本发明属于保鲜膜技术领域，具体涉及一种聚乙烯保鲜膜及其制备方法和应用。
背景技术：
在聚合物包装材料的应用中，聚乙烯(pe)膜由于其具有耐化学性，高冲击强度，优良的力学性能，能大量供应和低成本而被广泛使用。尽管具有这些突出特点，但pe膜本身不具有抗菌性。为此，为了研究制备抗菌pe膜的有效方法，许多学者进行了广泛的研究。抗菌包装的方法可以分为两种类型。首先可以通过将抗微生物剂并入和固定到聚合物膜中而实现，而其它则是通过表面改性和表面涂层来实现。通过第一种方法，可以使用几种抗菌剂，如山梨酸酐、和乳酸链菌在制造成膜之前已经被引入pe聚乙烯当中。然而，通过该方法制备pe膜由于受到高温挤出成膜期间抗微生物剂的热稳定性或者与聚合物不相容的限制。因此，表面改性和涂布技术是更优选的，聚合物溶液涂层在将抗微生物分子附着在塑料膜上的稳定性和粘合性方面是最理想的方式。
壳聚糖由于其特有的属性如天然聚合物，无毒，成膜能力和生物降解能力而对研究人员非常有吸引力。壳聚糖应用的局限性主要体现在以下两点，首先，由于壳聚糖在高ph值下的溶解度差，其应用仅在酸性介质中有效；其次，与聚合物相比，壳聚糖膜的唯一缺点是机械性能差。因此，壳聚糖可涂在塑料薄膜上用以改善机械性能并增强抗菌活性。然而，在壳聚糖涂布的物质中，壳聚糖涂布的pe膜的研究数量有限。因为pe是仅由碳和氢组成的烃的长链脂肪族链，因此pe表面是非极性的，缺乏活性官能团。结果，难以将pe用于涉及粘合的应用，例如印刷和涂布。
纳米二氧化钛安全性较高，性质稳定，催化活性高，易制备成透明薄膜附着在其他载体上，是最具有代表性的光催化性抗菌材料，tio2是目前研究最为活跃的无机纳米材料，将tio2引入壳聚糖制备双效杀菌材料已引起极大关注。但目前如何将tio2引入壳聚糖以及pe薄膜上还是一个难题。
层层自组装技术是decher等在1991年提出的由带有正、负电荷的两种聚电解质通过交替静电吸附作用形成多层平面膜。层层自组装利用这种交替沉积技术，具有可成膜、物质丰富、简单通用、产物有序性高等优点，可通过实验条件的调节控制薄膜的生成，易于实现多功能纳米组装薄膜和表面修饰。
目前，现有技术中还没有采用层层自组装技术将tio2、壳聚糖等引入pe薄膜上并获得良好抗菌效果的研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种聚乙烯保鲜膜，该聚乙烯保鲜膜具有很好的抗菌效果。
本发明的目的还在于提供上述聚乙烯保鲜膜的制备方法，该方法采用层层自组装技术。
本发明的第三个目的在于提供上述聚乙烯保鲜膜在制备具有抗菌效果的包装材料中的应用以及在冷鲜肉保鲜中的应用。
本发明的上述第一个目的是通过如下技术方案来实现的：一种聚乙烯保鲜膜，由聚乙烯膜、丙烯酸膜和至少一层二氧化钛-壳聚糖复合膜组成。
进一步的，所述聚乙烯保鲜膜从外层到内层依次由聚乙烯膜、丙烯酸膜和至少一层二氧化钛-壳聚糖复合膜组成。
优选的，本发明所述的聚乙烯膜为电晕聚乙烯膜。
电晕聚乙烯(pe)膜，跟一般的聚乙烯(pe)膜相比，有更强的极性，能够与更多的物质发生化学作用。大多数塑料薄膜(如聚烃薄膜)属非极性聚合物，表面张力较低，一般在29-30mn/m。电晕处理薄膜尤其是聚乙烯薄膜时，空气电离后产生的各种离子在强电场的作用下，加速并冲击处理装置内的塑料薄膜，使塑料分子的化学键断裂而降解，可以增加表面粗糙度和表面积，放电时还会产生大量的臭氧，能使塑料分子氧化，产生羰基与过氧化物等极性较强的基团，从而提高了其表面能。
优选的，本发明所述的丙烯酸膜为食品级水性丙烯酸膜。
与非水性丙烯酸膜相比，水性丙烯酸膜具有配方灵活，耐水性好，基材附着力好，耐老化性优异，耐酸碱性佳等优点。
优选的，本发明所述的二氧化钛-壳聚糖复合膜的层数为三层。
不同层数的二氧化钛-壳聚糖复合膜涂布pe膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果不同，抑菌圈越大表示抑菌作用越强，结果表明，随着二氧化钛-壳聚糖复合膜涂布的层数增加，对两种菌的协同抑菌作用越强，二氧化钛-壳聚糖复合膜涂布层数为三层时抑菌作用最强。
