CN113388135A - Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用 - Google Patents

Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113388135A
CN113388135A CN202110449068.8A CN202110449068A CN113388135A CN 113388135 A CN113388135 A CN 113388135A CN 202110449068 A CN202110449068 A CN 202110449068A CN 113388135 A CN113388135 A CN 113388135A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lae
pva
starch
preparation
composite membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110449068.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113388135B (zh
Inventor
钟磊
蓝平
周泽广
吴富奇
蓝丽红
李媚
谢涛
李楠楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University for Nationalities
Original Assignee
Guangxi University for Nationalities
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University for Nationalities filed Critical Guangxi University for Nationalities
Priority to CN202110449068.8A priority Critical patent/CN113388135B/zh
Publication of CN113388135A publication Critical patent/CN113388135A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113388135B publication Critical patent/CN113388135B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2303/00—Characterised by the use of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08J2303/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2429/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2429/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08J2429/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/29—Compounds containing one or more carbon-to-nitrogen double bonds
    • C08K5/31—Guanidine; Derivatives thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明提供一种PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用，属于食品包装材料技术领域，是将木薯淀粉糊化后，与PVA溶液、辅助溶剂混合，再加入质量浓度为1～10％的LAE，于水浴环境中加热、搅拌混合，即得到铸膜液，最后将铸膜液通过流延法得到成品复合膜。本发明复合膜可以更好的阻止紫外线和可见光透过，有助于防止食品降解氧化；得到的复合膜具有较高的吸水率和水蒸气透过率，具有较好的保鲜效果。

Description

PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方 面的应用
技术领域
本发明属于食品包装材料技术领域，具体涉及一种PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用。
背景技术
抗菌包装是活性包装体系的重要组成部分，在包装膜中加入抗菌剂可以减少微生物污染，有助于延长包装食品保质期，同时保证食品安全性和食品质量。月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)是一种从月桂酸、L精氨酸和乙醇等天然化合物中提取的新型抗菌剂。LAE具有良好抗菌性能，在活性包装中具有很高的应用潜力；LAE能有效抑制多种腐败微生物和食品病原体生长；LAE也是一种表面活性剂，能够破坏细胞膜，改变通透性，导致微生物死亡。此外，由于LAE经人体吸收后可以迅速代谢为月桂酸和精氨酸，因此作为食品添加剂是安全的。美国食品和药品管理局(FDA)在2005年将LAE归类为公认安全(GRAS)，欧洲食品安全局(EFSA)也在2007年批准了其作为食品防腐剂的应用。LAE无色、无味、耐高温，且在pH为3-7时最为稳定，这些特性使其成为研发新型抗菌包装膜的理想材料。
已有学者研究添加LAE活性包装膜的理化性质和抗菌性能。Pornpun等人制备了含有LAE的聚乳酸(PLA)薄膜，发现添加较少LAE(0.07％，w/w)即可有效抑制单核细胞增多性李斯特氏菌和鼠伤寒沙门氏菌，增加LAE添加量可以提高薄膜抗菌活性，但是薄膜透明度则会随之降低。Haghighi等人通过流延法制备壳聚糖/PVA/LAE复合膜，发现LAE加入可以提高薄膜水蒸气透过率和溶解度，但是降低了薄膜透明度和力学性能，不同LAE添加量(1％、2.5％、5％和10％，w/w)对空肠弯曲菌、大肠杆菌、单核细胞增多李斯特氏菌和鼠伤寒沙门氏菌均有抑制作用。
