CN107245155A - 一种可食性抑菌膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可食性抑菌膜制备方法，属于绿色可降解包装材料领域。更具体地，本发明涉及一种以壳聚糖为基材，甘油为增塑剂，啤酒花软树脂中的β‑酸氢化衍生物六氢β‑酸为抑菌剂，经壳聚糖与甘油混合交联，六氢β‑酸均匀分散到上述成膜溶液中，经流延法或喷涂法涂膜，在特定的温度下干燥制备可食性抑菌膜的制备方法。该方法所得到可食性抑菌膜所用的原材料均为来源于天然动植物的生物可降解的绿色环保材料，所得到的抑菌膜可以有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见食品腐败菌，可为食品工业提供一种具有生物活性的包装材料。

Description

一种可食性抑菌膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备可食性抑菌膜的方法，属于新型功能性包装材料领域。更具体地，本发明涉及一种以壳聚糖为基材、甘油为增塑剂，以啤酒花中的β-酸氢化衍生物六氢β-酸为抑菌剂，经过充分搅拌混合反应后得到涂膜液，再进一步采用流延法或喷涂法涂膜并干燥后制备得到可食性抑菌膜的方法。该方法所得到的抑菌膜所用原材料均为食品原料或辅料，安全可靠，具有抑菌和抗氧化作用，为食品工业提供了一种可供选择的新型包装材料。

背景技术

食品包装材料发展迅猛，特别是塑料包装因成本低、质量轻、便于携带而被大量使用。但塑料包装在给人类带来便利的同时，各种问题也不断显现，如早期的“白色污染”、近期为了应对“白色污染”而广泛使用的促进塑料降解或分解的添加剂所造成的部分改变土壤的酸碱度，影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产等现象的出现，以及大量使用塑料食品包装时，由于塑化剂或单体在高温下会释放并迁移到食品中，进而可能影响人体的生殖系统、肝脏和泌尿系统的正常工作，引发激素失调、免疫力下降、儿童性早熟、心血管疾病等都给人们一次次敲响了警钟，能替代传统塑料的环境友好及健康安全的包装材料更加受到了人们的青睐，可食性包装就是重要的研究方向。

可食性抑菌膜是以可食性生物大分子物质为主要基质，辅以可食性增塑剂，通过一定的处理工序使各成膜剂分子之间相互作用，再添加抑菌剂赋予其抑菌功能，使之在干燥后形成一种具有一定力学性能和选择透过性的结构致密的薄膜。可食性抑菌膜通过防止水分、芳香成分等的迁移，同时抑菌剂迁移到食品表面来避免食品在贮运过程中发生风味等方面的变化，从而保证食品品质，延长食品货架期。目前可食性抑菌膜包装在果蔬保鲜（可食用涂层）以及食品包装材料（如作为方便调料包）等两个领域有一定的应用，具有取材方便、可食用、易被生物降解、对环境无污染等优点，成为新包装材料开发的重要研究方向。

目前，可食性抑菌膜的研究已受到广泛关注。如中国专利CN201710153857.0公布了一种以豆渣为基质的包装材料，该包装以豆渣为基质的基层和涂布于基层两侧的可食性薄膜层，制备方法简单，原料成本低，且配方合理，对环境友好易于大规模推广和使用，是具有广阔发展前景的环保食品包装材料。CN201710061241.0一种抗菌可食性包装纸及其制备方法，公开了一种抗菌可食性包装纸及其制备方法。该方法通过将可食性基材壳聚糖和瓜尔胶与天然抗菌剂ε-聚赖氨酸(盐)共同作用制备天然、环保的抗菌可食性包装纸，通过控制所述ε-聚赖氨酸(盐)与壳聚糖按质量比1:0.5～1:10进行复配，使二者发挥协同作用，显著提高包装的抑菌性能。应用该方法制备的可食性包装纸具有良好的抗菌性，与普通的可食用纸张相比，抗菌效果优异，抗菌谱广，而且产品安全绿色，原料易得，成本低廉，经济环保。CN201710024265.9一种可食性鱼皮胶原蛋白活性复合膜及其制备方法，CN201710013317.2一种新型可食性抗菌食品包装膜及其制备方法，CN201710030231.0基于植物源提取剂的复合保鲜膜及其制备方法及应用，CN201611143939.9桃类保鲜可食性复合膜的制作、应用方法及包装设备，CN201611163419.4一种用于速食食品料包的可食性淀粉基薄膜及其制备方法，CN201611180433.5用褐藻糖胶和多酚制备具有抗菌活性的可食性膜的方法，CN201610948875.3一种可食性包装薄膜及其制备方法等专利申请均公布了采用不同的可食性原材料和辅料制备可食性膜的方法。上述方法所采用的抑菌成分主要为植物精油、多酚提取物及各种植物活性成分的混合提取物，各自都具有不同的特点，但对包装材料的抑菌机理不明确，使用中往往因为抑菌剂的组成变化而导致抑菌功效的差异，进而可能会影响到包装产品的货架寿命。

