一种用于畜禽生鲜肉的抑菌单向导湿保鲜垫的制备方法

本发明属于食品保鲜包装材料领域，具体涉及一种用于畜禽生鲜肉的抑菌单向导湿保鲜垫的制备方法。

背景技术：

1、畜禽生鲜肉在储藏、销售过程中常采用陈列效果较好的托盘包装，将生鲜肉类直接置于塑料托盘中，覆盖保鲜膜进行销售。然而，畜禽生鲜肉内的血水等组织液会逐渐渗出至肉类表面，在托盘底部富集，营养价值丰富的肉类与血水环境为腐败菌落的生长繁殖提供营养及生存条件，加剧了生鲜肉类的腐败变质，缩短了货架期，另外，血水在托盘底部的富集有损商品外观，会降低消费者的购买意愿。针对在储藏过程中生鲜肉类组织液的渗出问题，通过在托盘包装底部放置抑菌吸水衬垫，吸收渗出液以保持生鲜肉的品质，延长货架期。

2、目前市面上的吸水衬垫大多采用非织造布(无纺布)制成，这种吸水衬垫的保鲜作用较弱：一是衬垫材料吸水能力低；二是衬垫材料单一，没有隔绝水分的能力，生鲜肉下部与吸了水的衬垫贴合在一起，肉品湿度较大，腐败菌容易增殖；三是没有抑菌作用。因此，解决组织液对生鲜畜禽肉的污染问题具有重要意义。

3、赋予保鲜衬垫对肉品上渗出的血水组织液具有单向导湿功能，以提高保鲜作用。组织液在衬垫织物上的传递方式主要分为吸收、扩散和蒸发三个过程。单向导湿是指水分的吸收、扩散和蒸发过程只能从织物的一侧传递到另一侧，不可逆向传递，传递具有方向性。单向导湿的机理：衬垫两侧润湿性差异会形成附加压力差，水分在疏水层时，可以沿垂直表面方向的毛细管渗透到亲水层；水分到达亲水层后，会沿水平方向的毛细管扩散，不会渗透到疏水层，实现衬垫的单向导湿。这样可以使肉品和渗出的血水分隔。

4、衬垫材料的制备过程对其所包装的食品安全性影响。单向导湿复合材料的制备方法主要有结构设计法、化学整理法、直接成型法和静电纺丝法。前三者存在工艺复杂、污染环境、耐用性差的局限，而静电纺丝具有操作简单、制备高效的优点。静电纺丝技术制得纳米纤维组成的织物衬垫具有更高的比表面积，有利于产生毛细作用和单向导湿，并且具有活性物质封装能力。静电纺丝用于制备纳米纤维材料，包括疏水纤维(如聚氨酯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乳酸等)与亲水纤维，疏水纤维纺丝使用的有机溶剂有n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、丙酮等。这些有机溶剂很可能残留在所制备的纺丝纤维中，与包装食品接触后可能导致食品污染。因此，在静电纺丝过程中避免使用对健康有害的有机溶剂，以制得无害的纺丝材料是实现肉品衬垫材料安全的关键。

技术实现思路

1、【技术问题】

2、市面上的生鲜肉品吸水衬垫吸水能力不足，没有隔绝水分的能力，缺乏抑菌作用，对生鲜产品的保鲜效果较弱。需要开发具有隔水性的吸水衬垫，抑制细菌增殖。静电纺丝技术能够制备具有更高的比表面积和活性物质封装能力的纳米纤维织物，具有工艺简单的优点。静电纺丝可制备用于单向导湿材料的疏水纤维，疏水原料需用有机溶剂溶解，但大多有机溶剂对健康有害，限制其在食品包装领域的应用。