LAE作为抗菌剂已经被应用到各种食品包装材料中，但是LAE对PVA/木薯淀粉复合膜性能影响尚不完全清楚，因此，为了研究一种抑菌性能更好、安全性更高的复合膜，现需探究LAE对复合膜的制备及其性能的影响、及其体外抗菌性能及机理，PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜具有广阔的研究前景。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用，所述复合膜能阻止紫外线和可见光透过，有助于防止食品降解氧化，还具有较高的吸水率和水蒸气透过率，保鲜效果好，具有良好的抑菌性、安全性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，将木薯淀粉糊化后，与PVA溶液、辅助溶剂混合，再加入总质量1～10％重量的LAE，于水浴环境中加热、搅拌混合，即得到铸膜液，最后将铸膜液通过流延法得到成品复合膜。
进一步地，所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为9～10％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度75～80℃并搅拌25～30min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度95～100℃并搅拌50～60min至其完全溶解，得到浓度为9～10％的PVA溶液；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:27～30的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度75～80℃并搅拌25～30min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；
将所述混合溶液中加入其质量1～10％重量的LAE，继续于75～80℃恒温水浴环境中搅拌25～30min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡4～5min，即可得到所述铸膜液；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温环境中干燥22～24h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
进一步地，所述复合膜的厚度为0.13～0.14mm，拉伸强度为17.25～22.12MPa，断裂伸长率为216～586％，200nm下透光率为0～2.84％，不透明度为0.99～1.21，吸水率为22.92～25.46％，水蒸气透过率为1.01×10-11～1.56×10-11g·m-1·s-1·Pa-1。
进一步地，所述搅拌是以420～430r/min速度进行。
进一步地，所述甘油的加入量是混合物1的总干重18～20％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重18～20％；所述冰醋酸的质量浓度为1.6～2.0％。
进一步地，所述超声的频率为25～35KHz。
进一步地，步骤(4)所述干燥温度为25～50℃。
本发明提供上述任一种制备方法得到PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜。
本发明提供所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜在食品包装抑菌方面的应用，所述复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有抑菌性，可应用在食品、医药产品中的包装材料。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明复合膜中使用的PVA与木薯淀粉具有较好的相容性，还添加了LAE使复合膜的微观形貌发生改变，且LAE薄膜厚度没有显著影响；本发明利用LAE聚集和同甘油、乙酸的协同增塑作用，使得到的复合膜拉伸强度略有降低，但断裂伸长率显著增加，拉伸强度为17.25～22.12MPa，断裂伸长率为216～586％。
2.本发明复合膜对紫外光和可见光透过率均低于不含LAE的薄膜，表明本发明加入LAE的复合膜可以更好的阻止紫外线和可见光透过，有助于防止食品降解氧化；LAE的亲水性，增加了聚合物的流动性，使得到的复合膜具有较高的吸水率和水蒸气透过率，具有较好的保鲜效果。
3.本发明的复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌即有抗菌活性，且随LAE含量增多，复合膜抗菌效果增强；加入的LAE通过改变细胞膜电位和通透性，导致细菌细胞膜的通透性增加、进而使其内容物外泄，因此实现了灭菌效果。
4.本发明原料木薯淀粉中的支链淀粉含量较多，在制作过程中容易成膜，降低了操作难度，加入的辅助溶剂包含甘油和冰醋酸，其中，所述甘油主要起到增塑作用，提高包装膜的塑性；添加冰醋酸主要是调节铸膜液的黏度，提高铺膜的成功率和成膜效果；同时两组成分安全，适用于食品加工领域，同时还有助于降低生产成本，适于推广使用。
附图说明
图1为各组复合膜的SEM照片(图中a-e依次为空白组、实施例1-4组)。
图2为各组复合膜的红外光谱图。
图3为各组复合膜的X射线衍射谱图。
图4为各组复合膜对彩色圆盘遮挡情况(图中a为无遮挡物情况；b-f依次为空白组、实施例1-4组)。
图5为各组复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈(图中a-e依次为空白组、实施例1-4组对大肠杆菌的抑菌情况、f-j依次为空白组、实施例1-4组对金黄色葡萄球菌的抑菌情况)。
具体实施方式
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。本发明使用的原料：聚乙烯醇(PVA)为1750±50聚乙烯醇、月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)纯度为98％、木薯淀粉为食品级、丙三醇(甘油)、冰醋酸均购自化学原料、医药原料公司。大肠杆菌、金黄色葡萄球菌购自上海鲁微科技有限公司。胰酪大豆胨琼脂培养基(TSA)、胰酪大豆胨液体培养基(TSB)购自广东环凯微生物科技有限公司。
实施例1