优选的，本发明所述聚乙烯膜的厚度为15～25μm，所述丙烯酸膜的厚度为1～10μm，所述二氧化钛-壳聚糖复合膜的厚度为5～20μm。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：上述聚乙烯保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备壳聚糖溶液：选取壳聚糖，溶于乙酸水溶液中，磁力搅拌后，得到壳聚糖溶液；
(2)制备二氧化钛溶液：选取二氧化钛，加入水中，超声振动后，制得二氧化钛溶液；
(3)制备二氧化钛-壳聚糖复合溶液：将步骤(1)中的壳聚糖溶液和步骤(2)中的二氧化钛溶液按比例混合，制得二氧化钛-壳聚糖复合溶液；
(4)层层自组装制备聚乙烯保鲜膜：选取聚乙烯膜，先在所述聚乙烯膜上涂布丙烯酸乳液，干燥后再涂布至少一层步骤(3)中的二氧化钛-壳聚糖复合溶液，干燥后即制得聚乙烯保鲜膜。
在该聚乙烯保鲜膜的制备方法中：
步骤(1)中所述的壳聚糖与所述乙酸水溶液的质量体积比优选为0.05g～0.2g：10～20ml，其中乙酸水溶液的质量百分含量优选为0.5～2％。
步骤(1)中磁力搅拌的转速优选为800～1000rpm，搅拌时间优选为1～2h。
步骤(2)中所述二氧化钛溶液的质量百分含量优选为1～5％。
步骤(3)中所述壳聚糖溶液与二氧化钛溶液的体积比优选为1：2～6，更佳为1：3。
步骤(4)中所述的丙烯酸乳液优选为水性丙烯酸乳液。
步骤(4)中干燥后优选再涂布三层步骤(3)中的二氧化钛-壳聚糖复合溶液。
本发明利用层层自组装方法来制备聚乙烯保鲜膜，具有可成膜、物质丰富、简单通用、产物有序性高等优点，可通过实验条件的调节控制薄膜的生成，易于实现多功能纳米组装薄膜和表面修饰。
本发明在制备多层膜时，通过控制溶液的浓度、组装次数等参数可以控制膜的结构和厚度，并较好地调控薄膜的成分、结构及形貌和功能。另外，由于静电作用的非特异性，使得具有不同功能性的物质得以在膜上添加进而发挥其特异性的作用。
本发明进一步通过原子力显微镜(afm)，傅里叶变换红外光谱(ftir)评估丙烯酸的涂布处理对聚乙烯膜表面性能的影响，通过测定丙烯酸处理的聚乙烯膜的水接触角，确定膜的亲水性。通过凯氏定氮法测定沉积在膜上的壳聚糖的量，通过核磁共振的持水性和菌落总数来评价该膜在冷鲜肉中的应用效果。
本发明的上述第三个目的是通过以下技术方案来实现的：上述聚乙烯保鲜膜在制备具有抗菌功效的包装材料中的应用以及在冷鲜肉保鲜中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明中的聚乙烯保鲜膜，由聚乙烯膜、丙烯酸膜和至少一层二氧化钛-壳聚糖复合膜组成，其中，在聚乙烯膜表面涂布丙烯酸膜可以显著改变聚乙烯膜的表面形态，涂布了丙烯酸膜的电晕聚乙烯膜比起纯电晕聚乙烯膜的亲水性提高，在聚乙烯膜表面涂布丙烯酸膜使得聚乙烯膜的表面多了更多的活性亲水基团羟基-oh，而且，在聚乙烯膜的表面涂布水性丙烯酸膜可以增强壳聚糖和经paa处理过的聚乙烯膜之间的相互作用；
(2)本发明通过自组装这种交替沉积技术，制备的聚乙烯保鲜膜，具有可成膜、物质丰富、简单通用、产物有序性高等优点，可通过实验条件的调节控制薄膜的生成，易于实现多功能纳米组装薄膜和表面修饰；
(3)本发明通过将壳聚糖与二氧化钛复合膜在聚乙烯膜上的自组装膜的构建，这种更为优选的涂布技术，是聚合物溶液涂层将抗微生物分子附着在塑料膜上的稳定性和粘合性方面是最理想的方式，也符合活性抗菌包装的要求，即能在一定程度上满足目前社会上关于食品安全和质量方面的＂少处理、易处理、即食新鲜、食品交易全球化及集中化处理后的分配＂等要求。
附图说明
图1为本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，纯pe表面(左图)和涂布有paa的pe膜(右图)的afm图像；
图2是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，纯pe膜(左图)与paa-pe膜(右图)的接触角的比较；
