CN113944007A - 食品防腐保鲜电纺纤维衬垫及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品保鲜材料技术领域，涉及一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫包括以下质量份的各材料：10～30份支撑材料、6～10份粘合剂、1～10份抗菌剂以及55～83份润湿剂；所述支撑材料是黑豆硒多肽或燕麦β‑葡聚糖，粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇；抗菌剂为柠檬精油、孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖；润湿剂为乙酸水溶液或乙醇水溶液。本发明具有安全无毒、比表面积大、制作简易的特点，且使用同轴静电纺丝的纺丝方式，制备的纤维衬垫分布均匀、机械性能良好、可再生且具备生物可降解性能，还具有良好防腐抑菌效果，能用于抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等有害菌生长。

Description

食品防腐保鲜电纺纤维衬垫及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于食品保鲜材料技术领域，涉及一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫及其制备方法和应用。
背景技术
果蔬的生产存在着极强的季节性、区域性、自身的易腐性，水果保鲜技术不成熟，致使果品每年因腐烂损耗率约20％～30％，损失高达上百亿元；冷鲜肉在储存一定时间后也会滋生细菌，这同广大消费者对果蔬的多样性及淡季调节的迫切性以及肉类储存长久性相矛盾，因此依靠先进的科学和技术尽可能长地保持天然品质特性、安全无污染的果蔬及冷鲜肉保鲜成为食品领域中一项重要的课题。
目前，应用较多的保鲜材料有防腐保鲜膜，虽然能实现食品保鲜，但是仍存在以下不足之处：(1)安全性方面：目前应用的化学保鲜剂对人体健康有一定程度的危害作用，甚至出现致癌致畸等毒性，因此，减少化学防腐剂的用量或寻找生物防腐剂成为食品工业面临的重要问题之一；(2)环保性方面：传统的食品保鲜膜主要以聚丙烯基塑料作为载体材料，结合抗菌物质，制备成保鲜膜，但抑菌效性和生物降解性较差。
除此之外，现有的还采用防腐保鲜剂进行食品保鲜。防腐保鲜剂是指在包装材料内部或表面添加抗菌物质，使材料自身具有抑制、延缓食品表面微生物生长繁殖作用的新型材料，它能有效地防止细菌交叉感染，因其抗菌周期与包装在使用期间同步，而食品中添加的抗菌剂，应与包装基材有良好的相容性，同时不可具有毒副作用或刺激性大，异味较大、明显影响食品品质。
随着技术的发展，研究者提出电纺纤维衬垫，是一类可附着在果蔬或冷鲜肉表面的片层状的纳米纤维膜，可根据需要加入不同抗菌剂，制成针对不同果蔬的防腐抑菌垫；但是，传统静电纺丝制备的纤维衬垫将一部分活性物质吸附在纤维膜表面，容易造成“突释”现象，不利于活性物质的缓释，导致无法对防腐保鲜的时间进行有效控制，因此，虽然电纺纤维衬垫已经成为一种趋势，但是目前的技术尚在持续发展中。
发明内容
针对现有食品保鲜存在的技术问题，本发明提供一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，具有安全无毒、制作简易的特点，且使用同轴静电纺丝的纺丝方式，制备的纤维衬垫分布均匀、缓释性和阻水性能优良，还具有良好防腐抑菌效果，能用于抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等有害菌生长。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，包括以下质量份的各材料：10～30份支撑材料、6～10份粘合剂、1～10份抗菌剂以及55～83份润湿剂；所述支撑材料是黑豆硒多肽或燕麦β-葡聚糖。
进一步的，食品防腐保鲜电纺纤维衬垫包括以下质量份的各材料：15份支撑材料、10份粘合剂、1～2份抗菌剂以及80份润湿剂。
进一步的，所述粘合剂的质量浓度为10％；所述润湿剂质量浓度为80％。
进一步的，所述粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