所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为9％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度75℃并搅拌25min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；所述搅拌是以420r/min速度进行；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度95℃并搅拌50min至其完全溶解，得到浓度为9％的PVA溶液；所述搅拌是以420r/min速度进行；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:27的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度75℃并搅拌25min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；所述甘油的加入量是混合物1的总干重18％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重18％；所述冰醋酸的质量浓度为1.6％；
将所述混合溶液中加入其质量1％重量的LAE，继续于75℃恒温水浴环境中搅拌25min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡4min，即可得到所述铸膜液；所述搅拌是以420r/min速度进行；所述超声的频率为25KHz；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温25℃环境中干燥22h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
实施例2
所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为10％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度80℃并搅拌30min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；所述搅拌是以430r/min速度进行；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度100℃并搅拌60min至其完全溶解，得到浓度为10％的PVA溶液；所述搅拌是以430r/min速度进行；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:30的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度80℃并搅拌30min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；所述甘油的加入量是混合物1的总干重20％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重20％；所述冰醋酸的质量浓度为2.0％；
将所述混合溶液中加入其质量2.5％重量的LAE，继续于80℃恒温水浴环境中搅拌30min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡5min，即可得到所述铸膜液；所述搅拌是以430r/min速度进行；所述超声的频率为35KHz；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温25℃环境中干燥24h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
实施例3
所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为10％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度80℃并搅拌30min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；所述搅拌是以430r/min速度进行；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度100℃并搅拌60min至其完全溶解，得到浓度为10％的PVA溶液；所述搅拌是以430r/min速度进行；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:30的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度80℃并搅拌30min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；所述甘油的加入量是混合物1的总干重20％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重20％；所述冰醋酸的质量浓度为2.0％；
将所述混合溶液中加入其质量5％重量的LAE，继续于80℃恒温水浴环境中搅拌30min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡5min，即可得到所述铸膜液；所述搅拌是以430r/min速度进行；所述超声的频率35KHz；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温25℃环境中干燥22h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
实施例4
所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为9.5％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度78℃并搅拌28min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；所述搅拌是以428r/min速度进行；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度96℃并搅拌55min至其完全溶解，得到浓度为9.5％的PVA溶液；所述搅拌是以428r/min速度进行；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:29的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度78℃并搅拌28min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；所述甘油的加入量是混合物1的总干重19％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重19％；所述冰醋酸的质量浓度为1.8％；
