本发明涉及塑料技术领域，具体而言涉及一种具有抗菌、抗氧化能力、机械强度高、可环境降解的可食性明胶复合膜及其制备方法。
背景技术：
食品等营养物质在储存过程中容易受到环境中微生物的污染，进而造成食品的变质和腐败。此外，环境中存在的紫外线和自由基也能够造成脂类等物质的氧化，破坏其口味，甚至产生一些致病、致癌的化学成分。因此，为了延长食品、药品等物质的保藏时间，研究开发具有较强紫外线吸收能力和较强抗菌、抗氧化能力的新型包装材料意义重大。
明胶是动物皮肤、骨、肌膜、肌魅等结缔组织中胶原的部分降解产物。由于明胶中含有大量芳香族氨基酸使其对紫外线具有较强的吸收能力，因此以明胶为原料制备的蛋白材料可以有效防止食品因紫外氧化而引起的腐败。但是，明胶作为一种蛋白质容易被微生物污染，此外明胶基材料的阻水性和机械强度差，不能满足市场应用的要求。因此，可以通过添加抗菌剂、抗氧化剂和交联改性的方法增强明胶材料的理化性能。姜黄素(curcumin)是姜科植物姜黄、莪术、郁金的块根或根茎提取精制得到的橘黄色结晶或粉末。姜黄素具有抗炎、抗菌、抗氧化、防癌、抗癌、抗动脉粥样硬化、降血脂等功效。由于姜黄素分子两端具有两个羟基，其在碱性条件下会发生电子云偏离的共轭效应，进而促使姜黄素的颜色由黄变红。因此，将姜黄素复合于明胶基质中可以制备具有优良抗菌和抗氧化性能的明胶基蛋白材料，与此同时该明胶基蛋白材料还具有环境ph值响应性。基于此，本发明将姜黄素引入到明胶膜材料中，实现明胶膜材料的抗菌和抗氧化的功能。此外，本发明选用的原材料均为可食和可环境降解的物质，符合绿色化学的理念。
技术实现要素：
传统的基于石油为原料制备的合成高分子塑料能够给我们的生活带来便利，但是其不可环境降解性造成了严重的白色污染。面对全球日趋严重的能源危机与环境污染，研究开发新型可环境降解的生物塑料具有重要的意义。本发明以明胶为原材料，通过添加天然活性物质姜黄素和交联改性的方法制备具有较强抗菌、抗氧化能力、可环境降解和高机械强度的可食性明胶复合膜，其具体制备方法如下：
(1)将姜黄素溶于乙醇与水体积比为(0.5~1):1的乙醇-水溶液中，配制质量浓度为0.04~1%的姜黄素溶液，然后将其与质量浓度为1~10%的增溶剂水溶液在25~60oc条件下共混并搅拌10~20min，之后超声处理5~20min，得到增溶处理的姜黄素溶液；
(2)配制质量浓度为5~15%的明胶水溶液，然后加入占明胶干重10~20%的增塑剂，室温下搅拌20~30min，之后将其与增溶处理的姜黄素溶液等体积共混，室温下搅拌20~30min，调节混合液的ph值为7~11后添加交联剂溶液，室温下继续搅拌10~30min，最后将其注入模具中在25~40oc条件下干燥24~48h即制备得到抗菌抗氧化的可食性明胶复合膜；
所述增溶剂为淀粉、氧化淀粉、环糊精、甲基-环糊精、羧甲基-环糊精和羟丙基-环糊精中的任意一种或几种混合物；
所述增塑剂为山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇和甘油中的任意一种或几种混合物；
所述交联剂为茶多酚、单宁酸、原花青素、京尼平、双醛黄原胶、双醛羧甲基纤维素、双醛淀粉、双醛海藻酸钠、双醛菊糖、双醛魔芋葡甘聚糖和双醛威兰胶的任意一种或几种混合物，其添加量为明胶干重的5~20%。
本发明与已有的明胶膜材料相比，具有如下优点：
(1)通过将姜黄素增溶后均匀引入到明胶基质中，不仅可以增强姜黄素的稳定性，而且可以使明胶材料具有良好抗菌性和较强抗氧化性能。
(2)本发明制备的明胶复合膜具有快速环境ph值响应性，其在不同ph值环境中能够及时显现出不同的颜色。
(3)本发明制备的明胶复合膜还具有可食性和可环境降解的特点，符合绿色化学的发展理念，其在医药及食品包装领域具有潜在的市场应用价值。
具体实施方式
下面给出本发明的4个实施例，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要指出的是，实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
将姜黄素溶于乙醇与水体积比为0.5:1的乙醇-水溶液中，配置质量浓度为0.5%的姜黄素溶液，然后将其与质量浓度为10%的淀粉在50oc条件下搅拌10min，之后超声处理10min，得到增容处理的姜黄素溶液；配置质量浓度为15%的明胶溶液，然后加入占明胶干重质量分数为10%的甘油，室温下搅拌20min后将其与增容处理的姜黄素溶液等体积共混，室温下搅拌30min，调节混合液的ph值为8后添加京尼平（占明胶干重的5%）溶液，室温下继续搅拌10min后将其注入模具中，最后将其在25oc条件下干燥48h即制备得到抗菌抗氧化的可食性明胶复合膜。
实施例2
将姜黄素溶于乙醇与水体积比为1:1的乙醇水溶液中，配置质量浓度为0.1%的姜黄素溶液，然后将其与质量浓度为8%的环糊精在35oc条件下搅拌20min，之后超声处理15min，得到增容处理的姜黄素溶液；配置质量浓度为10%的明胶溶液，然后加入占明胶干重质量分数为20%的甘油和麦芽糖醇，室温下搅拌20min后将其与增容处理的姜黄素溶液等体积共混，室温下搅拌25min，调节混合液的ph值为11后添加双醛菊糖和茶多酚（占明胶干重的10%）溶液，室温下继续搅拌20min后将其注入模具中，最后将其在40oc条件下干燥30h即制备得到抗菌抗氧化的可食性明胶复合膜。
实施例3
将姜黄素溶于乙醇与水体积比为0.8:1的乙醇水溶液中，配置质量浓度为0.06%的姜黄素溶液，然后将其与质量浓度为2%的羧甲基-环糊精在40oc条件下搅拌10min，之后超声处理20min，得到增容处理的姜黄素溶液；配置质量浓度为8%的明胶溶液，然后加入占明胶干重质量分数为15%的山梨糖醇，室温下搅拌25min后将其与增容处理的姜黄素溶液等体积共混，室温下搅拌20min，调节混合液的ph值为9后添加双醛黄原胶（占明胶干重的5%）溶液，室温下继续搅拌10min后将其注入模具中，最后将其在30oc条件下干燥48h即制备得到抗菌抗氧化的可食性明胶复合膜。
实施例4
将姜黄素溶于乙醇与水体积比为0.6:1的乙醇水溶液中，配置质量浓度为0.1%的姜黄素溶液，然后将其与质量浓度为6%的氧化淀粉在60oc条件下搅拌15min，之后超声处理15min，得到增容处理的姜黄素溶液；配置质量浓度为8%的明胶溶液，然后加入占明胶干重质量分数为18%的麦芽糖醇，室温下搅拌28min后将其与增容处理的姜黄素溶液等体积共混，室温下搅拌30min，调节混合液的ph值为10后添加茶多酚和双醛羧甲基纤维素（占明胶干重的15%）溶液，室温下继续搅拌10min后将其注入模具中，最后将其在35oc条件下干燥40h即制备得到抗菌抗氧化的可食性明胶复合膜。