一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法

1.本发明属于膜材料技术领域，涉及一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法。


背景技术：

2.为了在一定程度上缓解塑料食品包装材料大量使用所带来的环境问题，众多领域(材料、食品、生物化学、包装工程等)的研究人员都希望研制出更加环保、健康、安全的食品包装材料。随着人们对食品品质的要求及食品安全的重视，可生物降解活性包装成为食品包装材料的发展趋势。它们具有可再生、低成本、可生物降解的优点。
3.可降解的材料包括合成的高分子材料以及天然的生物基材料(蛋白质、多糖、脂类)。明胶是从动物骨头、生皮、筋腱及其他结缔组织的胶原部分中提取出来的天然大分子聚合物，由于具有良好的延展性、可降解性和生物成膜性等被广泛应用于食品包装领域。为改善明胶膜的机械性能及阻隔性能，可以在明胶膜加入一些无机纳米粒子。锂皂石是一种含镁锂的层状硅酸盐矿物。锂皂石被认为是安全的，具有良好的生物相容性。它能够通过延长分子扩散路径，增强明胶膜的阻隔性能，延长食品货架期。
4.静电纺丝技术因操作简单、适用范围广、生产成本低等优点被广泛用于制备纳米纤维。静电纺丝制备出的纳米纤维膜具有较强透气性、较大比表面积、孔隙率及柔韧性。纳米纤维膜负载的天然抗菌剂能够由载体向食品表面缓释，可以达到较长时间的抗菌效果，在保证食品安全的条件下，进一步提升食品的货架期。
5.天然抗菌剂香芹酚普遍存在于许多芳香植物中，如牛至、百里香等芳香性中药的挥发油中，具有安全、稳定性好等优点，在肉制品、果蔬、烘焙食品、酱制品、香料等食品的包装中应用受到广泛关注。香芹酚兼具抗菌和抗氧化特性。将天然抗菌剂香芹酚，引入到聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)中，直接电纺在阻隔层的表面形成抗菌层。另外，可以通过调节plga与香芹酚配比对香芹酚进行控释。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种高阻隔抗菌双层食品包装膜，由第一层膜和第二层膜复合构成，所述第一层膜为明胶/锂皂石阻隔膜，第二层膜为plga/香芹酚纳米纤维层。
8.优选的技术方案为：所述明胶/锂皂石阻隔膜的原料配方由下列重量份的原料组成：4-6重量份的明胶、1.5-2.5重量份的甘油、0.2-0.3重量份的锂皂石和90-120重量份的水。
9.优选的技术方案为：所述plga/香芹酚纳米纤维层的原料配方由下列重量份的原料组成：1-2重量份的plga、8-12重量份的2,2,2-三氟乙醇和1-4重量份的香芹酚。
10.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种高阻隔抗菌双
层食品包装膜的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
11.步骤1：将明胶、甘油和锂皂石加入到水中，搅拌均匀，然后超声处理得到处理后的溶液，接着采用流延法将所述溶液倒入承载盘中，放入干燥箱中烘干后即得明胶/锂皂石阻隔膜；
12.步骤2：将plga与2,2,2-三氟乙醇混合，搅拌使plga溶解，得到plga溶液；
13.步骤3：将香芹酚和plga溶液混合，得到plga/香芹酚混合溶液；
14.步骤4：将plga/香芹酚混合溶液采用静电纺丝技术直接电纺在所述明胶/锂皂石阻隔膜上，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜；
15.步骤5：对明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜进行干燥，除去残留的溶剂，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜。
16.优选的技术方案为：步骤2中，室温下采用转速50-100r/min的磁力搅拌1.5-2.5h，得到plga溶液。
17.优选的技术方案为：静电纺丝具体操作如下：环境的相对湿度为40-50％，温度为25℃；不锈钢针头直径20g；静电纺丝电压10-16kv，极距8-16cm。
18.优选的技术方案为：步骤5中，干燥的工艺条件为：真空表压-0.09
‑‑
0.10mpa、温度40℃条件下，时间20-28h。
19.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
20.1、本发明结合流延法和静电纺丝制备明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜，plga/香芹酚作为抗菌层将释放抗菌活性物质，达到长期的抗菌效果；明胶/锂皂石作为阻隔层将有效阻隔外界的水汽，保持食品原有品质。
