一种新型可食性抗菌食品包装膜及其制备方法与流程

本发明属于食品包装领域，具体涉及一种新型可食性抗菌食品包装膜及其制备方法。

背景技术：

目前，市场上的食品包装材料是以塑料化工材料（聚乙烯、聚氯乙烯）为主，虽然具有耐用、成本低和易成型等优点，但其不可降解性所引发的环境问题已引发人们的关注。人们对于食品包装材料要求已不仅限于包装，对其是否能保持食品的鲜度、降低食品的变质腐败提出了新的要求。目前，利用可持续性生物材料制成的食品包装材料具有无毒、无污染、可降解和可再生等优点，已成为研究的热点。

壳聚糖是食品工业废弃的甲壳类动物外壳中的几丁质通过脱乙酰作用而得到的产物。壳聚糖来源广泛，是一种天然的、无毒、高效的食品防腐剂，具有多种优良性能，同时也具有成膜性，可用于食品包装材料。研究表明分子量在30万以下的壳聚糖膜可在3个月内完全降解。明胶是胶原蛋白在酸碱、紫外、高温等条件下发生变性的产物，跟胶原蛋白具有同源性，与胶原蛋白的性质相近，在食品领域常用作乳化剂、胶冻剂、稳定剂、增稠剂等。壳聚糖膜强度高，韧性差，明胶膜吸湿性强，阻水性差，二者结合能提高复合膜的机械性能、阻气性、吸湿性等，两者之间存在较强的分子间作用力，具有良好的相容性；因此常配合用于制备食品包装膜。且壳聚糖与明胶具有来源广泛，价格低廉等优点。

目前得到的壳聚糖-明胶复合膜的抗菌性较低，主要是因为壳聚糖的抑菌防腐性受到分子的乙酰化程度、分子量及所处环境的限制。因此，可通过向壳聚糖溶液中添加多种物质，如蛋白、油酸、天然抗菌剂等来改良膜的抗菌性。肉桂精油具有很好的抑菌作用，其主要成分为肉桂醛，目前已被认可为一种食品风味添加剂，可作为一种有效的活性抗菌物质添加到复合膜中，提高复合膜的抗菌性。目前对改善壳聚糖膜的机械性能研究较为成熟，但肉桂精油对壳聚糖-明胶复合膜抗菌性能影响研究的却很少。

CN201510108913.X 提供了一种简单制备壳聚糖膜的方法，该发明通过将壳聚糖溶液挤压过滤、静置脱泡、旋转涂膜、恒温恒湿干燥制备壳聚糖膜。制备过程简单，但机械性能不佳，其拉伸强度≥170MPa，断裂伸长率>3.6％，强度大，延展性差，不合适作为食品包装材料，且所使用溶剂溶解壳聚糖不具备食品无害安全标准。CN201110291480.8公开了一种明胶/PHBV共混膜的制备方法，该发明将天然高分子材料明胶与合成高分子材料PHBV按一定的质量比例混合，流延成膜。该方法制备的共混膜成本低，操作简单，但其机械强度不佳，主要与明胶的相关性质有关。CN201510449344.5提供了一种制备明胶-壳聚糖复合膜的方法，通过将壳聚糖和明胶按一定比例混合，并加入增塑剂PEG200改善复合膜的延展性，加入转谷氨酰胺酶（TGase）进行交联增强分子间作用力，流延成膜。发明证实复合膜的水溶性、溶胀比、透水汽性降低，机械性能得到改善，但其抗菌性能并未提高，且操作过于复杂，耗时长。

技术实现要素：

针对现有环保型食品包装膜机械强度不佳或抗菌性能差等问题，本发明提供了一种新型可食性抗菌食品包装膜及其制备方法。其原料壳聚糖、明胶、肉桂精油均属于食品级，可食，符合食品包装材料的原料要求；其抗菌效果显著高于市场的PE保鲜膜，原料来源广，成本低，操作简单，机械性能良好，抗菌效果明显；透光、透气等性能良好，具有一定的防紫外线功能，适合包装各种食品，符合市场的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖1-2g，乙酸溶液1-2mL，明胶1-2g，甘油0.10-0.50%wt，0.04-0.16g吐温80，0.2-0.8%wt肉桂精油。

