一种可食用抗菌复合膜的制备方法与用途与流程

本发明属于食品抗菌保鲜领域，具体涉及一种二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体的可食用性抗菌复合膜的制备方法和用途。

背景技术：

肉桂精油是一种挥发性油，液体呈黄色至红褐色。肉桂精油的主要成分为肉桂醛，其次为α-水芹烯、1,8-桉叶油素、对伞花烃、樟脑、芳樟醇、β-石竹烯、α-依兰烯、α-松油醇、香叶醇、桂酸甲酯、桂酸乙酯、丁子香酚、肉桂醇等。肉桂精油具有抗氧化、清除胆固醇、降血糖、降血脂、抗菌等功能。目前，肉桂精油已被食品药品监督管理局认为是一种安全无毒的食品添加剂。肉桂精油已被广泛应用于食品调味香辛料、临床治疗、医疗保健等领域。

国内已有很多关于肉桂精油在食品、化妆品、医药技术等领域的专利申请。中国专利CN104532596A公开了一种肉桂油微胶囊织物整理液的制备方法。所得的织物整理液具有更好的耐水洗性能，更持久的抗菌保健和防皱功能。中国专利CN104872215A公开了一种含有肉桂油的微囊化植物精油驱蚊剂。中国专利CN102660053A公开了一种卡拉胶-肉桂精油可食性薄膜及其制备方法。所得薄膜用于超市冷鲜肉的包装，可以有效延长冷鲜肉保质期。中国专利CN103271996A公开了一种肉桂精油与混合环糊精包合物及其制备方法。该技术提高了包合率，增加了溶解度和稳定性，并且避免了在生产过程中使用有机溶剂。中国专利CN103690626A公开了一种复方肉桂胶囊及其制备方法。产品口感良好，具有明显的效果，保质期长。中国专利CN102885379A公开了一种双重抑菌肉桂醛微胶囊的制备方法。中国专利CN103653179A公开了一种肉桂精油纳米脂质体及其制备方法。方法操作简单，且制备的纳米脂质体分散性好，粒径均匀，稳定性好。中国专利CN101519624公开了一种肉桂精油微胶囊的制备方法。产品具有良好的热稳定性和溶解分散性。

虽然肉桂精油在医学，食品和化妆品行业被广泛应用，具有较好的杀菌、增香等特点，但是肉桂精油具有极强的挥发性，暴露在空气中不稳定，所以要寻找有效的方法降低肉桂精油在使用过程中的挥发程度，延长其贮存期。

纳米脂质体能将精油包裹在内，并且纳米脂质体不会对肉桂精油的主要活性成分造成破坏。纳米脂质体使肉桂精油中的活性成分与外界环境隔绝开来，可以降低肉桂精油的挥发性，延长保存期。此外，纳米脂质体由于它们的亚细胞尺寸，能加强脂质体的被动吸收机制，减少物质运输阻力，从而增强精油的抗菌效果。但由于脂质体在储存过程中的不稳定性，包裹精油的脂质体保质期有限。因此，选用二氧化硅制成稳定性更高的二氧化硅-肉桂精油脂质体。其次，由于二氧化硅对精油的吸附性，二氧化硅-肉桂精油脂质体的包封率比肉桂精油脂质体高。为进一步提高脂质体的稳定性以及能更好的利用于食品保鲜中，我们将制得的二氧化硅-肉桂精油脂质体分散在包装材料中或涂在包装材料表面，使抗菌物质从包装材料中释放到食品表面进行食品保鲜。

在生物包装材料中，可食用膜因其原料多是天然的可食用性蛋白质、多糖和脂肪,安全性较高，无毒副作用，制作简单、环保，不会造成环境污染，而备受相关研究人员关注；多糖常被作为制备可食用膜的原料，这是由于淀粉、食用胶、纤维衍生物成膜性良好，且化学性质比蛋白质更稳定，但由于单独一种多糖的成膜性及机械性能单薄，因此可采用几种多糖膜材料之间的协同增效作用，制备出集几种优点于一身的可食用膜，这对于开发具有优良性能的可食用膜包装具有深远的意义。

卡拉胶，又称为麒麟菜胶、石花菜胶、鹿角菜胶、角叉菜胶，其具有良好的增稠性、凝胶性及成膜性，广泛用于制造果冻，冰淇淋，糕点，软糖，罐头，肉制品，八宝粥，银耳燕窝，羹类食品，凉拌食品等食品中。低甲氧基果胶是甲基含量低于7％的果胶，其只需较低的糖浓度甚至无糖条件下，就能在Ca²⁺或其它二价阳离子体系中形成凝胶，具有良好的成膜性，因其酯化程度低，广泛用于生产低热量的食品。

