CN108752610B - 一种缓释精油的可食性抗菌膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓释精油的可食性抗菌膜及其制备方法。该方法包括以下步骤：将黏胶质和明胶混合溶解于水中，加热、搅拌至完全溶解，得到膜储液；向膜储液中分别加入抗菌精油、增塑剂、乳化剂，均质得到蛋白/多糖乳液，经流延法成膜，得到缓释精油的可食性抗菌膜。本发明得到的可食性膜具有良好的机械性能，抗菌效果好，而且能够有效减缓抗菌精油在使用过程中的快速挥发，提高精油的利用率，抗菌时间长，食品货架期长；制备方法简单，形成的抗菌膜安全无毒无污染，成本低廉，易于推广应用，具有良好的市场前景。

Description

一种缓释精油的可食性抗菌膜及其制备方法
技术领域
本发明属于环保包装材料技术领域，更具体地，涉及一种缓释精油的可食性抗菌膜及其制备方法。
背景技术
可食性抗菌膜是一种既具备食品包装功能又可延长食品货架期，抑制食品和包装材料中微生物生长的活性包装材料。它以天然可食性生物大分子（如蛋白质、多糖、脂质等）为原料，通过一定的加工工艺使不同分子相互作用而制得结构致密的薄膜，由于其良好的成膜性、生物可降解性以及抗菌性而备受青睐。
近年来，可食性抗菌膜作为一种绿色包装材料成为研究热点。制备抗菌膜最常用的天然抗菌剂主要包括抗生素、酶和植物提取物。而近几年的热点抗菌剂为具有强大抗菌效果的植物精油。植物精油一般是从植物的根、茎、叶、果实等部位提取的具有芳香气味的物质，其中包含有许多具有抑菌活性的醇、酚、醛、萜烯类成分，它们不但能够杀灭与膜接触的细菌，还可以通过精油的挥发性来抑制膜周围细菌的滋生，从而大大提高其抑菌效果和增大抑菌范围。如今，以精油作为抗菌剂制备抗菌膜已成为一种趋势。然而，由于精油的挥发性较强，无法在膜中保留较长时间，造成精油的利用率极低，不能长效抗菌，限制了该类膜的应用。
因此，开发一种精油利用率高且能长效抗菌的可食性膜的制备方法，使植物精油能够更好地应用于可食性抗菌膜十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有可食性抗菌膜中的缺陷，提供一种缓释精油的可食性抗菌膜的制备方法，实现抗菌效果好之外，能减缓抗菌精油在使用过程中的快速挥发，提高其利用率，达到长效抗菌与高效利用的目的，具有持续抗菌效果，且良好的机械性能，其制备方法简单易行，可广泛用于果蔬、肉制品等食品包装领域。
本发明的目的是提供一种缓释精油的可食性抗菌膜的制备方法。
本发明另一个目的是提供一种由上述制备方法得到的缓释精油的可食性抗菌膜。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种缓释精油的可食性抗菌膜的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将黏胶质和明胶混合溶解于水（优选去离子水）中，搅拌（优选1～2 h）至完全溶解，得到膜储液；
S2. 向膜储液中分别加入抗菌精油、增塑剂、乳化剂，均质得到蛋白/多糖乳液，经流延法成膜，得到缓释精油的可食性抗菌膜。
其中，步骤S1中，搅拌时的温度条件优选为35～40℃。
优选地，所述黏胶质是指从奇亚籽中提取的多糖类物质。
奇亚籽是一种热带亚热带薄荷属被子植物，其泡水后表面的透明黏胶质在低浓度水溶液中具有特殊的粘稠性质，它主要是由木糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸形成的支链多糖。该多糖物质具有较强的吸水性和增稠性，与明胶配合使用，具有优良的成膜性能，而且能够恰当地将抗菌精油保持于可食性包装膜中，有效抗菌的同时，能减缓抗菌精油在使用过程中的快速挥发，延长可食性抗菌膜的使用期限。
具体优选地，从奇亚籽中提取多糖类物质的方法为：按质量体积比1 g：20～40 mL将奇亚籽种子加入去离子水中混匀后置于40～60℃下水浴加热1～3 h，磁力搅拌至少1～3h，过筛后离心去除杂质，浓缩蒸发后，冻干、磨粉备用。
更优选地，将奇亚籽种子磁力搅拌2 h以上后，过40目筛并在4000 rpm下离心20min去除杂质，旋蒸至少量水分，在-20℃下冷冻24 h后冻干，磨粉备用。