3、【技术方案】

4、为克服上述问题，本发明开发了一种用于畜禽生鲜肉的抑菌单向导湿保鲜垫的制备方法。首先，本发明具有优良的单向导湿性能，渗出的血水能迅速从肉类表面转移至保鲜垫内部，隔绝血水与生鲜肉的接触，解决血水污染问题。其次，保鲜垫中的抑菌剂能抑制肉类中微生物生长，延长生鲜肉的货架期。最后，本发明采用可生物降解的聚乙烯醇和聚己内酯作为基材，使用水和乙酸作为静电纺丝溶剂，不使用有毒害的有机溶剂，一方面保持了基材的功能性，另一方面又避免了对待包装食品的安全性以及生产和使用环境产生危害。

5、本发明提供一种抑菌单向导湿保鲜垫，其结构分三层组成，从下至上依次为锁水层(海藻酸钠/明胶纤维)、吸水层(聚乙烯醇/壳聚糖纤维)、抑菌疏水层(承载芳樟醇的聚己内酯纤维)。保鲜垫的结构示意图如附图1所示。

6、本发明还提供一种上述抑菌单向导湿保鲜垫的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、通过湿法纺丝技术，将海藻酸钠/明胶纺丝液制成锁水层；

8、s2、通过静电纺丝技术，将聚乙烯醇/壳聚糖纺丝液在锁水层上表面制备吸水层；

9、s3、通过静电纺丝技术，将承载芳樟醇的聚己内酯纺丝液在吸水层上表面制备疏水层，制得抑菌单向导湿保鲜垫。

10、在本发明的一种实施方式中，步骤s1包括以下步骤：

11、1)将海藻酸钠溶液与明胶溶液混合，制得湿法纺丝液i；

12、2)将湿法纺丝液i进行湿法纺丝，在氯化钙凝固浴中凝固成型，制得海藻酸钠/明胶纤维；

13、3)将海藻酸钠/明胶纤维剪碎、平铺在筛网中，经-60～-20℃冷冻12～36h，在压力1～50pa、温度-50～-40℃冷冻干燥36～60h，制成锁水层。

14、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s1 1)中，海藻酸钠溶液的浓度为1.5～4g/100g，明胶溶液的浓度1.5～4g/100g，海藻酸钠溶液与明胶溶液的混合体积比为1:1～4:1；步骤s1 2)中，氯化钙凝固浴的浓度为2～4g/100g，凝固成型的条件为：20～30℃静置0.5～1.5h。

15、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s1包括以下步骤：

16、1)纺丝液制备：制备浓度1.5～4.0g/100g的海藻酸钠溶液和浓度1.5～4g/100g的明胶溶液，并用三乙醇胺调节明胶溶液ph值为8～9，将海藻酸钠溶液与明胶溶液按1:1～4:1的体积比混合，加入该混合溶液体积1～5ml/100ml的丙三醇，得到湿法纺丝液i；

17、2)纺丝成型：将湿法纺丝液i进行湿法纺丝，在2～4g/100g的氯化钙凝固浴中凝固成型，在凝固浴中静置0.5～1.5h待其充分交联，洗涤，得到海藻酸钠/明胶纤维；

18、3)后处理：将海藻酸钠/明胶纤维剪碎，平铺在筛网中，经-60～-20℃冷冻12～36h、在压力1～50pa、温度-50～-40℃冷冻干燥36～60h，制成锁水层，得到单层纤维膜。

19、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s1包括以下步骤：

20、1)纺丝液制备：边搅拌边将海藻酸钠粉末加入去离子水中，静置2～4h，待海藻酸钠充分溶胀后，继续搅拌1～3h，制得1.5～4g/100g的海藻酸钠溶液；将明胶加入去离子水，40～50℃下搅拌1～3h，用三乙醇胺调节明胶溶液ph值为8～9，得到浓度为1.5～4g/100g的明胶溶液；将海藻酸钠溶液与明胶溶液按1:1～4:1的体积比混合，加入该混合溶液体积1～5％的丙三醇，在20～30℃下搅拌3～5h，超声脱泡后得到湿法纺丝液i；

