CN107190422A - 柑橘精油纳米膜及其制备方法 - Google Patents

柑橘精油纳米膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柑橘精油纳米膜及其制备方法，所述制备方法包括：将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；将壳聚糖和乙酸水溶液混合，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液混合，得到第一纺丝液；将所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜。制得的柑橘精油纳米膜具有一定的抗菌性能，可应用于食品抗菌包装，能有效抑制食品表面微生物的生长。

Description

柑橘精油纳米膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米膜制备领域，具体地，涉及一种柑橘精油纳米膜及其制备方法。
背景技术
柑橘为世界第一大水果，包括橘子、相、袖、拘椽、甜橙、酸橙、金橘、柠檬等一大家族。中国柑橘年产量1078万吨，是继巴西、美国后第三大生产国。柑橘果实色、香、味兼优，既可鲜食，又可加工成以果汁为主的各种成品，倍受消费者的青睐。柑橘的果皮率一般为22％-28％，柑橘加工成成品后会产生大量的柑橘皮渣，因其外果皮的油胞中(即油包层)含大量柑橘类精油，可供提前柑橘精油，变废为宝。柑橘精油成分复杂，据报道现己检测出其成分有400多种，不同品种和栽培条件精油成分差异很大。一般而言，柑橘精油含有85％-99％的挥发成分和1％-15％的不挥发成分。挥发成分有单萜(柠檬烯)和倍半萜烯碳氢化合物及其含氧衍生物醛(柠檬醛)、酮、酸、醇(芳樟醇)和酷类，其主要成分是柠檬烯。经研究表明，柠檬烯可显著抑制革兰氏阴性和阳性细菌以及真菌的活性。非挥发成分中的柠檬苦素、类黄酮等具有抗氧化、抗肿瘤、消炎、抗病毒、抑菌等作用。
纳米抗菌包装材料是一种新型抗菌包装材料，其独特的纳米效应和持久的抗菌效应使微生物的生长繁殖保持较低的水平，从而减少微生物污染带来的食源性疾病的风险，由纳米纤维组成的抗菌材料己成为食品包装材料的发展新趋势。壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，具有生物相容性、安全性、微生物降解性等优良性能。壳聚糖与其他多糖一样，在其复杂的空间结构中含有高活性的功能基团，表现出类抗生素的特征，能够抑制多种细菌的生长与活性。因此，如何将柑橘精油和壳聚糖应用至抗菌包装材料的制备中，以提高包装材料的抗菌性能是本发明亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种柑橘精油纳米膜及其制备方法，制得的柑橘精油纳米膜具有一定的抗菌性能，可应用于食品抗菌包装，能有效抑制食品表面微生物的生长。
为了实现上述目的，本发明提供了一种柑橘精油纳米膜的制备方法，所述制备方法包括：
柑橘精油/环状糊精包合物的制备：将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；
纺丝液的制备：将壳聚糖和乙酸水溶液混合，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液混合，得到第一纺丝液；
柑橘精油纳米膜的制备：将所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜。
本发明还提供了一种柑橘精油纳米膜，该柑橘精油纳米膜由上述的制备方法制得。
通过上述技术方案，本发明提供了一种柑橘精油纳米膜及其制备方法，所述制备方法包括：将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；将壳聚糖和乙酸水溶液混合，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液混合，得到第一纺丝液；将所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜。因柑橘精油及其壳聚糖均具有一定的抗菌性能，通过本发明提供的制备方法制成的纳米纤维膜，可应用于食品抗菌包装，能有效抑制食品表面微生物的生长，延长食品的货架期，保证食品品质，具有一定的市场价值，同时，柑橘精油纳米膜的开发对促进柑橘资源的综合开发利用也具有重要意义。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种柑橘精油纳米膜的制备方法，所述制备方法包括：
柑橘精油/环状糊精包合物的制备：将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；
纺丝液的制备：将壳聚糖和乙酸水溶液混合，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液混合，得到第一纺丝液；
柑橘精油纳米膜的制备：将所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得环状糊精能够饱和溶于水中，所述环状糊精水溶液的制备方法为：将环状糊精加入到45-55℃的水中制得；其中，相对于1kg的所述水，所述环状糊精的用量不低于18.5g。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的柑橘精油纳米膜具备更为优良的抗菌能力，相对于100重量份的所述环状糊精水溶液，所述柑橘精油的用量为10-20重量份；
所述乙酸水溶液的质量浓度为1.5-2.5％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为6-10％；
所述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为4:6-6:4进行混合；
