一种双层复合纤维膜及其制备方法和应用

本发明涉及食品包装，尤其涉及一种双层复合纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、作为一种新兴的食品包装，活性薄膜包装系统有助于抑制食品氧化并延长保质期。近年来，天然聚合物因其良好的成膜性、生物可降解性、无毒性、阻隔性和机械性能等引起了科学家们的研究热潮，其中玉米醇溶蛋白(zein)因其绿色安全，价格低廉以及广泛的来源而备受关注。

2、zein具有较高的非极性氨基酸含量，有较强的疏水性，不易溶于水。因此，zein基的薄膜要比其他蛋白质薄膜具有更好的防潮性和耐水性。然而，蛋白基薄膜也因其机械性能差在应用中受限。

3、目前，许多研究人员对zein薄膜进行了改进研究。例如通过加入丙三醇、聚乙二醇和多酚黄酮等物质提升其zein薄膜的机械性能和使用性能，但加入丙三醇等物质用静电纺丝制备出的复合纤维膜不宜久置，具有易裂、易破碎的缺陷。

4、因此，有必要开发出一种新的复合纤维膜来提升复合纤维膜的机械性能和使用性能。

技术实现思路

1、本发明针对现有复合纤维膜的存在易裂、易破碎的问题，提出一种双层复合纤维膜及其制备方法和应用，将玉米醇溶蛋白、小麦谷蛋白、壳聚糖、明胶、百里香酚作为原料，加入一定浓度的乙酸，利用静电纺丝层层组装的方法，将双层膜通过单轴静电纺丝方法进行组装，制成双层复合纤维膜结构。通过在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜的表面附上一层壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜，提高玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜的机械性能、水蒸气阻隔性能、抗氧化性能和抗菌性能。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明首先提出一种双层复合纤维膜的制备方法，采用玉米醇溶蛋白、小麦谷蛋白、壳聚糖、明胶、百里香酚作为原料，以乙酸为溶剂，利用单轴静电纺丝层层组装的方法，通过在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜的表面附上一层壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜，制成双层复合纤维膜；

4、玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜中，玉米醇溶蛋白和小麦谷蛋白的质量比为1：1；

5、壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜中，壳聚糖、明胶和百里香酚的质量比为0.3：1：0.05。

6、进一步地，在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜制备过程中，所用的乙酸溶剂体积百分比为80％。

7、进一步地，在壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜制备过程中，所用的乙酸溶剂体积百分比为90％。

8、进一步地，在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜制备过程中，静电纺丝参数设置为流速2-2.5ml/h，纺丝时间1-1.5h，电压设置17-20kv，接收器转速为1200-1500r/min，接收器到针尖的距离为10-15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％。

9、进一步地，在壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜制备过程中，静电纺丝参数设置为流速0.5-1ml/h，纺丝时间3～4h，电压设置22～24kv，接收器转速为1200～1500r/min，接收器到针尖距离为10～15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％。

10、进一步地，上述的双层复合纤维膜的制备方法，括以下步骤：

11、s1、以乙酸为溶剂，加入玉米醇溶蛋白：小麦谷蛋白质量比为1：1的原料，乙酸溶剂体积百分比为80％，混合均匀，得到静电纺丝液1；

12、s2、以乙酸为溶剂，加入明胶：壳聚糖：百里香酚质量比为0.3：1：0.05的原料，先将明胶加热搅拌至溶解，再加入百里香酚和壳聚糖，乙酸溶剂体积百分比为90％，搅拌均匀，获得静电纺丝液2；

13、s3、将s1所制备的静电纺丝液1进行静电纺丝，静电纺丝参数设置为流速2-2.5ml/h，纺丝时间1-1.5h，电压设置17-20kv，接收器转速为1200-1500r/min，接收器到针尖的距离为10-15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％，得到玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜；

14、s4、在s3所得到的复合纤维膜上，加入s2所制备的静电纺丝液2进行静电纺丝，静电纺丝参数设置为流速0.5-1ml/h，纺丝时间3～4h，电压设置22～24kv，接收器转速为1200～1500r/min，接收器到针尖距离为10～15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％，层层组装得到双层复合纤维膜。

