CN110591314A - 一种控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，其采用介孔纳米二氧化硅负载具有抗菌活性的植物精油，然后与聚乳酸溶液充分混合均匀，采用溶剂挥发法制得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜；本方法使用的原材料可以实现生物降解，减少了由包装带来的环境污染问题；使用介孔纳米二氧化硅负载具有抗菌活性的植物精油，可以有效控制植物精油的缓慢释放，增加包装膜的抗菌作用时效性，可应用于食品活性抗菌包装领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，属于食品活性包装技术领域。
背景技术
当前，在国内外的食品加工行业中，绝大部分食品都是通过包装的形式流通市场的。目前，化学合成塑料制品以其价格便宜、性质稳定、优良的阻隔性、耐热性等而被广泛应用于食品包装和保鲜。随着人们环保意识的提高，开发具有良好包装性能和抗菌性能的生物可降解活性包装材料已成为当前研究热点。其中，聚乳酸作为一种生物可降解材料，具有机械性能优良、热稳定好、来源广泛、价格低廉等优点，适合应用于食品包装领域。
聚乳酸虽然具有良好的生物可降解性，但是聚乳酸膜在实际应用时，因其缺乏抗菌性能，很大程度限制了其应用于需要优良抗菌性能的食品包装领域。针对聚乳酸膜抗菌活性的改善，目前已有一定的研究，可以将具有抗菌活性的植物精油通过共混改性的方式引入聚乳酸。具有抗菌活性的植物精油，如肉桂精油、迷迭香精油、丁香精油、百里香精油、牛至精油、柠檬草精油等，加入聚乳酸共混，不仅能够赋予聚乳酸膜一定的抗菌活性，还能够起到增塑剂的作用，增加聚乳酸膜的断裂伸长率，有利于新鲜果蔬保鲜包装。然而，仅通过简单混合方式使植物精油与成膜液共混，植物精油在聚乳酸膜中因其自身特性极易挥发，会缩短聚乳酸复合膜的抗菌时效，从而降低聚乳酸复合膜的抗菌效率。
虽然国内外许多学者都介绍了关于添加具有抗菌活性的天然植物精油制备聚乳酸抗菌活性包装材料，但是未提到过使用介孔纳米二氧化硅负载天然抗菌植物精油，再加入到聚乳酸基材制备控释型食品抗菌活性包装材料的研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，首先，采用介孔纳米二氧化硅负载具有抗菌活性的植物精油，然后与聚乳酸溶液充分混合均匀，采用溶剂挥发法制得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本发明所述方法具体包括以下步骤 ：
（1）将介孔纳米二氧化硅和具有抗菌活性的植物精油按质量比5:7～7:5的比例混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入二氯甲烷中，超声分散15～25min，然后室温下搅拌充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子，其中，共混物与二氯甲烷的质量体积比g:mL为1:4～1:8；
（3）按10～15mL二氯甲烷溶解1g聚乳酸基体树脂的比例，将聚乳酸基体树脂加入二氯甲烷中，搅拌24h后得到透明溶液，向透明溶液中添加步骤（2）负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子，混合均匀，制得成膜液；其中，负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子添加量为聚乳酸基体树脂质量的2%～15%；
（4）将步骤（3）成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
所述介孔纳米二氧化硅是孔道结构为双层壳形、中空球状、树枝状的纳米二氧化硅中的一种，介孔纳米二氧化硅的孔径在2～50nm，具有规则的孔道以及很高的比表面积，通过介孔纳米二氧化硅不同结构的孔道控制植物精油向保鲜包装中果蔬缓慢释放，在包装内维持长期稳定的抗菌浓度，从而达到抗菌防腐的目的；介孔纳米二氧化硅的添加还能有效提高聚乳酸食品包装膜的气体阻隔性能。
所述具有抗菌活性的植物精油为肉桂精油、迷迭香精油、丁香精油、百里香精油、牛至精油、柠檬草精油中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明制得的控释型抗菌活性聚乳酸包装膜，能够通过介孔纳米二氧化硅不同结构的孔道控制植物精油向保鲜包装中果蔬缓慢释放，在包装内维持长期稳定的抗菌浓度，从而达到抗菌防腐的目的；本发明制得的聚乳酸复合膜，因添加介孔纳米二氧化硅，其气体阻隔性也有所增加。通过介孔纳米二氧化硅负载天然抗菌植物精油，添加到聚乳酸基材制备得到的控释型抗菌活性聚乳酸包装膜可有效应用于食品活性包装技术领域。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法如下：
（1）将0.28g双层壳形介孔纳米二氧化硅和0.20g肉桂精油混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入1.92mL二氯甲烷中，超声分散20min，室温下搅拌12h充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载肉桂精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）称取10g聚乳酸（平均分子量为15万）添加到100mL 二氯甲烷溶液中，搅拌充分溶解24h后得到透明聚乳酸溶液；
