一种全降解抗菌保鲜膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及保鲜膜技术领域，特别涉及一种全降解抗菌保鲜膜及其制备方法。

背景技术

保鲜膜在食品工业中的应用广泛，它能够保持食品的新鲜度，延长食品的保质期。然而，传统的保鲜膜在阻挡微生物方面的效果有限，尤其是在长时间储存过程中，微生物可能会穿透保鲜膜，对食品造成污染。此外，常规的保鲜膜主要由塑料制成，无法生物降解，对环境构成了负担。

为了解决这些问题，研究者开发了全降解抗菌保鲜膜。这种保鲜膜由可降解材料制成，并添加了抗菌剂，可以在保护食品免受外界污染的同时，对食品表面的微生物进行杀灭或抑制。然而，现有的全降解抗菌保鲜膜仍存在一些问题。虽然抗菌剂可以提供抗菌效果，但抗菌效果通常不能持久，特别是在长时间储存食品时。

因此，急需一种新型的全降解抗菌保鲜膜，能提供持久且高效的抗菌效果。这需要通过对保鲜膜材料的选择、抗菌成分的添加方式及其相互协同作用等方面进行研究和改进。

发明内容

为了实现上述发明目的，针对上述技术问题，本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜。

其技术方案为，一种全降解抗菌保鲜膜，该保鲜膜包括如下成分及质量分数：聚乳酸70-90份、改性铜纳米颗粒0.1-0.5份、茶树油酯和改性抗菌肽接枝物0.5-2份、硬脂酸锌0.1-1.0份、异丙基化苯酚0.05-0.5份、二氧化钛0.5-2.0份和微晶纤维素1.0-2.5份。

所述茶树油酯和改性抗菌肽接枝物制备方法包括如下步骤：

d1.将改性抗菌肽溶解在水中，抗菌肽：水＝1:10-1:20(w/v)，

d2.调整到pH(3-5)条件下，将茶树油酯慢慢加入到含有改性抗菌肽的溶液中，持续搅拌混合，改性后的抗菌肽与茶树油酯按质量比1:2-1:5；

d3.保持在50-80℃，反应4-8小时；

d4.将d3反应物分离、纯化，得到茶树油酯和改性抗菌肽接枝物。

所述茶树油酯的制备方法如下：

a1.将100份茶树油中添加10-30份的醋酸，形成混合物；

a2.将0.5-2份的甲酸加入a1混合物中；

a3.将a2混合物在60-80℃的条件下反应2-6小时，得到改性茶树油脂。

所述改性抗菌肽制备方法包括以下步骤：

c1.将1.0-3.0份抗菌肽溶解在缓冲盐水中；

c2.步骤c1混合液中缓慢加入1.0-3.0份乙酰氯，室温下反应1-3小时；

c3.反应结束后，将反应液离心分离，然后用乙醇洗涤，然后真空下干燥，得到改性抗菌肽。

所述改性铜纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

b1.100份铜纳米颗粒中添加10-30份甲基硅烷偶联剂，形成混合物；

b2.将b1混合物中加入100-500份的甲基异丁基酮；

b3.常温下搅拌混合物，反应0.5-2小时；

b4.将b3反应物过滤，然后进行烘干，得到改性的铜纳米颗粒。

6.根据权利要求1所述的全降解抗菌保鲜膜，其特征在于，所述全降解抗菌保鲜膜的制备方法包括以下步骤：

e1.将聚乳酸、改性铜纳米颗粒、茶树油酯和改性抗菌肽接枝物、硬脂酸锌、异丙基化苯酚、二氧化钛和微晶纤维素，采用高剪切乳化机，进行混合，速度为2000-10000转/分钟，时间为10-20分钟，得到混合物；

e2.将e1混合物在高温下进行熔融，熔融温度在170-220℃之间；

e3.熔融后的混合物通过挤出机成型，形成薄膜，最后，薄膜通过冷却、切割和包装，得到全降解抗菌保鲜膜。

所述改性抗菌肽选自源于猪骨髓细胞的抗菌肽，其氨基酸序列为：RIIDLLWRVRRPQKPKFVTVWVR。

本发明还提供了一种全降解抗菌保鲜膜的制备方法，包括如下步骤：

e1.聚乳酸70-90份、改性铜纳米颗粒0.1-0.5份、茶树油酯和改性抗菌肽接枝物0.5-2份、硬脂酸锌0.1-1.0份、异丙基化苯酚0.05-0.5份、二氧化钛0.5-2.0份和微晶纤维素1.0-2.5份，采用高剪切乳化机，进行混合，速度为2000-10000转/分钟，时间为10-20分钟，得到混合物；