本发明的另一目的在于，提供一种上述新型可食性抗菌食品包装膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）壳聚糖溶液的制备：将上述壳聚糖加入去离子水中，搅拌3-5min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加乙酸溶液，充分搅拌，得到1%w/v壳聚糖溶液；

（2）明胶溶液的制备：将明胶在冷水中膨胀15-30min后，于35℃条件下，磁力搅拌2h-5h溶解，制成1%w/v溶液；

（3）分别向壳聚糖和明胶溶液中加入0.10-0.50%wt甘油作为增塑剂，搅拌混合30min；

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液以7:3-3:7的质量比混合，加入吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一；

（5）加入肉桂精油到混合液中，用高速分散乳化机13000rpm下均质3-5min，使其充分分散在混合溶液中，得到复合膜液；

（6）将复合膜液于40-80℃下加热10-90min后，用真空抽气泵抽空气30min去除气泡；

（7）膜液冷却至室温后，取40g-50g膜液倾倒在直径12cm的聚苯乙烯培养皿上，于25℃、RH 50%恒温恒湿箱，干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1、RH 50%±2环境下保存备用。

其中，所述原材料壳聚糖、明胶、肉桂精油为食品级原材料。

本发明的优点在于：

壳聚糖膜强度高，韧性差，明胶膜吸湿性强，阻水性差，二者结合能提高复合膜的机械性能、阻气性、吸湿性等，但抗菌性弱。本发明改善了传统制备包装材料的机械性能差的缺陷，同时大大增强了抗菌保鲜效果。本发明的优势在于原料来源广，成本低，操作简单，所制备的食品包装膜具有良好的拉伸强度（TS=42.17±1.84MPa）和延展性能（EAB=62.34±2.66%），透光（T>80%）、透气（WVP=0.256±0.018/(g•mm/m²•h•kPa)）性好，膜厚（D=45.43±3.11μm），具有一定的防紫外线功能，对食品常见腐败微生物大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果效果显著高于市场的PE保鲜膜，适合包装各种食品，符合市场的需求。

且本发明所采用的壳聚糖、明胶等原材料简单易得，成本低廉。

说明书附图

图1 大肠杆菌抑菌实验。从左到右依次为空白滤纸、实施例2、壳聚糖/明胶共混膜，壳聚糖膜。

图2 金黄色葡萄球菌抑菌实验。从左到右依次为实施例2、壳聚糖/明胶共混膜，壳聚糖膜、空白滤纸。

具体实施方式

实施例1.

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖2g，明胶2g，0.30%wt甘油，0.04g吐温80，肉桂精油0.2%wt。其制备方法为：

（1）称取2g壳聚糖加入250ml锥形瓶中，然后加入200ml去离子水，搅拌3min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加2ml乙酸溶液，充分搅拌，得到壳聚糖溶液。

（2）称取2g明胶，先在冷水中膨胀15min后，于在35℃条件下，磁力搅拌2h溶解，配制1% w/v的明胶溶液。

（3）然后分别向壳聚糖和明胶溶液中，加入0.30%wt甘油，搅拌混合30min。

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液按质量比4:6混合后，加入0.04g吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一，以协助肉桂精油分散溶解。

（5）添加0.2%wt的肉桂精油，用高速分散乳化机13000rpm 下均质5min，得到复合膜液。

（6）将复合膜液于40℃温度下加热90min，经真空抽气泵真空抽气30min去除气泡。

（7）膜液冷却至室温后，取40g液倾倒在聚苯乙烯（直径12cm）培养皿上，于恒温恒湿箱（25℃ RH 50%）干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1，RH 50%±2保存备用。

实施例2.

