CN115353655A - 一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法，采用蛋清蛋白为主要原料，加入甘油、纤维素纳米晶、纳米甲壳素先制备蛋清蛋白/纳米纤维素基涂料，然后将纤维素纳米晶替换为甲壳素纳米晶制备蛋清蛋白/纳米甲壳素基纳米涂料，利用纳米纤维素的正电性及纳米甲壳素的负电性，两者协同作用，通过逐层喷涂的方法，成功制备了可食性抑菌复合薄膜材料，具有较好的阻隔性和抑菌性能，用于果蔬的保鲜，延长果蔬的货架期，减少其浪费，且本发明制备过程简单，安全，绿色，可用于大规模生产。

Description

一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法与应用
技术领域：
本发明涉及食品保鲜包装材料技术领域，具体涉及一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法与应用。
背景技术：
目前据统计，每年约有40％-50％的果蔬因保鲜技术较低而浪费。微生物污染和营养物质氧化是导致果蔬腐烂的主要因素，通过控制这些因素，开发天然可食性抑菌保鲜材料是研究的热点。
蛋清蛋白含有丰富的蛋白质且成膜性较好，是制备可食保鲜抑菌包装材料的较好选择。然而，单一的材料很难满足果蔬保鲜的多项要求。纳米纤维素是自然界含量丰富的多糖聚合物，具有较好的机械性能和气体阻隔性。此外，纳米甲壳素含量丰富，具有优良的阻隔性能，常用作阻隔材料用于药品、食品及电子产品类包装材料的制备。
发明内容：
本发明的目的是提供一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法与应用，采用蛋清蛋白为主要原料，加入甘油、纤维素纳米晶、纳米甲壳素先制备蛋清蛋白/纳米纤维素基涂料，然后将纤维素纳米晶替换为甲壳素纳米晶制备蛋清蛋白/纳米甲壳素基纳米涂料，两者先后逐层喷涂在四氟乙烯板上，制备复合薄膜，易操作，安全，绿色，此多层复合薄膜具有协同效应，比单独蛋清蛋白/纳米纤维素基和蛋清蛋白/纳米甲壳素基薄膜材料具有较好的阻隔性和抑菌性能，用于果蔬的保鲜，延长果蔬的货架期，减少其浪费。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：将蛋清蛋白粉分散于去离子水中，加入甘油，调节pH至9-10，继续搅拌至混合均匀得到蛋清蛋白溶液；将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散，然后加入到蛋清蛋白溶液，得到纤维素纳米晶分散液；将抗氧化剂香芹酚溶解于去离子水中，完全溶解后加入到纤维素纳米晶分散液中，继续搅拌，静置1.5-2.5h，超声脱气，得到制备好的蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
2)制备蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：参考步骤1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，区别在于将纤维素纳米晶替换成甲壳素纳米晶；
3)取蛋清蛋白/纳米纤维素/香芹酚复合抑菌涂料和蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，两者体积比为1:1，先后逐层喷涂在四氟乙烯板上，制备双层以上复合薄膜。
优选地，蛋清蛋白的质量浓度为0.1-10wt％，更优选为0.1-5wt％；
优选地，纳米纤维素的质量浓度为1-5wt％，更优选为1-3wt％；
优选地，甲壳素纳米晶的质量浓度为1-5wt％，更优选为1-3wt％；
优选地，香芹酚与无水乙醇的质量体积比为2g:5mL。
蛋清蛋白、纤维素纳米晶或甲壳素纳米晶、香芹酚的质量比为5-30：1-5：1-3。
本发明还保护上述制备方法得到的可食性抑菌复合薄膜的应用，安全性高，具有较好的抑菌性，并可应用于果蔬保鲜领域。
本发明的有益效果如下：
1)所用原料蛋清蛋白，可生物降解、无毒害、可食用、具有较好的成膜性且成本低。
2)加入纤维素纳米晶、纳米甲壳素和甘油，能够增强涂层的阻隔性和机械性能，香芹酚用于增强薄膜的抗菌性，防止微生物的污染，制备的多层复合薄膜具有较好的抑菌性。
3)利用纳米纤维素的正电性及纳米甲壳素的负电性，通过逐层喷涂的方法，成功制备了可食性抑菌复合薄膜材料，制备过程简单，易操作、安全，绿色，具有明显的优势，可用于大规模生产，蛋清蛋白/纳米纤维素基和蛋清蛋白/纳米甲壳素基薄膜材料协同作用，具有较好的阻隔性和抑菌性能，用于果蔬的保鲜，延长果蔬的货架期，减少其浪费。
总之，采用蛋清蛋白为主要原料，加入甘油、纤维素纳米晶、纳米甲壳素先制备蛋清蛋白/纳米纤维素基涂料，然后将纤维素纳米晶替换为甲壳素纳米晶制备蛋清蛋白/纳米甲壳素基纳米涂料，利用纳米纤维素的正电性及纳米甲壳素的负电性，两者协同作用，通过逐层喷涂的方法，成功制备了可食性抑菌复合薄膜材料，具有较好的阻隔性和抑菌性能，用于果蔬的保鲜，延长果蔬的货架期，减少其浪费，且本发明制备过程简单，安全，绿色，可用于大规模生产。
附图说明：
图1为实施例1，2，3，4复合薄膜材料的水蒸气阻隔性对比图；
