一种复合抗菌食品包装膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及食品包装技术领域，尤其涉及一种复合抗菌食品包装膜及其制备方法。

背景技术

食品安全与人类健康密切相关，随着经济和社会的发展，人们对食品安全的重视程度越来越高。食品包装是影响食品安全的一个重要因素。抗菌食品包装是近年来逐渐发展起来的新兴领域，在减缓由微生物引起的食物腐败变质方面发挥着积极的作用，具有广阔的发展前景。目前制备抗菌食品包装膜所采用的方法大多是在制备过程中添加天然抗菌剂，比如壳聚糖、植物精油、茶多酚等。例如，中国专利201711362453.9公开了一种抗菌环保包装薄膜及其制备方法，制备过程中通过添加植物精油以达到抗菌效果。植物精油的优点是天然无毒，但仅由植物精油作为抗菌成分制备而成的膜存在抗菌效率和持续抗菌性能都不高的问题。中国专利201710013317.2公开了一种由壳聚糖、明胶以及肉桂精油制备而成的新型抗菌食品包装膜，其中肉桂精油是一种常见的植物精油，用作抗菌剂，壳聚糖同时用作抗菌剂和成膜材料。壳聚糖是一类常见的天然有机抗菌材料，能抑制多种细菌的生长繁殖，且具有可成膜、无毒及可生物降解的优点，但仅由壳聚糖制成的膜存在抗菌性能较弱的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中抗菌食品包装膜使用的天然抗菌剂抗菌性能不高的问题，本发明提供了一种新型复合抗菌食品包装膜及其制备方法。本发明制备的抗菌膜结合了天然抗菌剂和无机金属抗菌剂的优点，解决了天然抗菌剂抗菌性能弱的缺点，从而使膜的抗菌性能更强，取得协同增效的效果。

本发明采用的技术方案如下。

本发明提供一种复合抗菌食品包装膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）流延制膜：以聚乳酸为成膜材料，壳聚糖为天然抗菌剂，乙酸乙酯为有机溶剂，制备流延浆料，再通过流延制备壳聚糖聚乳酸共混基膜；

（2）磺化：将步骤（1）制备的壳聚糖聚乳酸共混基膜与磺化剂反应，制备磺化膜；

（3）离子交换：将步骤（2）制备的磺化膜浸入金属离子抗菌剂溶液中，通过离子交换，使金属离子与膜中的磺酸根以离子键结合，经洗涤干燥后得到离子基膜；

（4）原位还原：将步骤（3）中制备的离子基抗菌膜中的离子原位还原成单质纳米粒子，制备得到单质纳米基抗菌膜，即复合抗菌食品包装膜。

本发明中，步骤（1）中，流延浆料中包括以下重量份的原料：聚乳酸10-30份，乙酸乙酯80-130份，壳聚糖5-20份，乳化剂0.2-1.0份。

本发明中，乳化剂为聚氧乙烯蓖麻油或失水山梨糖醇脂肪酸酯。

本发明中，流延浆料直接倒到玻璃平板上流延成膜；或者将流延浆料倒到固定有多孔聚酯薄膜的玻璃平板上流延成膜，采用多孔聚脂薄膜的好处在于能够提高最终膜的强度，增加膜的使用寿命；用于流延成膜的流延浆料的温度为75-80℃。

本发明中，磺化剂为氨基磺酸；金属离子抗菌剂溶液为0.1mol/L的硝酸银或者硝酸铜溶液；聚乳酸、氨基磺酸和金属离子抗菌剂溶液的重量比为（10-30）：（20-30）：（20-40）。

本发明中，聚乳酸、壳聚糖、金属离子抗菌剂溶液的重量比为：20:10:30~20:5:30。

本发明中，步骤（4）中，原位还原条件为紫外光或可见光，或者采用还原剂乙醇、肉桂提取物或柠檬酸。

本发明还提供一种根据上述制备方法制得的复合抗菌食品包装膜。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所采用的聚乳酸、壳聚糖等原料天然无毒，乙酸乙酯为有机溶剂，且通过离子交换可将银等具有优异抗菌活性的金属离子引入膜中，从而可解决仅由壳聚糖制备的膜抗菌性能较弱的缺点。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明的制备流程示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1-原料混合容器、2-原料混合液、3-搅拌磁子、4-流延、5-玻璃平板、6-壳聚糖聚乳酸共混基膜（半固状）、7-含浸容器、8-超纯水、9-壳聚糖聚乳酸共混基膜（固状）、10-磺化剂、11-磺化反应、12-磺化膜、13-金属离子抗菌剂、14-离子交换反应、15-离子基膜、16-原位还原反应、17-单质纳米基抗菌食品包装膜。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明优选的具体实施方式作进一步详细的描述。

实施例1

一种复合抗菌食品包装膜，其制备原料（重量份）包括：聚乳酸20份，乙酸乙酯100份，壳聚糖10份，聚氧乙烯蓖麻油0.1份，氨基磺酸30份，0.1摩尔/升硝酸银溶液30份。其制备方法为：