啤酒花是啤酒酿造的主要原料之一，其在啤酒中的主要功效是抑菌作用，也是啤酒苦味和香味的主要来源。啤酒花树脂中的主要成分之一β-酸具有很强的抑菌作用，但不稳定，容易降解而发生风味劣变，β-酸的氢化衍生物六氢β-酸稳定性好，且没有苦味，抑菌作用优于β-酸。啤酒花本身就是食品的重要组成，有很多的生理活性。中国是世界重要的啤酒花种植区，但啤酒花的用途相对较窄，基本上以啤酒酿造为主。为了拓展啤酒花的应用领域，本发明提供了一种利用啤酒花中的β-酸衍生物作为抑菌添加剂制备可食性抑菌膜的方法，因六氢β-酸的抑菌活性强，菌谱广，制备的抑菌膜可用于多种食品体系。该方法克服了现有方法采用的天然抑菌剂多为混合提取物，抑菌作用的机理不明确，添加量相对偏高的缺陷，提供了一种化学结构明确、抑菌活性强的天然来源化合物做抑菌剂，所制备的膜具有更好的生物相容性和抑菌活性。这不仅可以拓展啤酒花的应用市场，也可为食品工业提供一种可供选择的新型包装材料，还可用于新鲜水果的保鲜，解决新鲜水果长途运输和存放时间短的问题。

发明内容

随着生活质量的提高以及对健康的追求，食品包装材料的安全性已为越来越多的人们所关注，基于天然来源的可食性材料易降解和安全性高的特点，可食性食品包装及保鲜技术已经成为目前食品领域研究的热点之一。本发明的目的是提供一种以壳聚糖为基材、甘油为增塑剂，以啤酒花中的β-酸氢化衍生物六氢β-酸为抑菌剂的可食性抑菌膜的制备方法，该方法所用的原材料来源丰富，特别是啤酒花为新疆的重要经济作物，生产过程安全，除使用少量的乙醇和极少量的有机酸外，整个过程不使用其它有毒、有害的有机溶剂，且生产过程中无废弃物排放，所调配的涂膜液可完全用于制备可食性抑菌膜，属于绿色环保工艺。由于六氢β-酸具有很强的生理活性，壳聚糖也具有一定的抑菌性，采用该方法制备的可食性抑菌膜具有天然、无毒、无害，机械强度好、断裂伸长率高等特点。

为了实现上述目的，本发明是采用如下技术方案来予以实现的：

一种制备可食性抑菌膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 将壳聚糖加入到浓度为0.5%~2%的酸水溶液中，在50℃~80℃的水浴中加热溶解，配制成浓度为0.5%~5%的壳聚糖水溶液；

(2) 配制浓度为5%~50%的甘油溶液，以甘油：壳聚糖水溶液的体积比1:5~1:30的比例加入到上述步骤（1）中得到的壳聚糖水溶液中，在室温~35℃的条件下搅拌1h~3h，得到混合均匀溶液；

(3) 配制浓度为5mg/mL~50mg/mL六氢β-酸的乙醇溶液，以六氢β-酸乙醇溶液：步骤（2）得到的混合溶液的体积比为1:10~1:50的比例将六氢β-酸加入到上述步骤（2）中所得混合溶液中，继续在室温~35℃的条件下搅拌1h~3h，停止搅拌，溶液室温下静置10~48h，再超声脱气2h得到制备好的膜液；

(4) 将上述步骤（3）中所得到膜液采用流延法或喷涂法涂膜，并在室温~70℃的条件下进行干燥后即得到所述的可食性抑菌膜；

(5) 直接将需要保鲜处理的各种水果果实浸入上述步骤（3）中所得到的膜液中几秒钟，取出，待表面膜液不再滴下来时，直接放入包装箱内装箱，待干燥后，水果果实表面自然形成一层该可食性抑菌膜，用于延长水果的保鲜期，方便储藏和长途运输；