进一步的，所述抗菌剂为柠檬精油、孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖。
进一步的，所述润湿剂为乙酸水溶液或乙醇水溶液。
一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的制备方法，包括以下步骤：
1)根据权利要求6所述准备相应质量份的各个原料；
2)将上述支撑材料溶解于润湿剂中，温度40～50℃下搅拌，配制成得到混合溶液；
3)将步骤1)的粘合剂加入步骤2)的混合溶液中，在温度40～50℃条件下超声搅拌，制备成纺丝芯液(纺丝原液)；
4)将步骤1)的抗菌剂加入润湿剂中，配置成纺丝鞘液(抗菌液)；
5)取步骤3)的纺丝芯液和步骤4)的纺丝鞘液混合后，在电压为15～22kv，保持两极间距离15～20cm，温度30～35℃，湿度55～60％条件下进行同轴纺丝，收集得到均匀的纳米纤维；
6)步骤5)的纳米纤维在30～40℃下真空干燥12～24h，得到电纺纤维衬垫。
进一步的，所述步骤2)和步骤3)中，搅拌速度均为200～600r/min，搅拌时间均为5～8h。
进一步的，所述步骤3)中，超声功率为20kHz，超声时间210min。
一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫在作为抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌材料中的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过黑豆硒多肽、PVP(PVA)以及负载柠檬精油等抗菌剂，制备成具有比表面积大、分布均匀的特点；同时具有良好的抗氧化性、抑菌性、阻水及缓释作用的防腐保鲜纳米纤维衬垫，可以作为天然抗菌剂、抗氧化剂的载体。
2、本发明以黑豆硒多肽以及PVP(或PVA)作为纳米纤维衬垫的主要原料，由于其具备良好的成膜性能、高安全性，良好的生物相容性，因而制得的纤维衬垫分布均匀、安全无毒。
3、本发明使用的同轴静电纺丝的纺丝方式，同轴静电纺丝即是采用同轴喷丝部件替换普通纺丝针头进行纺丝的新型纺丝方式，将纺丝原液作为芯液，抗菌液为鞘液进行纺丝，得到的纤维比单轴纺丝的具有更好的活性物质包埋率。不仅使得纤维衬垫外部形貌特征更加均匀、光滑，通过静电纺丝技术包埋生物活性物质于纳米纤维中，具有缓释功能，使活性物质的功能发挥的更大，且该方法更好的包埋具有抗氧化活性的抗菌剂，使得衬垫的防腐保鲜效果更稳定；此外，静电纺丝技术属于非热加工，对于抗菌剂具有更好的保护作用，有利于抗菌剂更好的发挥其功效。
4、本发明制备的纳米纤维膜，能够为包装提供纳米级的反应空间，巨大的比表面积能够大幅提高感应物质的精度和速率，可作为新型活性包装用于果蔬、冷鲜肉保鲜领域，对指示菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)的抑菌率达到80％以上，具有很好的抑菌作用。
附图说明
图1为本发明制备的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫外观；
图2为本发明制备的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫微观结构；
图3为食品防腐保鲜电纺纤维衬垫对大肠杆菌的抑菌作用；
图4为食品防腐保鲜电纺纤维衬垫对金黄色葡萄球的抑菌作用；
图5为食品防腐保鲜电纺纤维衬垫与其他可食保鲜膜缓释性比较；
图6为食品防腐保鲜电纺纤维衬垫与其他可食保鲜膜水蒸气透过性比较。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
本发明提供的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫包括以下质量份的各材料：10～30份支撑材料、6～10份粘合剂、1～10份抗菌剂以及55～83份润湿剂。
本发明中，支撑材料是黑豆硒多肽或燕麦β-葡聚糖。
本发明中，粘合剂的质量浓度为10％。粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
本发明中，抗菌剂为柠檬精油、孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖。
