CN113321839A - 可降解薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了可降解薄膜及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供细菌纤维素膜；将所述细菌纤维素膜置于含有克鲁斯假丝酵母CICC 32395、解脂假丝酵母CICC 31247和植物乳杆菌CICC6027的混合菌悬液中，浸泡一段时间后进行清洗、干燥，制得所述可降解薄膜。本发明制备方法简单，适用于工业化生产，且制得的可降解薄膜具有良好的生物降解性能、机械性能以及抗菌性能，符合使用和环保要求。

Description

可降解薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及食品包装技术领域，特别是涉及可降解薄膜及其制备方法。
背景技术
食品包装材料直接或间接影响食品质量和食品安全。我国常见的食品包装制品原料主要有：塑料；铁、铝等金属材料；玻璃、陶瓷材料、橡胶类材料和纸质材料。其中，塑料包装制品是目前使用最多的食品包装，虽然优点众多，但容易溶解出或转移其内部残留的助剂，导致食品污染，从而对人体造成危害，且其天然不可降解性对环境保护造成巨大压力。金属包装材料的机械强度大，但最大的缺点为化学稳定性较差，在与食品接触后会迁移至食品中而引起人体的人体的急慢性中毒，且成本高昂，使用不便。玻璃类包装材料的抗冲击机械强度较差，且也存在有害物质转移入食物的风险。目前认为纸类材料是最有前景的安全环保食品包装材料，但现有的纸类包装制品由于工艺需要常添加荧光增白剂或涂蜡，造成不安全因素，且原料来源木浆成本较高，消耗树木，造成环境压力。因此，需要成本低、安全稳定和可天然降解的食品包装材料。
细菌纤维素是由微生物发酵合成的多孔网状高分子聚合物，与植物纤维相比，它具高纯度、高聚合度、高结晶度、高抗张强度，良好的成型性，优良的生物相容性和生物可降解性等优点。由于其独特的材料性能和绿色环保的本质，细菌纤维素在食品包装领域的应用前景受到了广泛的关注。
现有的细菌纤维素包装膜存在制备工艺复杂，残留大量化学试剂、缺乏抗菌活性等问题，限制了其的广泛应用。例如，中国专利文献号CN108570156A 公开了一种用于冷藏食品的包装膜及其制备方法，使用了抗菌成分乳酸链球菌素(Nisin)，成本较高，制备的具抗菌作用的包装膜的应用前景欠佳。中国专利文献号CN102391534A公开了一种利用细菌纤维素制备高阻隔性包装用薄膜的方法，但是其使用大量化学试剂，制备工艺复杂，且缺乏生物活性功能。
发明内容
本发明旨在通过一种简单方法制备具有良好的生物降解性能、机械强度以及抗菌活性的可降解薄膜，以适用于工业化生产。
本发明中，可降解薄膜的制备方法包括以下步骤：
提供细菌纤维素膜；
将所述细菌纤维素膜置于含有克鲁斯假丝酵母CICC 32395、解脂假丝酵母 CICC31247和植物乳杆菌CICC6027的混合菌悬液中，浸泡一段时间后进行清洗、干燥，制得所述可降解薄膜。
上述三种菌株均能产生胞外多糖，大分子多糖为细菌纤维素提供黏附的支架，细菌纤维素大分子长链可以通过氢键作用黏附于多糖分子链上，使细菌纤维素的排布更具规律性。
其中，克鲁斯假丝酵母可将发酵原料中的糖类转化为甘油，而解脂假丝酵母则能够进一步将甘油代谢为赤藓糖醇，甘油和赤藓糖醇均可以作为增塑剂，从而进一步提高薄膜的机械性能；植物乳杆菌则可将发酵原料中的糖转变为乳酸和抗菌肽等代谢产物，从而为可降解薄膜提供一定的抗菌活性。
可选的，所述浸泡的时间为2～12h。
可选的，所述浸泡时间为4～10h。
优选的，所述浸泡时间为6h。
可选的，所述干燥的温度为50～70℃，时间为6～12h。
优选的，所述干燥的温度为60℃，时间为12h。
可选的，所述混合菌悬液由克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247菌悬液和植物乳杆菌CICC6027菌悬液混合制得。
可选的，克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247 菌悬液和植物乳杆菌CICC6027菌悬液的体积比为1:2.0～2.5:1.5～2.0。
优选的，克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247 菌悬液和植物乳杆菌CICC6027菌悬液的体积比为1:2.0:1.5。
可选的，克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247 菌悬液采用麦芽汁培养基，植物乳杆菌CICC6027菌悬液采用MRS培养基。