图2为实施例1，2，3，4复合薄膜材料的氧气阻隔性能对比图；
图3为实施例1复合薄膜材料的细胞毒性图；
图4为实施例2复合薄膜材料的细胞毒性图；
图5为实施例3复合薄膜材料的细胞毒性图；
图6为实施例4复合薄膜材料的细胞毒性图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：可食性抑菌薄膜复合材料的制备方法
该方法包括以下步骤：
1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：将蛋清蛋白粉分散于去离子水中，加入甘油，调节pH至10，继续搅拌至混合均匀得到蛋清蛋白溶液，蛋清蛋白的浓度为2.5wt％。将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散30min，纤维素纳米晶浓度为1.5wt％，加入到蛋清蛋白溶液中得到纤维素纳米晶分散液；蛋清蛋白、纤维素纳米晶的质量比为10：3。将抗氧化剂香芹酚以2g:5mL比例溶与无水乙醇中完全溶解后加入到纤维素纳米晶分散液中，继续搅拌，纤维素纳米晶与香芹酚的质量比为3：2。将制得的混合溶液在室温下静置2h，超声脱气30min，得到制备好的蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
2)制备蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：参考步骤1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，不同之处在于，将纤维素纳米晶换成甲壳素纳米晶，制备得到蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
3)取等体积蛋清蛋白/纳米纤维素/香芹酚复合抑菌涂料和蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，先后倒在四氟乙烯板上，制备双层复合薄膜。
实施例2：可食性蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚抑菌薄膜材料的制备
参考实施例1，不同之处在于，没有蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料
1)蛋清蛋白溶液的制备：将蛋清蛋白粉分散于去离子水中，加入甘油，调节pH至10，继续搅拌至混合均匀，蛋清蛋白的浓度为2.5wt％；
2)纤维素纳米晶分散液的制备：将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散30min，得到纤维素纳米晶浓度为1.5wt％，加入步骤1)中的混合溶液中；蛋清蛋白、纤维素纳米晶的质量比为10：3。
3)将抗氧化剂香芹酚以2g:5mL)比例溶与无水乙醇中完全溶解后加入到步骤2)的混合溶液中，继续搅拌；纤维素纳米晶与香芹酚的质量比为3：2。
4)超声脱气：将步骤3)制得的混合溶液在室温下静置2h，超声脱气30min，得到制备好的蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
5)取蛋清蛋白/纳米纤维素/香芹酚复合抑菌涂料，喷涂在四氟乙烯板上，制备抑菌薄膜。
实施例3：可食性蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚抑菌薄膜的制备方法
参考实施例1，不同之处在于，没有蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料。
该方法包括以下步骤：
1)蛋清蛋白溶液的制备：将蛋清蛋白粉分散于去离子水中，加入甘油，调节pH至10，继续搅拌至混合均匀，蛋清蛋白的浓度为2.5wt％。
2)甲壳素纳米晶分散液的制备：将甲壳素纳米晶分散到去离子水中，超声分散30min，得到纤维素纳米晶浓度为1.5wt％，加入步骤1)中的混合溶液中；蛋清蛋白、甲壳素纳米晶的质量比为10：3。
3)将抗氧化剂香芹酚以2g:5mL比例溶与无水乙醇中完全溶解后加入到步骤2)的混合溶液中，继续搅拌；甲壳素纳米晶与香芹酚的质量比为3：2。
4)超声脱气：将步骤3)制得的混合溶液在室温下静置2h，超声脱气30min，得到制备好的蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
5)取蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，倒在四氟乙烯板上，制备抑菌薄膜。
实施例4：可食性复合抑菌薄膜材料的制备方法
参考实施例1，不同之处在于，没有蛋清蛋白和抗氧化剂。
该方法包括以下步骤：
1)纤维素纳米晶分散液的制备，将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散30min，得到纤维素纳米晶浓度为1.5wt％；
2)甲壳素纳米晶分散液的制备，将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散30min，得到纤维素纳米晶浓度为1.5wt％；
