细菌纤维素作为生物降解膜的性能改良剂的制作方法

本发明属于食品科学
技术领域：
，涉及细菌纤维素作为增强剂并应用于生物可降解食品包装膜。
背景技术：
：现如今广泛使用的主要为聚氯乙烯等不易降解的食品包装膜，存在污染环境的问题。因此，开发新型的生物可降解聚合膜成为必要，然其阻隔性、机械性能等较差，难以实际应用于包装食品。本领域技术人员在大量科学研究的基础上发现，由葡糖醋杆菌（木醋杆菌）发酵的细菌纤维素具有多种功能特性，作为性能改良剂加入到生物降解膜中可从多方面改善其性能，但仍有较多不足之处需进一步完善。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是细菌纤维素用作膜的特性改良剂可提高生物降解包装膜的机械性能的应用。所述的生物可降解包装膜是指由多糖类、蛋白质类及从动物或植物中提取的活性物质制备的可降解的包装膜。所述的细菌纤维素提高生物可降解包装膜的机械性能是指通过在成膜溶液中加入细菌纤维素，成膜基质与细菌纤维素二者之间相互作用增加了膜的机械性能，如拉伸力及杨氏模量等，提高力学性能。本发明的目的之二是细菌纤维素用作膜的特性改良剂改善生物可降解包装膜的阻隔性能的应用。所述的细菌纤维素改善生物可降解包装膜的阻隔性能是指将细菌纤维素加入到成膜基质中，成膜基质与细菌纤维素二者相互作用提高了膜的阻隔性能，包括透水性及透氧性，改善其屏蔽外界环境中水汽及氧气的效果。本发明的目的之三是细菌纤维素用作膜的特性改良剂提高生物可降解包装膜的热性能的应用。所述的细菌纤维素提高生物可降解包装膜的热性能是指通过细菌纤维素与成膜基质之间的相互作用，改善了膜的热稳定性，使其在受热过程中不会因快速分解、特性改变而无法保护食品。本发明的目的之四是细菌纤维素用于新型可降解包装膜使膜加载的活性物质释放速率降低的应用。所述的细菌纤维素降低包装膜加载的活性物质的释放速率是指细菌纤维素通过与成膜基质相互作用，减缓膜中活性成分的释放，进而延长食品的保质期。本发明的有益效果是：（1）细菌纤维素由葡糖醋杆菌发酵而成，产量大且易获得。将其加入生物可降解包装膜中，二者之间相互作用，改善了膜的机械性能、阻隔性及热性能，克服了一般可食用包装膜的缺陷，使其代替聚乙烯醇塑料成为可能，减少了白色污染，有利于保护环境。（2）将细菌纤维素加入到加载活性物质的生物降解包装膜中，成膜基质与细菌纤维素二者相互作用减缓了包装膜中活性成分的释放，赋予包装膜抗氧化活性或抑菌特性，有利于保护产品，延长保质期。附图说明图1为实施例1中的细菌纤维素（bc）增强壳聚糖(ch)/表没食子儿茶素没食子酸酯（egcg）薄膜的最大热分解温度（tmax）。图2为实施例1中ch-bc-egcg薄膜的抗氧化性能。图3为实施例1中ch-bc-egcg薄膜在不同egcg浓度下的拉伸力（ts）。图4为实施例1中ch-bc-egcg薄膜在不同egcg浓度下的断裂伸长率(eab)。图5为实施例1中ch-bc-egcg薄膜在不同egcg浓度下的透氧性（op）。具体实施方式本发明所述的细菌纤维素是由葡糖醋杆菌经多次扩大培养发酵而成的多纤维网状结构，含水量高达99%以上。本发明中的生物可降解生物包装膜包括但不限于由壳聚糖、多糖类、蛋白质类及从动物或植物中提取的活性物质制成的包装膜。本发明中细菌纤维素通过与成膜基质相互作用提高生物可降解包装膜的机械性能，包括但不限于拉伸力、断裂伸长率及杨氏模量。本发明中细菌纤维素通过与成膜基质间作用改善生物可降解包装膜的阻隔性能，包括但不限于阻水汽性及阻氧性。本发明中细菌纤维素与成膜基质相互作用提高生物可降解包装膜的热性能，改善其热稳定性。本发明中细菌纤维素可以减缓生物可降解包装膜中加载的活性物质的释放，使膜具有抗氧化活性或抑菌特性，有助于保护食品，延长保质期。以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案做进一步解释说明。实施例1：该实施例中纳米细菌纤维素（bc）增强壳聚糖(ch)/表没食子儿茶素没食子酸酯（egcg）薄膜的物理性能和抗氧化能力。（1）ch-bc-egcg薄膜的制备将ch粉末溶解于1％（v/v）乙酸水溶液得到2％溶液。然后，将30％甘油（基于ch干重）加入2％ch溶液中作为增塑剂。将bc加入2％ch溶液中以获得0％，5％和10％（基于ch干重）的bc含量。随后，添加egcg以获得0％，15％和30％的最终浓度（基于ch干重）。将成膜溶液（ffs）均化并超声脱气后，将ffs倒入培养皿中以形成复合膜。