优选地，所述黏胶质与明胶的质量比为1：1～20，黏胶质和明胶的总固形物占膜储液的质量体积比为10%～20%。
更优选地，所述黏胶质与明胶的质量比为1：4～20。
优选地，所述抗菌精油与膜储液的体积比为1：3～20。
更优选地，所述抗菌精油与膜储液的体积比为1：10～20。
优选地，所述增塑剂与膜储液的体积比为0.1～0.5：20。
更优选地，所述增塑剂与膜储液的体积比为0.1～0.2：20。
优选地，所述乳化剂与膜储液的体积比为0.02～0.1：20。
优选地，所述步骤S2中进行均质前，还向膜储液中加入有消泡剂，用于消除膜储液体系中产生的气泡。
更优选地，所述消泡剂与膜储液的体积比为0.05～0.1：20，所述消泡剂为二甲基硅油。
优选地，所述抗菌精油为具有抗菌、抑菌或杀菌功能的植物精油，所述植物精油选自牛至精油、芥末精油、肉桂精油、丁香精油、大蒜精油、百里香精油、茶树精油、迷迭香精油、薄荷精油、香茅精油、蔷薇精油、洋葱精油、马郁兰精油等植物精油中的一种或几种；更优选地，所述抗菌精油为牛至精油。
优选地，所述增塑剂为甘油、丙二醇、山梨醇、木糖醇、甘露醇、乙二醇、葡萄糖、果糖、蔗糖或柠檬酸等可食性增塑剂中的一种或几种；更优选地，所述增塑剂为甘油。
所述乳化剂选自亲水亲油平衡值（HLB）为9～18的亲水乳化剂，优选地，所述亲水乳化剂选自吐温80、三聚甘油单硬脂酸酯等中的一种或几种；更优选地，所述乳化剂为吐温80。
所述均质是指利用均质机在8000～10000 rpm下均质2～5 min。
所述流延法是指将所述乳液流延成膜，在室温、通风条件下放至膜干燥后，揭膜。优选地，在室温、通风条件下放置时间为12～24 h。
由上述任一所述的制备方法得到的缓释精油的可食性抗菌膜也在本发明的保护范围之内。
优选地，所述抗菌膜是指针对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和霉菌等多种病原菌的抗菌膜。
更优选地，所述抗菌膜是指针对金黄色葡萄球菌、链球菌、炭疽杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞杆菌、黄曲霉、赭曲霉、杂色曲霉、烟曲霉、构巢曲霉和寄生曲霉等多种病原菌的抗菌膜。
本发明经过大量实验和研究发现，将黏胶质和明胶经过一定的处理后，两者相互配合具有优良的成膜性能，而且能够恰当地将抗菌精油保持于可食性包装膜中，抗菌效果好的同时，能减缓抗菌精油在使用过程中的快速挥发，使包装膜能较长时间地保持精油，从而达到较好的抗菌效果，提高精油的利用率，达到长效抗菌与高效利用的目的，这为可食性抗菌膜的工业化生产提供了理论指导，对促进食品保藏和保鲜技术发展具有深远意义。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明创造性地利用黏胶质与明胶复配，并添加抗菌精油、乳化剂、增塑剂等制备抗菌膜，抗菌效果好，且能有效减缓抗菌精油在使用过程中的快速挥发，提高了精油的利用率，且能够达到缓释长效抗菌的效果，同时具有良好的机械性能，能显著延长食品的货架期。
（2）本发明形成的缓释长效抗菌膜的成膜原料均为可食，因此形成的抗菌膜安全无毒无污染；制备方法简单，成本低廉，易于推广应用，具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为由质量比为1：19的黏胶质与明胶（M：G=1：19）制成的可食性膜。
图2为由质量比为2：18的黏胶质与明胶（M：G=2：18）制成的可食性膜。
图3为由质量比为3：17的黏胶质与明胶（M：G=3：17）制成的可食性膜。
图4为由不同质量比的黏胶质与明胶制成的可食性膜在不同时间相点的抑菌圈。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明。以下实施例为本发明较佳的实施方式，但并不对本发明的保护范围做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种缓释精油的可食性抗菌膜，由以下步骤制备而成：
（1）将黏胶质0.1 g和明胶1.9 g混合后溶解于去离子水20 mL中，加热至35℃，搅拌1 h，至其完全溶解，得到黏胶质与明胶的膜储液；