本发明中，润湿剂浓度为质量80％。润湿剂为乙酸水溶液或乙醇水溶液。
本发明选取的原料具有以下特性和功能，具体如下：
黑豆硒多肽：是富硒黑豆蛋白质的酶解产物。黑豆硒蛋白是富硒黑豆中硒元素的主要存在形式。以黑豆硒蛋白为原料经碱性酶水解获得硒多肽，它比蛋白质结构简单。相对分子质量小，由氨基酸通过肽键连接而成。与蛋白质相比,多肽具有更好的抗氧化性、抑菌性，以及易消化性、吸收性等营养特性。
燕麦β-葡聚糖：是燕麦中的β-(1→3，1→4)葡聚糖的简称，是一种相对分子质量较小的短链葡聚糖。其功效有：(1)能够减少小肠对脂肪及胆固醇的吸收率，从而降低血清胆固醇，还可以减少小肠对碳水化合物的吸收，从而降低血浆胰岛素浓度，减弱对胆固醇及脂蛋白合成的刺激；(2)在小肠内与胆汁酸结合，增加了胆汁酸的排泄及胆汁酸的合成，从而加速胆固醇向胆汁酸的转化；(3)在结肠内通过微生物的发酵降解产生短链脂肪酸，抑制了胆固醇的合成。此外，燕麦β-葡聚糖对血液中的葡萄糖水平、激素反应、维生素及矿物质的生物效应有一定调节作用，对预防结肠癌有积极作用，食用后不易被人体消化吸收，可减缓血液中葡萄糖含量的增加，预防和控制肥胖症、糖尿病及心血管疾病；食用后能在胃中吸水膨胀，产生饱腹感，防止饮食过量；能促进肠管蠕动，在结肠处有渗透作用；在口腔内，燕麦β-葡聚糖不能被产生龋齿的细菌分解产酸而腐蚀珐琅质，具有防龋齿的作用。
聚乙烯基吡咯烷酮PVP：是一种非离子型高分子化合物，是一类被研究得最深、最广泛的精细化学品。已发展成为工业级、医药级、食品级3种规格，PVP作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性等，但其最具特色，因而受到人们重视的是其优异的溶解性能及生理相容性。PVP有优良的生理惰性，不参与人体新陈代谢，又具有优良的生物相容性，对皮肤、粘膜、眼等不形成任何刺激。目前在食品加工、化妆品、洗涤剂、高分子表面活性剂等方面取得广泛应用。
聚乙烯醇PVA：化学式为[C2H4O]n，外观是白色片状、絮状或粉末状固体，无味，溶于水(95℃以上)，微溶于二甲基亚砜。聚乙烯醇是重要的化工原料，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂、胶水等。而医药级聚乙烯醇，不同于化工级别聚乙烯醇，它是一种极安全的高分子有机物，对人体无毒，无副作用，具有良好的生物相容性，尤其在医疗中的如其水性凝胶在眼科、伤口敷料和人工关节方面的有广泛应用，同时在聚乙烯醇薄膜在药用膜，人工肾膜等方面也有使用。其安全性可以从用于伤口皮肤修复，和眼部滴眼液产品可见一斑。其中一些型号也常被用在化妆品中的面膜、洁面膏、化妆水及乳液中，是一种常用的安全性成膜剂。最新国际研究发现，聚乙烯醇可以用于造血干细胞的培养液，在此基础上有望大幅降低造血干细胞的培养成本，帮助治疗白血病等疾病。
柠檬精油：主要化学成分为松萜或蒎烯、莰烯、桧烯、月桂(香叶)烯、松油精、芳樟醇、红没药烯、柠檬油精、橙花醇和橙花醛。能改善循环系统功能(包括促进血液循环，以降低血压，止鼻血)、增强免疫系统，净化身体，改善消化系统功能，分解脂肪团，治疗消化不良和便秘。柠檬精油具有抚慰和缓解头疼和偏头疼的作用，通过综合身体内的酸性物质，对治疗关节炎和风湿病也有帮助；柠檬清新的香气，可以提神醒脑、振奋精神，缓解烦躁，净化空气。
孜然精油：是从香料孜然中提取出的天然油脂，主要成分为枯茗醛、藏花醛、2-亚甲基-6-甲基-3.5-庚二烯醛、α-丙基-苯甲醇和1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1，4-环己二烯；具有抗氧化活性，清除羟基自由基、DPPH自由基和抑制脂质过氧化物的活性，同时对细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌)、真菌(如酵母菌)等具有增殖抑制作用。
辣椒油：辣椒油是以辣椒籽为原料提取而来的天然油脂，通常可以采用传统的压榨法、有机溶剂法进行提取，现阶段也采用超声比辅助提取法、恒温搅拌提取法、超临界CO2萃取法等新型方法进行提取；具有抗氧化活性，及羟基自由基、超氧阴离子自由基和H2O2的清除活性；同时对酵母菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、普通变形杆菌有较好的抑制作用。