将所述混合溶液中加入其质量10％重量的LAE，继续于78℃恒温水浴环境中搅拌28min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡4.5min，即可得到所述铸膜液；所述搅拌是以428/min速度进行；所述超声的频率为30z；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温30℃环境中干燥23h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
空白组：不添加LAE，其余均与实施例4一致。
对实施例1-4及空白组进行如下的检测：
1.扫描电子显微镜观察
采用力学性能测试中拉断的样品横截面作为试样观察，用导电胶带将样品粘贴在样品台上。在真空制样机中喷涂金粉，取出后在2kV电压下，放大2000倍观察。结果见图1。
图1为各组复合膜的SEM照片。图1中可见，LAE加入对复合膜微观形貌产生了明显影响。空白组未添加LAE的薄膜断面光滑均匀，说明PVA和木薯淀粉相容性较好，这是由于PVA和淀粉之间形成氢键；本发明添加LAE的复合膜断面变得粗糙，当LAE添加量为1％和2.5％时，可以观察到较小且较为分散的团块，产生这种情况的原因是LAE聚集在薄膜中，导致复合复合膜致密结构被破坏。当LAE添加量为5％时，复合膜断面出现孔洞，当LAE添加量为10％时，孔洞数量明显增多；这是因为LAE表面活性剂作用使铸膜液在制备过程中形成了较多气泡，并且在粘度较高的铸膜液中无法完全消除，所以在铸膜后形成孔洞。
2.傅里叶变换红外光谱分析
用锉刀将复合膜磨成粉末，样品粉末与溴化钾之比为1:200，在研钵中充分混合均匀。放于干燥箱中脱水，压片。红外光谱扫描范围4000-500cm-1，分辨率8cm-1，扫描信号累加32次。红外光谱图结果见图2。
图2为各组复合膜的红外光谱图。图2中可见，O-H伸缩振动峰在3200-3600cm-1之间。C-H拉伸振动峰、对称伸缩振动峰和-CH2反对称伸缩振动峰分别在2945cm-1、2830cm-1和2989cm-1附近。在1615cm-1附近出现的峰与结合了水分子的淀粉有关，淀粉葡萄糖环中C-O-C基团的C-O拉伸振动峰在1006cm-1附近，这是淀粉红外特征峰。PVA结构中C-C和C-OH的伸缩振动峰在1149cm-1附近，这是PVA红外特征峰。图中几条谱线非常相似，表明LAE对复合膜分子结构和分子间相互作用没有显著影响，且没有新化学键生成。
3.X射线衍射分析
将复合膜剪成长宽均为20mm试样，固定在样品台上。X射线辐射源为CuKa，波长15.4nm，电压40kV，电流15mA，步长0.035°，扫描角度3°-60°，连续扫描15s。X射线衍射分析图见图3。复合膜结晶度由MDIJade软件计算，记录在表1中，采用相对面积法，计算公式：
结晶度(％)＝Sc/(Sc+S)×100％ (1)
上式(1)中，Sc为结晶区面积，S为非结晶区面积。
表1
Figure BDA0003037937390000071
图3为各组复合膜的X射线衍射谱图。由表1和图3中可见，淀粉衍射峰位于2θ＝15.11°、17.02°、17.94°和22.93°附近，纯PVA衍射峰位于2θ＝19.87°附近；与PVA共混后，淀粉的特征衍射峰消失，仅保留PVA特征衍射峰，出现在2θ＝19.41-19.66°之间，说明淀粉对PVA结晶结构没有影响。糊化后淀粉结晶结构被破坏，导致复合膜衍射图谱以PVA晶体结构为主，并且添加LAE的复合膜衍射谱图也未发生明显变化；如表1所示，不同LAE添加量的复合膜结晶度较为接近，说明添加LAE对薄膜晶体结构没有显著影响。
4.厚度及力学性能
在复合膜上选取6个位置(中心1个，边缘5个)测量厚度，取平均值。
复合膜裁剪成长宽分别为60mm和20mm矩形试样条，试样条被拉伸区长度为30mm，拉伸速度10mm/min。结果见表2。
表2
Figure BDA0003037937390000081
注：同一列数据不同上标小写字母表示样本之间的显著性差异(p≤0.05)；如未添加上标小写字母则表示数据之间无显著性差异(p>0.05)。
力学性能是评价复合膜作为包装材料的重要指标，对于大多数食品包装而言，足够优异的拉伸强度和断裂伸长率是必须具备的。不同LAE含量复合膜拉伸强度和断裂伸长率见表2，随着LAE含量增加，复合膜拉伸强度降低，断裂伸长率升高。添加LAE使复合膜拉伸强度稍有降低，不含LAE薄膜的拉伸强度最高为23.34MPa，当LAE含量为10％时，拉伸强度降低至17.25MPa。拉伸强度变化趋势与SEM结果一致，即由于LAE加入，薄膜结构中出现较小团块和孔洞，导致薄膜基体的完整性和连续性被破坏，进而使拉伸强度下降。添加LAE使薄膜断裂伸长率明显升高，不含LAE薄膜断裂伸长率最低为208.45％，当LAE含量为10％时，断裂伸长率升高至586.08％。这与LAE与乙酸、甘油的用量、及它们之间协同作用、以及工艺条件有关。甘油、LAE、PVA和淀粉之间产生的氢键取代分子内氢键，促进长链聚合物在拉伸过程中滑动，从而使复合膜具有更高韧性，提升断裂伸长率。且高于目前市面上常用的低密度聚乙烯膜。
5.紫外线阻隔、透光率与不透明度
将复合膜剪成长宽为别为40mm和10mm矩形试样条并固定在样品池内，在波长为200-400nm紫外光区间内测量紫外线屏蔽性能，在400-800nm可见光区内测量薄膜的透光率与不透明度，记录在表3。图4是复合膜对彩色圆盘遮挡情况。不透明度计算公式为：
不透明度＝(-logT600)/H (2)
上式(2)中T600为复合膜在600nm波长透光率，H为复合膜厚度。
表3
Figure BDA0003037937390000091
注：同一列数据不同上标小写字母表示样本之间的显著性差异(p≤0.05)；如未添加上标小写字母则表示数据之间无显著性差异(p>0.05)。
由表3可以发现，空白组未添加LAE的薄膜紫外线透过率较高，这是因为PVA和淀粉对紫外线阻隔性较差；本发明添加LAE的复合膜对紫外线(200-400nm)透过率更低。在波长为200nm时，复合膜透光率接近0％，这说明含有LAE的复合膜具有更好紫外线阻隔作用。在食品包装中，对紫外线的阻隔性能强，有助于延长食品保质期、减少氧化，更好保存食品营养、风味和颜色。
在可见光区(400-800nm)，含有LAE的复合膜透光率略低于不含LAE的薄膜。在800nm波长下，不含LAE薄膜透光率为77.84％，不同LAE含量复合膜透光率分别为74.53％、74.25％、42.80％和72.54％。总的来说，随着LAE含量增加，薄膜透光率稍有降低，这可能与LAE的聚集有关，较多LAE容易形成更大聚集体，从而阻碍光在膜中的通路。对可见光的阻隔性能也在食品保存中起重要作用，可以防止维生素和色素降解、防止有机物被氧化。
