一种香茅醛/明胶抗菌纳米纤维膜及制备方法和用途与流程

本发明属于食品抗菌保鲜材料领域，具体涉及一种香茅醛/明胶抗菌纳米纤维膜的制备方法及用途。

背景技术：

香茅醛主要存在于香茅油和桉叶油中，具有刺激性芳香气味，抑菌能力较强，主要应用于香精香料领域，是一种天然无毒的食品添加剂。但香茅醛易挥发，对光、热、氧气等较为敏感，使用时味道刺鼻，因此利用率较低。国内关于提高香茅醛稳定性及利用率的专利申请极少。仅有中国专利cn110960431a申请公开了一种香茅醛的复合油脂微乳液及其制备方法。

静电纺丝是通过聚合物溶体或溶液在高压静电作用下进行喷射拉伸，当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成“泰勒锥”。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会克服液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出，最终在接收装置上形成无纺布式的纳米纤维的一种纺丝技术。利用静电纺丝技术制备出的纳米纤维直径小，比表面积大，在食品、医药、电子器件等诸多领域均有广泛应用。静电纺丝技术主要分为共混静电纺丝、乳液静电纺丝和同轴静电纺丝，其中乳液静电纺丝则可以在只具备单轴的条件下，通过乳化剂和静电场的双重作用将乳液拉伸为具有核壳结构的纳米纤维。现阶段在食品领域对纳米纤维的研究主要集中在将活性物质添加于纳米纤维中制备食品保鲜膜以抑制致病菌的生长。

国内有很多关于静电纺丝纳米纤维的专利申请。中国专利cn109056083a申请公开了一种可调控释放的肉桂醛精油脂质体抗菌双层膜的制备方法，但该方法制备工艺较为复杂，且脂质体稳定性不强，因此实用价值不大；中国专利cn103266424a申请公开了一种含植物源抗菌剂的纳米纤维复合膜及制备方法和应用，但该专利所述纳米纤维复合膜的制备工艺为共混静电纺丝工艺，所制备的纳米纤维不具备核壳结构，在控制释放植物源抗菌剂方面存在劣势。中国专利cn105968425a申请公开了一种茶树油三级纳米脂质体可食性抗菌复合膜的制备方法，但制备过程中采用了氯仿作为有机溶剂，不可避免会有溶剂残余，对人体具有一定毒害作用；另外也不易实现控制释放茶树油实现长效抗菌。但目前并没有关于负载香茅醛的纳米纤维的制备方法及其在抑菌方面的应用的研究。本发明基于乳液静电纺丝工艺，采用无毒无公害的香茅醛和明胶作为抗菌材料和纺丝基底材料，制备具有核壳结构的纳米纤维，由于核壳结构的存在，有望实现对香茅醛的控制释放；制备过程中不使用有机溶剂，且制备工艺简单，实用价值高。

将香茅醛通过静电纺丝包覆于纤维的核层中，制备成纳米纤维膜，提高香茅醛的稳定性，拓展香茅醛在食品抗菌保鲜领域的应用，具有较好的应用前景和市场价值。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种香茅醛/明胶抗菌纳米纤维膜及制备方法和用途，通过将一定含量的明胶溶于一定浓度的乙酸中，加入吐温80与大豆卵磷脂组成的复合乳化剂形成水相，混合搅拌后逐滴加入作为油相的载有香茅醛的玉米油，在搅拌均质和超声乳化的作用下形成“水包油”型乳液，然后通过静电纺丝技术得到抗菌纳米纤维膜。静电纺丝过程示意图和纳米纤维膜的结构示意图分别如图1和图2所示。

本发明由香茅醛、玉米油、明胶、吐温80、大豆卵磷脂制成抗菌纳米纤维膜，制备步骤如下：

首先将一定含量的明胶溶于一定浓度的乙酸中，加入一定比例的吐温80与大豆卵磷脂组成的复合乳化剂，磁力搅拌30min形成水相；向作为载体油的玉米油中加入一定体积的香茅醛，混合搅拌后形成油相，然后逐滴加入到水相中，依次搅拌均质、超声乳化形成“水包油”型乳液，超声脱气后形成纺丝液，取注射器吸取纺丝液进行静电纺丝，由平板收集法制成纳米纤维膜。

所述明胶在水相中的浓度为25％(w:v)，即1ml水相中含有0.25g明胶。

所述乙酸在水相中的体积百分浓度为40％。

所述吐温80与大豆卵磷脂的质量比例为2:1,所组成的复合乳化剂与油相的质量比例为2:7。

所述玉米油与香茅醛的体积比例3:2。

所述水相与油相的体积比例为9:1。

所述油相逐滴加入到水相的速率为1滴/s。

所述搅拌均质的转速为3000r/min，搅拌均质的时间为30min。

所述超声乳化的功率为200w，超声破碎均质时间为10min，工作1s，间歇1s，超声变幅杆规格为6mm。

所述超声脱气的工艺条件为：超声功率60％，超声时间5min。

所述静电纺丝电压为15-25kv，接收距离为10-15cm，纺丝时间为2-3h，纺丝机内湿度控制在35％以下。

所述底部平板上的收集材料为锡箔纸。

本发明基于乳液静电纺丝工艺，采用无毒无公害的香茅醛和明胶作为抗菌材料和纺丝基底材料，制备具有核壳结构的纳米纤维。由于核壳结构的存在，有望实现对香茅醛的控制释放；制备过程中不使用有机溶剂，且制备工艺简单，实用价值高。