可选的，所述麦芽汁培养基为青岛海博生物HB4176-3，MRS培养基为青岛海博生物HB0384-5。
可选的，所述细菌纤维素膜的制备方法为：
提供黄酒糟酶解液，作为发酵培养液；
将木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955接种于所述发酵培养液中进行发酵培养；
取发酵培养液上层凝结的薄膜、经碱煮、清洗和干燥，制得所述细菌纤维素膜。
本发明中，木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955由工业发酵微生物教育部重点实验室提供；克鲁斯假丝酵母CICC 32395、解脂假丝酵母CICC 31247、植物乳杆菌CICC 6027均购于中国科学院微生物研究所菌种保藏中心。
可选的，所述发酵培养液中添加增效剂，所述增效剂为红茶浸泡水。
可选的，所述红茶浸泡水的浓度为5～10g/L，黄酒糟酶解液的浓度为 100～500g/L，两者的体积体比为1:1。
本发明还提供了一种可降解薄膜，采用上述任一所述的制备方法制得。
相比于现有技术，本发明至少具有以下技术效果之一：
(1)本发明提供了一种利用细菌纤维素和功能菌混合液制备可降解的食品用包装材料的有效方法，该方法简单，易与现有技术结合，可实现工业化生产；
(2)本发明还提供了生产细菌纤维素方法，以黄酒生产的副产品酒糟为发酵原料，通过添加增效剂加速细菌纤维素的发酵过程，使得传统的7天发酵缩短到3天，具有发酵时间短，降低了细菌纤维素的生产成本，同时实现酒糟的资源化利用，符合循环经济的理念。
(3)通过上述方法制备的可降解膜，具有良好的生物降解性能、机械性能以及抗菌性能，环保无毒，符合可持续发生的要求。
附图说明
图1为本发明可降解薄膜的实物图；
图2为可降解薄膜的扫描电镜图；
图3为保鲜实验结果示意图，其中，a为未包装的生鲜猪肉；b为市售食品塑料袋包装的生鲜猪肉；c为本发明可降解薄膜包装的生鲜猪肉。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明不仅限于此。
制备例1
酒糟酶解液制备：每100g细沙状酒糟中加入300mL水和2g葡萄糖淀粉酶，在60℃条件下酶解3h，过滤得到酒糟酶解液。
红茶浸泡水的制备：2.0g红茶在300mL水中煮沸，自然冷却至室温，备用。
发酵培养液的制备：将制备的酒糟酶解液和增效剂按体积比1:1混合。
木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955的活化：在100mL种子培养液(葡萄糖25 g/L，酵母粉7.5g/L，蛋白胨10g/L，Na2HPO4·12H2O 6.8g/L，pH 6.0)中加入木葡糖酸醋杆菌CGMCC2955，30℃，120rpm振荡培养24h活化备用。
混合菌悬液的制备：将克鲁斯假丝酵母CICC 32395和解脂假丝酵母CICC 31247分别接种于，200mL麦芽汁培养基中，32℃、120rpm条件下振荡培养 24h获得相应的菌悬液；将植物乳杆菌CICC 6027接种于200mL MRS培养基中，37℃静置培养24h获得菌悬液；将以上三种菌悬液按照体积比1:2.0:1.5 混合，即得混合菌悬液。
实施例1
以10％体积比的接种量将活化的木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955种子液加入制备的发酵培养液中，30℃下发酵培养3天后取出发酵液上层凝结的薄膜，利用0.1mol/L氢氧化钠溶液在85℃碱煮3小时，再水洗至中性，置于烘箱中60℃干燥12h，获得65g细菌纤维素膜，室温存放备用。
将65g细菌纤维素膜置于制备例1的混合菌悬液中，浸泡6h后，将细菌纤维素膜取出，用去离子水清洗后，60℃烘箱干燥12h，制得70g的可降解薄膜(图1)。
采用扫描电镜观察可降解薄膜的结构。
测试可降解薄膜的机械性能(抗拉强度、断裂伸长率和溶胀度)、抗菌效果、对食品的保鲜效果，具体方法如下：
抗拉强度、断裂伸长率：将膜剪成100mm×50mm的长条，采用电子万能机测定其抗拉强度和断裂伸长率，拉伸速率为10mm/min；实验温度为23～ 25℃，相对湿度为(50±5)％；抗拉强度以MPa表示。断裂伸长率以试样膜标线间断裂前后的长度值的差与原标线间长度值之比计算断裂伸长率(％)。
溶胀度：将膜剪成10mm×40mm的长条状样品，测定样品的质量m1，将薄膜样品浸没在50mL 15％的乙醇溶液中30min，用滤纸吸除多余的乙醇溶液后，测定样品的质量m2。溶胀度(％)＝(m2-m1)/m1
抗菌实验：用滤纸片法测定薄膜对枯草芽孢杆菌168和大肠杆菌BL21的抗菌活性。
保鲜实验：利用薄膜对生鲜猪肉进行单层包装，在4℃冷藏10天后观察猪肉变质情况。