图4为各组复合膜对彩色圆盘遮挡情况。由图4肉眼可见颜色无明显差异，所有薄膜在可见光下最大透过率均在70％以上，并如表3所示在600nm处不透明度值均小于5。
6.吸水率和水蒸气透过率
将复合膜裁剪成长宽均为20mm试样，将恒温电热干燥箱升温至50℃，放入试样24h，干燥至恒重，称量记为M1。将干燥后的试样在相对湿度为75％密闭干燥器中(盛有饱和NaCl溶液，25℃)保存24h，取出后称重记为M2，计算公式：
吸水率(％)＝(M2-M1)/M1×100％ (3)
上式(3)中，M1为试样的初始重量，M2为试样吸水后的重量。
采用ASTME96-00方法，用直径为60mm薄膜覆盖至直径为50mm烧杯上(装有30mL去离子水，相对湿度为100％)，用凡士林完全密封以防止水从连接处缝隙蒸发。然后称量烧杯整体重量，将其放入装有1kg二氧化硅密闭干燥器中，将干燥器保存在25℃恒温电热干燥箱中，每隔3h称量一次烧杯整体重量，直至稳定不变。记录在表4。水蒸气透过率用烧杯整体减轻重量与其所用时间关系确定，计算公式：
水蒸气透过率(g·m-1·s-1·Pa-1)＝(dW×H)/(dt×dP×S) (4)
上式(4)中，dW为烧杯整体减轻重量(g)，H为薄膜平均厚度(m)，dt为水蒸气分压梯度(dp＝2533Pa)下时间变化(s)，S为水从薄膜渗透面积(m2)。
表4
Figure BDA0003037937390000101
注：同一列数据不同上标小写字母表示样本之间的显著性差异(p≤0.05)。
吸水率和水蒸气透过率是影响食品包装材料性能的两个重要影响因素，研究活性包装膜耐水性能十分重要。由表4可见，LAE添加导致复合膜吸水率升高，不含LAE的薄膜吸水率为17.54％，添加10％LAE的复合膜吸水率为25.46％。这与LAE高亲水性有关，LAE油水分配系数较低(小于0.1)，容易捕捉空气中水分子。由表4可见，薄膜水蒸气透过率，LAE加入导致复合膜水蒸气透过率升高。在24h后，不含LAE薄膜水蒸气透过率为8.32×10-12g·m-1·s-1·Pa-1，添加10％LAE复合膜水蒸气透过率为1.56×10-11g·m-1·s-1·Pa-1。除LAE较强亲水性外，PVA和淀粉在溶胀过程中吸水可能破坏氢键，导致大分子聚合物长链加速运动，使通过薄膜的水分子增加。
7.体外抑菌性能测试
用打孔器将复合膜切割成直径为8mm试样，同时使用直径为90mm培养皿制备TSA平板培养基，将试样和TSA平板在无菌操作台中用紫外线照射杀菌2h。然后分别取108CFU/mL大肠杆菌和金黄色葡萄球菌TSB接种剂0.1mL，均匀涂布在TSA平板上。最后将试样放置于TSA平板表面，在37℃的恒温培养箱中放置24h，测量试样周围抑菌圈直径(mm)用以评价复合膜抗菌活性。记录在图5和表5。
表5
Figure BDA0003037937390000111
注：同一列数据的不同上标小写字母表示样本之间的显著性差异(p≤0.05)。
采用琼脂扩散发测定不同LAE添加量复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌性能。图5为各组复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈。在图5和表5可以看出，未添加LAE薄膜对细菌没有抑制作用，琼脂平板上长满了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，没有出现抑菌圈。这是因为PVA和淀粉没有抑菌性能。所有添加LAE的复合膜都有抗菌作用，且随LAE浓度增加，抗菌性能升高、抑菌圈扩大。当LAE添加量从1％增加到10％时，大肠杆菌抑菌圈直径从12.2mm增加至29.07mm，金黄色葡萄球菌抑菌圈直径从19.23mm增加至43.37mm。LAE作为阳离子表面活性剂可以作用于细菌细胞膜，改变膜电位和通透性，严重破坏微生物膜结构，导致细胞膜通透性增加、内容物外泄，从而死亡。
在研究中发现，大肠杆菌对LAE抗性优于金黄色葡萄球菌，这是由于两种细菌不同结构造成的。大肠杆菌为革兰氏阴性菌，细胞外有一层较厚的脂多糖，而金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性菌，细胞外只有一层单一的肽聚糖结构。相较而言，LAE更难破坏大肠杆菌细胞膜。本发明复合膜的抑菌性能优于使用疏水聚合物制成的薄膜，说明了PVA和木薯淀粉较强的亲水性，促进了LAE在琼脂平板中的扩散。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，将木薯淀粉糊化后，与PVA溶液、辅助溶剂混合，再加入总质量1～10％重量的LAE，于水浴环境中加热、搅拌混合，即得到铸膜液，最后将铸膜液通过流延法得到成品复合膜。
2.根据权利要求1所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)糊化木薯淀粉
将木薯淀粉加入到去离子水中，配制成质量浓度为9～10％的淀粉悬液；将所述淀粉悬液放入恒温水浴环境中，加热至温度75～80℃并搅拌25～30min至其完全糊化，得到糊化淀粉，待用；
(2)制备PVA溶液
将PVA按照一定固液比放入去离子水中，将其至于恒温水浴环境中，加热至温度95～100℃并搅拌50～60min至其完全溶解，得到浓度为9～10％的PVA溶液；
(3)配制铸膜液
将糊化淀粉与PVA溶液按照70:27～30的体积比混合，得到混合物1，向混合物1中加入甘油和冰醋酸，得到混合物2，将混合物2至于恒温水浴环境中，加热至温度75～80℃并搅拌25～30min使溶液混合均匀，得到混合溶液，待用；
将所述混合溶液中加入其质量1～10％重量的LAE，继续于75～80℃恒温水浴环境中搅拌25～30min至所有组分混合均匀，取出后，放于超声环境下于常温震荡4～5min，即可得到所述铸膜液；
(4)流延法铸膜
将所述铸膜液采用流延法倒入模具中进行铸膜，然后放于恒温环境中干燥22～24h，脱模后，即得到复合膜，密封保存即可。
3.根据权利要求2所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，所述复合膜的厚度为0.13～0.14mm，拉伸强度为17.25～22.12MPa，断裂伸长率为216～586％，200nm下透光率为0～2.84％，不透明度为0.99～1.21，吸水率为22.92～25.46％，水蒸气透过率为1.01×10-11～1.56×10-11g·m-1·s-1·Pa-1。
4.根据权利要求2所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌是以420～430r/min速度进行。