附图说明

图1为静电纺丝过程示意图。

图2为纤维结构示意图。

图3为香茅醛/明胶乳液的光学显微镜图。

图4为纳米纤维膜的扫描电镜图。

图5为纳米纤维膜对e.colio157:h7的抑菌效果图。

具体实施方式

通过下面实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护内容不仅局限于此。

实施例1光学显微镜观察香茅醛/明胶乳液

1.1实验材料：

吐温80：ar；国药集团化学试剂有限公司

香茅醛：麦克林化学试剂有限公司

大豆卵磷脂：ar；国药集团化学试剂有限公司

明胶：ar；阿拉丁化学试剂有限公司

玉米油：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司

1.2实验方法：

(1)香茅醛/明胶乳液的制备

①量取3.6ml乙酸加入到5.4ml蒸馏水中，配置浓度为40％的乙酸溶液；称取2.25g明胶加入到已配置的乙酸溶液中，于常温下磁力搅拌2h，配制成浓度为25％(w:v)的明胶溶液。

②分别取180mg吐温80和90mg大豆卵磷脂加入到上述溶液中，于常温下磁力搅拌30min形成水相。

③分别吸取600μl玉米油和400μl香茅醛于2ml离心管中，混合振荡5min后，通过200ul移液枪在计时的同时按每秒1滴的速率逐滴加入到上述水相溶液中，在3000r/min的转速下搅拌均质30min，形成“水包油”型粗乳液。

④将上述粗乳液置于超声细胞破碎仪中，在冰水浴下以200w的功率超声10min，工作1s，间歇1s，即制备成香茅醛/明胶乳液。

(2)光学显微镜观察香茅醛/明胶乳液

将所制备的乳液样品滴加一滴于载玻片上，盖上盖玻片，滴加一滴香柏油，使用光学显微镜观察纳米纤维膜的形态，所用物镜的倍数为100倍。

1.3实验结果：

光学显微镜观察结果如图3所示，所制备的香茅醛/明胶乳液粒径整体较为均一，分散性较好，有明显的“水包油”结构，表明乳液制备良好。

实施例2扫描电镜观察香茅醛/明胶纳米纤维膜

2.1实验材料：

香茅醛/明胶乳液

2.2实验方法：

(1)香茅醛/明胶纳米纤维膜的制备

将实施例1所制备的乳液于常温下超声脱气5min后制成纺丝液，注射器吸取5ml纺丝液组装好后开始纺丝，静电纺丝电压为20kv，纺丝液推进速率为0.5ml/h，针头内径为0.33mm，外径为0.63mm，规格为23g，接收距离为15cm，纺丝时间为3h，纺丝湿度为35％。采用锡箔纸在静电纺丝机底部平板收集得到纳米纤维膜，放置干燥器中贮存待测。

(2)扫描电镜观察香茅醛/明胶纳米纤维膜

使用coxem钨灯丝扫描电子显微镜观察纳米纤维膜的形态，在真空下用au/pd混合物溅射样品，电压设置为15kv。

2.3实验结果：

扫描电镜观察结果如图4所示，图中纳米纤维呈现良好的均一性和成丝性，纤维直径整体较为均一，部分纤维直径偏小，这可能与纺丝过程中静电纺丝机内部湿度浮动有关。

实施例3香茅醛/明胶纳米纤维膜抑菌性能的测定

3.1实验材料：

香茅醛/明胶纳米纤维膜

氯化钠：ar；国药集团化学试剂有限公司

牛肉浸膏：br；国药集团化学试剂有限公司

鱼粉蛋白胨：br；国药集团化学试剂有限公司

琼脂粉：br；国药集团化学试剂有限公司

无水磷酸氢二钠：ar；国药集团化学试剂有限公司

磷酸二氢钾：ar；国药集团化学试剂有限公司

菌种：e.colio157:h7

3.2实验方法：

①将实施例2制备的锡箔纸上的香茅醛/明胶纳米纤维膜切成2cm×2cm规格，放置于超净台中进行紫外灭菌处理，载有纳米纤维膜的锡箔纸的正反面各分别紫外灭菌1h。

②接种e.colio157:h7于营养肉汤培养基(nb),37℃摇床中振荡培养24h,获得对数生长期的菌悬液，取适量处于对数生长期的e.colio157:h7加到磷酸盐缓冲液中，十倍逐级梯度稀释，最后使装有20ml磷酸盐缓冲液的50ml规格的离心管中的e.colio157:h7浓度为10^5-6cfu/ml。

③将灭菌后的纳米纤维膜加入上述含有e.colio157:h7的离心管中，于37℃下振荡反应，分别在0d、1d、2d、3d、4d时取适量培养液十倍梯度稀释到合适浓度，然后取100μl稀释液滴到固体培养基上，涂布均匀后放入37℃恒温培养箱中倒置培养，24h后进行平板计数，实验重复三次，结果取平均值。对照组则不加纳米纤维膜。

3.3实验结果：

图5结果表明，相比未加纤维膜的对照组残存菌数缓慢上升至稳定趋势，试验组残存菌数于4天内逐步降低，所制备的纳米纤维膜发挥了较好的抑菌作用。