21.2、本发明制备的明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜，具有良好的阻隔性和抗菌性。
22.3、本发明的抗菌层的厚度可通过静电纺丝的时间进行控制。
附图说明
23.图1为1明胶/锂皂石@plga/香芹酚高阻隔抗菌双层膜sem截面图。
24.图2为暴露于plga/香芹酚纳米纤维膜后金黄色葡萄球菌的sem图。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
26.请参阅图1-2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
27.实施例1：一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法
28.水汽透过率(wvp)的检测方法：
29.将明胶/锂皂石膜固定在含有硅胶(0％rh)的烧杯顶部，然后置于25℃和75％rh的bic250人工气候培养箱中。以24h的时间间隔来测量烧杯在5天内的重量变化，wvp计算公式如下：
30.wvp＝(w
×
l)/(a
×
t
×
δp)(g.m.m-2
s-1
.atm-1
)；
31.w(单位g)代表烧杯重量增加量，l(单位m)厚度和a(单位m2)暴露面积，t(单位s)重量增加时间，δp(单位atm)是薄膜两侧水蒸气分压差。
32.plga/香芹酚纳米纤维层抑制金黄色葡萄球菌检测方法如下：准备250ml容量的锥形瓶，加入100ml的培养基，灭菌备用，取1.0ml细菌浓度为107cfu/ml金黄色葡萄球菌置于上述100ml的培养基中。将灭菌后的plga/香芹酚纳米纤维加入培养基中，随后放置于37℃恒温环境中培养，根据含plga/香芹酚纳米纤维菌液中的吸光度od
600
值，计算plga/香芹酚纳米纤维抑制金黄色葡萄球菌的效率，计算公式如下：
[0033][0034]
表示空白组的吸光度值，表示含plga/香芹酚纳米纤维培养基的吸光度值。
[0035]
一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法，包括：
[0036]
(1)制备明胶/锂皂石阻隔膜
[0037]
将5重量份明胶、2重量份甘油、0.25重量份锂皂石加入到100重量份去离子水中，置于40℃条件下，磁力搅拌1h。使用超声清洗机，在40khz、超声功率360w条件下超声3min脱气去除气泡，利用流延法将上述溶液倒入15
×
15cm的玻璃皿中，放入干燥箱中50℃下干燥24h烘干揭膜待用。
[0038]
所述的明胶，胶强度约为100g。所述的甘油,纯度≥99％。所述的锂皂石，纯度≥99％。
[0039]
(2)制备plga溶液
[0040]
将1.5重量份plga与10重量份2,2,2-三氟乙醇混合，室温下采用转速50-100r/min的磁力搅拌2h，得到完全溶解的plga溶液。
[0041]
所述的plga，(la(乳酸)与ga(羟基乙酸)比例为85/15，平均粒径≤30μm，纯度≥99.85％。所述的2,2,2-三氟乙醇，纯度≥99.5％。
[0042]
(3)制备plga/香芹酚混合溶液
[0043]
将2重量份香芹酚、10重量份plga溶液，放入共振声混合设备中，在频率80-100hz、振幅0.5-1.0mm条件下，处理10min，得到plga/香芹酚混合溶液。
[0044]
所述的香芹酚，纯度≥99％。
[0045]
(4)静电纺丝
[0046]
将(3)中plga/香芹酚混合溶液采用静电纺丝技术直接电纺在(1)中明胶/锂皂石阻隔膜上。静电纺丝具体操作如下：环境的相对湿度为40-50％，温度为25℃；不锈钢针头直径20g；静电纺丝电压10-16kv，极距8-16cm。
[0047]
(5)干燥与储存
[0048]
将(4)中明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜，在真空表压-0.09
‑‑
0.10mpa、温度40℃条件下，真空干燥24h，除去残留的溶剂，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜。
[0049]
如图1所示，制得的双层膜由明胶/锂皂石阻隔层和plga/香芹酚纳米纤维层组成，且明胶/锂皂石阻隔层和plga/香芹酚纳米纤维层能够紧密结合在一起。
[0050]
制得的双层膜具有良好的阻隔性能，其水汽透过率wvp低至3.98
×
10-10
.g.m.m-2
s-1
.atm-1
。
[0051]
如图2所示，装膜中的plga/香芹酚纳米纤维抗菌层能有效抑制金黄色葡萄球菌的生长，抑菌效率最高可达75％。暴露于plga/香芹酚纳米纤维纳米纤维层的金黄色葡萄球菌不规则，细胞膜被破坏，且受损细胞及细胞碎片粘连、聚集。