图3是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，涂布有paa(a)和纯的pe膜的红外光谱pe膜(b)；
图4是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，用氨基黑10b染色12小时后获得的照相图像，其中(a)图为纯电晕pe膜，(b)图为涂布有2％壳聚糖的pe膜，以及(c)图为有paa处理过的壳聚糖涂布的pe膜；
图5是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，洗涤循环次数对沉积在pe膜上壳聚糖数量的影响(a图)和对浸没在不同壳聚糖浓度的未经处理和paa涂布处理过的pe膜上的涂布的壳聚糖的量的比较(b图)；
图6是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，不同比例的壳聚糖与二氧化钛的接触角比较；
图7是本发明聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析部分，pe-paa-cts/tio2膜(c)，pe-paa-cts膜(d)，pe-cts膜(e)，纯cts膜(f)的红外光谱比较；
图8是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，不同配比壳聚糖溶液和二氧化钛溶液对大肠杆菌的抑菌效果，a代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为80μl：0μl、b代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为60μl：20μl、c代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为40μl：40μl、d代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为20μl：60μl、e代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为0μl：80μl；
图9是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，不同配比壳聚糖溶液和二氧化钛溶液对金黄色葡萄球菌的抑菌效果，a代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为80μl：0μl、b代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为60μl：20μl、c代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为40μl：40μl、d代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为20μl：60μl、e代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为0μl：80μl；
图10是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，五组抑菌实验所对应的抑菌直径，a代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为80μl：0μl、b代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为60μl：20μl、c代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为40μl：40μl、d代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为20μl：60μl、e代表壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为0μl：80μl；