（1）称取20份聚乳酸放入烧杯中，然后加入100份乙酸乙酯，10份壳聚糖，0.1份聚氧乙烯蓖麻油，温度设定为80℃，磁力搅拌24小时，形成均匀的原料混合液；

（2）将上述混合液缓慢倒于玻璃平板上，流延成厚度300微米的膜，之后静置30分钟，然后将玻璃平板浸入超纯水中，静置24小时，之后将膜从玻璃平板上剥离，得到壳聚糖聚乳酸共混基膜；

（3）将上述制备的膜浸入30份氨基磺酸水溶液中，磺化反应3小时后，取出膜并用超纯水洗涤多次直至将残留在膜表面的氨基磺酸全部洗掉，干燥后得到磺化后的膜；

（4）将上述制备的磺化膜浸入30份0.1摩尔/升的硝酸银溶液中进行离子交换，24小时后取出膜并用超纯水洗涤多次直至将残留在膜表面的硝酸银溶液全部洗掉；

（5）将上述制备的膜干燥后，置于紫外光中辐照处理24小时，便可得到实施例1的复合抗菌食品包装膜。

实施例2

一种复合抗菌食品包装膜，其制备原料（重量份）包括：聚乳酸20份，乙酸乙酯100份，壳聚糖10份，聚氧乙烯蓖麻油0.1份，多孔聚酯薄膜15份，氨基磺酸30份，0.1摩尔/升硝酸银溶液30份。其制备方法为：

（1）称取20份聚乳酸放入烧杯中，然后加入100份乙酸乙酯，10份壳聚糖，0.1份聚氧乙烯蓖麻油，温度设定为80℃，磁力搅拌24小时，形成均匀的原料混合液；

（2）将15份多孔聚酯薄膜固定到玻璃平板上，将上述反应混合液缓慢倒于多孔聚酯薄膜上，流延成厚度200微米的膜，之后静置30分钟，然后将玻璃平板浸入到超纯水中，静置24小时，之后将膜从玻璃平板上剥离，得到壳聚糖聚乳酸共混基膜；

（3）将上述制备的膜浸入30份氨基磺酸中，磺化反应3小时后，取出膜并用超纯水洗涤多次直至将残留在膜表面的氨基磺酸全部洗掉，干燥后得到磺化后的膜；

（4）将上述制备的磺化膜浸入30份0.1摩尔/升的硝酸银溶液中进行离子交换，24小时候取出膜并用超纯水洗涤多次直至将残留在膜表面的硝酸银溶液全部洗掉；

（5）将上述制备的膜干燥后，置于紫外光中辐照处理24小时，便可得到实施例2的复合抗菌食品包装膜。

实施例3

与实施例1基本相同，区别在于：将壳聚糖由10份改至5份，厚度由200微米改至100微米，其余条件不变，得到实施例3的抗菌食品包装膜。

实施例4

与实施例1基本相同，区别在于：将所述的硝酸银溶液换成硝酸铜溶液，将所述的紫外光辐照处理换成0.1摩尔/升肉桂提取物溶液30份，得到实施例4的抗菌食品包装膜。

实施例5

与实施例2基本相同，区别在于：将所述的硝酸银溶液换成硝酸铜溶液，将所述的紫外光辐照处理换成0.1摩尔/升肉桂提取物溶液30份，得到实施例5的抗菌食品包装膜。

将实施例1-5所得的5种抗菌食品包装膜和对照组1（即不含有抗菌组分的普通膜）进行抑菌圈实验，采用的细菌为标准菌株大肠埃希菌ATCC25922和金黄色葡萄球菌ATCC6538，实验方法为：取1毫升浓度为0.120（OD600值）的菌液，倒入LB平板培养基中，轻轻摇晃，使菌液均匀分布在平板表面，之后放入生化培养箱中，在37摄氏度的条件下培养8小时，实验结果如表1所示。此外，将实施例1-2所得的2种抗菌食品包装膜和对照组2（即仅由天然抗菌剂壳聚糖制备的抗菌膜）进行抑菌率实验，实验方法为：将3种抗菌膜分别放入2毫升浓度为0.120（OD600值）的菌液中，和对照组3（即不含有抗菌膜的2毫升同浓度菌液）一起放入生化培养箱中，在37摄氏度的条件下培养24小时，实验结果为：含有实施例1-2所得的2种抗菌食品包装膜的菌液浓度均未升高，对细菌的抑制率达到了100%；对照组2的菌液浓度出现明显升高；对照组3的菌液浓度升高幅度最大。由此可见，仅由壳聚糖制备的抗菌膜虽然具备一定的抑菌效果，但是并未能完全抑制住细菌的生长繁殖。

表1 抗菌食品包装膜抑菌圈实验结果

在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。