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖1g，明胶1g，0.25%wt甘油，0.08g吐温80，肉桂精油0.4%wt。其制备方法为：

（1）称取1g壳聚糖加入250ml锥形瓶中，然后加入100ml去离子水，搅拌3min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加1ml乙酸溶液，充分搅拌，得到壳聚糖溶液。

（2）称取1g明胶，先在冷水中膨胀15min后，于在35℃条件下，磁力搅拌2h溶解，配制1%的明胶溶液。

（3）然后分别向壳聚糖和明胶溶液中，加入0.25%wt甘油，搅拌混合30min。

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液按质量比5:5混合后，加入0.08g吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一，以协助肉桂精油分散溶解。

（5）添加0.4%wt的肉桂精油，用高速分散乳化机13000rpm 下均质5min，得到复合膜液。

（6）将复合膜液于60℃温度下加热30min，经真空抽气泵真空抽气30min去除气泡。

（7）膜液冷却至室温后，取40g液倾倒在聚苯乙烯（直径12cm）培养皿上，于恒温恒湿箱（25℃ RH 50%）干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1，RH 50%±2保存备用。

实施例3.

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖2g，明胶2g，0.40%wt甘油，0.08g吐温80，肉桂精油0.4%wt。其制备方法为：

（1）称取2g壳聚糖加入250ml锥形瓶中，然后加入200ml去离子水，搅拌3min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加2ml乙酸溶液，充分搅拌，得到壳聚糖溶液。

（2）称取2g明胶，先在冷水中膨胀15min后，于在35℃条件下，磁力搅拌2h溶解，配制1%的明胶溶液。

（3）然后分别向壳聚糖和明胶溶液中，加入0.40%wt甘油，搅拌混合30min。

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液按质量比6:4混合后，加入0.08g吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一，以协助肉桂精油分散溶解。

（5）添加0.4%wt的肉桂精油，用高速分散乳化机13000rpm 下均质5min，得到复合膜液。

（6）将复合膜液于50℃温度下加热30min，经真空抽气泵真空抽气30min去除气泡。

（7）膜液冷却至室温后，取40g液倾倒在聚苯乙烯（直径12cm）培养皿上，于恒温恒湿箱（25℃ RH 50%）干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1，RH 50%±2保存备用。

实施例4

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖2g，明胶2g，0.30%wt甘油，0.12g吐温80，肉桂精油0.6%wt。其制备方法为：

（1）称取2g壳聚糖加入250ml锥形瓶中，然后加入200ml去离子水，搅拌3min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加2ml乙酸溶液，充分搅拌，得到壳聚糖溶液。

（2）称取2g明胶，先在冷水中膨胀15min后，于在35℃条件下，磁力搅拌2h溶解，配制1%的明胶溶液。

（3）然后分别向壳聚糖和明胶溶液中，加入0.30%wt甘油，搅拌混合30min。

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液按质量比7:3混合后，加入0.12g吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一，以协助肉桂精油分散溶解。

（5）添加0.6%wt的肉桂精油，用高速分散乳化机13000rpm 下均质5min，得到复合膜液。

（6）将复合膜液于60℃温度下加热30min，经真空抽气泵真空抽气30min去除气泡。

（7）膜液冷却至室温后，取40g液倾倒在聚苯乙烯（直径12cm）培养皿上，于恒温恒湿箱（25℃ RH 50%）干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1，RH 50%±2保存备用。