图11是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，涂布不同层的pe膜对包被大肠杆菌的抗真菌作用，其中a1为pe膜、b1为涂布了一层壳聚糖/二氧化钛的pe膜、c1为涂布了两层壳聚糖/二氧化钛的pe膜、d1为涂布了三层壳聚糖/二氧化钛的pe膜；
图12是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，不同层涂布的pe膜对金黄色葡萄球菌的抗真菌作用，其中a2为pe膜、b2为涂布了一层壳聚糖/二氧化钛的pe膜、c2为涂布了两层壳聚糖/二氧化钛的pe膜、d2为涂布了三层壳聚糖/二氧化钛的pe膜；
图13是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，4℃下pe膜和pe-paa-cts/tio2膜包装猪肉的菌落总数；
图14是本发明聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析部分，4℃下pe膜(a)和pe-paa-cts/tio2膜(b)包装猪肉的核磁共振弛豫时间t2的曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围如各膜厚度、各溶液浓度、磁力搅拌速度等不局限于实施例所举。
(一)、聚乙烯保鲜膜及其制备方法
实施例1
本实施例提供的聚乙烯保鲜膜，该聚乙烯保鲜膜由聚乙烯膜、丙烯酸膜和至少一层二氧化钛-壳聚糖复合膜组成。
其中聚乙烯膜为电晕处理过的聚乙烯膜。
丙烯酸膜为水性丙烯酸膜。
该聚乙烯保鲜膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取0.2g壳聚糖(曲阜市赛德生物科技有限公司，但不局限于该公司)溶入浓度(质量百分含量)为2％(10ml)的醋酸溶液中(用蒸馏水溶解)，然后在磁力搅拌器中搅拌1小时(磁力搅拌的转速为800～1000rpm)，配制成10ml浓度为2％(w/v)的壳聚糖溶液；
(2)用移液器量取2ml二氧化钛原液(日本某公司，但不局限于该公司)溶入8ml蒸馏水中，同时30℃超声波振动20min，配制成10ml二氧化钛溶液，其中二氧化钛溶液的质量百分含量为1～5％；
(3)为了使聚乙烯pe膜具有亲水性和化学反应性，所用的聚乙烯pe膜是电晕处理过的pe膜(信安包装有限公司，但不局限该公司)，将电晕处理过的聚乙烯pe膜平整地铺在涂布机的玻璃上，先用丙酮和乙醇依次擦拭，再分为三组，第一组为只涂布了壳聚糖的pe膜，第二组为先涂布一层水性丙烯酸树脂(市售产品)的paa再涂壳聚糖的pe膜，第三组为涂布了丙烯酸paa再涂上一层二氧化钛-壳聚糖复合溶液的聚乙烯膜。
由不同比例配成的二氧化钛/壳聚糖溶液的pe膜，体积比分别为壳聚糖cts：二氧化钛tio2为8：0、6：2、和0：8。
实施例2
与实施例1不同的是，步骤(3)中壳聚糖cts：二氧化钛tio2的体积比为8：0、4：4和0：8。
实施例3
与实施例2不同的是，步骤(3)中壳聚糖cts：二氧化钛tio2的体积比为8：0、2：6和0：8。
实施例4
与实施例1不同的是，壳聚糖cts：二氧化钛tio2的体积比为2：6时，在聚乙烯pe膜上涂覆二层壳聚糖和二氧化钛复合溶液以及三层壳聚糖和二氧化钛复合溶液与未涂覆壳聚糖和二氧化钛复合溶液、以及涂覆一层壳聚糖和二氧化钛复合溶液的对照。
实施例5
与实施例1不同的是，该聚乙烯保鲜膜从外层到内层依次由聚乙烯膜、丙烯酸膜和至少一层二氧化钛-壳聚糖复合膜组成，制备时，称取0.2g壳聚糖(曲阜市赛德生物科技有限公司，但不局限于该公司)溶入浓度(质量百分含量)为2％(20ml)的醋酸溶液中，二氧化钛溶液的质量百分含量为2％。
(二)聚乙烯保鲜膜的性能测试与结果分析
将实施例1-5制备的聚乙烯保鲜膜进行性能测试，结果如下：
一、性能测试：