国内有很多关于可食用膜的专利申请：中国专利CN102660053A公开了一种卡拉胶-肉桂精油可食性薄膜及其制备方法；中国专利CN102964847A公开了一种蛋白/壳聚糖复合型可食用膜及其制备方法；中国专利CN104164090A公开了一种EGCG纳米脂质体可食用膜及其制备方法；中国专利CN103421329A公开了一种抗菌可食用膜材料的制备方法；中国专利CN103833870A公开了一种从苹果渣中提取低甲氧基果胶的方法；中国专利CN104211831A公开了一种低甲氧基果胶的制备方法。

将复合可食用膜的制备工艺、二氧化硅吸附精油、肉桂精油脂质体的制备工艺三者结合，研究实验原料配方及工艺参数，对于提高肉桂精油的抗菌保鲜效果，及开发新型食品活性包装具有重要意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的制备方法和用途。

本发明由卡拉胶，低甲氧基果胶，CaCl₂，甘油，柠檬酸，二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体制成二氧化硅-肉桂精油脂质体可食用性抗菌复合膜。

本发明的制备方法是将卡拉胶溶解在去离子水中，80℃下水浴搅拌均匀，再将低甲氧基果胶溶解在上述溶液中，分别加入CaCl₂，柠檬酸，水浴搅拌均匀后，冷却至室温再加入二氧化硅-肉桂精油脂质体和甘油，超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h，得到二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜。

本发明中二氧化硅-肉桂精油脂质体的制备方法是将肉桂精油与二氧化硅混合，50℃水浴混合24h，形成二氧化硅-肉桂精油混合物，再利用薄膜-超声分散法将其包裹于纳米脂质体中，得到粒径为纳米级的二氧化硅-肉桂精油脂质体。吸附精油的材料为二氧化硅(SiO₂)，其与精油的质量比为1:1，每mL纳米脂质体含有5mg的二氧化硅-肉桂精油混合物。

本发明的原料，按照重量份数计算：去离子水100份，卡拉胶0.5～2份，低甲氧基果胶0.5～2份，CaCl₂ 0.1～0.3份，甘油2～4份，柠檬酸0.1～0.3份，二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体10～20份。

附图说明

图1二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的水蒸气透过系数。

图2猪肉在存储过程中大肠杆菌的细菌数量变化。

表1二氧化硅-肉桂精油脂质体的表征。

表2二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的主要力学性质。

具体实施方式

通过下面实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护内容，不仅局限于此。

实施例1二氧化硅-肉桂精油脂质体的制备与表征

1实验材料

2实验方法

1)肉桂精油脂质体的制备方法：

①将1g大豆卵磷脂，0.2g胆固醇和250mg肉桂精油，加入50mL氯仿使其溶解，将所得混合液于超声条件下扩散10min，超声功率500W，KQ-300DE，昆山市超声仪器有限公司。

②在旋转蒸发仪中蒸发至溶剂蒸干，蒸发温度为10～30℃，圆底烧瓶内壁会形成光滑的薄膜；然后将所得产品放入真空干燥箱中，30℃，真空状态下干燥24h。

③称取0.05g的PVP于50mL磷酸盐缓冲液中，超声波条件下扩散，然后将PVP的磷酸盐缓冲液加入圆底烧瓶中超声波条件下进行水化。

④将所得混合液于细胞超微粉碎仪中以功率360W，工作10s间隙5s，粉碎30min。

⑤将所得产品进行离心，4000rpm，10min，去除下层杂质；

⑥将所得液体用0.22μm滤膜进行过滤，得肉桂精油脂质体。

2)二氧化硅-肉桂精油脂质体的制备方法：

①称取250mg二氧化硅和250mg肉桂精油，50℃水浴漩涡振荡条件下充分混合24h。

②将1g大豆卵磷脂，0.2g胆固醇和500mg二氧化硅-肉桂精油混合物，加入50mL氯仿使其溶解，将所得混合液于超声条件下扩散10min，超声功率500W，KQ-300DE，昆山市超声仪器有限公司。