（2）往膜储液中加入1 mL牛至精油、0.2 mL甘油、0.1 mL吐温80和0.1 mL消泡剂，在8000 rpm下均质4 min，得到蛋白/多糖乳液；
（3）取5 mL蛋白/多糖乳液浇铸于规格为90 mm×100 mm的培养皿中流延成型，室温下在通风橱内放置12 h至膜干燥，即可得到具有持续抗菌效果的可食性抗菌膜。
其中，上述黏胶质是从奇亚籽中提取的，其提取方法如下：按质量体积比1 g：20mL将奇亚籽种子加入去离子水中混匀后置于50℃下水浴加热2 h，磁力搅拌2 h以上后，过40目筛并在4000 rpm下离心20 min去除杂质，旋蒸至少量水分，在-20℃下冷冻24 h后冻干，磨粉备用。
实施例2
一种缓释精油的可食性抗菌膜，由以下步骤制备而成：
（1）将从奇亚籽提取的黏胶质0.2 g和明胶1.8 g混合后溶解于去离子水20 mL中，加热至40℃，搅拌2 h，至其完全溶解，得到黏胶质与明胶的膜储液；其中，胶黏质的提取方法与实施例1相同；
（2）往膜储液中加入1 mL牛至精油、0.1 mL甘油、0.1 mL吐温80和0.1 mL消泡剂，在10000 rpm下均质5 min，得到蛋白/多糖乳液；
（3）取5 mL蛋白/多糖乳液浇铸于规格为90 mm×100 mm的培养皿中流延成型，室温下在通风橱内放置24 h至膜干燥，即可得到具有持续抗菌效果的可食性抗菌膜。
实施例3
一种缓释精油的可食性抗菌膜，由以下步骤制备而成：
（1）将从奇亚籽提取的黏胶质0.2 g和明胶1.8 g混合后溶解于去离子水20 mL中，加热至35℃，搅拌2 h，至其完全溶解，得到黏胶质与明胶的膜储液；其中，胶黏质的提取方法与实施例1相同；
（2）往膜储液中加入1 mL牛至精油、0.1 mL甘油、0.1 mL吐温80和0.1 mL消泡剂，在8000 rpm下均质5 min，得到蛋白/多糖乳液；
（3）取6 mL蛋白/多糖乳液浇铸于规格为90 mm×100 mm的培养皿中流延成型，室温下在通风橱内放置24 h至膜干燥，即可得到具有持续抗菌效果的可食性抗菌膜。
实施例4
一种缓释精油的可食性抗菌膜，由以下步骤制备而成：
（1）将从奇亚籽提取的黏胶质0.2 g和明胶1.8 g混合后溶解于去离子水20 mL中，加热至40℃，搅拌1 h，至其完全溶解，得到黏胶质与明胶的膜储液；其中，胶黏质的提取方法与实施例1相同；
（2）往膜储液中加入1 mL牛至精油、0.2 mL甘油、0.1 mL吐温80和0.1 mL消泡剂，在10000 rpm下均质4 min，得到蛋白/多糖乳液；
（3）取7 mL蛋白/多糖乳液浇铸于规格为90 mm×100 mm的培养皿中流延成型，室温下在通风橱内放置12 h至膜干燥，即可得到具有持续抗菌效果的可食性抗菌膜。
实施例5
一种缓释精油的可食性抗菌膜，由以下步骤制备而成：
（1）将从奇亚籽提取的黏胶质0.2 g和明胶0.8 g混合后溶解于去离子水20 mL中，加热至35℃，搅拌1 h，至其完全溶解，得到黏胶质与明胶的膜储液；其中，胶黏质的提取方法与实施例1相同；
（2）往膜储液中加入2 mL牛至精油、0.5 mL甘油、0.02 mL吐温80和0.05 mL消泡剂，在8000 rpm下均质2 min，得到蛋白/多糖乳液；
（3）取7 mL蛋白/多糖乳液浇铸于规格为90 mm×100 mm的培养皿中流延成型，室温下在通风橱内放置24 h至膜干燥，即可得到具有持续抗菌效果的可食性抗菌膜。
效果实施例
1、对由不同黏胶质与明胶质量比制成的可食性膜进行机械性能测定
（1）由图1至图3可知，本发明所获得的可食性膜的成型性和完整性好，为可食性抑菌膜进行大批量生产提供了良好的基础。
（2）如表1所示，与同等厚度的单独明胶膜（M：G=0：20）组相比，奇亚籽黏胶质与明胶复配的可食性膜的阻湿性和透明度得到显著提高，且其杨氏模量、拉伸强度、断裂伸长率（＞19%）等均保持在正常的范围内，适合做可食性膜。
表1 可食性膜机械性能测定
Figure 975781DEST_PATH_IMAGE002
（3）本发明通过实验还发现，与同等厚度的单独黏胶质比较，奇亚籽黏胶质与明胶复配的可食性膜的阻湿性和透明度机械性能得到显著提高，而断裂伸长率等也保持在正常的范围内。