(6) 将上述步骤（3）中所得到的膜液直接喷涂到需要保鲜处理的各种水果果实上，放入包装箱内装箱，待干燥后，水果果实表面自然形成一层该可食性抑菌膜，用于延长水果的保鲜期，方便储藏和长途运输。

上述步骤（1）中所述的酸水溶液中的酸为甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸等有机酸，优选的是对人体安全性高的乙酸。

上述步骤（3）所得到的膜液中，优选的壳聚糖的质量浓度为1%~2.5%。

上述步骤（3）所得到的膜液中，优选的壳聚糖与甘油的质量比壳聚糖：甘油为2:1~1:1。

上述步骤（3）所得到的膜液中，抑菌剂六氢β-酸在膜液中的质量浓度优选的为1mg/mL-3mg/mL。

上述步骤（4）中可食性抑菌膜优选的干燥温度为40℃~45℃。

通过上述方法所制备的可食性抑菌膜具有抑菌活性和抗氧化活性，其抗拉强度大于28MPa，断裂伸长率大于80%。

通过上述方法所制备的可食性抑菌膜能够根据需要用于各种食品、保健品的包装和各种水果保鲜。

本发明所取得的有益效果是：

本发明所选用的提取原料均为天然来源，且均为食品原料或食品添加剂，属于可食用的原材料。同时，这些物质还具有可生物降解的性质，食用安全可靠。可食性抑菌膜在为食品提供包装的同时，还具有一定的功能活性。它不仅可以减少塑料包装物的使用，还会减少由于塑料包装的大量使用而带来的环境问题，同时提高了食品的安全性以及人们在使用以及食用时的便捷性。

本发明所采用的生产工艺简单，生产过程容易控制，对设备的要求不高，过程中的主要溶剂为水，仅使用到少量的乙醇和极少量的甲酸、乙酸、丙酸等有机酸，易于实现规模化生产。本发明所获得的可食性抑菌膜具有安全无毒的优点，还具有抑菌、抗氧化等多种功效，可以根据需要制备成薄膜用于包装食品、保健品或其它相关产品，也能直接涂膜到食品的表面以延长保鲜期、方便储藏和运输。

具体实施方式

下面采用具体实施例的方式具体地解释本发明，但本发明不局限于实施例。

实施例1

取60 mL水于200 mL烧杯中，依次加入1.5 mL醋酸、1.5 g壳聚糖，65℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后，加入5mL浓度为20%的甘油水溶液，25 ℃下搅拌1 h，加入浓度为10 mg/mL的六氢β-酸乙醇溶液6 mL，25 ℃下搅拌1 h，静置脱气24h，再超声脱气2 h。流延法将膜液铺到玻璃板上，在40 ℃下干燥20 h即得到所述的可食性抑菌膜。经测定，该膜的拉伸强度为29.1MPa，断裂伸长率为81.5%。

实施例2

取一1500mL的烧杯，将10 mL醋酸加入到400 mL水中配成酸水溶液，加入8g壳聚糖在70℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后，搅拌下添加30mL浓度为25%甘油，继续在室温下搅拌2h，加入20 mL浓度为30 mg/mL的六氢β-酸溶液， 室温下继续搅拌2h，静置脱气20 h，超声脱气3h。流延法将膜液铺玻璃板上，在45 ℃下干燥24 h后即得到所述的可食性抑菌膜。经测定，该膜的拉伸强度为31.2MPa，断裂伸长率为80.3%。

实施例3

取一2500mL的烧杯，将20 mL醋酸加入到1000 mL水中配成酸水溶液，加入18g壳聚糖在70 ℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后，搅拌下添加60mL浓度为25%甘油，继续在室温下搅拌3h，加入25 mL浓度为50 mg/mL的六氢β-酸溶液， 室温下继续搅拌3h，静置脱气20 h，超声脱气3h。将葡萄浸入上述膜液中2～3秒钟，取出，待表面膜液不再滴下来时，直接放入包装箱内。放置过夜后，葡萄表面均匀涂抹上了一层该可食性抑菌膜膜液。经与未浸润的葡萄样品对比，葡萄的保鲜期明显延长。