5.根据权利要求2所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，所述甘油的加入量是混合物1的总干重18～20％；所述冰醋酸的加入量是混合物1的总干重18～20％；所述冰醋酸的质量浓度为1.6～2.0％。
6.根据权利要求2所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，所述超声的频率为25～35KHz。
7.根据权利要求2所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述干燥温度为25～50℃。
8.一种如权利要求1-7任一项所述制备方法得到PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜。
9.一种如权利要求1-7所述PVA/木薯淀粉/LAE活性复合膜在食品包装抑菌方面的应用，其特征在于，所述复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有抑菌性，可应用在食品、医药产品中的包装材料。
CN202110449068.8A 2021-04-25 2021-04-25 Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用 Active CN113388135B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110449068.8A CN113388135B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110449068.8A CN113388135B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113388135A true CN113388135A (zh) 2021-09-14
CN113388135B CN113388135B (zh) 2023-08-29

Family

ID=77617667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110449068.8A Active CN113388135B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113388135B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115612182A (zh) * 2022-11-07 2023-01-17 广西民族大学 CMC/淀粉/ZnO/花青素智能活性包装膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106221589A (zh) * 2016-08-18 2016-12-14 覃树强 一种耐水防霉淀粉胶及其制备方法
CN109422983A (zh) * 2017-08-25 2019-03-05 仲恺农业工程学院 一种淀粉/pva复合抗菌保鲜膜及其制备方法
WO2021045928A1 (en) * 2019-09-03 2021-03-11 Reactive Surfaces Ltd., LLP Bio-based food packaging coatings, and devices and materials comprising same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106221589A (zh) * 2016-08-18 2016-12-14 覃树强 一种耐水防霉淀粉胶及其制备方法
CN109422983A (zh) * 2017-08-25 2019-03-05 仲恺农业工程学院 一种淀粉/pva复合抗菌保鲜膜及其制备方法
WO2021045928A1 (en) * 2019-09-03 2021-03-11 Reactive Surfaces Ltd., LLP Bio-based food packaging coatings, and devices and materials comprising same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOYCE FAGUNDES GOMES MOTTA等: "Development of active films based on modified starches incorporating the antimicrobial agent lauroyl arginate (LAE) for the food industry" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115612182A (zh) * 2022-11-07 2023-01-17 广西民族大学 CMC/淀粉/ZnO/花青素智能活性包装膜及其制备方法
CN115612182B (zh) * 2022-11-07 2023-07-14 广西民族大学 CMC/淀粉/ZnO/花青素智能活性包装膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113388135B (zh) 2023-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Physical properties and antioxidant capacity of chitosan/epigallocatechin-3-gallate films reinforced with nano-bacterial cellulose
Liu et al. Molecular interactions, characterization and antimicrobial activity of curcumin–chitosan blend films
Chen et al. Tannic acid–thioctic acid hydrogel: A novel injectable supramolecular adhesive gel for wound healing
Escárcega-Galaz et al. Mechanical, structural and physical aspects of chitosan-based films as antimicrobial dressings