e2.将e1混合物在高温下进行熔融，熔融温度在170-220℃之间；

e3.熔融后的混合物通过挤出机成型，形成薄膜，最后，薄膜通过冷却、切割和包装，得到全降解抗菌保鲜膜。

所述茶树油酯和改性抗菌肽接枝物制备方法包括如下步骤：

d1.将改性抗菌肽溶解在水中，抗菌肽：水＝1:10-1:20(w/v)，

d2.调整到pH(3-5)条件下，将茶树油酯慢慢加入到含有改性抗菌肽的溶液中，持续搅拌混合，改性后的抗菌肽与茶树油酯按质量比1:2-1:5；

d3.保持在50-80℃，反应4-8小时；

d4.将d3反应物分离、纯化，得到茶树油酯和改性抗菌肽接枝物，

所述茶树油酯的制备方法如下：

a1.将100份茶树油中添加10-30份的醋酸，形成混合物；

a2.将0.5-2份的甲酸加入a1混合物中；

a3.将a2混合物在60-80℃的条件下反应2-6小时，得到改性茶树油脂，

所述改性抗菌肽包括以下步骤：

c1.将1.0-3.0份抗菌肽溶解在缓冲盐水中；

c2.步骤c1混合液中缓慢加入1.0-3.0份乙酰氯，室温下反应1-3小时；

c3.反应结束后，将反应液离心分离，然后用乙醇洗涤，然后真空下干燥，得到改性抗菌肽，

所述改性铜纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

b1.100份铜纳米颗粒中添加10-30份甲基硅烷偶联剂，形成混合物；

b2.将b1混合物中加入100-500份的甲基异丁基酮；

b3.常温下搅拌混合物，反应0.5-2小时；

b4.将b3反应物过滤，然后进行烘干，得到改性的铜纳米颗粒。

所述改性抗菌肽选自源于猪骨髓细胞的抗菌肽，其氨基酸序列为：RIIDLLWRVRRPQKPKFVTVWVR。

茶树油是一种天然的抗菌剂，具有广谱抗菌性能，对许多常见的细菌和真菌都有抗菌效果，因此在保鲜膜中添加茶树油可以增强保鲜膜的抗菌性能。但是茶树油是一种油溶性的物质，直接添加到保鲜膜中可能会影响保鲜膜的物理性能，如机械强度、耐热性等。同时，茶树油可能会在保鲜过程中逐渐挥发，降低保鲜效果。通过将茶树油与醋酸进行酯化反应，形成茶树油酯，可以提高茶树油的稳定性，降低茶树油的挥发性。这样既可以保持茶树油的抗菌性能，又可以提高保鲜膜的物理性能，延长保鲜时间。另外，茶树油酯也具有一定的抗菌性能，可以进一步增强保鲜膜的抗菌效果。茶树油酯还可以与保鲜膜中的其他成分形成更稳定的复合物，提高保鲜膜的整体性能。

抗菌肽是一类具有广谱抗菌活性的小分子肽，能够有效抑制许多细菌、真菌等微生物的生长。因此，将抗菌肽添加到全降解抗菌保鲜膜中，可以明显提高保鲜膜的抗菌性能，帮助食品保持新鲜，延长保质期。然而，由于抗菌肽本身的极性，可能会导致其在保鲜膜中的分布不均，影响抗菌效果。同时，抗菌肽的水溶性可能会导致其在湿度较高的环境中逐渐流失，降低保鲜效果，通过酰化反应，将抗菌肽转化为非极性的化合物，以便更好地分布在保鲜膜中。改性后的抗菌肽具有更好的疏水性，可以更好地分布在保鲜膜中，提高保鲜膜的整体抗菌性能。同时，改性后的抗菌肽的抗菌效果更持久，可以有效延长保鲜膜的抗菌时间