afm测试是为了证明paa的涂布处理对pe膜的影响，首先，采用北京本原纳米仪器公司生产的cspm5500原子力显微镜对纯pe膜与涂布了paa的pe膜的表面粗糙度进行表征，评估在10μm×10μm图像上测量的均方根(rms)粗糙度和形貌曲线。再用衰减的全反射-傅里叶变换红外光谱仪观察未处理和处理过paa以及涂布了壳聚糖或壳聚糖/二氧化钛的膜的表面化学成分，使atr-ftir光谱波数范围为4000-1至650-1厘米，以4cm-1的分辨率进行64次扫描。
酰胺基黑10b染色试验是为了证实在pe膜上沉积的壳聚糖的存在。首先，将壳聚糖涂布的pe膜浸入0.01％w/v酰氨基黑10b水溶液中12小时。然后用蒸馏水洗涤膜以除去过量的染料，然后通过光学显微镜观察沉积的壳聚糖的分散和分布。
凯氏定氮法通过分析测定涂布在未处理和经paa处理过的pe膜上的壳聚糖的量。将具有6cm×6cm精确尺寸的膜放入消化瓶中。浓h2so4(5ml)和cuso4·5h2o随后将(0.05-0.1g)加入到消化烧瓶中，然后在加热套上加热2小时。加热后，通过目视观察颜色变成深黑色来指示膜的分解。然后5滴h2o2加入到分解的样品中，然后进一步加热直到溶液变得透明和无色。将所得溶液进行凯氏定氮法的蒸馏步骤。将二十毫升0.01mhcl水溶液加入锥形烧瓶(200毫升)中并置于冷凝器的末端。在封闭系统中通过蒸馏塔将naoh水溶液(40％w/v)加入到消化的样品中。将来自壳聚糖的铵离子通过流以氨气的形式蒸馏。使氨气通过捕获溶液(0.01mhcl水溶液)，在其中溶解，再次成为铵离子。最后，用标准溶液(0.01mnaoh水溶液)滴定来测定氨的量。
amountofchitosan(g)＝((v1m1-v2m2)/1000)×161.06g/molofchitosan
其中v1和v2分别为hcl溶液和naoh溶液，体积和中号1和中号2是在摩尔浓度的浓度分别hcl溶液和naoh溶液(m)，(v1m1-v2×m2＝消耗的hcl溶液的mmol＝mmol的氮气)。
接触角测定仪可用来证实膜是否亲水。将膜样品裁成2cm×2cm的正方形进行测定。注射器吸取适量超纯水，安装于测量仪的夹持器上，将膜样品放在测量仪载物台上，调节注射器上下控制旋钮，使一滴4μl的水滴滴落在膜表面，并在10s内冻结水滴的图像，计算接触角值，并用其均值表示接触角(°)。
二、结果与分析
2.1paa的涂布处理对pe膜表面形态的影响
2.1.1afm的测试结果
为了研究paa的涂布处理对pe膜表面形态的影响，使用afm观察来呈现三维表面视图。图1显示了涂布了paa的pe膜和纯pe表面的afm图像。显然，涂布了paa的处理显着改变了pe膜的表面形态。由图1可以看出，未处理的pe膜表面的大部分区域相当光滑，而在paa涂布处理过的pe膜的表面上有很多突出部分。此外，表面粗糙度的变化可以通过均方根(rms)粗糙度值来量化，该值是指兴趣区域内的峰和谷的平均尺寸。较低有效值数字表示平滑的表面。可从图1计算未处理的pe膜的均方根为26.35±7.39nm，有paa处理过的pe膜，该值增加至32.52±8.93nm。结果表明，涂布了paa去除了pe表面顶层而对pe表面产生强烈的冲击。这种现象可能与分子的物理或化学去除，链断裂和降解过程有关。
2.1.2接触角的测试结果
接触角(θ)是确定表面润湿性的变量。接触角即是在固、液、气三相交界点处，从固液界面经液体内部到气体界面的夹角，通常以θ来表示。采用上海梭伦信息科技有限公司制造的型号为sl200b型接触角仪。测试pe膜经paa处理前后表面的接触角。通常把θ>90°时称为不润湿(疏水)；θ<90°时称为润湿(亲水)，平衡接触角不存在或为0，则称为铺展。液滴在平坦表面上展开的趋势随着接触角的减小而增加。因此，高接触角表示不良润湿。由图2可以看出，纯pe膜表面的接触角为71°，涂布了paa的接触角为67°。接触角的角度变小了，即也表示涂布了paa的pe膜比起纯电晕pe亲水性提高了，这可能与paa涂布pe后使得pe表面多了亲水官能团，使得润湿现象也更明显了。
2.2paa的涂布处理对pe膜表面化学成分的影响