2、对由不同黏胶质与明胶质量比制成的可食性膜进行长效抗菌性能测定
（1）从第1天至第13天，每间隔3天铺一次膜，即分别为组1（第1天铺膜，E图）、组2（第4天铺膜，D图）、组3（第7天铺膜，C图）、组4（第10天铺膜，B图）、组5（第13天铺膜，A图）。在此期间，将制备好的膜放在扫风条件下，促进精油的快速挥发，并在第13天统一测定5组的可食性抑菌膜（取直径为6 mm的膜）在37℃下培养24 h的金黄色葡萄球菌的抑菌效果。
（2）由图4中的A图可知，随着奇亚籽黏胶质的添加量增加，抑菌圈逐渐缩小，说明植物精油被固封于膜中，奇亚籽黏胶质与明胶以合适的比例复合可起到缓释精油的作用；同时由图4中A～E图，相同质量比、不同时间点下的抑菌圈对比可以看出，奇亚籽黏胶质与明胶以质量比为1：1～20复配时（尤其当黏胶质与明胶的质量比为2：18、3：17时），其抑菌圈无明显变化，从第1天至第13天其抑菌圈一直保持相似的大小；而当黏胶质与明胶的质量比为0：20时，其抑菌圈在逐渐减小，到第13天，其抑菌圈已经基本消失，上述实验结果说明，将奇亚籽黏胶质与明胶复合的可食性膜的长效抗菌效果明显优于同厚度的其他明胶膜或单独明胶膜，奇亚籽黏胶质与明胶以质量比为1：1～20复配，可起到长效、持续抗菌的效果。
（3）另外，经过实验证明，本发明合成的缓释精油的可食性抗菌膜对其他革兰氏阳性菌（如链球菌和炭疽杆菌等）、革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、铜绿假单胞杆菌等）、霉菌（如黄曲霉、赭曲霉、杂色曲霉、烟曲霉、构巢曲霉和寄生曲霉）等多种病原细菌和真菌均具有很好的抗菌活性。
综上所述，将奇亚籽黏胶质与明胶经过一定的处理后，以一定的比例复合可以制得兼具优越的长效抗菌性能与良好的机械性能的可食性抑菌膜。
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种缓释精油的可食性抗菌膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将黏胶质和明胶混合溶解于水中，搅拌至完全溶解，得到膜储液；
S2.向膜储液中分别加入抗菌精油、增塑剂、乳化剂，均质得到蛋白/多糖乳液，经流延法成膜，得到缓释精油的可食性抗菌膜；
所述黏胶质是指从奇亚籽中提取的多糖类物质，其制备方法为：按质量体积比1g：20～40mL将奇亚籽种子加入去离子水中混匀后置于40～60℃下水浴加热1～3h，磁力搅拌至少1～3h，过筛后离心去除杂质，浓缩蒸发后，冻干、磨粉备用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黏胶质与明胶的质量比为1：1～20，黏胶质和明胶的总固形物占膜储液的质量体积比为10％～20％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗菌精油与膜储液的体积比为1：3～20。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增塑剂与膜储液的体积比为0.1～0.5：20。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂与膜储液的体积比为0.02～0.1：20。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中进行均质前，还向膜储液中加入消泡剂；所述消泡剂与膜储液的体积比为0.05～0.1：20。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗菌精油为牛至精油、芥末精油、肉桂精油、丁香精油、大蒜精油、百里香精油、茶树精油、迷迭香精油、薄荷精油、香茅精油、蔷薇精油、洋葱精油、马郁兰精油中的一种或几种；所述增塑剂为甘油、丙二醇、山梨醇、木糖醇、甘露醇、乙二醇、葡萄糖、果糖、蔗糖或柠檬酸中的一种或几种；所述乳化剂为亲水亲油平衡值为9～18的亲水乳化剂。
8.权利要求1～7任一所述的制备方法得到的可食性抗菌膜。
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