铜纳米颗粒本身具有很强的抗菌性能。其独特的纳米尺度使得铜纳米颗粒表面积增大，抗菌活性相应增强。当它们被添加到全降解抗菌保鲜膜中，在膜中形成了一种物理障碍，使得微生物更难以侵入，从而延长了抗菌时间显著提高保鲜膜的抗菌性能。其次，改性铜纳米颗粒通过硅烷偶联剂的表面处理，进一步改善了其在保鲜膜中的分散性，这有助于铜纳米颗粒在保鲜膜中的均匀分布，进一步增强了全降解抗菌保鲜膜的抗菌效果。改性铜纳米颗粒还能改善全降解抗菌保鲜膜的力学性能，提高保鲜膜的耐久性，从而延长保鲜膜的使用寿命。

茶树油酯、改性抗菌肽和改性铜纳米颗粒各自都具有抗菌活性。茶树油酯是一种天然的抗菌剂，具有广谱抗菌效果；抗菌肽可以攻击并破坏微生物细胞膜，导致微生物死亡；而改性铜纳米颗粒则具有强烈的氧化性，可以破坏微生物的代谢机制。这三者结合，共同提供了一个持久、广谱的抗菌效果。通过酯化反应，抗菌肽与茶树油酯结合，不仅保留了抗菌肽和茶树油酯的抗菌活性，还通过接枝增加了抗菌肽的稳定性和溶解性，使得抗菌效果更持久。铜纳米颗粒可以吸附和解吸接枝物中的抗菌肽和茶树油酯的接枝物，从而使其在一定的时间内逐渐释放，延长了抗菌效果。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

强化抗菌效果：茶树油酯、改性抗菌肽以及改性铜纳米颗粒各自都具有抗菌活性，结合使用可产生协同效应，显著提高抗菌效果。茶树油酯具有广谱抗菌效果，改性抗菌肽可以攻击并破坏微生物细胞膜，改性铜纳米颗粒则具有强烈的氧化性，可以破坏微生物的代谢机制。

延长抗菌时间：通过铜纳米颗粒对茶树油酯和改性抗菌肽接枝物的吸附和解吸，能实现接枝物在一定时间内的逐渐释放，从而延长抗菌效果。这意味着保鲜膜的抗菌效果可以维持更长时间，进一步保护食品的新鲜度。

提高保鲜膜的物理性能：通过改性抗菌肽与茶树油酯的接枝，以及改性铜纳米颗粒的添加，不仅提高了保鲜膜的抗菌性能，也优化了保鲜膜的物理性能，包括机械强度和耐热性，提高了保鲜膜的稳定性和使用寿命。

可全降解环保材料：本发明的保鲜膜是由全降解材料制成，符合环保要求，使用后可以自然降解，不会对环境造成污染。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

e1.聚乳酸80份、硬脂酸锌0.5份、异丙基化苯酚0.3份、二氧化钛1.5份和微晶纤维素2.0份，采用高剪切乳化机，进行混合，速度为5000转/分钟，时间为15分钟，得到混合物；

e2.将e1混合物在高温下进行熔融，熔融温度在195℃；

e3.熔融后的混合物通过挤出机成型，形成薄膜，最后，薄膜通过冷却、切割和包装，得到全降解抗菌保鲜膜。

实施例2

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施例1相同，区别在于，增加了0.5份的茶树油。

实施例3

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施例2相同，区别在于，将茶树油替换为茶树油酯

茶树油酯的制备方法如下：

a1.将100份茶树油中添加20份的醋酸，形成混合物；

a2.将1份的甲酸加入a1混合物中；

a3.将a2混合物在70℃的条件下反应4小时，得到改性茶树油脂。

实施例4

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施例3相同，区别在于，增加了1份的抗菌肽

所述改性抗菌肽选自源于猪骨髓细胞的抗菌肽，其氨基酸序列为：RIIDLLWRVRRPQKPKFVTVWVR。

实施例5

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施4相同，区别在于，将抗菌肽替换为改性抗菌肽。

改性抗菌肽的制备方法如下：

c1.将2.0份抗菌肽溶解在缓冲盐水中；

c2.步骤c1混合液中缓慢加入2.0份乙酰氯，室温下反应2小时；

c3.反应结束后，将反应液离心分离，然后用乙醇洗涤，然后真空下干燥，得到改性抗菌肽。

实施例6

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施5相同，区别在于，增加了0.3份的铜纳米颗粒。

实施例7

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施6相同，区别在于，将铜纳米颗粒替换为改性铜纳米颗粒。

改性铜纳米颗粒的制备方法如下：

b1.100份铜纳米颗粒中添加20份甲基硅烷偶联剂，形成混合物；

b2.将b1混合物中加入300份的甲基异丁基酮；

b3.常温下搅拌混合物，反应1小时；

b4.将b3反应物过滤，然后进行烘干，得到改性的铜纳米颗粒。

实施例8

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施7相同，区别在于，将茶树油酯和改性抗菌肽替换为1.5份茶树油酯和改性抗菌肽接枝物，

