一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法

本发明属于食品包装材料领域，具体涉及一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法。

背景技术：

1、水果在收获后极易感染病原菌，越来越多的石油基塑料被广泛用于水果的保鲜、密封和包装。这些石油基塑料难以降解，回收率低，对环境和生态系统有严重影响。因此，开发基于天然聚合物的可生物降解生物膜以取代这些石油基塑料具有重要意义。

2、近年来，可生物降解的多糖基食品包装膜受到越来越多的关注。然而仅由多糖制成的膜也有许多缺点，包括拉伸强度差、亲水性高、抗氧化能力低和抗菌活性差，这严重阻碍了它们在食品包装中的应用发展。目前已经提出了各种方法来克服这些缺点，其中最常见的是与其他聚合物混合，包括增塑剂、填充材料和生物活性物质等，然而这些方法通常无法同时平衡薄膜的多个指标，这往往导致薄膜性能不平衡。例如，通过共混改性可以很容易地增强多糖基膜的机械性能，而其疏水性和抗菌性能却很少被提及。在多糖基质中添加精油和多酚等活性物质可有效提高膜的生物活性，但其相容性差、挥发性和氧化作用导致机械性能损耗和抗菌效果不稳定。现有技术虽然已对全降解食品包装膜的制备技术进行了一定的研究，但存在制备方式复杂且效率低、难以商业化生产、生产能耗大、产品成本高等诸多不足之处。

3、因此，寻找一种简单的方法，可以兼顾多糖基膜的机械性能、疏水性和抗菌活性，以实现膜的多种性能指标之间的平衡，对于增强多糖基膜在食品包装应用中的前景具有重要的战略意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的诸多不足之处，本发明创新性地提供了一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，具体步骤如下：1)纤维素经酸性高碘酸功能化改性，超声分散得到醛基纤维素纳米晶悬浮液；2)醛基纤维素纳米晶与果胶水溶液混合，通过高速匀浆、脱气、平铺、自然晾干或烘干即得复合膜；本发明上述方法所得复合膜具有高机械性能、气体阻隔特性、抗氧化和抗菌等多功能性，可以替代现有石化塑料来源的食品包装膜，具有十分巨大的市场潜力和环保意义。

2、纤维素纳米晶体(cncs)已被广泛用作多糖基膜的机械性能增强剂。然而，它们疏水性较差且没有生物活性，因此在改善多糖基膜的疏水性和抗菌活性方面作用有限。功能化改性的纤维素纳米晶为解决上述问题提供了一个很好的思路。对cncs进行功能性修饰可以在保留原有性能的同时赋予其独特的性能(如疏水性、抗菌活性)。因此功能化修饰的cncs有望扩大其在多糖基膜中的应用。正是在这种构思的前提下，发明人提供了本申请的技术方案如下：

3、一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜制备方法包括如下步骤：

4、1)将干燥的微晶纤维素浸入高碘酸盐溶液中混合均匀；

5、2)用稀酸将步骤1)中的混合液的ph值调至3-3.5，进行超声(380w，10min，开6s，关7s)，在避光环境下进行反应，待反应完毕后，加入醇分解未反应的高碘酸盐，通过离心收集固体部分；

6、3)将步骤2)获得的固体部分分散到去离子水中，透析纯化，超声分散得醛基纤维素纳米晶悬浮液；

7、4)将步骤3)制备的醛基纤维素纳米晶悬浮液与多糖溶液混合，过夜搅拌并进行脱气得到成膜液；

8、5)将步骤4)中获得的成膜液平铺至玻璃板，烘干或自然晾干后揭膜，即得复合膜。

9、其中步骤1)中，高碘酸盐溶液为高碘酸的碱金属盐，如高碘酸钠或高碘酸钾；高碘酸盐溶液为质量分数4-10％的高碘酸盐水溶液，微晶纤维素与高碘酸盐的质量比为1:1.2-1:1.8。

10、步骤2)中，所述醇选自乙醇，乙二醇，甲醇，正丁醇中的一种，其可以分解未反应的高碘酸盐，因此需过量加入；该步骤的反应条件为：温度为40-45℃，时间4 -8h，搅拌速率为150-500rpm，离心转速为4000rpm，时间为5min。控制上述反应条件的原因是：ph过高或过低都会降低反应速率；温度过高会促使高碘酸分解，温度较低会促使反应效率降低。反应时间过短或过长都会致使纤维素纳米晶分离效率降低。

11、步骤3)中，固体部分与去离子水的质量比为1:8-1:11；透析条件为：8000da透析袋，透析时间为5d，换水频率：4h/次；超声分散条件为：超声功率为350-450w，超声时间为5-10min；

12、超声功率和时间过大会致使纤维素纳米晶结晶度降低，超声功率和时间过小会对纳米纤维素尺寸大小造成影响，透析袋将杂质滤出，防止影响后续的成膜。

13、步骤4)中，多糖溶液为果胶水溶液，其质量体积百分数(g/ml)为1.5-2.0％；除此之外也可以选择利用淀粉水溶液、海藻酸钠水溶液、琼脂水溶液替代果胶水溶液；醛基纤维素纳米晶悬浮液的添加量为果胶水溶液质量的0.1-10％，优选采用醛基纤维素纳米晶悬浮液的浓度为4wt％。

14、优选地，步骤5)中，所述的烘干条件为：40-60℃下干燥至可顺利揭下0.3-0.5cm膜，温度过高会导致膜容易破裂。

15、本发明采用绿色、简单的高碘酸钠氧化法制备醛基纳米纤维素(dcncs)。其长径比高、力学性能优异、与多糖基质结合后可显著提高薄膜的机械性能。由于半缩醛结构的存在，醛基纳米纤维素具有更高的疏水性。此外，由于二醛基团的反应性，醛基纳米纤维素具有独特的抗菌活性因此，dcncs有望在兼顾cncs优势的同时发挥其独特的优势，并可作为多糖基薄膜的疏水剂和抗菌剂，解决目前多糖基薄膜面临的问题。

16、与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

17、(1)使用超声微波辅助酸性高碘酸氧化纳米纤维素，制备方法简单、绿色，避免了环境污染；

18、(2)所得薄膜具有高的机械性能，低的水蒸汽透过率(可达1.023×10-12g/cm·s·pa)和氧气透过率(可达2.176×10-12cm-2·s-1·pa-1)；

19、(3)所得薄膜具有抗氧化和抗菌性能，在用于包装保鲜水果时，能够显著延长储藏期并保持水果的品质。

技术特征：

1.一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，其中步骤1)中超声条件为380w，10min。

3.根据权利要求1所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，其中步骤1)中，高碘酸盐溶液为高碘酸的碱金属盐，选自高碘酸钠或高碘酸钾；高碘酸盐溶液为质量分数4-10％的高碘酸盐水溶液，微晶纤维素与高碘酸盐的质量比为1:1.2-1:1.8。

4.根据权利要求1所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述醇选自乙醇，乙二醇，甲醇，正丁醇中的一种，该步骤的反应条件为：温度为40-45℃，时间4-8h，搅拌速率为150-500rpm，离心转速为4000rpm，时间为5min。

5.根据权利要求1所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，固体部分与去离子水的质量比为1:8-1:11；透析条件为：8000da透析袋，透析时间为5d，换水频率：4h/次；超声分散条件为：超声功率为350-450w，超声时间为5-10min。

6.根据权利要求1所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)中，多糖溶液为果胶水溶液，其质量体积百分数为1.5-2.0％；醛基纤维素纳米晶悬浮液的添加量为果胶水溶液质量的0.1-10％，所述醛基纤维素纳米晶悬浮液的浓度为4wt％。

7.根据权利要求5所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)中，利用淀粉水溶液或海藻酸钠水溶液或琼脂水溶液替代果胶水溶液。

8.根据权利要求5所述多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述的烘干条件为：40-60℃下干燥至可顺利揭下0.3-0.5cm膜。

技术总结本发明属于食品包装领域，具体涉及一种多糖基抗菌保鲜包装薄膜的制备方法，具体步骤如下：1)纤维素经酸性高碘酸功能化改性，超声分散得到醛基纤维素纳米晶悬浮液；2)醛基纤维素纳米晶与果胶水溶液混合，通过高速匀浆、脱气、平铺、自然晾干或烘干即得复合膜；本发明上述方法所得复合膜具有高机械性能、气体阻隔特性、抗氧化和抗菌等多功能性，可以替代现有石化塑料来源的食品包装膜，具有十分巨大的市场潜力和环保意义。技术研发人员：李厚深,崔伟谨,杨文静,李晨晨,李梅,范姗姗受保护的技术使用者：山东农业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13