15、第二方面，本发明还提供了一种双层复合纤维膜，采用上述任一项所述的制备方法制备得到。

16、第三方面，本发明还提供了上述的双层复合纤维膜在食品包装材料中的应用。

17、进一步地，所述食品包装材料为抗菌包装材料。

18、更进一步地，所述抗菌包装材料为抑制金黄色葡萄球菌的包装材料。

19、与现有技术相比，本发明的技术效果：

20、本发明提出的双层复合纤维膜，利用小麦谷蛋白(g)具有环境友好型、生物可降解性和生物相容性等优势，g由于其内部结构可以通过静电纺丝将二硫键断裂并且重新整合，本发明将g与zein复合利用静电纺丝技术制备纤维膜可改善其zein机械性性能较差等缺陷。

21、但是g的纤维产生量较低，而壳聚糖(cs)被认为是天然最丰富的多糖之一，这种天然高分子具有生物功能性、血液相容性、安全性、微生物可降解优势。本发明考虑利用壳聚糖(cs)来制备双层复合纤维膜，在酸性条件下溶解的cs容易质子化变成聚电解质，在静电纺丝过程中，会使得聚合物离子基团之间排斥力增加，容易形成珠状颗粒物，因此含有cs的溶液可纺性较差。为了解决该问题，本发明在壳聚糖电纺丝溶液中加入明胶，通过氢键与cs的相互作用，降低静电斥力和表面张力，以此来获得理想的电纺丝溶液，提高cs纺丝液的可纺性能。

22、此外，百里香酚(t)是百里香精油的主要成分之一，常温下是无色或白色晶体的天然苯酚单萜类晶体物质，水溶性低，可溶于冰醋酸。t具有广谱的抗菌性和抗氧化性。但t具有较高的挥发性，因此本发明将t负载在壳聚糖中来帮助t发挥出更大的作用，对于应用于食品包装具有较大的意义和价值。

技术特征：

1.一种双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，采用玉米醇溶蛋白、小麦谷蛋白、壳聚糖、明胶、百里香酚作为原料，以乙酸为溶剂，利用单轴静电纺丝层层组装的方法，通过在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜的表面附上一层壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜，制成双层复合纤维膜；

2.根据权利要求1所述的双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜制备过程中，所用的乙酸溶剂体积百分比为80％。

3.根据权利要求1所述的双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，在壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜制备过程中，所用的乙酸溶剂体积百分比为90％。

4.根据权利要求1所述的双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，在玉米醇溶蛋白-小麦谷蛋白复合纤维膜制备过程中，静电纺丝参数设置为流速2-2.5ml/h，纺丝时间1-1.5h，电压设置17-20kv，接收器转速为1200-1500r/min，接收器到针尖的距离为10-15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％。

5.根据权利要求1所述的双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，在壳聚糖-明胶-百里香酚复合纤维膜制备过程中，静电纺丝参数设置为流速0.5-1ml/h，纺丝时间3～4h，电压设置22～24kv，接收器转速为1200～1500r/min，接收器到针尖距离为10～15cm，纺丝环境温度为25±5℃，湿度为50±5％。

6.根据权利要求1所述的双层复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.一种双层复合纤维膜，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。

8.根据权利要求7所述的双层复合纤维膜在食品包装材料中的应用。

9.根据权利要求8所述的的应用，其特征在于，所述食品包装材料为抗菌包装材料。

10.根据权利要求9所述的的应用，其特征在于，所述抗菌包装材料为抑制金黄色葡萄球菌的包装材料。

技术总结本发明公开了一种双层复合纤维膜及其制备方法和应用，涉及食品包装技术领域。本发明利用单轴静电纺丝层层组装的方法，通过在玉米醇溶蛋白‑小麦谷蛋白复合纤维膜的表面附上一层壳聚糖‑明胶‑百里香酚复合纤维膜，制成双层复合纤维膜采用本发明方法制备的双层复合纤维膜，热稳定性、热变性、含水量、水溶性和抗菌性总体效果均比单层Z‑G和CS‑GE‑T的效果好，同时原料绿色环保，并且双层复合纤维膜在水果保鲜领域展示出有一定的应用前景。技术研发人员：张浩,姜晶,卢香凝,刘景圣,宋亭喻,刘哲奇,吴鑫慧,顾瑾,兰天彤,王梓明,赵城彬,吴玉柱,钱圣,马溪远受保护的技术使用者：吉林农业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13