大蒜素：是从葱科葱属植物大蒜的鳞茎(大蒜头)中提取的一种有机硫化合物，也存在于洋葱和其他葱科植物中，学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯，化学式为C6H10OS2。固体剂为白色至浅黄色流动性粉末，液体剂为淡黄色到棕色挥发性油状液体，具有浓烈的大蒜气味，蒸馏时分解，水溶液放置形成油状沉淀，不溶于甘油、丙二醇等，可与乙醇、氯仿、醚、苯混合；对碱不稳定，对酸稳定；溶液遇热时很快失效。大蒜素有较强的抗菌作用，在极低浓度时即可抑制多种革兰氏阳性球菌和革兰氏阴性杆菌，对霉菌、病毒、原虫、蛲虫等也有抑制作用。对大肠杆菌、痢疾杆菌抑制效果明显。
茶多酚：是茶叶中多酚类物质的总称，主要成分为：黄烷酮类，花色素类，黄酮醇类和花白素类和酚酸及缩酚酸类6类化合物；其中以黄烷酮类(主要是儿茶素类化合物)最为重要，占茶多酚总量的60％～80％，其次是黄酮类，其他酚类物质含量比较少。可用作抗氧化剂、食品保鲜剂、食品保色剂、食品除臭剂、调整血脂，另外茶多酚是低密度脂蛋白氧化的强抑制剂，能有效地抑制LDL的氧化修饰；茶多酚作为一种广谱、强效、低毒的抗菌药已被世界上许多国家的学者所公认，它对普通放入致病菌，尤其是对肠道致病菌具有不同程度的抑制和杀伤作用，可抑制肿瘤细胞DNA的合成，进一步抑制肿瘤的生长和增殖。
壳聚糖：为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，壳聚糖具有生物降解性、细胞亲和性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等许多独特的性质，尤其是含有游离氨基的壳聚糖，是天然多糖中唯一的碱性多糖。该多糖具有优异的生物学功能并能进行化学修饰反应；加入乙醇、甲醇、丙酮等可延缓壳聚糖溶液黏度降低；当壳聚糖的浓度达到100μg/mL时，可表现出抗真菌性，且抗真菌性与壳聚糖颗粒的大小成反比；壳聚糖对大肠杆菌、荧光假单胞菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌等有良好的抑制作用，并且还能抑制鲜活食品的生理变化。壳聚糖天然无毒，适用于偏酸性及含蛋白质少的食品保鲜，遇高分子和离子性复合物可凝集。例如水果的防腐保鲜，用量为醋酸0.1％+壳聚糖0.05％-0.1％。
乙醇：在常温常压下是一种易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用，乙醇能与水以任意比互溶，能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶。乙醇分子中羟基的极性使得很多离子化合物可溶于乙醇中，非极性的烃基使得乙醇也可溶解一些非极性的物质，例如大多数香精油和很多增味剂、增色剂和医药试剂。
乙酸：乙酸中的乙酰基，是生物化学中所有生命的基础，它与辅酶A结合后，可成为碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心。乙酸与其它长链羧酸不同，它是由一些特定的细菌生产或分泌，可用作酸度调节剂、酸化剂、腌渍剂、增味剂、香料等。它也是很好的抗微生物剂和温和的抗菌剂。
由于各个原料具有以上的性能，本发明采用黑豆硒多肽或燕麦β-葡聚糖作为支撑材料，以聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇作为粘合剂，以柠檬精油、孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖作为抗菌剂，以乙酸水溶液或乙醇水溶液作为润湿剂，以特定的质量份配比，通过同轴静电纺丝的纺丝方式，制成的纤维衬垫具有更大的表面积，使得包埋在衬垫表面的抗菌剂能够快速释放，抑制细菌，从而到保鲜防腐的目的。
本发明中，选择的各材料均为市售原料且满足食品级要求，保证安全性。
本发明提供的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的制备方法是，将支撑材料溶解于润湿剂中，加热搅拌，配制成得到混合溶液；继续加入粘合剂和抗菌剂，经超声、加热搅拌，制备成纺丝溶液；将纺丝溶液置于一次性注射器，在电压15kv，两极间距离15cm，温度30℃，湿度55％下，收集得到均匀的纳米纤维；进一步经过真空干燥，得到电纺纤维衬垫。
具体的制备方法是：
1)准备相应质量份的各个原料；