21、2)纺丝成型：将湿法纺丝液i注入注射器中，注射泵推进速度为0.5～1.5ml/min，纺丝液经内径为0.2～0.3mm的针头在浓度2～4g/100g的氯化钙凝固浴中凝固成型，在凝固浴中静置0.5～1.5h待其充分交联后，用去离子水洗涤三遍，得到海藻酸钠/明胶纤维；

22、3)后处理：将海藻酸钠/明胶纤维剪碎，平铺在孔径为0.1～0.2mm的筛网中，经-60～-20℃冷冻12～36h后置于冷冻干燥机中，在压力1～50pa、温度-50～-40℃处理36～60h，制成锁水层，得到单层纤维膜。

23、在本发明的一种实施方式中，步骤s2包括以下步骤：

24、1)将聚乙烯醇水溶液和壳聚糖乙酸水溶液混合，制得混合纺丝液ii；

25、2)将混合纺丝液ii电纺至锁水层上表面，制备聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜；

26、3)将聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜与戊二醛盐酸水溶液密闭蒸汽反应18～30h，反应后30～60℃加热20～40min，聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜制成不溶于水的吸水层。

27、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s2 1)中，聚乙烯醇水溶液浓度为5～10g/100g，壳聚糖乙酸水溶液的壳聚糖浓度3～8g/100g，乙酸浓度4～6ml/100ml，聚乙烯醇水溶液与壳聚糖乙酸水溶液的体积比为1:1～4:1；步骤s2 2)中，纺丝温度为30～35℃，纺丝湿度为15％～25％；步骤s2 3)中，戊二醛盐酸水溶液由戊二醛水溶液和盐酸水溶液混合制得，戊二醛水溶液与盐酸水溶液的体积比为8:1～12:1，戊二醛水溶液浓度20～30g/100g，盐酸水溶液浓度30～42g/100g。

28、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s2包括以下步骤：

29、1)纺丝液制备：制备浓度为5～10g/100g的聚乙烯醇水溶液，制备壳聚糖浓度3～8g/100g、乙酸浓度4～6ml/100ml的壳聚糖乙酸水溶液，将聚乙烯醇水溶液与壳聚糖乙酸水溶液按1:1～4:1的体积比混合，舍去不溶物，得到混合纺丝液ii；

30、2)纺丝成型：在纺丝温度为30～35℃、湿度为15％～25％的条件下，将混合纺丝液ii电纺至锁水层上表面，制备聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜；

31、3)后处理：将20～30g/100g的戊二醛水溶液和30～42g/100g的盐酸水溶液按体积比8:1～12:1混合，得到戊二醛盐酸水溶液，在20～30℃密闭干燥皿中，聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜与戊二醛盐酸水溶液反应18～30h，反应后置于30～60℃烘箱加热20～40min，聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜制成不溶于水的吸水层，得到具有锁水层和吸水层的双层纤维膜。

32、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s2包括以下步骤：

33、1)纺丝液制备：取分子量mw＝195000的聚乙烯醇(cas:9002-89-5)溶于去离子水，在90～98℃下100～300r/min搅拌7～10h，获得浓度为5～10g/100g的聚乙烯醇水溶液；取壳聚糖(cas:9012-76-4)溶于浓度4～6ml/100ml的乙酸水溶液中，在55～75℃下100～300r/min搅拌7～10h，获得壳聚糖浓度3～8g/100g的壳聚糖乙酸水溶液，所述聚乙烯醇水溶液与壳聚糖乙酸水溶液以体积比1:1～4:1混合均匀后800～1500r/min离心5～15min，舍去不溶物，得到聚乙烯醇与壳聚糖的混合纺丝液ii；

34、2)纺丝成型：使用静电纺丝设备，在纺丝温度为30～35℃、湿度为15％～25％、纺丝电压12～20kv、推进速度0.4～0.6ml/h、针头内径0.4～0.8mm、接收滚筒转速为15～25r/min以及针头到接收器距离10～20cm的条件下，将混合纺丝液ii电纺至锁水层上表面，纺丝时间为2～4h，制备聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜；