[0052]
本发明开发了一种明胶/锂皂石@plga/香芹酚高阻隔抗菌双层食品包装膜。该双层膜由流延法制得的明胶/锂皂石阻隔层和静电纺丝制得的plga/香芹酚纳米纤维层组成。在制备过程中，利用静电纺丝装置将plga/香芹酚溶液直接电纺在明胶/锂皂石阻隔层上形成抗菌层。plga/香芹酚抗菌层将释放抗菌活性物质，达到长期的抗菌效果；明胶/锂皂石阻隔层将有效阻隔外界的水汽，保持食品原有品质。
[0053]
实施例2：一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法
[0054]
一种高阻隔抗菌双层食品包装膜，由第一层膜和第二层膜复合构成，所述第一层膜为明胶/锂皂石阻隔膜，第二层膜为plga/香芹酚纳米纤维层。
[0055]
优选的实施方式为：所述明胶/锂皂石阻隔膜的原料配方由下列重量份的原料组成：4重量份的明胶、1.5重量份的甘油、0.2重量份的锂皂石和90重量份的水。
[0056]
优选的实施方式为：所述plga/香芹酚纳米纤维层的原料配方由下列重量份的原料组成：1重量份的plga、8重量份的2,2,2-三氟乙醇和1重量份的香芹酚。
[0057]
制备方法，包括下列步骤：
[0058]
步骤1：将明胶、甘油和锂皂石加入到水中，搅拌均匀，然后超声处理得到处理后的溶液，接着采用流延法将所述溶液倒入承载盘中，放入干燥箱中烘干后即得明胶/锂皂石阻隔膜；
[0059]
步骤2：将plga与2,2,2-三氟乙醇混合，搅拌使plga溶解，得到plga溶液；
[0060]
步骤3：将香芹酚和plga溶液混合，得到plga/香芹酚混合溶液；
[0061]
步骤4：将plga/香芹酚混合溶液采用静电纺丝技术直接电纺在所述明胶/锂皂石阻隔膜上，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜；
[0062]
步骤5：对明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜进行干燥，除去残留的溶剂，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜。
[0063]
优选的实施方式为：步骤2中，室温下采用转速50r/min的磁力搅拌1.5h，得到plga溶液。
[0064]
优选的实施方式为：静电纺丝具体操作如下：环境的相对湿度为40％，温度为25℃；不锈钢针头直径20g；静电纺丝电压10kv，极距8cm。
[0065]
优选的实施方式为：步骤5中，干燥的工艺条件为：真空表压-0.09
‑‑
0.10mpa、温度40℃条件下，时间20-28h。
[0066]
实施例3：一种高阻隔抗菌双层食品包装膜及其制备方法
[0067]
一种高阻隔抗菌双层食品包装膜，由第一层膜和第二层膜复合构成，所述第一层膜为明胶/锂皂石阻隔膜，第二层膜为plga/香芹酚纳米纤维层。
[0068]
优选的实施方式为：所述明胶/锂皂石阻隔膜的原料配方由下列重量份的原料组成：6重量份的明胶、2.5重量份的甘油、0.3重量份的锂皂石和120重量份的水。
[0069]
优选的实施方式为：所述plga/香芹酚纳米纤维层的原料配方由下列重量份的原料组成：2重量份的plga、12重量份的2,2,2-三氟乙醇和4重量份的香芹酚。
[0070]
制备方法，包括下列步骤：
[0071]
步骤1：将明胶、甘油和锂皂石加入到水中，搅拌均匀，然后超声处理得到处理后的溶液，接着采用流延法将所述溶液倒入承载盘中，放入干燥箱中烘干后即得明胶/锂皂石阻隔膜；
[0072]
步骤2：将plga与2,2,2-三氟乙醇混合，搅拌使plga溶解，得到plga溶液；
[0073]
步骤3：将香芹酚和plga溶液混合，得到plga/香芹酚混合溶液；
[0074]
步骤4：将plga/香芹酚混合溶液采用静电纺丝技术直接电纺在所述明胶/锂皂石阻隔膜上，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜；
[0075]
步骤5：对明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜湿膜进行干燥，除去残留的溶剂，得到明胶/锂皂石@plga/香芹酚双层食品包装膜。
[0076]
优选的实施方式为：步骤2中，室温下采用转速100r/min的磁力搅拌2.5h，得到plga溶液。
[0077]
优选的实施方式为：静电纺丝具体操作如下：环境的相对湿度为50％，温度为25℃；不锈钢针头直径20g；静电纺丝电压16kv，极距16cm。
[0078]
优选的实施方式为：步骤5中，干燥的工艺条件为：真空表压-0.10mpa、温度40℃条件下，时间28h。
[0079]
以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。