实施例4

取一2000mL的烧杯，将25 mL乳酸加入到1000 mL水中配成酸水溶液，加入25g壳聚糖在65-70 ℃下搅拌至完全溶解，冷却至室温后，搅拌下添加80mL浓度为15%甘油，继续在室温下搅拌2h，加入50 mL浓度为30 mg/mL的六氢β-酸溶液， 室温下继续搅拌2h，静置脱气20h，超声脱气3h。喷涂法将膜液铺到玻璃板上，在40 ℃下干燥24 h后即得到所述的可食性抑菌膜。经测定，该膜的拉伸强度为28.8MPa，断裂伸长率为81.6%。

实施例5

取大肠杆菌（E. coli，44825）的菌种，在无菌条件下加入营养肉汤，穿刺后，于37 ℃下培养24 h。后用接种环将E. coli接种于营养琼脂培养基中，37 ℃培养24 h后，选取典型菌落并溶解于0.85%（w/v）的生理盐水中，使细菌浊度仪的示数为0.50麦氏浊度单位，浓度为1.5×10⁸ cfu/mL。用灭菌管吸取上述菌悬液0.1 mL于培养基中，迅速将其涂布均匀。后用无菌镊子将膜片紧贴于培养基表面，37 ℃下培养48 h后，测定该膜的抑菌圈直径大小为15mm~18mm。

实施例6

将制备的可食性抑菌膜随机取样裁剪为1mm×5mm的长条，置于试管中，依次加入1.00mL甲醇、3.00 mL 35 μg/mL DPPH溶液，避光反应24 h后，以甲醇作空白，在517 nm下测定吸光度。计算该可食性抑菌膜DPPH•清除率为50%~65%。

Claims (8)

1.一种制备可食性抑菌膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 将壳聚糖加入到浓度为0.5%~2%的酸水溶液中，在50℃~80℃的水浴中加热溶解，配制成浓度为0.5%~5%的壳聚糖水溶液；

(2) 配制浓度为5%~50%的甘油溶液，以甘油：壳聚糖水溶液的体积比1:5~1:30的比例加入到上述步骤（1）中得到的壳聚糖水溶液中，在室温~35℃的条件下搅拌1h~3h，得到混合均匀溶液；

(3) 配制浓度为5mg/mL~50mg/mL六氢β-酸的乙醇溶液，以六氢β-酸乙醇溶液：步骤（2）得到的混合溶液的体积比为1:10~1:50的比例将六氢β-酸加入到上述步骤（2）中所得的混合溶液中，继续在室温~35℃的条件下搅拌1h~3h，停止搅拌，溶液室温下静置10~48h，再超声脱气2h得到制备好的膜液；

(4) 将上述步骤（3）中所得到的膜液采用流延法或喷涂法涂膜，并在室温~70℃的条件下进行干燥后即得到所述的可食性抑菌膜；

(5) 直接将需要保鲜处理的各种水果果实浸入上述步骤（3）中所得到的膜液中几秒钟，取出，待表面膜液不再滴下来时，直接放入包装箱内装箱，待干燥后，水果果实表面自然形成一层该可食性抑菌膜，用于延长水果的保鲜期，方便储藏和长途运输；

(6) 将上述步骤（3）中所得到的膜液直接喷涂到需要保鲜处理的各种水果果实上，放入包装箱内装箱，待干燥后，水果果实表面自然形成一层该可食性抑菌膜，用于延长水果的保鲜期，方便储藏和长途运输。

2.根据权利要求1步骤（1）所述的方法，其特征在于所述的酸水溶液中的酸为乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸等有机酸，优选的是对人体安全性高的乙酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3）所得到的膜液中，优选的壳聚糖的质量浓度为1%~2.5%。

4.据权利要求1所述的方法，步骤（3）所得到的膜液中，优选的壳聚糖与甘油的质量比壳聚糖：甘油为2:1~1:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的抑菌剂六氢β-酸在步骤（3）所得到的膜液中的质量浓度优选的为1mg/mL~3mg/mL。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的可食性抑菌膜优选的干燥温度为40℃~45℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所制备的可食性抑菌膜具有抑菌活性和抗氧化活性，其抗拉强度大于28MPa，断裂伸长率大于80%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所制备的可食性抑菌膜能够根据需要用于各种食品、保健品的包装和各种水果保鲜。