性纳米碳晶的添加量过高，导致部分纳米碳晶发生团聚，影响了改性纳米碳晶的性能发挥。

从表4可知，不添加纳米碳晶的壳聚糖保鲜膜对金黄色葡萄球菌的抗菌率在一个小时内为53.6%，4h后才达到抗菌高峰，48h后的抗菌率下降到50.3%，所以单一的壳聚糖膜对于金黄色葡萄球菌抗菌能力有限。改性纳米碳晶添加量为5%的壳聚糖保鲜膜1h的抗菌率高达90.8%，说明添加改性纳米碳晶的保鲜膜在较短时间内就可以起到良好的杀菌作用，48h后抗菌率到达90.7%，仍有较强的杀菌作用。改性纳米碳晶添加量为1%和5%的壳聚糖保鲜膜在48h的抗菌率分别为87.3%和90.7%，可见改性纳米碳晶对于延长壳聚糖保鲜膜的抗菌持久性非常明显。随着纳米碳晶添加量的进一步增加，复合保鲜膜的抗菌率有下降趋势，当添加改性纳米碳晶为9%时，壳聚糖保鲜膜48h的抗菌率降低为60.7%，此时抗菌率出现了明显的下降，可见添加一定比例的纳米碳晶可以提高壳聚糖保鲜膜的抗菌率。

Claims (3)

1.一种壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加热至50-65℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得溶液A；壳聚糖与乙酸溶液的用量比为(0.5-5.5)g∶100ml；

2）将改性纳米碳晶分散于溶液A中，改性纳米碳晶的添加量为1%-9%，再加入溶液A体积的0.2-1%的增塑剂，搅拌、超声分散、静置，超声脱气10-15min，得溶液B；搅拌速度为500-600r/min，搅拌时间为1-1.5h，超声频率为35-45KHz，超声时间为10-15min；改性纳米碳晶的添加量为改性纳米碳晶与壳聚糖和改性纳米碳晶二者质量和之比；

3）将步骤2) 的溶液B流延成膜，静置1-1.5h、干燥，干燥温度为35-55℃；然后置于0.01-0.02mol/L的NaOH溶液中浸泡0.5-1h，用蒸馏水冲洗、揭膜、晒干，即得复合保鲜膜；

所述改性纳米碳晶由以下方法制得：将纳米碳晶与硬脂酸钠混合后，加入蒸馏水，加热至60-70℃，于搅拌转速3000-3500r/min下，搅拌10-20min后，离心30-40min，取沉淀物用去离子水反复离心洗涤，直至上清液pH=7，于80-90℃下，烘干得改性纳米碳晶；硬脂酸钠、纳米碳晶、蒸馏水的用量为3g∶100g∶300 ml，烘干时间为2-3h。

2.如权利要求1所述的壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，其特征在于，所述乙酸溶液的体积分数为1%。

3.如权利要求1所述的壳聚糖复合保鲜膜的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为丙三醇。