35、3)后处理：将20～30g/100g的戊二醛水溶液和30～42g/100g的盐酸水溶液以体积比8:1～12:1混合获得戊二醛盐酸溶液，在20～30℃密闭干燥皿中，聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜经戊二醛盐酸水溶液蒸汽反应18～30h，反应后置于30～60℃烘箱加热20～40min，聚乙烯醇/壳聚糖纤维膜制成不溶于水的吸水层，得到具有锁水层和吸水层的双层纤维膜。

36、在本发明的一种实施方式中，步骤s3包括以下步骤：

37、1)制备含聚己内酯和芳樟醇的乙酸水溶液，得到混合纺丝溶液iii；

38、2)将混合纺丝液iii电纺至吸水层上表面，得到抑菌单向导湿保鲜垫。

39、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s3 1)中，混合纺丝溶液iii的乙酸浓度50～82ml/100ml，聚己内酯浓度40～60g/100g，芳樟醇浓度10～40ml/100ml；步骤s3 2)中，电纺环境温度为15～30℃、相对湿度为40％～60％。

40、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s3包括以下步骤：

41、1)纺丝液制备：制备乙酸浓度50～82ml/100ml、聚己内酯浓度40～60g/100g、芳樟醇浓度10～40ml/100ml的水溶液，得到混合纺丝溶液iii；

42、2)纺丝成型：在环境温度为15～30℃、相对湿度为40～60％的条件下，将混合纺丝液iii电纺至两层纤维膜的吸水层上表面，纺丝时间为10～30min，得到具有疏水层、锁水层和吸水层的三层纤维膜。

43、进一步地，在本发明的一种实施方式中，步骤s3包括以下步骤：

44、1)纺丝液制备：取分子量mn＝80000的聚己内酯(cas:24980-41-4)和芳樟醇溶于乙酸浓度90ml/100ml的水溶液中，在20～30℃下300～500r/min搅拌18～30h，获得聚己内酯浓度40～60g/100g，芳樟醇浓度10～40ml/100ml的混合纺丝溶液iii；

45、2)纺丝成型：使用静电纺丝设备，在环境温度15～30℃、相对湿度40～60％、纺丝电压10～15kv、推进速度1.0～1.8ml/h、针头内径0.4～0.8mm、接收滚筒转速为15～25r/min以及针头到接收器距离10～20cm的条件下，将混合纺丝液iii电纺到两层纤维膜的吸水层上表面，纺丝时间为10～30min，得到具有疏水层、锁水层和吸水层的三层纤维膜。

46、本发明还提供了上述抑菌单向导湿保鲜垫在畜禽生鲜肉保鲜领域的应用。

47、【有益效果】

48、本发明的有益效果在于：

49、(1)本发明制备的抑菌单向导湿保鲜垫具有优异的单向导湿性，水分在10s内从顶层传递至底层，而不能逆向传递，达到隔绝血水与肉类接触的目的，血水被锁水层吸收固定。实现快速排除肉品渗出水分、减少肉品与保鲜垫接触处积液的作用。

50、(2)本发明制备的抑菌单向导湿保鲜垫以芳樟醇作为抑菌剂，具有优良的抑菌性，其抑菌保鲜性能优于市面上的无纺布吸水衬垫，能显著维持生鲜鸡肉的新鲜度，包括减少菌落总数和挥发性盐基氮含量。

51、(3)本发明所述静电纺丝溶液基材采用聚乙烯醇、壳聚糖和聚己内酯，所得纤维具有安全无毒易降解的优点，使用后不会对环境造成长期污染。

52、(4)本发明所述静电纺丝溶液采用水和乙酸作为溶剂，不使用有毒有机溶剂，避免了有机溶剂在衬垫生产时的环境污染及衬垫产品中残留的问题。