相对于100重量份的所述第一纺丝液，所述柑橘精油/环状糊精包合物的用量为5-15重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得环状糊精水溶液和柑橘精油能够充分混合，所述环状糊精水溶液和柑橘精油混合为采用恒温搅拌的方式，搅拌的温度为40-50℃，搅拌的时间为3-5h。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的析出晶体，得到纯度更高的柑橘精油/环状糊精包合物，所述制备方法还包括将环状糊精水溶液和柑橘精油混合后，将上述混合物置于2-8℃的温度下，待其析出晶体后抽滤，将抽滤后的滤渣于45-55℃下干燥1.5-2.5h，得到所述柑橘精油/环状糊精包合物。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的柑橘精油纳米膜具备更优的机械性能，所述纺丝原液的制备方法包括：将聚乙烯醇和水于75-85℃的条件下混合得到，其中相对于100重量份的水，所述聚乙烯醇的用量为8-12重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得壳聚糖和乙酸水溶液充分混合，所述壳聚糖和乙酸水溶液的混合为采用磁力搅拌的方式，且磁力搅拌的时间为2-3h；
为了使得第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物充分混合，所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合为采用磁力搅拌的方式，且磁力搅拌的时间为2-3h；
为了使得壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液充分混合，所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液的混合为采用超声分散的方式。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得制得的柑橘精油纳米膜具备更为优良的机械性能，所述静电纺丝工艺包括：将第二纺丝液注入注射器中并将注射器置于注射泵上，连接静电纺丝装置，调整接收距离为10-20cm，电压为5-15kv，并以0.1-0.5mL/h的流速进行静电纺丝，将静电纺丝得到的纤维在45-55℃下干燥，得到所述柑橘精油纳米膜。
本发明还提供了一种柑橘精油纳米膜，所述柑橘精油纳米膜由上述的制备方法制得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
将18.5g环状糊精加入到45℃的1kg水中制得环状糊精水溶液；取1kg环状糊精水溶液和0.1kg柑橘精油混合(混合为采用恒温搅拌的方式，搅拌的温度为40℃，搅拌的时间为3h)，在2℃的温度下析出晶体，待其析出晶体后抽滤，将抽滤后的滤渣于45℃下干燥1.5h，得到所述柑橘精油/环状糊精包合物；将壳聚糖和乙酸水溶液用磁力搅拌(搅拌时间为2h)的方式进行混合(其中，乙酸水溶液的质量浓度为1.5％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为6％)，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液采用超声分散的方式进行混合(述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为4:6进行混合)，得到第一纺丝液；将1kg所述第一纺丝液和0.05kg所述柑橘精油/环状糊精包合物采用磁力搅拌(搅拌时间为2h)的方式进行混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜A1；其中，所述纺丝原液的制备方法包括：将8kg聚乙烯醇和水1kg于75℃的条件下混合得到；所述静电纺丝工艺包括：将第二纺丝液注入注射器中并将注射器置于注射泵上，连接静电纺丝装置，调整接收距离为10cm，电压为5kv，并以0.1mL/h的流速进行静电纺丝，将静电纺丝得到的纤维在45℃下干燥，得到所述柑橘精油纳米膜。
实施例2
将18.5g环状糊精加入到55℃的1kg水中制得环状糊精水溶液；取1kg环状糊精水溶液和0.2kg柑橘精油混合(混合为采用恒温搅拌的方式，搅拌的温度为50℃，搅拌的时间为5h)，在8℃的温度下析出晶体，待其析出晶体后抽滤，将抽滤后的滤渣于55℃下干燥2.5h，得到所述柑橘精油/环状糊精包合物；将壳聚糖和乙酸水溶液用磁力搅拌(搅拌时间为3h)的方式进行混合(其中，乙酸水溶液的质量浓度为2.5％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为10％)，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液采用超声分散的方式进行混合(述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为6:4进行混合)，得到第一纺丝液；将1kg所述第一纺丝液和0.15kg所述柑橘精油/环状糊精包合物采用磁力搅拌(搅拌时间为3h)的方式进行混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜A2；其中，所述纺丝原液的制备方法包括：将12kg聚乙烯醇和水1kg于85℃的条件下混合得到；所述静电纺丝工艺包括：将第二纺丝液注入注射器中并将注射器置于注射泵上，连接静电纺丝装置，调整接收距离为20cm，电压为15kv，并以0.5mL/h的流速进行静电纺丝，将静电纺丝得到的纤维在55℃下干燥，得到所述柑橘精油纳米膜。
实施例3
将18.5g环状糊精加入到50℃的1kg水中制得环状糊精水溶液；取1kg环状糊精水溶液和0.15kg柑橘精油混合(混合为采用恒温搅拌的方式，搅拌的温度为45℃，搅拌的时间为4h)，在6℃的温度下析出晶体，待其析出晶体后抽滤，将抽滤后的滤渣于50℃下干燥2h，得到所述柑橘精油/环状糊精包合物；将壳聚糖和乙酸水溶液用磁力搅拌(搅拌时间为2.5h)的方式进行混合(其中，乙酸水溶液的质量浓度为2％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为8％)，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液采用超声分散的方式进行混合(述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为5:5进行混合)，得到第一纺丝液；将1kg所述第一纺丝液和0.1kg所述柑橘精油/环状糊精包合物采用磁力搅拌(搅拌时间为2.5h)的方式进行混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜A3；其中，所述纺丝原液的制备方法包括：将10kg聚乙烯醇和水1kg于80℃的条件下混合得到；所述静电纺丝工艺包括：将第二纺丝液注入注射器中并将注射器置于注射泵上，连接静电纺丝装置，调整接收距离为15cm，电压为10kv，并以0.3mL/h的流速进行静电纺丝，将静电纺丝得到的纤维在50℃下干燥，得到所述柑橘精油纳米膜。