如图3所示，电晕pe膜在723cm-1左右有较强的吸收振动峰，为-ch2键，其他吸收振动峰，如1713cm-1处的酯基c＝o在伸缩振动，以及1238cm-1的酚羟基，1095cm-1处的醚键都有明显的伸缩振动，由于电晕处理过的pe膜表面带上了许多的活性基团，使得pe表面变得活泼，能与更多的活性基团接触。承印物表面附着力也增强了。而涂布过paa的pe膜在2000cm-1以后的吸收峰与pe膜基本一致，但在3571cm-1处和3365cm-1出现了新的宽吸收峰，分子间的氢键在伸缩振动，说明paa涂层处理使得pe膜的表面多了更多的活性亲水基团羟基-oh。这也能很好解释涂布了paa的pe膜比pe膜表面接触角降低，亲水性提高的现象。
2.3paa(丙烯酸)的涂布处理对壳聚糖表面涂层在pe膜上的影响
2.3.1amidoblack10b的染色结果
通过用amidoblack10b(ar，分析纯)0.01％w/v水溶液对pe膜进行染色来证实pe膜上的壳聚糖沉积以及paa对壳聚糖的强吸附性。酰胺基黑10b是可以与壳聚糖的氨基相互作用的阴离子染料。由于壳聚糖的带正电性，阴离子染料将选择性地被壳聚糖吸附，而不会吸附pe。
图4显示出了纯电晕膜，涂布了壳聚糖的pe膜，涂布paa再涂乙酸壳聚糖溶液的pe膜的照相图像。很明显，没有观察到纯pe膜和阴离子染料之间的特异性相互作用。而在pe上涂布壳聚糖，染色结果不明显，在膜边缘有些浅蓝色，中央部位几乎没有。另一方面，在先涂布了paa再进行壳聚糖涂布的pe膜上看到明显且均匀的蓝色，表明paa可以有效且均匀地吸附壳聚糖于表面。涂布了paa的壳聚糖pe染色出现是由于涂布的壳聚糖和染料分子之间的特异性相互作用的发生，证实了壳聚糖在涂布了paa的pe膜的成功涂布。
2.3.2洗涤结果
通过比较未处理过的pe膜和经paa涂布处理过的pe膜上的壳聚糖的量，测定paa的涂布处理对pe膜表面涂层的影响。通过将pe膜浸入具有不同壳聚糖浓度的壳聚糖乙酸酯溶液中，将未处理的和有paa涂布处理过的pe膜均涂布有壳聚糖。然后通过凯氏定氮法分析测定涂布在pe膜上的壳聚糖的量。在该步骤之前，在壳聚糖进行涂布之后进行适当数量的洗涤循环，以从膜表面除去松散结合和未结合的壳聚糖。在本发明中使用浸入2％乙酸壳聚糖溶液中的pe膜。
结果如图5所示，其中a图表示用凯氏定氮法表征的洗涤循环次数和沉积在pe膜上的壳聚糖的量之间的关系。发现沉积在pe膜上的壳聚糖的量随着洗涤循环次数的增加而稍微降低，洗涤三次后变得恒定。因此，将壳聚糖涂布的pe膜洗涤三次，然后测定涂布在pe膜上的壳聚糖的量。b图显示了在不同的壳聚糖浓度下浸渍的未处理和经paa涂布处理的pe膜上的涂布的壳聚糖的量的比较。对于未处理的pe膜，壳聚糖不能以任何壳聚糖浓度沉积在膜表面上。另一方面，涂布在paa处理过的pe膜上的壳聚糖的量随着壳聚糖浓度的增加而增加。这些结果表明，pe膜的paa涂布处理可以增强壳聚糖和经paa处理过的pe膜之间的相互作用。
2.4不同配比的壳聚糖与二氧化钛的接触角的对比
从图6可以看出，当只有壳聚糖或二氧化钛时，接触角的角度较大为60多度，亲水性不高，随着壳聚糖的比例降低，二氧化钛的比例提高，接触角的大小略有减小。说明壳聚糖二氧化钛比例为1：1的时候最亲水，为38°，说明涂膜的效果也比较好。
2.5paa涂布处理对壳聚糖与pe膜的化学影响
如图7显示了paa涂布处理过的纯壳聚糖，涂布了壳聚糖的pe膜，经paa涂布处理再涂布壳聚糖的pe膜，经paa涂布处理再涂布壳聚糖二氧化钛混合液的pe膜的atr-ftir光谱。从c,d,f可以看出，在覆盖3307～3365cm-1的范围的大带中观察到碳水化合物环的n-h和o-h拉伸的重叠。d与e对比可发现，d在2400cm-1出现羧酸二聚体的峰，能与壳聚糖的羟基发生更好的结合。f纯壳聚糖分别在1586cm-1处显示对应于酰胺基振动的特征吸收带，在3358cm-1处有特征峰，为酰胺键-nh3，在2920cm-1处有较强的吸收振动峰，为羟基-oh。另外，c为二氧化钛与壳聚糖的混合涂布使得在2000cm-1后只剩下1713cm-1处的酯基，以及1146cm-1处的酚羟基，说明二氧化钛壳聚糖溶液与paa之间应该有化学键的结合。
(三)聚乙烯保鲜膜的抗菌测试与结果分析
3.1抗菌活性试验结果