2)将上述支撑材料溶解于润湿剂中，温度40～50℃下搅拌，配制成得到混合溶液；
3)将步骤1)的粘合剂加入步骤2)的混合溶液中，在温度40～50℃条件下超声搅拌，制备成纺丝芯液(纺丝原液)；
4)将步骤1)的抗菌剂加入润湿剂中，配置成纺丝鞘液(抗菌液)；
5)取步骤3)的纺丝芯液和步骤4)的纺丝鞘液混合后，形成纺丝溶液，并在电压15～22kv，保持两极间距离15～20cm，温度30～35℃，湿度55～60％条件下进行同轴纺丝，收集得到均匀的纳米纤维；
6)步骤5)的纳米纤维在30～40℃下真空干燥12～24h，得到电纺纤维衬垫。
在制备时，步骤2)和步骤3)中，搅拌速度均为200～600r/min，搅拌时间均为5～8h。
在制备时，步骤3)中，超声功率为20kHz，超声时间210min。采用超声的目的是，为了使得到的纤维衬垫直径更小，表面更加光滑。
经过本发明提供的原料以及制备方法，得到的纤维材料结构稳定，纤维直径小于300nm，具有缓释性好、抑菌的作用，可作为食品防腐保鲜材料用于抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
下面以几组具体的实施例说明本发明技术方案的优越性。
实施例1
本实施例提供食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，包括支撑材料、粘合剂、抗菌剂和润湿剂。
本实施例中，支撑材料采用黑豆硒多肽，粘合剂采用聚乙烯吡咯烷酮PVP，抗菌剂采用柠檬精油，润湿剂采用以乙醇水溶液。
本实施例中，各原料的质量份数为：黑豆硒多肽20份，聚乙烯吡咯烷酮PVP为6份，柠檬精油2份，乙醇水溶液为72份。
其中，乙醇水溶液的浓度为80％，即乙醇与水的比为80：20，聚乙烯吡咯烷酮PVP的浓度为10％。
本实施例中，食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的制备方法包括以下步骤：
1)根据实施例1提供的配比准备相应质量份的各个原料；
2)将上述支撑材料(黑豆硒多肽)溶解于润湿剂(乙醇水溶液)中，在温度45℃，以200r/min的速度搅拌5h，配制成得到混合溶液；
3)将步骤1)的粘合剂(PVP)加入步骤2)的混合溶液中，温度45℃条件下，以600r/min的速度超声搅拌5h，制备成纺丝芯液；
为了使得到的纤维衬垫直径更小，表面更加光滑，溶液采用了超声进行处理，功率20kHz；时间210min；
4)将步骤1)的抗菌剂(柠檬精油)加入润湿剂中，配置成纺丝鞘液；
5)取步骤3)的纺丝芯液和步骤4)的纺丝鞘液混合形成纺丝溶液，将纺丝溶液15mL置于一次性注射器内，在电压为15kv，保持两极间距离15cm，温度30℃、湿度55％下，同轴静电纺丝，在收集器上收集得到均匀的纳米纤维；
6)步骤5)的纳米纤维在30℃下真空干燥12h，得到电纺纤维衬垫。
实施例2～实施例8
实施例2～实施例8中，食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的原料以及配比参见表1。
表1实施例2～4提供的原料配比
支撑材料 粘合剂 抗菌剂 润湿剂
原料 黑豆硒多肽 PVP 柠檬精油 乙醇
实施例2 25 6 1 80
实施例3 30 10 2 80
实施例4 30 10 1 80
实施例5 10 8 6 53
实施例6 20 7 4 60
实施例7 15 9 8 70
实施例8 10 10 1 83
实施例2～实施例8提供的电纺纤维衬垫制备方法与实施例1相同。
上述实施例中，支撑材料可替换为燕麦β-葡聚糖，质量份数在10～30份范围内任意选择。
上述实施例中，粘合剂可替换为聚乙烯醇PVA，质量份数在6～10份范围内任意选择。
上述实施例中抗菌剂可替换为孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖，质量份数在1～10份份范围内任意选择。
上述实施例中，润湿剂可替换为乙酸水溶液，质量份数在55～83份范围内任意选择。
上述实施例中，在制备时，步骤2)和步骤3)中，温度在40～50℃范围内任意选择；搅拌速度在200～600r/min范围内任意选择，搅拌时间在5～8h范围内任意选择。
上述实施例中，在制备时，步骤5)的同轴纺丝条件是，电压在15～22kv范围内任意选择，两极间距离在15～20cm范围内任意选择，温度30～35℃范围内任意选择，湿度55～60％范围内任意选择。
