具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法

文档序号:33506651发布日期:2023-03-18 02:10阅读:112来源:国知局
具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法

1.本发明属于食品保鲜技术领域,具体涉及一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法。


背景技术:

2.随着生活水平的升高,人们对食物的要求越来越高,保鲜膜逐渐进入千家万户。水果和蔬菜在采后处理、运输和储存过程中容易发生微生物腐败,导致经济损失和食品安全问题,因此食物的保鲜已经必不可少。因为细菌的侵入,每年有很多人因食用变质的食物进入医院治疗。
3.静电纺丝技术是由聚合物溶液在高压静电的作用下,在针头形成泰勒锥,通过静电斥力进行拉伸成丝形成纳米纤维,直径在5-1000nm左右,通过一根根纳米纤维交织形成具有良好机械强度的纳米纤维膜,并且静电纺丝技术可以进行工业化生产以成产大量的纳米纤维膜。
4.保鲜膜的主要功能是保护食品不被虫卵和细菌侵入从而保护食品的新鲜程度。保鲜膜的设计应该具有安全性,足够的机械强度,易降解和无污染以满足各种果蔬等食物的保鲜作用。
5.现有技术中保鲜膜存在的技术问题是具有检测和抗菌功能的材料需要两种或多种组合而成,制备过程较为复杂。单种抗菌成分抗菌效果较差。
6.因此,开发一种兼具抗菌和监测细菌功能的保鲜膜是将来食品包装的发展方向。


技术实现要素:

7.针对上述技术问题,本发明提供一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法,不但可以用于食品保鲜,还可以用于监测食品是否被细菌感染。
8.本发明是通过以下技术方案实现的:
9.一种具有细菌监测指示和协同抗菌功能的纳米保鲜膜,所述纳米保鲜膜通过静电纺丝的方法制备,在静电纺丝材料中添加具有抑菌作用的正电荷材料以及抗菌染料;
10.所述正电荷材料在黑暗和光照条件下均具有抗菌作用;
11.所述抗菌材料具有指示功能,能够通过颜色变化实时监测食品是否被细菌侵染,以判断食品的新鲜程度,并且所述抗菌染料在光照条件下具有抗菌性;
12.所述纳米保鲜膜在光照条件下抑制细菌的增长,通过产生正电荷和活性氧实现协同抗菌。
13.进一步地,所述静电纺丝材料包括聚乙烯醇、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
14.进一步地,所述正电荷材料包括聚乙烯亚胺、壳聚糖、ε-聚赖氨酸中的任意一种。所述正电荷材料抑菌的原理是:pei分子链中存在大量的氨基基团,与细菌阴离子之间产生强烈的静电吸附作用,能够破坏细菌的细胞膜,改变细胞膜的通透性,影响细胞内蛋白质的
合成,致使细菌死亡。
15.所述抗菌染料包括氧化还原性物质和ph敏感染料中的任意一种;所述氧化还原性物质包括亚甲基蓝和没食子酸,所述ph敏感染料包括花青素、姜黄素;
16.当有细菌侵染时,氧化还原性物质如亚甲基蓝在接触需氧型细菌后从蓝色变为无色(没食子酸接触厌氧性细菌后从白色变为蓝黑色);ph指示剂如花青素接触食品产生的酸性-中性-碱性物质时能够发生红色-紫色-蓝色变化(姜黄素接触酸性-碱性物质时从黄色变为红色)。
17.进一步地,所述亚甲基蓝在635nm-660nm照射下能够抗菌,从而实现协同抗菌。所述保鲜膜在近红外光照射下,光敏剂亚甲基蓝吸收电子从基态跃迁到高能量的三线态,三线态的亚甲基蓝分子与生物分子反应产生自由基和自由电子等活性氧(i类反应),或者直接与氧气发生能量转移作用生成单线态氧(ⅱ类反应)。活性氧和单线态氧可以抑制细菌的增长。
18.花青素,姜黄素和没食子酸均属于多酚类衍生物,存在酚环和酚羟基结构,具有较强的清除自由基和抗氧化的能力,可通过氢键与细菌的蛋白质结合破坏蛋白质的分子结构,也可以影响细胞膜的稳定性最终杀死细菌。
19.一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜的制备方法,所述方法包括:
20.(1)将静电纺丝材料溶于去离子水,加热搅拌,得到静电纺丝材料溶液;
21.(2)将正电荷材料溶于去离子水,常温搅拌得到正电荷材料溶液;
22.(3)将所述正电荷材料溶液加入所述静电纺丝材料溶液中,温搅拌得到混合溶液;
23.(4)在所述混合溶液中加入抗菌染料,在室温下充分搅拌得到均一的混合纺丝溶液;采用所述混合纺丝溶液进行静电纺丝,制备获得具有细菌监测指示和协同抗菌功能的纳米保鲜膜;
24.进一步地,步骤(1),所述静电纺丝材料溶液中静电纺丝材料的质量百分比为8-10%;
25.步骤(2),正电荷材料溶液中正电荷材料的质量百分比为5-15%;
26.步骤(4),混合纺丝溶液中抗菌染料的质量百分比为0.01-0.1%。
27.进一步地,当采用的静电纺丝材料为聚乙烯醇,采用的正电材料为聚乙烯亚胺,采用的抗菌染料为亚甲基蓝时,制备方法具体为:
28.(1)将聚乙烯醇溶于去离子水,在80℃加热搅拌,得到聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇质量百分比为8-10%;
29.(2)将聚乙烯亚胺溶液溶于去离子水中稀释,常温搅拌得到聚乙烯亚胺溶液,聚乙烯亚胺溶液中聚乙烯亚胺的质量百分比为5-15%;
30.(3)将步骤(2)中的聚乙烯亚胺溶液加入步骤(1)中的聚乙烯醇溶液中,常温搅拌得到混合溶液;
31.(4)在步骤(3)的混合溶液中加入亚甲基蓝,在室温下充分搅拌得到均一的混合纺丝溶液,混合纺丝溶液中亚甲基蓝的质量百分比为0.01-0.1%;
32.(5)将步骤(4)的混合纺丝溶液通过静电纺丝机进行静电纺丝。
33.负载亚甲基蓝的指示纳米纤维膜,不仅在红色激光照射下具有一定的抗菌性,还可以监测是否被细菌感染,最终能够保鲜食物和监测食物的新鲜程度。
34.其中,亚甲基蓝,是一种吩噻嗪盐,为深绿色青铜光泽结晶或粉末,可溶于水和乙醇,在空气中较稳定。亚甲基蓝广泛应用于化学指示剂、染料、生物染色剂和药物治疗等方面。亚甲基蓝还可以用来治疗正铁血红蛋白症、膀胱炎、尿道炎等疾病,抢救因一氧化碳、硝基苯、亚硝酸盐和氰化物等中毒的病人,具有一定的药用价值和生物安全性。在本发明中亚甲基蓝能够指示细菌侵染并且能够抗菌的技术原理为:亚甲基蓝在需氧型接触细菌后局部缺氧,使得亚甲基蓝发生还原反应,可以从蓝色变为无色进而检测细菌。在近红外光照射下光敏剂亚甲基蓝经光激发后转变为能量更低更稳定的三线态,接着与空气中的氧气反应形成单线态氧和活性氧抗菌。
35.本发明的有益技术效果:
36.(1)本发明提供的保鲜膜选用正电荷的材料在黑暗和光照条件下均具有抗菌作用。
37.(2)本发明提供的保鲜膜负载抗菌染料,不仅具有指示功能,可以通过颜色变化实时监测是否被细菌侵染判断食品的新鲜程度,还可以在光照条件下具有一定的抗菌性,对真菌和细菌均有抗菌功能。
38.(3)本发明提供的可以在光照条件下抑制细菌的增长,通过产生正电荷和活性氧实现协同抗菌;能够应用于食品工业,智能包装等易受细菌感染的领域。
附图说明
39.图1为本发明实施例中具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜,热处理前的纤维形貌如图1a所示,热处理后的纤维形貌如图1b所示。
40.图2为本发明实施例中使用的纳米保鲜膜与大肠杆菌接触后的检测变色图
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
42.相反,本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步,为了使公众对本发明有更好的了解,在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
43.实施例1