对比例1～5
提供利用克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液(对比例1)、解脂假丝酵母 CICC31247菌悬液(对比例2)、植物乳杆菌CICC 6027菌悬液(对比例3) 分别浸泡细菌纤维素膜后获得3种薄膜、未浸泡处理的细菌纤维素膜(对比例 4)以及市售食品聚乙烯塑料袋(对比例5)，测试5种薄膜的机械性能(抗拉强度、断裂伸长率和溶胀度)和抗菌效果；测试未浸泡处理的细菌纤维素膜和市售食品塑料袋对食品的保鲜效果；测试方法与实施例1相同。
实施例1和对比例1～5的测试结果
参见图2，电镜视野下，可观察到实施例1制备的可降解薄膜具有排布规则的纤维结构。
参见表1，与对比例1～4相比，实施例1制备的可降解薄膜的抗拉强度和断裂伸张率有显著的提高，说明三种菌之间存在协同优化作用，大幅度提升可降解薄膜的机械性能。与对比例5相比，实施例1制备的可降解薄膜的抗拉强度和断裂伸长率与市售食品塑料袋的无明显差异，具有良好的机械性能，能够满足日常应用要求。
参见表2，实施例1制备的可降解薄膜的抗菌效果最佳，且显著优于市售食品塑料袋和未浸泡处理的细菌纤维素膜的抗菌活性，其中混合菌悬液的抗菌活性主要由植物乳杆菌CICC 6027贡献。
参见图3，未包装的生鲜猪肉(图3a)的外观明显有失水、色泽暗淡、有不良气味等变质表现，市售食品塑料袋包装的生鲜猪肉(图3b)呈现轻微变质，而可降解薄膜包装的生鲜猪肉(图3c)的品质保留最佳。
表1各薄膜的机械性能
Figure BDA0003000027740000061
Figure BDA0003000027740000071
表2各薄膜的抗菌性能
Figure BDA0003000027740000072

Claims (10)

1.可降解薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供细菌纤维素膜；
将所述细菌纤维素膜置于含有克鲁斯假丝酵母CICC 32395、解脂假丝酵母CICC 31247和植物乳杆菌CICC6027的混合菌悬液中，浸泡一段时间后进行清洗、干燥，制得所述可降解薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为2～12h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50～70℃，时间为6～12h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合菌悬液由克鲁斯假丝酵母CICC 32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247菌悬液和植物乳杆菌CICC6027菌悬液混合制得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，克鲁斯假丝酵母CICC32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247菌悬液和植物乳杆菌CICC6027菌悬液的体积比为1:2.0～2.5:1.5～2.0。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，克鲁斯假丝酵母CICC32395菌悬液、解脂假丝酵母CICC 31247菌悬液采用麦芽汁培养基，植物乳杆菌CICC6027菌悬液采用MRS培养基。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述细菌纤维素膜的制备方法为：
提供黄酒糟酶解液，作为发酵培养液；
将木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955接种于所述发酵培养液中进行发酵培养；
取发酵培养液上层凝结的薄膜、经碱煮、清洗和干燥，制得所述细菌纤维素膜。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发酵培养液中添加增效剂，所述增效剂为红茶浸泡水。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述红茶浸泡水的浓度为5～10g/L，黄酒糟酶解液的浓度为100～500g/L，两者的体积体比为1:1。
10.可降解薄膜，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述的制备方法制得。
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