（2）膜的机械性能与不加活性物质egcg及bc的对照膜相比（42.38±1.34mpa），低bc浓度（5％）对拉伸力有促进作用（49.55±1.40mpa），高bc浓度（10％）对拉伸力起到反效果（33.34±0.52mpa）。表明在一定范围内，bc加入可以改善膜的机械性能，而过量的bc起破坏作用。（3）膜的阻隔性能与对照相比，egcg对活性薄膜的氧气透过没有显着影响。在各egcg浓度下，5％bc略降低膜的氧气透过率，但10％bc增加膜的氧气透过率。随着bc的增加膜的阻隔性能先增加再降低。（4）膜的热性能在不添加egcg和bc的对照膜中，热重曲线显示272.0℃时膜分解速率最大。在ch薄膜中加入egcg（15％，30％）使分解温度从272.0℃下降到245.0℃或245.3℃。而将bc添加到没有egcg的ch膜中使得分解温度增加到275.6℃（5％bc），然后降低到265.9℃（10％bc）。bc对包装膜热性能的影响受其添加量控制，与机械性能及阻隔性能的趋势相同。（5）ch-bc-egcg薄膜中egcg的释放ch-bc0-egcg15/30薄膜的活性物质在前96小时迅速释放，然后缓慢释放并趋于稳定。ch-bc5/10-egcg15/30薄膜的活性物质在前96小时缓慢释放，最后保持稳定。整个过程中前者的释放速率显著高于后者。表明bc的加入减缓了活性物质egcg的释放。实施例2：该实施例中细菌纤维素（bc）增强荞麦酒糟蛋白（ddgs）生物复合膜的表征。（1）细菌纤维素/荞麦酒糟蛋白复合膜的制备将10毫升ddgs蛋白质溶液（5％）与山梨醇混合。根据水分含量将湿bc转化为干bc，并添加到混合物中以达到1.1、1.6、1.8和2.0％（基于蛋白质重量）的bc含量。然后将混合溶液均化，并通过缓慢搅拌进行脱气。最后，将悬浮液倒入聚四氟乙烯涂层板中形成复合膜。（2）膜的机械性能如表1所示，bc的添加增加了蛋白质膜的拉伸强度。随着bc浓度的提高，拉伸强度逐渐增加。与对照相比，2.0％bc薄膜的拉伸强度增加了72％。表1不同bc浓度下荞麦酒糟蛋白复合膜的拉伸力bc(%)拉伸力（mpa）04.26±0.66a1.17.71±1.52a1.613.3±1.56b1.814.98±0.97b2.015.03±2.04b（3）膜的阻隔性能随着bc含量的增加，复合膜的水蒸气透过率略降低(表2）。表明在一定的范围内，bc的添加可以提高膜的阻隔性能。表2不同bc浓度下荞麦酒糟蛋白复合膜的水蒸气透过率bc(%)水蒸气透过率（10-10gm/pasm2）06.68±0.78a1.16.34±0.77a1.66.01±0.64a1.86.22±1.01a2.05.95±0.54a（4）膜的热性能对于纯蛋白质膜（0%bc），差示扫描量热法测得的曲线中与玻璃化转变有关的第一个峰为50.31℃。当添加1.1、1.6及1.8%的bc后，温度分别增加到50.49、50.69及51.98℃，表明bc的加入有效的改善了包装膜的热性能。实施例3：该实施例中细菌纤维素（bc）增强琼脂可食用生物复合膜的表征。（1）细菌纤维素/琼脂可食用复合膜的制备将琼脂粉溶解在蒸馏水中制备1.5％琼脂溶液，并加入30％甘油（基于琼脂干重）作为增塑剂。将bc添加到琼脂溶液中以获得3、5、8和10％（基于琼脂干重）的bc含量。随后，将成膜溶液均化后超声波脱气。最后，将成膜溶液倒入培养皿中浇铸形成生物可降解膜。（2）膜的机械性能随着bc添加量的增加，琼脂基薄膜的力学性能受到很大影响，数值列于表3中。添加bc（0％-10％bc）后，琼脂薄膜的拉伸力从22.10mpa逐渐增加到44.51mpa。与对照相比，3％、5％、8％和10％bc的掺入分别使琼脂基膜的ts提高了26、41、54和101％。与对照相比，断裂伸长率均有不同程度的改善。表3不同bc浓度下琼脂基薄膜的拉伸力bc(%)拉伸强度(mpa)断裂伸长率（%）0%22.10±0.64a10.76±2.30a3%27.95±1.42b14.50±0.88a5%31.26±2.26bc27.47±1.08b8%34.20±1.35c21.53±1.62c10%44.51±1.86d13.02±1.70a（3）膜的热性能当bc浓度从0％增加到10％时，熔融温度从86.3℃（对照）升高到168.1℃（琼脂膜含10％bc）。类似地，在加入10％bc后，降解温度从212.2℃（对照）增加至224.8℃。这表明bc可以改善琼脂膜的热稳定性。当前第1页12