③在旋转蒸发仪中蒸发至溶剂蒸干，蒸发温度为10～30℃，圆底烧瓶内壁会形成光滑的薄膜；然后将所得产品放入真空干燥箱中，30℃，真空状态下干燥24h。

④称取0.05g的PVP于50mL磷酸盐缓冲液中，超声波条件下扩散，然后将PVP的磷酸盐缓冲液加入圆底烧瓶中超声波条件下进行水化。

⑤将所得混合液于细胞超微粉碎仪中以功率360W，工作10s间隙5s，粉碎30min。

⑥将所得产品进行离心，4000rpm，10min，去除下层杂质；

⑦将所得液体用0.45μm滤膜进行过滤，即得二氧化硅-肉桂精油脂质体。

3包封率的测定

用无水乙醇稀释肉桂精油，逐级稀释成浓度分别为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8mg/mL的标准溶液。然后，分别吸取1μL标准溶液进行GC-MS分析，对其主要成分的谱峰面积进行自动积分，绘制主成分峰面积-肉桂精油浓度标准曲线。取1mL二氧化硅-肉桂精油脂质体样品，13500rpm，离心3h，取上清液，用于GC-MS分析。制备好的脂质体样品，对精油主成分的峰面进行自动积分，再根据绘制的标准曲线，计算出脂质体中肉桂精油的含量。则：

4粒径与多分散系数的测定

用美国布鲁克海文仪器公司产的，型号为BI-9000的高浓度激光粒度仪测定二氧化硅-肉桂精油脂质体的粒径和多分散系数(PDI)值，所测样品放入样品池直接测量即可。

5 Zeta电势的测定

用英国马尔文仪器有限公司生产的型号为Zetasirer nano ZSZeta的电位仪测量，直接将待测脂质体样品放入电位仪中测量即可。

6二氧化硅-肉桂精油脂质体的表征

表1二氧化硅-肉桂精油脂质体的表征

包封率是评价脂质体制剂质量好坏的最重要的指标，也是脂质体能否发挥较普通制剂高效、低毒等特点的关键。由表1可看出，肉桂精油脂质体的包封率为40.1％，二氧化硅-肉桂精油脂质体的包封率为89.8％。因此制备二氧化硅-肉桂精油脂质体可以明显提高脂质体的包封率。多分散系数(PDI)直接反映二氧化硅-肉桂精油脂质体的稳定性，因此是主要参考指标，脂质体的PDI在0～0.3范围内属于最好，在0.3～0.7范围内较差，但可以接受，当PDI>0.8时，不予考虑。如图2所示，空白脂质体的粒径为86.4nm、PDI为0.353，肉桂精油脂质体的粒径为145.0nm、PDI为0.246，二氧化硅-肉桂精油脂质体的粒径为217.0nm、PDI为0.051。二氧化硅-肉桂精油脂质体的多分散系数(PDI)最小，因此制备二氧化硅-肉桂精油脂质体可以明显提高脂质体的稳定性。Zeta电位也可以直接反映二氧化硅-肉桂精油脂质体的稳定性，因此也是主要参考指标，脂质体的Zeta电位的绝对值越大说明脂质体越稳定性，Zeta电位的绝对值在0～30范围内属于不稳定，在大于30时脂质体较稳定性。如表1所示，三种脂质体均带负电，空白脂质体的Zeta电位为-22.8mV，其绝对值小于30，脂质体不稳定；肉桂精油脂质体的Zeta电位为-40.1mV，其绝对值大于30脂质体，较稳定；二氧化硅-肉桂精油脂质体的Zeta电位为-48.2mV，其绝对值最大，脂质体最稳定。

实施例2二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的制备及其力学性质的测定

1实验材料

2二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的制备

将0.5～2份卡拉胶溶解在100份去离子水中，80℃下水浴搅拌30min，再将0.5～2份低甲氧基果胶溶解在上述溶液中，依次加入0.1～0.3份CaCl₂，0.1～0.3份柠檬酸，水浴搅拌均匀后，冷却至室温再加入10～20份二氧化硅-肉桂精油脂质体和2.0～4.0份的甘油，超声除去膜分散体系中的气体，倾倒在器皿中，25℃恒温恒湿干燥箱干燥12h，得到二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜。上述二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜用于生鲜食品的包装中，可以有效延长生鲜食品的保质期。

二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜用于生鲜食品包装的方法可以是直接包裹食品，也可用涂有该抗菌膜的食品包装袋包装食品。模拟实验选用的方法为实施例5中的方法，大致步骤为：将猪肉切成30×25×3mm大小，紫外杀菌后将猪肉试样浸于大肠杆菌悬液中。随后将接种后的猪肉试样包装于事先制备好的二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜中，复合膜外层用PE保鲜膜包封，对照组只用外层PE保鲜膜包封，4℃或12℃放置10d，每隔48h测定一次猪肉试样中的细菌总数。

3二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜力学性质的测定

测定方法是根据GB1040-79，主要测定的力学参数为(1)抗张强度，(2)延伸率，以膜在破裂点的百分伸长率表示。采用质构分析仪ColorQuest XE(美国HunterLab)，每个试样进行5次平行实验。测定前先将薄膜试样在室温下、相对湿度80％左右的环境下平衡48h后测定。