壳聚糖/二氧化钛的抗菌效果可用牛津杯法测量壳聚糖/二氧化钛的抗菌效果，以及用看涂布的层数对抗菌效果的影响。具体操作如下：称取牛肉膏2.5g，蛋白胨5g，氯化钠2.5g，琼脂粉10g，加入到500ml蒸馏水中，加热溶解并且用氢氧化钠调ph至7-7.2，配制成固体培养基备用。将经过高压蒸汽灭菌后的固体琼脂培养基轻轻振荡一下后，倒在培养皿内，每皿约20ml，置于超净工作台上等待凝固。本次抑菌实验一共10组，两种菌种各测五组数据，按壳聚糖(cts)溶液和二氧化钛溶液的不同配比分为a、b、c、d、e五组(如表1所示)来测试最佳抑菌配比，因此要贴好10个标签，方便后续操作。待固体培养基凝固后，用无菌移液枪吸取0.1ml浓度为10-1的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液于其表面，用无菌三角环将菌液均匀涂布在培养基的表面。在固体培养基的中间位置摆放牛津杯，一个培养皿中摆放一个，轻轻加压，使牛津杯和培养基接触无空隙。按表1的配比分别把待测液加入到牛津杯中，然后把培养皿放入37℃恒温培养箱中培养24h，最后测量抑菌圈直径和观察抑菌圈的大小。
表1壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的配比
图8所示为不同配比壳聚糖溶液和二氧化钛溶液对大肠杆菌的抑菌效果。抑菌圈越大，说明抑菌效果越好。结果表明d组的抑菌圈最大，即当壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的配比为1：3的时候对大肠杆菌的抑菌效果最佳。
图9所示为不同配比壳聚糖溶液和二氧化钛溶液对金黄色葡萄球菌的抑菌效果。抑菌圈越大，说明抑菌效果越好。结果表明d组的抑菌圈最大，即当壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的配比为1：3的时候对大肠杆菌的抑菌效果最佳。
图10所示为五组抑菌实验所对应的抑菌圈直径。抑菌圈的直径越大，说明抑菌效果越好。a组为单独壳聚糖，e组为单独二氧化钛，e组的抑菌直径比a组大，说明二氧化钛的抑菌性比壳聚糖高；b、c、d组是壳聚糖和二氧化钛协同作用，抑菌直径都比a组大，说明两者协同作用的抑菌性比单独壳聚糖高；其中d组的抑菌圈直径最大，说明当壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的配比为1：3的时候对两种菌的抑菌性都是最高。从图中结果还可以算出大肠杆菌组的平均抑菌直径比金黄色葡萄球菌组大，说明这两种溶液对大肠杆菌抑菌效果更佳。
3.2不同层涂布的pe膜的抗真菌作用
如图11～12所示，不同层数的混合成膜液涂布pe膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果，抑菌圈越大表示抑菌作用越强。结果表明，随着壳聚糖和二氧化钛的混合成膜液涂布的层数增加，对两种菌的协同抑菌作用越强，四组实验中混合成膜液涂布层数为三层时抑菌作用最强(壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的配比为1：3)。
壳聚糖抗菌活性的机理依赖于壳聚糖带正电的分子与细菌细胞膜带负电荷的分子之间的相互作用。具体来说，相互作用由质子化nh3+之间的静电力介导在细菌细胞膜的磷脂双层中的壳聚糖和磷酸酯基团。这种相互作用导致细胞膜的变形，从而破坏其功能，包括内部渗透平衡和细胞渗透性，导致细胞内电解质如钾离子和其他低分子量物质如核酸和葡萄糖的泄漏。结果，细菌的生长被抑制并最终导致细胞死亡。
3.3、pe-paa-cts/tio2抑菌膜在冷鲜肉中的应用
本研究以菌落总数、核磁共振为测定指标，将pe-paa-cts/tio2抗菌膜(壳聚糖溶液和二氧化钛溶液的体积比为1：3，层数为3时)应用在冷鲜肉上，测定其保鲜效果。
3.3.1实验方法
3.3.1.1冷鲜肉样品处理
用清水冲洗鲜猪肉表面，把水分沥干后均匀切成5g(用于核磁共振的测定)、25g(用于菌落总数的测定)的小块，然后分成两组。一组用pe膜包装；另一组用抗菌膜包装(含二氧化钛的壳聚糖层接触鲜猪肉表面)。分别将这两组包装好的鲜猪肉置于4℃冰箱里保存。在第1、3、5、7、9天测定其菌落总数，通过核磁共振仪测定其水分变化。