上述实施例中，在制备时，步骤6)中干燥温度30～40℃范围内任意选择，时间12～24h范围内任意选择。
为了验证本发明的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫具有防腐保鲜的作用，进行以下试验验证。
试验1、黑豆硒多肽的添加量对食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的影响
选择黑豆硒多肽、PVP、柠檬精油和80％乙醇水溶液，其中，PVP质量份为10份，柠檬精油质量份为1份，乙醇水溶液质量份为80份，黑豆硒多肽质量份分别为10份、15份、20份、25份。按照实施例1的方法制备成四组不同黑豆硒多肽含量的电纺纤维衬垫。
扫描电子显微镜观察纤维衬垫微观结构：将纤维衬垫剪裁为直径约1cm大小的行形状后将其固定，进行1min的喷金处理后，采用日本SU8220扫描电子显微镜(Scanningelectron microscopy，SEM)观察其形貌。其工作条件是加速电压5.0kv，工作距离9.4mm，放大倍数1000倍。选定轮廓清晰的纤维，进行拍照。
然后对上述四组电纺纤维衬垫，观察其表面以及微观结构，结果参见表2。其中，当黑豆硒多肽添加量为15份时，其表观形态和微观结构结果参见图1、图2和表2。
表2黑豆硒多肽添加量对食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的影响
Figure BDA0003310759420000091
结合图1、图2和表2可以看出，当黑豆硒多肽用量较小时，纺丝液载体支撑不足，导致纺丝失败；当提高黑豆硒多肽在纺丝原液体系中的比例时，纺丝原液粘度提高，分子间链缠结程度加大，形成了稳定的射流，当体系中其他成分也确定好后，易得到均匀稳定的纤维；但粘度也不宜过大，当黑豆硒多肽用量较大时，粘度过大，容易造成流动性变差，堵塞针头，使得溶液的可纺性随之变差；故选用15～20份为最佳黑豆硒多肽的用量。
试验2、电纺纤维衬垫对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌作用
利用抑菌圈法分析抑菌作用。在无菌操作台中，用已灭菌的钢管在试验平板上打孔，用无菌牙签小心挑去培养基小块使其呈现圆孔，在酒精灯下每个小孔烤10秒左右进行火焰封底。分别取100μL活化后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌液，用以平板涂布，剪取直径6mm电纺衬垫放入平板中。将平板放置在在4℃条件下预扩散2h，之后于37℃下恒温培养24h，到培养时间后取出，用游标卡尺测量抑菌圈直径，其直径包括小孔直径，每个抑菌圈用十字交叉法测量2次，取其平均值，并记录数据。以直径6mm无菌纸片替代电纺纤维衬垫作为空白对照，平行试验三次，结果参见表3、图3和图4。
其抑菌率的计算公式为：
抑菌率(％)＝(处理样品抑菌圈直径-空白样品抑菌圈直径)/处理样品抑菌圈直径×100％
表3电纺纤维衬垫对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈
Figure BDA0003310759420000101
由参见图3、图4、表3及GB 15979-2002溶出性抗(抑)菌产品抑菌性能评价标准：抗菌纳米纤维膜浓度对指示菌的抑菌率达到80％以上时，说明有很好的抑菌作用；当抑菌率达到60％时，说明有较好的抑菌作用，可知食品防腐保鲜电纺纤维衬垫具对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有较好的抑制作用。
试验3、电纺纤维衬垫中抗菌剂的缓释性
以柠檬精油为例，结合标准曲线，利用GC-MS检测挥发性抗菌剂柠檬精油(峰面积)在常温下的缓释效果。
对照组：采用实施例1提供的原料配比，但是制备时不经过同轴电纺丝处理步骤
试验组：实施例1制备的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫
试验过程：分别测定第0、2、4、6、8、10天，食品防腐保鲜电纺纤维衬垫中柠檬精油的含量，计算其释放率，参见图5，其中：a表示不经过电纺；b表示电纺。
由图5看出，贮藏期间，抗菌剂精油的累积释放量逐渐增加，说明精油被其他成膜剂包裹后可逐渐释放到环境中。且经过电纺的处理，可显著延缓精油的释放率，延长抑菌剂工作时间，说明静电纺丝可延长抑菌剂释放，达到缓释效果。
