CN113529274B - 纳米纤维膜及其运用及纳米纤维膜杀菌液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及新型抗菌材料领域，具体涉及纳米纤维膜杀菌液的制备及其使用方法，其中纳米纤维膜通过壳聚糖和聚乙二醇的醋酸‑水溶液经静电纺丝制备得到。本申请中的纳米纤维膜抗菌液通过上述纳米纤维膜和乙酸共同配置溶液得到，可以在肉制品表面形成保护膜，进而提供长效的肉制品保鲜效果。
Description
技术领域
本申请涉及抗菌材料领域，更具体地说，它涉及纳米纤维膜杀菌液的制备及其使用方法。
背景技术
冷鲜禽肉是我国的主流肉制品之一，其安全和品质是影响人民健康的重要因素。在冷鲜禽肉加工、储存和销售的过程中，假单胞菌、乳酸菌、肠杆菌、热杀索丝菌、肠球菌等细菌会导致冷鲜禽肉的腐败、变质，影响冷鲜禽肉的品质和卫生。
目前，对于冷鲜禽肉，主要通过以下方式进行保鲜：
1、以抗生素保鲜的方式。然而，抗生素的使用容易使细菌产生耐药性，其在推广运用中会受到诸多限制。
2、采用低温储存的方式，一般情况下，当储存温度低于0℃时，会对肉类的口感造成不良影响，而高于0℃的环境，肉类难以长期储存，一般在4℃下，禽肉储存的时间为5-6天。
3、另外，还有通过辐射、烟熏等方法对肉制品进行保鲜，上述方法对肉的口感难免会产生不良影响。
发明内容
为了在肉类保鲜过程中排除抗生素使用，同时使肉类具有较长的保鲜时间和较好口感，本申请提供纳米纤维膜及其运用及纳米纤维膜杀菌液及其使用方法首先，本申请提供纳米纤维膜，通过混合组分Ⅰ经静电纺丝制备得到，所述混合组分Ⅰ中包括如下组分：
壳聚糖，在混合组分Ⅰ中的浓度为50～150g/L；
聚乙二醇，在混合组分Ⅰ中的浓度为2～10g/L；
乙酸，在混合组分中的总质量分数为30～60％；
水。
在上述技术方案中，以壳聚糖和聚乙二醇为主要组分，通过静电纺丝，形成的壳聚糖体系纳米纤维膜一方面具有良好的抗菌性能，聚乙二醇可以在其中起到增强的效果，使纳米纤维膜更加完整，进而形成较好的被膜效果和抗菌效果。在醋酸体系中，有助于纳米纤维膜的结构更好的形成，使得得到的纳米纤维膜具有较好的抗菌效果。
目前，纳米纤维膜类的抗菌剂在食品保鲜领域暂无使用和推广的先例，相关内容的研究也较少。通过上述方法制得的纳米纤维膜，具有较好的抗菌性能，可以运用于肉制品，尤其是冷鲜禽肉的保鲜，具有较好的市场推广价值和运用前景。
可选的，所述混合组分Ⅰ中，还包括质量分数不超过4％的抗菌助剂，所述抗菌助剂为多酚或植物精油中的至少一种。
抗菌助剂在静电纺丝的过程中，会掺杂于纳米纤维膜的结构中，进一步提高制得的纳米纤维膜的抗菌效果，使得纳米纤维膜在运用于肉制品抗菌时具有更好的效果。
可选的，所述混合组分Ⅰ中，还包括质量分数不超过0.6％的表面活性剂。
在上述技术方案中，表面活性剂有助于提高纳米纤维膜本身的稳定性和分散性，并使纳米纤维膜在运用于肉制品时具有更好的成膜性能和附着能力，进一步提高纳米纤维膜对于肉制品的抗菌效果。
可选的，所述表面活性剂为食品级两性表面活性剂。
采用两性表面活性剂，形成的纳米纤维膜稳定性更好，在样品表面的成膜能力较强，并提供了较强的灭菌效果。
可选的，在所述混合组分Ⅰ中还包括质量分数为0.1～0.3％的大豆多糖。
大豆多糖进一步提高了纳米纤维膜的黏附能力和成膜能力，使得该纳米纤维膜在运用于抗菌实践时，性能更好，具有较佳的使用效果。
可选的，所述聚乙二醇的数均分子量为1000～1500Da，所述壳聚糖的分子量为80～2000KDa。
通过实验证明，上述分子量范围的聚乙二醇和壳聚糖分子可以较好地形成纳米纤维膜的整体结构，结构较为稳定，在水相中分散性较好，运用于肉制品表面时，具有较好的抗菌效果的同时，对于肉制品的口感没有明显的影响。
可选的，在静电纺丝过程中，采用的电压为10～15KV，溶液流速为0.3～0.5mL/h，针头到接收板的距离为13～16cm，针头的内径为0.05～0.06mm。
采用上述参数，可以较好地制备纳米纤维膜，纳米纤维膜在运用于肉制品领域时，具有较好的抗菌性能和黏附性能。
其次，本申请还提供上述纳米纤维膜的运用，运用于肉制品保鲜领域。
在肉制品保鲜领域中，对于抗菌剂有以下要求：1、无毒可食用；2、有良好的抗菌效果；3、方便加工；4、对肉制品的口感没有明显的负面影响。上述纳米纤维膜运用于肉制品杀菌保鲜领域时，可以兼顾上述优点，因此具有较好的实践运用前景。
再次，本申请还提供纳米纤维膜杀菌液，包括如下组分：
乙酸，在纳米纤维膜杀菌液中所占的体积分数为1～5％；
上述纳米纤维膜，占纳米纤维膜杀菌液的浓度为5～50g/L；
余量为水。
在上述技术方案中，以乙酸水溶液为基础成分，配置得到的纳米纤维膜抗菌液具有较强的灭菌效果。乙酸提供的酸性条件有助于促进上述纳米纤维膜的抗菌能力，进而实现更强的抗菌性。
最后，本申请提供了上述纳米纤维膜抗菌液的使用方法，将上述纳米纤维膜杀菌液，按照100～200μL/cm2的用量涂抹于待涂覆的样本表面，随后将其在无菌环境中，在20～25℃下放置2～4h。
在上述技术方案中，纳米抗菌液将肉制品表面的细菌杀灭后，可以形成一层抗菌保护膜，长效地对肉制品上的细菌进行杀伤，使得肉质品可以保存更长的时间。
综上所述，本申请包括如下至少一种有益效果：
1、在本申请中，通过将壳聚糖和聚乙二醇进行静电纺丝，得到纳米纤维膜，可以运用于肉制品杀菌保鲜的领域，具有较好的杀菌性能的同时，排除了抗生素的使用，具有较好的商业运用前景。
2、在本申请进一步设置中，通过加入抗菌助剂，进一步提高了纳米纤维膜的抗菌性能。
3、在本申请中，将上述纳米纤维膜在醋酸溶液中配置成纳米纤维膜抗菌液，通过与醋酸复配，进一步提高了纳米纤维膜的抗菌性能。
4、在本申请中，还提供了上述纳米纤维膜的使用方法，通过涂抹后再无菌环境下静置干燥，可以使样品表面形成较为完整的抗菌膜，提供更好的抗菌效果。
具体实施方式
以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。
肉制品保鲜一直是食品领域需要攻克的一个重要问题。不论采用抗生素进行抗菌处理，或是对肉制品进行表面处理(如辐照、烟熏等)，或是对肉制品进行腌制、干燥等处理，都有着各自的局限性。
当市场中，将肉制品摆放于货架上之后，若不尽快销售，放置一到两天就会有不新鲜之感。在较高的温度下，甚至两天内就会出现腐臭等现象，其主要原因就在于肉制品中的细菌滋生。采用抗生素进行抗菌尽管具有较好的效果，但是其容易使细菌产生耐药性，对人体也有一定的不良影响。
壳聚糖类的纳米抗菌剂是一个用于肉制品抗菌的崭新的方向，当前在本领域中尚无运用的前例，且相关的研究也较少。本申请的目的在于，在排除抗生素使用的同时，提供一种对肉类品质影响较小，
以下实施例中，部分原料的参数如表1所示。
表1、物料参数表
实施例A1～A17，纳米纤维膜，通过混合组分Ⅰ经静电纺丝工艺制备得到。混合组分Ⅰ的具体配方如表2所示。
表2、实施例A1～A17中混合组分Ⅰ的组分一览
其中，壳聚糖的数均分子量为1000KDa，聚乙二醇的数均分子量为1200。表面活性剂选用鼠李糖脂。鼠李糖脂是一种阴离子表面活性剂。抗菌助剂为肉桂精油。
混合组分Ⅰ可以通过预先配置特定浓度的壳聚糖-乙酸溶液和聚乙二醇-乙酸溶液后，静电纺丝所用参数如表3所示。
表3、实施例A1～A17中的静电纺丝参数
| 参数 | 电压 | 溶液流速 | 针头到针板距离 | 针头内径 |
| 单位 | KV | mL/h | cm | mm |
| 数据 | 12 | 0.5 | 15 | 0.05 |
实施例A18，纳米纤维膜，与实施例A11的区别在于，表面活性剂选用十二烷基二甲基甜菜碱。
实施例A19，纳米纤维膜，与实施例A11的区别在于，表面活性剂选用山梨醇酐单油酸酯。
实施例A20，纳米纤维膜，与实施例A11的区别在于，表面活性剂选用蔗糖月桂酸单酯。
实施例A21，纳米纤维膜，与实施例A17的区别在于，表面活性剂选用十二烷基二甲基甜菜碱。
实施例A22～A35，纳米纤维膜，与实施例A18的区别在于，所用的聚乙二醇和壳聚糖的分子量具体如表4所示。
表4、实施例A22～A35中聚乙二醇和壳聚糖的数均分子量
实施例A36～A37，纳米纤维膜，与实施例A33的区别在于，其具体参数如表5所示。
表5、实施例A36～A37中的静电纺丝参数
| 参数 | 电压 | 溶液流速 | 针头到针板距离 | 针头内径 |
| 单位 | KV | mL/h | cm | mm |
| 实施例A36 | 10 | 0.3 | 13 | 0.05 |
| 实施例A37 | 15 | 0.5 | 16 | 0.06 |
实施例A38～41，纳米纤维膜，与实施例A9的区别在于，抗菌助剂分别换用等质量的薰衣草精油、百里香精油、茶多酚或单宁酸。
在上述纳米纤维膜的基础上，进一步设置实施例如下：
实施例B1～B341，纳米纤维膜杀菌液及使用方法，纳米纤维膜杀菌液的制备方法如下：配置体积分数为1％的乙酸水溶液，将实施例A1～A37中的纳米纤维膜以5g/mL的浓度溶解于上述乙酸水溶液中，混合均匀后得到纳米纤维膜抗菌液。
在使用时，将上述纳米纤维杀菌液以100μL/cm2的量涂覆于鸭肉块的表面，在无菌环境中，在20℃下放置4h，得到对应的样本1～41。
实施例B42～50，纳米纤维膜，与实施例1的区别在于，纳米纤维膜和乙酸的用量具体如表6所示。
表6、实施例B42～B50的纳米纤维膜和乙酸的用量
| 实施例 | 纳米纤维膜浓度(g/L) | 乙酸体积分数(％) |
| 实施例B42 | 3 | 1 |
| 实施例B43 | 10 | 1 |
| 实施例B44 | 20 | 1 |
| 实施例B45 | 50 | 1 |
| 实施例B46 | 80 | 1 |
| 实施例B47 | 20 | 0.5 |
| 实施例B48 | 20 | 2 |
| 实施例B49 | 20 | 5 |
| 实施例B50 | 20 | 8 |
实施例B42～B50与采用与实施例B1～B41相同的实验方法，得到样本42～50。
实施例B51，与实施例B33的区别在于，纳米纤维膜的浓度为20g/L，乙酸的体积分数为2％，采用相同的使用方法，得到样本51。
另外，在实施例B51的基础上，调整使用方法，得到如表7所示的样本。
表7、样本52～58的使用方法
通过如下对比例进行对比。
对比例1，是一种杀菌液，与实施例B1的区别在于，用等质量的壳聚糖替换纳米纤维膜。壳聚糖的分子量为1200KDa。采用与实施例B1相同的使用方法，得到样本1’。
另外设置对照样本，采用50μg/L的卡那霉素，采用相同的方式进行处理，得到样本2’。
对样本1～58和样本1’、2’进行如下实验，验证其有效性。
实验1、对每种样本，在样本的表面接种不同的菌种，菌液的浓度为107cfu/mL，菌液的用量为20μL/cm2。样本接种后放置于4摄氏度环境下，放置24h后，用无菌生理盐水清洗表面。随后在无菌环境下，称取1g样品，粉碎于10mL无菌生理盐水中，混匀后用生理盐水稀释至100mL，吸取100μL平板培养基上进行培养。培养24h后，观察培养皿的表面，以菌落在培养名表面的覆盖面积计。++++代表菌斑覆板100％；+++代表菌斑覆板60-90％；++代表菌斑覆板20-60％；+代表菌斑数量在10个以内；–代表无菌斑生长。
同时，另取样本，放置120h后，再涂覆菌液，放置24h后，同样进行上述步骤。
实验2、对每种样本，放置于20℃通风非无菌环境中，控制环境湿度为50～60之间，每隔12h对其进行一次观察，记录样本开始腐败的时间。
首先，对样本1～17及样本1’、2’进行实验，结果如表8所示。
表8、样本1～17及样本1’、2’在实验1和实验2中的实验结果
通过上述实验可知，采用本申请中的方案，基本上能够起到与卡那霉素相近的抗菌效果，可以有效延长鸭肉的保质期。且采用的组分，例如壳聚糖、植物精油等，均为不易形成耐药性的组分，对人体的健康危害较小。相较于样本1’，本申请中的技术方案采用方法将壳聚糖制备成纳米纤维膜，大大提高了壳聚糖在鸭肉表面的成膜性能和附着性能，不论在短期和长期的维度内都具有较好的抗菌效果。
在样本8～10中，加入了抗菌助剂，结果显示抗菌助剂可以进一步提高纳米纤维膜的抗菌能力，且抗菌能力随抗菌助剂的添加量的增大而增大。但是当抗菌助剂的质量分数达到4％后，继续增大抗菌助剂的浓度，对整体的抗菌性能没有进一步的提高。在增加抗菌助剂的基础上，加入表面活性剂有助于进一步提高纳米纤维膜在肉制品表面的附着力，进而使得在长时间维度内，抗菌性能有进一步的提高。另外，在样本14～16中，添加了大豆多糖，大豆多糖掺杂于纳米纤维膜内，可以提供更强的黏附能力和更好的抗菌效果，使形成的膜结构更加稳定不易破损，进而提供了更好的抗菌效果。
进一步地，对样本18～35，进行实验1～2，实验结果如表9所示。由于放置24h后测定的全部为阴性，此处实验结果略去，仅展示放置120h的部分。
表9、样本18～35在实验1和实验2中的实验结果
在上述样本中，样本18～21对表面活性剂的种类进行了调整，在样本18中，采用了两性表面活性剂，两性表面活性剂相较于非离子或阳离子表面活性剂具有更好的抗菌效果，可能是由于两性表面活性剂对于不同的菌种，均可以起到破坏菌种表面的电荷的效果，使杀伤效果可以更好的实现。在样本22～35中调整了聚乙二醇和壳聚糖的分子量。一般情况下，二者的分子量越大，具有越好的抗菌效果，但是当壳聚糖或聚乙二醇分子量过大时，会导致整体粘性增大，对口感有明显的影响。
进一步地，对样本36～58进行实验1和实验2，实验结果如表10所示。
表10、样本36～58在实验1和实验2中的实验结果
在样本38～41中，换用了不同的抗菌助剂，不同的抗菌助剂对于不同的细菌具有不同的抗菌效果，但是都可以起到提高抗菌效果的作用，使用时可以根据实际需要进行选择，也可以混合使用。样本42～50中，调整了纳米纤维膜和醋酸的用量，对于纳米纤维膜，用量越大其抗菌效果越好，但是这种提高的趋势基本上在小于50g/L的浓度内具有效果，当纳米纤维膜浓度进一步提高后，对于抗菌性能没有明显影响，但是对口感和成本具有明显的影响。乙酸的用量过多则会导致纳米纤维膜在肉制品表面成膜性能变差，影响长效抗菌的效果，且同样对于肉制品的口感有明显的影响。
在样本52～58中，则调整了纳米纤维膜抗菌液的用量，随着纳米纤维膜抗菌液用量的增加，抗菌效果会有提升，但是当用量达到200μL/cm2的时候达到最高，后续继续增加纳米抗菌液的用量对整体抗菌效果没有明显影响。