实施例5

一种新型可食性抗菌食品包装膜，其组成成分为：壳聚糖1g，明胶1g，0.30%wt甘油，0.08g吐温80，肉桂精油0.4%wt。其制备方法为：

（1）称取1g壳聚糖加入250ml锥形瓶中，然后加入100ml去离子水，搅拌3min，使壳聚糖均匀分散后，边搅拌边滴加1ml乙酸溶液，充分搅拌，得到壳聚糖溶液。

（2）称取1g明胶，先在冷水中膨胀15min后，于在35℃条件下，磁力搅拌2h溶解，配制1%的明胶溶液。

（3）然后分别向壳聚糖和明胶溶液中，加入0.30%wt甘油，搅拌混合30min。

（4）将壳聚糖/甘油和明胶/甘油溶液按质量比3:7混合后，加入0.08g吐温80乳化剂，继续搅拌混合30min至均一，以协助肉桂精油分散溶解。

（5）添加0.4%wt的肉桂精油，用高速分散乳化机13000rpm 下均质5min，得到复合膜液。

（6） 将复合膜液于80℃温度下加热10min，经真空抽气泵真空抽气30min去除气泡。

（7）膜液冷却至室温后，取40g液倾倒在聚苯乙烯（直径12cm）培养皿上，于恒温恒湿箱（25℃ RH 50%）干燥48h成膜。揭膜后，置于25℃±1，RH 50%±2保存备用。

按本发明提供的制备的可食性抗菌壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜，可用于食品领域果蔬、水产品、农产品等方面的保鲜应用。

2、测定壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜相关性能

按实施例2制备的壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜根据以下的方法，测定其机械性能、透气和透光性及对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等相关食品腐败菌抑制效果。

1）机械性能的测定。参照 GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定》等的方法，采用 TA-XT2i 质构仪测定膜的拉伸强度（Tensile Strength, TS）和断裂伸长率（Elongation At Break, EBA）。平行测定三次。

计算公式如下：

式中，F_max为膜断裂时所承受的最大拉力/N；L 为膜的厚度/mm；W 为膜的宽度/mm；L₀为膜的初始长度/mm；L₁ 是膜断裂时的长度/mm。

2）水蒸气透过性的测定

将选取好的复合膜紧密覆盖在装有蒸馏水的称量瓶上，封口，放入密闭干燥器中（相对湿度0%），保持膜内外两侧的蒸汽压差，并将干燥器放入恒温恒湿箱（25℃、50%RH）中，每隔1h称量一次，共称量10次。测定质量损失量随时间的变化，并绘制成图，得到R2≧0.99，平行测定三次，按以下公式进行计算：

式中，K为斜率，L 为膜的厚度/mm，A为测定薄膜的面积m²，Δp 取 3.168 kPa。

3）透光率的测定

选取厚薄均匀的薄膜，将其裁剪成0.8cm×4cm大小的矩形，贴在1cm比色皿的壁上，以空气为空白，用紫外分光光度计测定波长在600nm的透光率，平行测定三次。

4）复合膜的抗菌性

通过滤纸片抑菌圈法测定复合膜对大肠杆菌的抑制效果。用移液枪吸取0.1mL菌数量浓度为10⁶CFU/mL的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬液接种于营养琼脂培养基，均匀涂布。然后分别吸取7μL不同的膜液于紫外杀菌后的滤纸片（直径6mm）上，培养平板置于37℃培养箱培养24h，以添加无菌水的滤纸为空白对照，测定抑菌区域，重复测定3次。

3．壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜的相关性能

1）按实施例2制备的壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜的相关物理性能如表1：

注：WVP/(g•mm/m²•h•kPa)指水蒸气透过率。

2）按实施例2制备的壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜的抗菌性能如图1、图2所示：

3）测定按实施例2制备的复合膜的抑菌圈，总结如表2。

由表1可知，根据本发明制备的壳聚糖-明胶-肉桂精油复合膜具有良好的机械性能，拉伸强度为：42.17±1.84MPa，断裂伸长率为62.34±2.66%，水蒸气透过率为0.030±0.018 g•mm/m²•h•kPa，透光率高达80%，具有良好的透光性能和防紫外性能。相比壳聚糖膜，壳聚糖/明胶膜，本发明的三元复合膜改善了其机械性能，使其具有良好的拉伸强度和延展性，更适合作为食品包装材料。

由图1、图2以及表2可知，本发明提供的制备复合膜的方法，具有一定的抗菌效果，能抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，其抑菌保鲜效果显著高于市场的PE保鲜膜。相比单纯的壳聚糖膜、壳聚糖/明胶复合膜，添加肉桂精油后，显著的提高了其抑菌效果，根据此方法制备是复合膜是一种新型的复合食品包装材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。