试验4、水蒸气透过性(WVP)
采用重量法测定膜的水蒸气透过性，选用耐高温、耐腐蚀且带盖玻璃杯杯作为透湿杯，将研磨均匀的无水氯化钙平铺于透湿杯杯底，至杯口5mm处。
对照组：黑豆硒多肽质量份15份，PVP质量份为10份、柠檬精油质量份为1份和80％乙醇水溶液的质量份为80份；按照实施例1的方法制备，但是制备时不经过同轴电纺丝处理步骤；
试验组：黑豆硒多肽质量份15份，PVP质量份为10份、柠檬精油质量份为1份和80％乙醇水溶液的质量份为80份；按照实施例1的方法制备。
试验过程：选取表面光滑且无孔洞的纤维衬垫覆盖于杯口，并用预热的石蜡将杯口密封，待石蜡凝固后除去杯身及杯底的石蜡并称重。将密封透湿杯立即放入盛有蒸馏水的干燥器(相对湿度100％，相对湿度20℃，水蒸汽压为2.337k Pa)中，24h后再次称重，根据公式计算水蒸气透过性，每个样品重复三次取均值；结果参见图6；其中：a表示不经过电纺；b表示电纺。
WVP(g.mm/KPa.h.m2)＝Δmd/AtΔp
Δm为两次称重的质量差值，g；
d为膜的厚度，mm；
A为膜面积(杯口面积)，m2；
t为称重间隔时间，h；
ΔP为膜两端水蒸气压力差，KPa。
由图6可以看出，制作电纺纤维垫后，水蒸气透过性值是0.28g.mm/KPa.h.m2，透气性显著低于对照，说明电纺可增强膜的防水性能。

Claims (10)

1.一种食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，包括以下质量份的各材料：10～30份支撑材料、6～10份粘合剂、1～10份抗菌剂以及55～83份润湿剂；所述支撑材料是黑豆硒多肽或燕麦β-葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，包括以下质量份的各材料：15～20份支撑材料、10份粘合剂、1～2份抗菌剂以及80份润湿剂。
3.根据权利要求2所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，所述粘合剂的质量浓度为10％；所述润湿剂质量浓度为80％。
4.根据权利要求3所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，所述粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
5.根据权利要求4所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，所述抗菌剂为柠檬精油、孜然精油、辣椒油、大蒜素、茶多酚或壳聚糖。
6.根据权利要求5所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫，其特征在于，所述润湿剂为乙酸水溶液或乙醇水溶液。
7.一种如权利要求6所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)根据权利要求6所述准备相应质量份的各个原料；
2)将上述支撑材料溶解于润湿剂中，温度40～50℃下搅拌，配制成得到混合溶液；
3)将步骤1)的粘合剂加入步骤2)的混合溶液中，在温度40～50℃条件下超声搅拌，制备成纺丝芯液；
4)将步骤1)的抗菌剂加入润湿剂中，配置成纺丝鞘液；
5)取步骤3)的纺丝芯液和步骤4)的纺丝鞘液混合后，在电压为15～22kv，保持两极间距离15～20cm，温度30～35℃，湿度55～60％条件下进行同轴纺丝，收集得到均匀的纳米纤维；
6)步骤5)的纳米纤维在30～40℃下真空干燥12～24h，得到电纺纤维衬垫。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中，搅拌速度均为200～600r/min，搅拌时间均为5～8h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，超声功率为20kHz，超声时间210min。