Cheng et al. An active packaging film based on yam starch with eugenol and its application for pork preservation
Narasagoudr et al. Physico-chemical and functional properties of rutin induced chitosan/poly (vinyl alcohol) bioactive films for food packaging applications
Chang et al. Physicochemical and antimicrobial properties of chitosan composite films incorporated with glycerol monolaurate and nano-TiO2
Yu et al. Chitosan films plasticized with choline-based deep eutectic solvents: UV shielding, antioxidant, and antibacterial properties
Liu et al. Development of ultrasound treated polyvinyl alcohol/tea polyphenol composite films and their physicochemical properties
Mohajer et al. Physico-chemical and microstructural properties of fish gelatin/agar bio-based blend films
Su et al. Preparation and characterization of ethyl cellulose film modified with capsaicin
Chenwei et al. Physicochemical, microstructural, antioxidant and antimicrobial properties of active packaging films based on poly (vinyl alcohol)/clay nanocomposite incorporated with tea polyphenols
Wen et al. Turmeric carbon quantum dots enhanced chitosan nanocomposite films based on photodynamic inactivation technology for antibacterial food packaging
Tan et al. Preparation and physicochemical properties of antioxidant chitosan ascorbate/methylcellulose composite films
Subbuvel et al. Preparation and characterization of polylactic acid/fenugreek essential oil/curcumin composite films for food packaging applications
Bonilla et al. Physical, structural and antimicrobial properties of poly vinyl alcohol–chitosan biodegradable films
Bhat et al. Hydroxy citric acid cross-linked chitosan/guar gum/poly (vinyl alcohol) active films for food packaging applications
Altiok et al. Physical, antibacterial and antioxidant properties of chitosan films incorporated with thyme oil for potential wound healing applications
Lee et al. Characterization of polyvinyl alcohol/starch composite films incorporated with p-coumaric acid modified chitosan and chitosan nanoparticles: A comparative study
Xiao et al. Preparation and characterization of chitosan/pullulan film loading carvacrol for targeted antibacterial packaging of chilled meat
Zhao et al. Gallic acid functionalized chitosan immobilized nanosilver for modified chitosan/Poly (vinyl alcohol) composite film
Lian et al. Physicochemical, antibacterial properties and cytocompatibility of starch/chitosan films incorporated with zinc oxide nanoparticles
Liu et al. Emerging starch composite nanofibrous films for food packaging: Facile construction, hydrophobic property, and antibacterial activity enhancement
Ulu et al. Tunable and tough porous chitosan/β-cyclodextrin/tannic acid biocomposite membrane with mechanic, antioxidant, and antimicrobial properties
CN113388135B (zh) Pva/木薯淀粉/lae活性复合膜的制备及其在食品包装抑菌方面的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant