一种绿色纳米氧化锌抗菌复合保鲜膜及其制备方法和应用

本发明属于包装材料，具体涉及一种绿色纳米氧化锌抗菌复合保鲜膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水果贮藏和销售过程中容易受到环境有害微生物的污染，导致巨大的经济损失，同时威胁人体健康。如何确保易腐水果在长途运输和长期贮存中的品质成为了人们关注的主要问题。水果保鲜包装因其安全性和便捷性得到了广泛的应用，在水果的运输、贮藏和销售过程中至关重要。近年来，水果保鲜包装在材料类型方面有所创新，开发了高分子保鲜薄膜或涂层，并在此基础上添加了抗菌剂或抗氧化剂，使其具有抑菌、抗氧化和吸湿等功能，有效防止水分流失和微生物入侵，进一步延长水果的保鲜期，呈现出广阔的市场发展前景。

2、常见的水果保鲜包装材料有聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氨酯(pu)和聚苯乙烯(ps)等。然而，随着生活水平提高和科技的发展，人们逐渐认识到传统材料的局限性，高分子材料如聚乳酸(pla)、醋酸纤维素(ca)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等得到广泛开发和应用。在这一背景下，静电纺丝技术备受国内外关注，其与传统水果包装相比，制备的纳米纤维薄膜展现出卓越的透气性、抗菌性和抗氧化性。这些薄膜能够调节包装内的气体浓度和湿度，有效控制水果的呼吸速率，抑制表面微生物的生长，从而延缓水果的氧化过程，显著延长保鲜期。与此同时，静电纺丝纳米纤维薄膜还具备良好的机械性能和较高的可降解性，符合可持续发展的要求。

3、纳米材料作为一种前沿性和交叉性的新兴材料日渐成为研究的热门领域，其与普通材料相比，具有耐热、抑菌、抗氧化和拉伸强度高等优势。纳米材料比表面积大，粒径小，表面原子比例高，具有独特的电子运动状态和表面效应，表现出宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，这些结构上的特点使其具有极强的吸附性、韧性、抑菌活性和防腐保鲜等功能。纳米氧化锌(zno nps)，又被称为超微细氧化锌，展现出传统块体材料不具备的特殊性能，包括光、电、磁、热敏感等。zno nps表现出高活性，同时具备抗红外、紫外和杀菌功能，在生物应用领域备受欢迎，是热门的纳米金属氧化物nps之一。

4、目前，塑料保鲜膜是日常生活中接触最广泛的食品保鲜膜材料。以pe(聚乙烯)，pvc(聚氯乙烯)和pvdc(聚偏二氯乙烯)为主的塑料保鲜膜在不同程度上存在安全风险、难降解、保鲜防腐性能差等诸多问题。未来保鲜膜研发的重点将会放在纳米复合可食性降解保鲜膜上，根据食品的不同类型，针对性开发不同种类的抗菌剂，有效抑制微生物的繁殖。同时，对保鲜膜的生产成本、机械性能、通透性及防水防潮性等要求也会越来越高。

5、因此，亟需研制出一种新型抗菌控湿的复合保鲜膜。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种有效的抗菌保鲜材料的制备方法以及由该制备方法获得的抗菌复合膜，避免水果的腐坏变质。本发明利用微生物绿色合成抗菌纳米氧化锌，通过静电纺丝技术将纳米氧化锌与聚乳酸(pla)和醋酸纤维素(ca)混纺，研制了一种新型抗菌控湿复合水果保鲜膜(cf)

2、为了实现上述之发明目的，本发明提供以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供了一种绿色纳米氧化锌抗菌复合保鲜膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、步骤1、制备zp纳米纤维膜：

5、s11、将pla溶解于溶剂a中，制备pla溶液，并将纳米氧化锌粉末加入至所述pla溶液中形成纺丝液；

6、s12、以亲水无纺布作为接收基底，将步骤s11得到的所述纺丝液通过静电纺丝装置纺织在所述接收基底上，得到zp纳米纤维膜；

7、步骤2、制备zpc多孔纳米纤维膜：

8、s21、将pla和ca溶解于溶剂b中，制备pla/ca溶液，在所述pla/ca溶液中加入溶剂c和纳米氧化锌粉末，充分搅拌形成纺丝液；

9、s22、将步骤s21得到的所述纺丝液置于静电纺丝装置的纺丝头中，将含有纳米氧化锌的pla/ca纳米纤维纺制在接收基底上，得到zpc多孔纳米纤维膜；

10、步骤3、制备cf抗菌控湿复合膜：

11、在亲水无纺布的两侧分别收集所述zp纳米纤维膜和所述zpc纳米纤维膜，最终制备获得抗菌控湿复合膜。

12、在某些实施例中，所述纳米氧化锌的制备方法为，在厌氧条件下，将耐锌乳酸菌在含有水溶性二价锌盐的培养液中培养，培养结束后将培养液高温加热，静置陈化，将培养液离心洗涤干燥后，即得。

13、在某些实施例中，所述耐锌乳酸菌选自副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、约氏乳杆菌与产孢乳杆菌中的一种或多种，优选为植物乳杆菌。

14、在某些实施例中，所述水溶性二价锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、乙酸锌中的一种或多种，优选为硫酸锌；所述水溶性二价锌盐浓度为10-500mmol/l，优选为50mmol/l。

15、在某些实施例中，所述培养液的ph为7-9，所述培养温度为25-35℃，优选为30℃；所述培养时间为20-30h，优选为24h；所述培养结束后的高温为75-85℃，优选为80℃，所述高温加热的时间为5-20min，优选为10min；所述静置陈化为15-35℃静置陈化10-15h。

16、在某些实施例中，步骤s11中，溶剂a为二氯甲烷(dcm)和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)的混合液，所述dcm与所述dmf的体积比为7:3，所述pla与所述混合液的质量体积比为1％-10％w/v，所述纳米氧化锌粉末与所述混合液的质量体积比为0.5％-5％w/v。

17、在某些实施例中，所述步骤21中，所述pla与ca质量比为1:1，所述溶剂b为dcm和ac的混合液，所述dcm与所述ac的体积比为4:1，所述pla或ca与所述混合液的质量体积比为0.5％-5％w/v；所述溶剂c为n,n-二甲基乙酰胺(dmac)，其添加量与所述pla/ca溶液的体积百分比为2-10％，所述纳米氧化锌粉末与所述pla/ca溶液的质量体积比为0.5％-5％w/v。

18、在某些实施例中，所述纺丝的电压为5-20kv，优选为15-20kv，优选为18kv；所述接收基底为亲水无纺布，优选为聚丙烯。

19、第二方面，本发明提供了采用上述第一方面的制备方法制得的抗菌复合保鲜膜。

20、第三方面，本发明还提供了第二方面的抗菌复合保鲜膜在水果保鲜中的应用。

21、本发明相对于现有技术而言，具有以下技术效果：

22、1)本发明通过层层组装策略将亲水层和疏水层进行复合，形成亲水-亲水-疏水的三层膜结构，疏水层朝向外部，有效防止细菌的粘附，纳米氧化锌的添加起到了杀菌作用，同时，亲水层朝向内部，纳米纤维呈现出多孔状态，可以有效粘附并杀死水果表面的细菌，起到抗菌作用；此外，三层膜的结构有单项导水的功能，可以把水果蒸腾的水分储存在中间的亲水无纺布层，防止水果皱缩失水。

23、2)本发明构建出一种具有优异的抗菌、单向导水性复合膜，复合膜应用于易腐败水果的保鲜，降低了水果在贮藏期间的腐败变质和水分流失，显著延长了水果的贮藏期。