（4）取0.2g步骤（2）负载肉桂精油的介孔纳米二氧化硅粒子与步骤（3）聚乳酸溶液混合，搅拌均匀制备成膜液，将成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温条件下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本实施例制备得到的聚乳酸复合膜，其水蒸气透过率为3.36(g·m)/(m2·s·Pa)，O2透过率为1.68[(cm3/(24h×m2)] × (cm/bar)，呈现出良好的气体阻隔性能，与添加介孔纳米二氧化硅前相比，水蒸气透过率降低了31.1%，氧气透过率降低了14.9%；肉桂精油第1天释放率为12.9%，第10天累积释放率为60.3%，第30天累积释放率为99.4%，肉桂精油缓释时间长达30天。与未使用介孔纳米二氧化硅负载肉桂精油的聚乳酸复合膜相比，缓释时间增加了12天。
实施例2：本制备控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的方法如下：
（1）将1.0g中空球状介孔纳米二氧化硅和1.4g具有抗菌活性的迷迭香精油混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入19.2mL二氯甲烷中，超声分散18min，室温下搅拌12h以充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载迷迭香精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）称取10g聚乳酸（平均分子量为15万）添加到150mL 二氯甲烷溶液中，搅拌充分溶解24h后得到透明聚乳酸溶液；
（4）取1.5g步骤（2）负载迷迭香精油的介孔纳米二氧化硅粒子与步骤（3）聚乳酸溶液混合，搅拌均匀制备成膜液，将成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温条件下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本实施例制备得到的聚乳酸复合膜，其水蒸气透过率为1.14(g·m)/(m2·s·Pa)，O2透过率为0.21[(cm3/(24h×m2)] × (cm/bar)，呈现出良好的气体阻隔性能，与添加介孔纳米二氧化硅前相比，水蒸气透过率降低了46.5%，氧气透过率降低了19.3%；迷迭香精油第1天释放率为7.2%，第10天累积释放率为46.0%，第40天累积释放率为99.1%，迷迭香精油缓释时间长达40天。与未使用介孔纳米二氧化硅负载迷迭香精油的聚乳酸复合膜相比，缓释时间增加了20天。
实施例3：本制备控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的方法如下：
（1）将0.48g树枝状介孔纳米二氧化硅和0.40g具有抗菌活性的百里香精油混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入4.40mL二氯甲烷中，超声分散23min，室温下搅拌12h以充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载百里香精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）称取10g聚乳酸（平均分子量为15万）添加到120mL 二氯甲烷溶液中，搅拌充分溶解24h后得到透明聚乳酸溶液；
（4）取0.6g步骤（2）所得负载百里香精油的介孔纳米二氧化硅粒子与步骤（3）聚乳酸溶液混合，搅拌均匀制备成膜液，将成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温条件下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本实施例制备得到的聚乳酸复合膜，其水蒸气透过率为2.80(g·m)/(m2·s·Pa)，O2透过率为0.93[(cm3/(24h×m2)] × (cm/bar)，呈现出良好的气体阻隔性能，与添加介孔纳米二氧化硅前相比，水蒸气透过率降低了24.5%，氧气透过率降低了13.6%；百里香精油第1天释放率为10.3%，第10天累积释放率为53.1%，第28天累积释放率为99.6%，百里香精油缓释时间长达28天。与未使用介孔纳米二氧化硅负载百里香精油的聚乳酸复合膜相比，缓释时间增加了15天。
实施例4：本制备控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的方法如下：