另外，对样本1～58种的部分样本，进行实验3以验证其肉质，实验方法如下：实验3，对样本1～58种的部分样本，涂覆抗菌液后放置5天，随后在蒸馏水中煮熟并进行品尝。同时取鸭肉一块，放置于-20℃下，放置5天后，取出、在蒸馏水中煮熟并进行品尝，标记为样本X。对各样本的口感进行打分，结果如表11所示。
对每个样本，以10分为满分，当品尝者认为肉的口感与未经处理且新鲜的肉口感相似时，即记为满分，进行10次测试，取平均分。
表11、样本口感一览
| 样本编号 | 打分 | 样本编号 | 打分 |
| X | 8.6 | 35 | 8.9 |
| 1 | 9.1 | 42 | 9.4 |
| 2 | 9.1 | 43 | 9.3 |
| 3 | 9.3 | 44 | 9.3 |
| 4 | 9.2 | 45 | 9.2 |
| 5 | 9.0 | 46 | 9.0 |
| 6 | 8.8 | 52 | 9.4 |
| 7 | 9.0 | 53 | 9.3 |
| 12 | 9.2 | 54 | 9.3 |
| 17 | 9.3 | 55 | 9.2 |
| 28 | 8.7 | 56 | 9.2 |
| 33 | 9.3 | 57 | 8.9 |
通过上述实验可知，采用本申请中的抗菌液对鸭肉进行处理，对于鸭肉本身的口感影响较小，相较于烟熏、辐射、腌制等处理方法，可以尽可能地保存肉质本身的口感，具有较好的实用价值。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，包括如下组分：
乙酸，在纳米纤维膜杀菌液中所占的体积分数为1～5%；
纳米纤维膜，占纳米纤维膜杀菌液的浓度为5～50g/L；
余量为水；
所述纳米纤维膜通过混合组分Ⅰ经静电纺丝制备得到，所述混合组分Ⅰ中包括如下组分：
壳聚糖，在混合组分Ⅰ中的浓度为50～150g/L；
聚乙二醇，在混合组分Ⅰ中的浓度为2～10g/L；
乙酸，在混合组分Ⅰ中的总质量分数为30～60%；
大豆多糖，在混合组分Ⅰ中的质量分数为0.1～0.3%；
水。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，所述混合组分Ⅰ中，还包括质量分数不超过4%的抗菌助剂，所述抗菌助剂为多酚或植物精油中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，所述混合组分Ⅰ中，还包括质量分数不超过0.6%的表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，所述表面活性剂为食品级两性表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分子量为1000～1500Da，所述壳聚糖的分子量为80～2000KDa。
6.根据权利要求1所述的纳米纤维膜杀菌液，其特征在于，在静电纺丝过程中，采用的电压为10～15KV，溶液流速为0.3～0.5mL/h，针头到接收板的距离为13～16cm，针头的内径为0.05～0.06mm。
7.纳米纤维膜杀菌液的使用方法，其特征在于，将如权利要求1～6中任意一项所述的纳米纤维膜杀菌液，按照100～200μL/cm2的用量涂抹于待涂覆的样本表面，随后将其在无菌环境中，在20～25℃下放置2～4h。
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