3)分别取纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶以(1:1，v/v)比例，先后喷涂在四氟乙烯板上，制备双层复合薄膜材料。
实施例5：性能测试
对实施例1-4制备的薄膜进行性能测试。
1、水蒸气透过率测试
将薄膜切成直径为6-7cm的圆片，然后紧密安装在装有干燥无水CaCl2的小瓶杯(直径5cm)上。将薄膜覆盖在小瓶的顶部并用蜡固定。将杯子放入装有饱和溶液(RH 75％)的储存箱中，温度为25±1℃，然后24h后称量杯子的质量。测试结果如图1所示。
其中薄膜的WVP计算如下：
WVP＝w/t×(l/A·ΔP)
w/t为质量和时间的线性回归，l是薄膜的厚度，A是薄膜的面积，ΔP是在25℃时通过薄膜的分压差(3169Pa)。
2、氧气透过率的测试
采用自动透氧仪进行测试。结果如图2所示。
3、细胞毒性测试
1)收集对数期的Hepg2细胞，进行细胞计数，调整细胞悬液浓度，铺板使待测细胞至0.5×104个/孔，每孔100μL细胞悬液；5％CO2，37℃，培养24h；
2)然后，移除旧的培养基，每孔加入200μL的含材料的培养基，5％CO2，37℃，继续培养24h；
3)每孔加入20μL MTT溶液(终浓度0.5mg.mL-1)，继续培养4h，移去培养基和MTT溶液，加入150μL二甲基亚砜，震荡10min。
4)用酶标仪测量570nm处的吸光值。选用未经任何处理的细胞作为对照组、并将对照组细胞的存活率定为100％，故实验组Hepg2细胞的存活率＝OD实验组/OD对照。测试结果如图3-6所示。
3、抑菌性测试
采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模拟菌，分别取0.1mL稀释到107cfu/mL的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液分别加入到无菌琼脂培养基，使其充分混匀，将直径10mm的抑菌薄膜圆片平铺于培养基表面，检测薄膜的抑菌效果，37C下培养24h，观察记录薄膜抑菌圈直径。结果如表1.
表1
Figure BDA0003805010310000071
实施例1与实施例2-4对比可知，蛋清蛋白/纳米纤维素基和蛋清蛋白/纳米甲壳素基薄膜材料协同作用，具有较好的阻隔性和抑菌性能，用于果蔬的保鲜，延长果蔬的货架期，减少其浪费。

Claims (10)

1.一种可食抑菌薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：将蛋清蛋白粉分散于去离子水中，加入甘油，调节pH至9-10，继续搅拌至混合均匀得到蛋清蛋白溶液；将纤维素纳米晶分散到去离子水中，超声分散，然后加入到蛋清蛋白溶液，得到纤维素纳米晶分散液；将抗氧化剂香芹酚溶解于去离子水中，完全溶解后加入到纤维素纳米晶分散液中，继续搅拌，静置1.5-2.5h，超声脱气，得到制备好的蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料；
2)制备蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料：参考步骤1)制备蛋清蛋白/纤维素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，区别在于将纤维素纳米晶替换成甲壳素纳米晶；
3)取蛋清蛋白/纳米纤维素/香芹酚复合抑菌涂料和蛋清蛋白/甲壳素纳米晶/香芹酚复合抑菌涂料，两者体积比为1:1，先后逐层喷涂在四氟乙烯板上，制备两层以上复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蛋清蛋白的质量浓度为0.1-10wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蛋清蛋白的质量浓度0.1-5wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纳米纤维素的质量浓度为1-5wt％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纳米纤维素的的质量浓度为1-3wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，甲壳素纳米晶的质量浓度为1-5wt％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，甲壳素纳米晶的质量浓度为1-3wt％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，香芹酚与无水乙醇的质量体积比为2g:5mL。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蛋清蛋白、纤维素纳米晶、香芹酚的质量比为5-30：1-5：1-3；蛋清蛋白、甲壳素纳米晶、香芹酚的质量比为5-30：1-5：1-3。
10.权利要求1-9任意一项方法得到的可食性抑菌复合薄膜的应用，其特征在于，应用于果蔬保鲜。
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