4二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜透光率的测定

将膜切成5cm×3cm大小，贴在石英比色皿(1cm)的一侧，紫外可见分光光度计(德国WTW：photoLab 6600)，在500nm下测定待测薄膜的透光率，以空比色皿作空白对照。

5氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜力学性质

力学性质是表征薄膜的机械强度大小的一个重要指标。通过预试验及实验阶段对可食用性抗菌复合膜的组分比例的优化，最终制得二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的抗张强度为38.42±1.34Mpa，延伸率为35.78±5.74％，可满足实验要求。日常生产生活中，如无特殊需要，透明度高的包装材料，深受生产者和消费者的青睐；透光率是评价薄膜的透明度的重要指标，通过计算，本实验制得的二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的透光率为93.4％。

表2二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的主要力学性质

实施例3二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜水蒸气透过系数(WVP)的测定

1实验材料

二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜

2实验方法

事先准备好装有5g干燥剂(氯化钙)的锥形瓶，将制备好的完整二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜试样用石蜡密封于准备好的锥形瓶口，然后将锥形瓶放在室温，相对湿度为80％的环境中，每48h称量1次锥形瓶的重量，直至前后两次重量的增加量相差不超过5％。

膜水蒸气透过系数的计算公式为：

$MVP=\frac{q\×d}{t\×S\×\mathrm{\Δ}P}$

式中：q/t表示在稳定透过时，单位时间内锥形瓶增加重量的算术平均值(g/s)；d表示试样厚度(cm)，本试验采用同一张薄膜5个以上不同部位测量值的平均值；S表示试样的实验面积；ΔP表示试样两侧的蒸汽压差(mmHg)，由于膜两侧的RH梯度为100％，测定温度为25℃，故ΔP为23.76mmHg。

3二氧化硅-肉桂精油脂质体可食用性抗菌复合膜的水蒸气透过系数

膜的水蒸气透过系数可在一定程度上反映其阻隔性能的优劣。本实验制得的二氧化硅-肉桂精油可食用性抗菌复合膜，储藏期间，水蒸气透过系数变化较小，说明此种抗菌复合膜受环境相对湿度的影响微小，同时，也表明其水蒸气阻隔性能较好。

实施例4二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜吸水率的测定

1实验材料

二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜

2实验方法

将二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜剪成2cm×2cm大小的膜片,放入称量瓶中在35℃恒温干燥箱中干燥2h使得膜干燥无水分，用分析天平准确称重，此时膜片重量记为W₀，然后放入蒸馏水中浸泡2h使得膜吸水完全，用滤纸吸去表面水分，称重，此时膜片重量记为W_d，重复此操作至恒重，吸水率Q的计算公式如下：

$Q=\frac{(W_d-W_o)}{W_o}\×100\%$

3二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的吸水率

膜的吸水率大小直接决定膜的疏水性优劣。对传统包装材料而言，吸水率越小，越符合其包装需求，但是，就膜包装材料而言，适度的吸水率，可满足人们对速溶方便包装的要求。经计算，本发明制得的二氧化硅-肉桂精油脂质体可食用性抗菌复合膜的吸水率为69.3％，说明其可溶于水，符合速溶方便包装的要求。

实施例5二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜抑菌性能的测定

1实验材料

二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜

2实验方法

本实验选取冷藏肉制品中易污染的食源性致病菌—大肠杆菌(Escherichia coli)作为模式菌，对二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的保鲜性能进行测定。将猪肉切成30×25×3mm大小，并将猪肉试样上下进行紫外杀菌各1h。然后将紫外处理的猪肉试样浸于事先稀释成10⁴CFU/mL的大肠杆菌悬液中15s。随后将接种后的猪肉试样包装于事先制备好的二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜中，复合膜外层用PE保鲜膜包封，对照组只用外层PE保鲜膜包封，4℃或12℃放置10d，每隔48h测定一次猪肉试样中的细菌总数。测定方法按照GB4789.2-2010食品卫生微生物学检测菌落总数进行。用平板计数法，无菌环境下取出待测猪肉试样，加9倍的无菌生理盐水，均质，37℃恒温培养 48h后细菌计数。

3二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜抑菌性能

猪肉试样中的细菌数量的变化可直接反映二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜的保鲜性能。从表2可以看出，储藏过程中，相比对照组，试验组细菌数量增加缓慢，4℃、12℃与25℃的变化趋势相似，且4℃比12℃细菌数量增加的更加缓慢，但与25℃结果类似。这是由于温度越高，复合膜中的脂质体释放越快，抗菌效果越明显。结果表明二氧化硅-肉桂精油纳米脂质体可食用性抗菌复合膜对大肠杆菌显示了良好的抗菌效果。