茶树油酯和改性抗菌肽接枝物制备如下：

d1.将改性抗菌肽溶解在水中，抗菌肽：水＝1:15(w/v)，

d2.调整到pH4条件下，将茶树油酯慢慢加入到含有改性抗菌肽的溶液中，持续搅拌混合，改性后的抗菌肽与茶树油酯按质量比1:3；

d3.保持在65℃，反应6小时；

d4.将d3反应物分离、纯化，得到茶树油酯和改性抗菌肽接枝物。

实施例9

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述茶树油酯的制备方法如下：

a1.将100份茶树油中添加10份的醋酸，形成混合物；

a2.将0.5份的甲酸加入a1混合物中；

a3.将a2混合物在60℃的条件下反应2小时，得到改性茶树油脂。

实施例10

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述茶树油酯的制备方法如下：

a1.将100份茶树油中添加30份的醋酸，形成混合物；

a2.将2份的甲酸加入a1混合物中；

a3.将a2混合物在80℃的条件下反应6小时，得到改性茶树油脂。

实施例11

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述改性抗菌肽包括以下步骤：

c1.将1.0份抗菌肽溶解在缓冲盐水中；

c2.步骤c1混合液中缓慢加入1.0份乙酰氯，室温下反应1小时；

c3.反应结束后，将反应液离心分离，然后用乙醇洗涤，然后真空下干燥，得到改性抗菌肽，

实施例12

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

c1.将3.0份抗菌肽溶解在缓冲盐水中；

c2.步骤c1混合液中缓慢加入3.0份乙酰氯，室温下反应3小时；

c3.反应结束后，将反应液离心分离，然后用乙醇洗涤，然后真空下干燥，得到改性抗菌肽，

实施例13

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述改性铜纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

b1.100份铜纳米颗粒中添加10份甲基硅烷偶联剂，形成混合物；

b2.将b1混合物中加入100份的甲基异丁基酮；

b3.常温下搅拌混合物，反应0.5小时；

b4.将b3反应物过滤，然后进行烘干，得到改性的铜纳米颗粒。

实施例14

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述改性铜纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

b1.100份铜纳米颗粒中添加30份甲基硅烷偶联剂，形成混合物；

b2.将b1混合物中加入500份的甲基异丁基酮；

b3.常温下搅拌混合物，反应2小时；

b4.将b3反应物过滤，然后进行烘干，得到改性的铜纳米颗粒。

实施例15

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述茶树油酯和改性抗菌肽接枝物制备方法包括如下步骤：

d1.将改性抗菌肽溶解在水中，抗菌肽：水＝1:10(w/v)，

d2.调整到pH3条件下，将茶树油酯慢慢加入到含有改性抗菌肽的溶液中，持续搅拌混合，改性后的抗菌肽与茶树油酯按质量比1:2；

d3.保持在50℃，反应4小时；

d4.将d3反应物分离、纯化，得到茶树油酯和改性抗菌肽接枝物。

实施例16

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

所述茶树油酯和改性抗菌肽接枝物制备方法包括如下步骤：

d1.将改性抗菌肽溶解在水中，抗菌肽：水＝1:20(w/v)，

d2.调整到pH5条件下，将茶树油酯慢慢加入到含有改性抗菌肽的溶液中，持续搅拌混合，改性后的抗菌肽与茶树油酯按质量比1:5；

d3.保持在80℃，反应8小时；

d4.将d3反应物分离、纯化，得到茶树油酯和改性抗菌肽接枝物。

实施例17

本发明提供一种全降解抗菌保鲜膜，制备步骤如下：

制备方法与实施8相同，区别在于，

聚乳酸70份、改性铜纳米颗粒0.1份、茶树油酯和改性抗菌肽接枝物0.5份、硬脂酸锌0.1份、异丙基化苯酚0.05份、二氧化钛0.5份和微晶纤维素1.0份，采用高剪切乳化机，进行混合，速度为2000转/分钟，时间为10分钟，得到混合物；