10.一种如权利要求6所述的食品防腐保鲜电纺纤维衬垫在作为抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌材料中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114687075A (zh) * 2022-01-27 2022-07-01 华侨大学 一种保鲜膜及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101785760A (zh) * 2010-03-25 2010-07-28 东华大学 一种自组装壳聚糖载药纳米粒及其制备方法
CN102824641A (zh) * 2012-09-07 2012-12-19 东华大学 一种两相释药的多层载药纳米纤维垫及其制备方法
JP2014125699A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Kuraray Co Ltd 抗菌性ナノファイバー・シート、その製造方法およびフィルター
CN106668930A (zh) * 2016-11-24 2017-05-17 浙江大学 一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法
CN107620132A (zh) * 2016-07-13 2018-01-23 天津市职业大学 乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜及其制备方法
CN107858784A (zh) * 2017-06-30 2018-03-30 浙江工业大学 一种负载肉桂醛精油的抗菌活性包装膜的制备方法
CN112301542A (zh) * 2020-10-20 2021-02-02 福建农林大学 一种核壳型复合纳米纤维膜及其制备方法与应用
CN112796039A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 江苏大学 一种pH智能响应的控释抗菌包装纤维膜的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101785760A (zh) * 2010-03-25 2010-07-28 东华大学 一种自组装壳聚糖载药纳米粒及其制备方法
CN102824641A (zh) * 2012-09-07 2012-12-19 东华大学 一种两相释药的多层载药纳米纤维垫及其制备方法
JP2014125699A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Kuraray Co Ltd 抗菌性ナノファイバー・シート、その製造方法およびフィルター
CN107620132A (zh) * 2016-07-13 2018-01-23 天津市职业大学 乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜及其制备方法
CN106668930A (zh) * 2016-11-24 2017-05-17 浙江大学 一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法
CN107858784A (zh) * 2017-06-30 2018-03-30 浙江工业大学 一种负载肉桂醛精油的抗菌活性包装膜的制备方法
CN112301542A (zh) * 2020-10-20 2021-02-02 福建农林大学 一种核壳型复合纳米纤维膜及其制备方法与应用
CN112796039A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 江苏大学 一种pH智能响应的控释抗菌包装纤维膜的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李全宏: "《农副产品综合利用》", 30 September 2009, 中国农业大学出版社 *
王双慧 等: "燕麦β-葡聚糖、多酚及黄酮的抑菌活性研究", 《食品研究与开发》 *
邵彪 等: "黑豆中活性物质的研究进展", 《福建轻纺》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114687075A (zh) * 2022-01-27 2022-07-01 华侨大学 一种保鲜膜及其制备方法和应用

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