（1）将0.40g双层壳形介孔纳米二氧化硅和0.40g具有抗菌活性的牛至精油混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入4.00mL二氯甲烷中，超声分散20min，室温下搅拌12h充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载牛至精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）称取10g聚乳酸（平均分子量为15万）添加到130mL 二氯甲烷溶液中，搅拌充分溶解24h后得到透明聚乳酸溶液；
（4）取0.8g步骤（2）所得负载牛至精油的介孔纳米二氧化硅粒子与步骤（3）聚乳酸溶液混合，搅拌均匀制备成膜液，将成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温条件下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本实施例制备得到的聚乳酸复合膜，其水蒸气透过率为2.29(g·m)/(m2·s·Pa)，O2透过率为1.43[(cm3/(24h×m2)] × (cm/bar)，呈现出良好的气体阻隔性能，与添加介孔纳米二氧化硅前相比，水蒸气透过率降低了18.9%，氧气透过率降低了10.8%；牛至精油第1天释放率为8.2%，第10天累积释放率为59.8%，第26天累积释放率为99.1%，牛至精油缓释时间长达26天；与未使用介孔纳米二氧化硅负载牛至精油的聚乳酸复合膜相比，缓释时间增加了13天。
实施例5：本制备控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的方法包括以下步骤：
（1）将0.60g中空球状介孔纳米二氧化硅和0.72g具有抗菌活性的柠檬草精油混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入9.00mL二氯甲烷中，超声分散20min，室温下搅拌12h充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载柠檬草精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）称取10g聚乳酸（平均分子量为15万）添加到140mL 二氯甲烷溶液中，搅拌充分溶解24h后得到透明聚乳酸溶液；
（4）取1.2g步骤（2）负载柠檬草精油的介孔纳米二氧化硅粒子与步骤（3）聚乳酸溶液搅拌均匀制备成膜液，将成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温条件下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
本实施例制备得到的聚乳酸复合膜，其水蒸气透过率为1.78(g·m)/(m2·s·Pa)，O2透过率为0.86[(cm3/(24h×m2)] × (cm/bar)，呈现出良好的气体阻隔性能，与添加介孔纳米二氧化硅前相比，水蒸气透过率降低了31.4%，氧气透过率降低了13.4%；柠檬草精油第1天释放率为8.5%，第10天累积释放率为52.7%，第35天累积释放率为99.7%，柠檬草精油缓释时间长达35天。与未使用介孔纳米二氧化硅负载柠檬草精油的聚乳酸复合膜相比，缓释时间增加了18天。
Claims (4)
1.一种控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，其特征在于：采用介孔纳米二氧化硅负载具有抗菌活性的植物精油，然后与聚乳酸溶液充分混合均匀，采用溶剂挥发法制得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
2.根据权利要求1所述的控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将介孔纳米二氧化硅和具有抗菌活性的植物精油按质量比5:7～7:5的比例混合，制得共混物；
（2）将步骤（1）共混物加入二氯甲烷中，超声分散15～25min，然后室温下搅拌充分挥发二氯甲烷溶剂，得到负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子；
（3）按10～15mL二氯甲烷溶解1g聚乳酸基体树脂的比例，将聚乳酸基体树脂加入二氯甲烷中，搅拌24h后得到透明溶液，向透明溶液中添加步骤（2）负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子，混合均匀，制得成膜液；其中，负载植物精油的介孔纳米二氧化硅粒子添加量为聚乳酸基体树脂质量的2%～15%；
（4）将步骤（3）成膜液均匀涂布于聚四氟乙烯模具上，室温下干燥，成膜后揭下即得控释型抗菌活性聚乳酸包装膜。
3.根据权利要求1或2所述的控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，其特征在于：介孔纳米二氧化硅是孔道结构为双层壳形、中空球状、树枝状的纳米二氧化硅中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的控释型抗菌活性聚乳酸包装膜的制备方法，其特征在于：具有抗菌活性的植物精油为肉桂精油、迷迭香精油、丁香精油、百里香精油、牛至精油、柠檬草精油中的一种。
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