44.本发明实施例提供一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜的方法,具体步骤为:
45.(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中,在80℃加热搅拌,得到质量百分比为10%的聚乙烯醇溶液。
46.(2)将0.2g,0.4g,0.6g 50%的聚乙烯亚胺水溶液分别溶于4.0g去离子水中,搅拌得到质量百分比为5%、10%、15%的聚乙烯亚胺水溶液。
47.(3)从制备得到的聚乙烯亚胺水溶液中取300μl,加入到30ml 10%的聚乙烯醇溶液中,再加入1.505mg亚甲基蓝,150μl磷酸,260μl乙二醛溶液,搅拌得到混合纺丝溶液。
48.(4)将混合纺丝溶液注入40ml注射器中,静电纺丝电压为20kv,溶液流速为0.6ml/h,纺丝针头与收集板的接收距离为16cm,静电纺丝制备纳米纤维膜。
49.实施例2
50.本发明实施例提供一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法,具体步骤为:
51.(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中,在80℃加热搅拌,得到10%的聚乙烯醇溶液。
52.(2)将0.4g 50%的聚乙烯亚胺水溶液溶于4.0g去离子水中,搅拌得到10%的聚乙烯亚胺水溶液。
53.(3)从10%的聚乙烯亚胺水溶液中取300μl于30ml 10%的聚乙烯醇溶液中,加入1.505mg亚甲基蓝,150μl磷酸,260μl乙二醛溶液,搅拌得到混合溶液。
54.(4)将混合溶液注入40ml注射器中,静电纺丝电压为20kv,溶液流速为0.6ml/h,纺丝针头与收集板的接收距离为16cm,制备得到具有抗菌和检测功能的纳米纤维膜,即pva/pei/mb纳米纤维膜,纤维形貌如图1a所示。将纳米纤维膜置于真空烘箱于140℃下加热交联10min,纤维形貌如图1b所示。
55.实施例3
56.一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法,具体步骤为:
57.(1)将5g聚乙烯醇溶于45g去离子水中,在80℃加热搅拌,得到10%的聚乙烯醇溶液。
58.(2)将0.4g 50%的聚乙烯亚胺水溶液溶于4.0g去离子水中,搅拌得到10%的聚乙烯亚胺水溶液。
59.(3)从10%的聚乙烯亚胺水溶液中取300μl于30ml 10%的聚乙烯醇溶液中,加入1.505mg亚甲基蓝,150μl磷酸,260μl乙二醛溶液,搅拌得到混合溶液。
60.(4)将混合溶液注入40ml注射器中,静电纺丝电压为20kv,溶液流速为0.6ml/h,纺丝针头与收集板的接收距离为16cm,制备得到具有抗菌和检测功能的纳米纤维膜,即pva/pei/mb纳米纤维膜。将纳米纤维膜置于真空烘箱于140℃下加热交联10min。
61.将15μl 10
10
,107和105的菌悬液在琼脂板上涂匀,倒扣置于培养箱中,18h后将制备好的pva/pei/mb纳米纤维膜贴在琼脂板上,在不同时间点观察纳米纤维膜颜色的变化。
62.研究含有亚甲基蓝的纳米纤维膜对大肠杆菌的检测效果,如图2所示,纳米纤维膜刚放到细菌表面的颜色随着细菌浓度的增加蓝色变浅。且随着时间的增加,纤维膜在15μl不同浓度细菌(10
10
,107和105)的琼脂板上蓝色也逐渐变浅,这都归因于亚甲基蓝和细菌接触部位局部缺氧,亚甲基蓝被还原,且细菌能够产生还原性物质与亚甲基蓝发生反应。保鲜膜周围的抑菌圈表明保鲜膜能够抑制细菌生长,这是因为聚乙烯亚胺表面带正电荷,可以与细菌细胞膜表面的负电荷相互作用,改变细胞膜的通透性进而杀死细菌,以上结果表明保鲜膜不仅可以抑制细菌的生长还可以检测细菌。
63.本发明提供的纳米保鲜膜通过静电纺丝技术制备,可以进行工业化生产;通过指示剂的颜色变化来实现监测细菌感染;通过产生正电荷和活性氧来实现协同抗菌。随着储存时间的延长,果蔬有细菌滋生,纳米纤维膜可以监测食品是否被细菌侵染,保鲜膜的颜色发生变化,可判断食品的新鲜程度。此保鲜膜具有一定的抗菌性,可以抑制细菌的生长,可应用于食品储存。
64.实施例4
65.一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法,具体步骤为:
66.(1)将5g聚乙烯醇(pva)溶于45g去离子水中,在80℃加热搅拌,得到10%的聚乙烯醇溶液。
67.(2)将0.2g的ε-聚赖氨酸(ε-pl)溶于10ml乙酸中,搅拌得到2%的ε-聚赖氨酸溶液。
68.(3)将2%的ε-聚赖氨酸溶液加到30ml 10%的聚乙烯醇溶液中,加入0.1g姜黄素(cur),200μl磷酸,350μl乙二醛溶液,搅拌得到混合溶液。
69.(4)将混合溶液注入40ml注射器中,静电纺丝电压为20kv,溶液流速为0.6ml/h,纺丝针头与收集板的接收距离为16cm,制备得到具有抗菌和检测功能的纳米纤维膜,即pva/ε-pl/cur纳米纤维膜。将纳米纤维膜置于真空烘箱于140℃下加热交联10min。
70.实施例5
71.一种具有细菌监测和协同抗菌功能的纳米保鲜膜及其制备方法,具体步骤为:
72.(1)将5g聚乙烯醇(pva)溶于45g去离子水中,在80℃加热搅拌,得到10%的聚乙烯醇溶液。
73.(2)将2g海藻酸钠(sa)溶于去离子水中,得到2%的海藻酸钠溶液;将0.2g的壳聚糖(cs)溶于10ml乙酸中,搅拌得到2%的壳聚糖溶液。
74.(3)将10ml 2%海藻酸钠溶液,10ml2%的壳聚糖溶液与20ml 10%的聚乙烯醇溶液混合,加入0.1g花青素(ba),滴加0.1mol/l的hcl或naoh溶液调节ph。加入交联剂200μl磷酸和350μl乙二醛溶液,搅拌得到混合溶液。
75.(4)将混合溶液注入40ml注射器中,静电纺丝电压为20kv,溶液流速为0.6ml/h,纺丝针头与收集板的接收距离为16cm,制备得到具有抗菌和检测功能的纳米纤维膜,即pva/sa/cs/ba纳米纤维膜。将纳米纤维膜置于真空烘箱于140℃下加热交联10min。
76.以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
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