对比例1
按照实施例3的方式进行，不同的是，所述环状糊精水溶液的用量为1kg，所述柑橘精油的用量为0.05kg；所述乙酸水溶液的质量浓度为2％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为5％；所述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为2:8进行混合；所述第一纺丝液的用量为1kg，所述柑橘精油/环状糊精包合物的用量为0.02kg；最终制得柑橘精油纳米膜D1。
对比例2
按照实施例3的方式进行，不同的是，所述环状糊精水溶液的用量为1kg，所述柑橘精油的用量为0.3kg；所述乙酸水溶液的质量浓度为2％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为12％；所述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为8:2进行混合；所述第一纺丝液的用量为1kg，所述柑橘精油/环状糊精包合物的用量为0.18kg，最终制得柑橘精油纳米膜D2。
测试例
按照QB/T2591-2003的抗菌性能测试方法对制得的柑橘精油纳米膜A1-A3、D1和D2进行抗菌性能的测定，检测结果见表1；其中，防霉级别0级为最高级，4级为最低级。
表1
实施例编号 抗菌率 防霉级别
实施例1 98％ 0级
实施例2 99％ 0级
实施例3 98％ 0级
对比例1 90％ 2级
对比例2 90％ 2级
通过上述表格数据可以看出，在本发明范围内制得的柑橘精油纳米膜的抗菌率较高和防霉效果优良；因此，该柑橘精油纳米膜可应用于食品抗菌包装，能有效抑制食品表面微生物的生长，延长食品的货架期，保证食品品质，具有一定的市场价值。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种柑橘精油纳米膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
柑橘精油/环状糊精包合物的制备：将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；
纺丝液的制备：将壳聚糖和乙酸水溶液混合，得到壳聚糖乙酸水溶液，将所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液混合，得到第一纺丝液；
柑橘精油纳米膜的制备：将所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合，得到第二纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述柑橘精油纳米膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述环状糊精水溶液的制备方法为：将环状糊精加入到45-55℃的水中制得；其中，相对于1kg的所述水，所述环状糊精的用量不低于18.5g。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，相对于100重量份的所述环状糊精水溶液，所述柑橘精油的用量为10-20重量份；
所述乙酸水溶液的质量浓度为1.5-2.5％，所述壳聚糖乙酸水溶液的质量浓度为6-10％；
所述壳聚糖乙酸水溶液和所述纺丝原液按照体积比为4:6-6:4进行混合；
相对于100重量份的所述第一纺丝液，所述柑橘精油/环状糊精包合物的用量为5-15重量份。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述环状糊精水溶液和柑橘精油混合为采用恒温搅拌的方式，搅拌的温度为40-50℃，搅拌的时间为3-5h。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括将环状糊精水溶液和柑橘精油混合后，将上述混合物置于2-8℃的温度下，待其析出晶体后抽滤，将抽滤后的滤渣于45-55℃下干燥1.5-2.5h，得到所述柑橘精油/环状糊精包合物。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述纺丝原液的制备方法包括：将聚乙烯醇和水于75-85℃的条件下混合得到，其中相对于100重量份的水，所述聚乙烯醇的用量为8-12重量份。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述壳聚糖和乙酸水溶液的混合为采用磁力搅拌的方式，且磁力搅拌的时间为2-3h；
所述第一纺丝液和所述柑橘精油/环状糊精包合物混合为采用磁力搅拌的方式，且磁力搅拌的时间为2-3h；
所述壳聚糖乙酸水溶液和纺丝原液的混合为采用超声分散的方式。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述静电纺丝工艺包括：将第二纺丝液注入注射器中并将注射器置于注射泵上，连接静电纺丝装置，调整接收距离为10-20cm，电压为5-15kv，并以0.1-0.5mL/h的流速进行静电纺丝，将静电纺丝得到的纤维在45-55℃下干燥，得到所述柑橘精油纳米膜。
9.一种柑橘精油纳米膜，其特征在于，所述柑橘精油纳米膜由权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制得。
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