e2.将e1混合物在高温下进行熔融，熔融温度在170℃之间；

e3.熔融后的混合物通过挤出机成型，形成薄膜，最后，薄膜通过冷却、切割和包装，得到全降解抗菌保鲜膜。

实施例18

e1.聚乳酸90份、改性铜纳米颗粒0.5份、茶树油酯和改性抗菌肽接枝物2份、硬脂酸锌1.0份、异丙基化苯酚0.5份、二氧化钛2.0份和微晶纤维素2.5份，采用高剪切乳化机，进行混合，速度为10000转/分钟，时间为20分钟，得到混合物；

e2.将e1混合物在高温下进行熔融，熔融温度在220℃之间；

e3.熔融后的混合物通过挤出机成型，形成薄膜，最后，薄膜通过冷却、切割和包装，得到全降解抗菌保鲜膜。

1、抑菌效果检测方法

1：选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；

2：在培养基中培养试验菌株，然后将培养物稀释到1×10

3：在试验管中加入菌液、营养液和全降解抗菌保鲜膜样品，然后在恒温培养箱中培养24小时；

步骤4：计算24小时后的菌落数，然后计算抑菌率。

抑菌率＝(未添加保鲜膜的试验管的菌落数-添加保鲜膜的试验管的菌落数)/未添加保鲜膜的试验管的菌落数×100％。

2、抑菌时间检测方法：

1.选取大肠杆菌或金黄色葡萄球菌，用LB培养基进行培养，达到10^6CFU/mL菌浓度；

2.将全降解抗菌保鲜膜切割成2cm x 2cm，并确保其无菌；

3.将菌液接种到保鲜膜样品上，将样品37℃，湿度90％的培养箱；

4.每4小时一次取样，计算菌落数；

5.抑菌时:为菌落数下降到初始菌落数10％以下的时间。

表1抑菌效果

结论：

实施例1-3表明，茶树油具有抗菌、抗炎和抗真菌活性。茶树油中含有一种名为萜烯的化合物，它已被证明可以杀死或抑制多种细菌和真菌的生长。茶树油被添加到保鲜膜中后，可以提供一种天然的抗菌屏障，防止食物表面的微生物生长。茶树油酯的抗菌效果更强，因为酯化可以改善其在保鲜膜中的分散性和稳定性。更均匀、更稳定的抗菌成分分布意味着保鲜膜的抗菌效果更加持久。

实施例3-5表明，抗菌肽具有抗菌活性的小分子肽，其作用机制通常涉及与微生物细胞膜发生作用，导致细胞膜结构破坏从而杀死或抑制微生物的生长。因此，添加抗菌肽能够提高全降解抗菌保鲜膜的抗菌效果。改性抗菌肽能提高抗菌肽的稳定性、水解性、增强其抗菌活性，改性抗菌肽能提供更高效、更持久的抗菌效果。

实施例5-7表明，铜纳米颗粒可以杀死多种类型的微生物，包括细菌和真菌，它们的抗菌效果主要源于铜离子的释放，这些离子能够干扰微生物的代谢过程，破坏它们的细胞壁，导致细胞死亡，向全降解抗菌保鲜膜中添加铜纳米颗粒可以提高其抗菌效果。改性铜纳米颗粒是通过向铜纳米颗粒中添加甲基硅烷偶联剂，可以与铜纳米颗粒的表面形成化学键，从而提高了铜纳米颗粒的稳定性和分散性。这可能使得改性铜纳米颗粒在全降解抗菌保鲜膜中的分布更均匀，提高了其抗菌效果，同时使铜离子的释放更持久，从而延长了抗菌时间。

实施例7、8表明，改性抗菌肽接枝物和改性铜纳米颗粒的结合，能够增强抗菌效果，改性抗菌肽接枝物由于接枝物的特性，能够更好地吸附到细菌的表面，并通过破坏细菌的细胞膜，产生杀菌效果；另一方面，改性铜纳米颗粒因为其纳米级的尺寸，拥有极大的比表面积，因此具有很强的抗菌能力，能够与细菌产生更多的接触，从而增强抗菌效果。这种协同作用不仅可以提高抗菌效果，还可以延长抗菌时间。因为改性抗菌肽接枝物的存在，使得细菌更难以对材料产生抗药性，同时，纳米铜的持续释放也能持续产生抗菌效果，从而延长抗菌时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。