3.1.1.2菌落总数测定
取25g猪肉，按照gb4789.2-2016《食品安全国家标准菌落总数测定》规定的方法来测定。评价标准：小于104cfu/g为一级鲜度，在104cfu/g～106cfu/g之间为二级鲜度，大于106cfu/g为变质肉。
3.1.1.3核磁共振测定
基于核磁共振弛豫时间来反映水分的自由度，研究肉品的水分分布和变化。设置好硬脉冲cpmg序列的参数，取5g猪肉进行测定，测定结束后进入t2反演从而得出弛豫时间分布状况图。
3.3.2结果与讨论
3.3.2.1菌落总数结果分析
冷藏过程中猪肉的菌落总数可以反应出微生物对猪肉作用的程度，是判定猪肉质量的重要指标之一。
从图13中可以看出，在4℃冷藏条件下，用pe膜包装的猪肉在第5天时菌落总数在104cfu/g～106cfu/g之间，属于二级鲜度，第5天到第7天菌落总数上升非常快，到第7天时菌落总数达到107cfu/g，已经腐败变质，第9天时高于107cfu/g，有明显恶臭味；用抗菌膜包装的猪肉在第9天时菌落总数为106cfu/g，开始变质，说明pe-paa-cts/tio2膜能够延长猪肉保质期。
3.3.2.2核磁共振结果分析
冷藏过程中猪肉的水分变化可以通过核磁共振测出来，核磁共振的横向弛豫时间是研究持水性和水分分布的一种非常有效的方法。
图14中的a图和b图所对应的曲线a1、a3、a5、a7、a9和b1、b3、b5、b7、b9分别表示第1、3、5、7、9天pe膜和pe-paa-cts/tio2膜包装猪肉的核磁共振曲线。图中可以看出两组曲线图都有四个峰，根据本试验样品的nmr弛豫时间和峰值的结果来看，弛豫时间t2的四个峰分别为t20、t21、t22、t23，可以认为t20、t21为与蛋白质等大分子结合的结合水；t22代表了肌肉中存在于肌原纤维及膜之间的不易流动水，占了肌肉中水分的绝大部分；t23代表了存在于细胞外间隙中能自由流动的水。t20、t21弛豫时间没有明显的规律，t22弛豫时间越长，则不易流动水向自由水转化的越多，保水性越差；t23弛豫时间越长，则自由水含量越高，保水性越差。四个峰的峰顶所对应的横坐标分别表示每种成分水的弛豫时间。
表24℃下pe膜(a)和pe-paa-cts/tio2膜(b)包装猪肉的弛豫时间t22、t23
从表2中可以看出，在4℃冷藏条件下，a组猪肉在第3、5、7天t23弛豫时间增加，表明不易流动水在向自由水转化，猪肉保水性下降，在第9天t22弛豫时间增加，表明自由水总量增加，猪肉保水性继续下降；b组猪肉在第5、9天t23弛豫时间增加，表明不易流动水在向自由水转化，猪肉保水性下降，在第5、7、9天t22弛豫时间增加，表明自由水总量增加，猪肉保水性继续下降。对比两组实验每天的弛豫时间，发现a组弛豫时间都比b组长，说明b组的保水性比较好，即用pe-paa-cts/tio2膜包装保鲜效果比较好。
在壳聚糖涂布pe膜之前，通过paa涂布处理增加pe膜的表面活性而成功地将壳聚糖涂布在pe膜上。通过paa的涂布处理对膜表面的改性，在pe膜表面上有效地增加了表面粗糙度和产生的含氧极性官能团(包括c＝o和-oh)。结果，膜保持着表面的亲水性，paa的涂布使得壳聚糖更好地吸附于pe表面，这是由于壳聚糖与paa的正负电吸附的结果，从而实现了pe膜上的壳聚糖的涂布。通过在水中洗涤壳聚糖涂布的pe膜三次，去除松散结合的壳聚糖后，测定涂布在pe膜上的壳聚糖的量。因此，只有在pe表面化学键合的壳聚糖保留在pe膜上。
本发明的研究结果表明，paa的涂布处理是提高壳聚糖和pe膜之间粘附的有效技术。壳聚糖涂布的电晕处理的pe膜对革兰氏阴性菌显示出强的抗菌活性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌，当质量百分含量为2％的二氧化钛溶液与质量体积百分含量为2％的壳聚糖的体积为3：1时，抗菌效果最好，涂膜效果好，亲水性高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。