一种可降解抗生物被膜材料及制备方法与流程

本发明涉及一种可降解抗生物被膜材料及制备方法，属于食品包装材料领域。

背景技术：

1、微生物导致的食品安全问题给人类健康造成了严重影响。研究表明，大多数微生物以生物被膜的形式存在，通过微生物细胞的大量聚集，并与胞外分泌物进行黏连，形成复杂的群落，广泛存在食品表面。生物被膜在食品工业中的危害巨大，微生物极易在食品加工设备(如热交换器)或封闭表面(如管道)上形成生物被膜，其赋予了微生物极强的环境适应能力，不仅难以消除，导致设备腐蚀或管道堵塞，严重影响食品的生产效率；而且容易造成食品的二次污染，加速食品腐败变质，使得产品保质期大大缩短。

2、当前食品工业或食品科学研究中。为降低、消除生物被膜的危害，常使用消毒剂、紫外辐射和超声等杀死微生物细胞的处理方式，虽能达到较好的杀菌效果，但并不能从根本上解决生物被膜的危害，亚致死或重新污染的微生物细胞仍能黏附在食品加工相关材料表面，形成新的生物被膜，导致新一轮的食品安全问题。因此，对食品加工相关材料进行改性，开发针对性的抗生物被膜材料，能够从根源上减少微生物的附着，阻止生物被膜的形成。不仅能降低食品工业中微生物的危害，而且有助于控制食品生产及加工中的交叉污染问题，对保障食品安全、促进食品工业健康可持续发展具有十分重要的现实意义。

3、五倍子提取物(galla chinensis，gc)具有良好的抗菌活性以及抑制微生物群体感应，但其易挥发性、水不溶性和明显芳香气味等特点限制了其在食品中的应用。环糊精是食品加工常用于包埋脂溶性或风味物质的食品添加剂，呈锥形结构，其中间有一个空腔，具有内疏水、外亲水的性质。β-环糊精因其高性价比是目前工业上唯一大量生产且广泛应用的环糊精，但β-环糊精因分子内氢键使其在水中的溶解度受限，但β-环糊精有溶血作用限制了其应用。

4、目前已有使用明胶、五倍子提取物制备包装膜的现有技术，例如，专利cn116217985b公开了使用明胶、精油制备抗菌包装膜；专利cn111234324b公开了使用壳聚糖和五倍子丹宁制备抗菌包装膜。上述专利以单纯的明胶或者明胶与其它聚合物的简单复配制备得到包装膜，并未表现出明显抑制生物被膜形成的作用，且对于延长食品保质期作用较小，同时五倍子丹宁的涩味问题没有得以解决，在实际应用中存在很大缺陷。

5、因此，基于明胶制备一种能够具有影响微生物群体感应以抑制生物被膜形成、机械性能较强的，且能够避免五倍子提取物刺激气味的可降解包装膜具有较高的实用价值经济价值。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明制备得到一种可降解抗生物被膜材料，通过在明胶膜中加入五倍子提取物(gc)，并采用羟丙基-β-环糊精(hpcd)包埋，制备得到可降解抗生物被膜材料，以微胶囊的形式，实现五倍子提取物的延缓释放，并赋予材料抑菌性和抗氧化活性，延长食品保藏期限；在此基础上，加入安全无毒的天然抑菌产物ε-聚赖氨酸，五倍子提取物与ε-聚赖氨酸发挥协同抑菌作用。本发明填充了五倍子提取物的应用空白，并进一步拓宽了五倍子提取物的应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种制备可降解抗生物被膜材料的方法，所述方法包括步骤：

3、(1)制备包合物

4、配制羟丙基-β-环糊精水溶液，并与五倍子提取物乙醇溶液混合，得到混合物溶液；将混合物溶液过滤、干燥，制备得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物；

5、(2)制备纳米颗粒

6、取步骤(1)制备得到的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物，配制五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物溶液，加入三聚磷酸钠，混合；再加入聚赖氨酸溶液，混合得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液，干燥，得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒；

7、(3)制备可降解抗生物被膜材料

8、将五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒、甘油、明胶和水混合，得到成膜溶液；成膜溶液浇筑成膜，制备得到可降解抗生物被膜材料。

9、在一种实施方式中，将基材置于成膜溶液中浸泡、干燥，基材表面制备得到可降解抗生物被膜材料。

10、在一种实施方式中，所述可降解抗生物被膜材料是薄膜或涂层。

11、在一种实施方式中，步骤(1)的混合物溶液中羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：1～8；

12、优选地，羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：2～6。

13、在一种实施方式中，步骤(2)的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液中，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为5～15：1；

14、优选地，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为8～12：1。

15、在一种实施方式中，步骤(3)的成膜溶液中明胶的质量分数为1～4％，甘油的质量分数为1～2％。

16、在一种实施方式中，步骤(1)、步骤(2)中搅拌是100～500r/min搅拌12～24h。

17、在一种实施方式中，步骤(3)中搅拌是100～200r/min搅拌60～120min。

18、在一种实施方式中，步骤(2)中干燥是冷冻干燥，时间为3～5d。

19、在一种实施方式中，步骤(3)中浇筑成膜中包括烘干，条件为30℃～35℃，时间为12-36h。

20、在一种实施方式中，五倍子提取物乙醇溶液的制备方法，步骤如下：

21、(1)将五倍子置于高速粉碎机中粉碎2～10min，得到五倍子粉末；按照用量比1g：1～5ml将五倍子粉末置于水中，60～90℃浸提1～3h，重复提取1～3次后得到五倍子水提物；

22、(2)过滤五倍子水提物得到滤液，干燥得到五倍子水提物浓缩物；

23、(3)将五倍子水提物浓缩物溶解于无水乙醇中，制备得到五倍子提取物乙醇溶液。

24、本发明的第二个目的是提供任一上述方法制备得到的可降解抗生物被膜材料。

25、本发明的第三个目的是提供种产品，所述产品含有上述的可降解抗生物被膜材料。

26、在一种实施方式中，所述产品包括包装材料、可穿戴材料或可降解材料。

27、在一种实施方式中，所述包装材料用于包装果蔬、生鲜，可以延长果蔬、生鲜食品的货架期。

28、本发明的第四个目的是提供上述的可降解抗生物被膜材料或上述的产品在制备食品、药品、农产品或纺织品中的应用。

29、本发明的第五个目的是提供一种提高明胶包装膜机械强度和抗菌性能的方法，使用五倍子提取物、羟丙基-β-环糊精和聚赖氨酸制备明胶包装膜，所述明胶包装膜的制备方法包括如下步骤：

30、(1)制备五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物

31、配制羟丙基-β-环糊精水溶液，并与五倍子提取物乙醇溶液混合，得到混合物溶液；将混合物溶液过滤、干燥，制备得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物；

32、(2)制备五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒

33、取步骤(1)制备得到的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物，配制五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物溶液，加入三聚磷酸钠，混合；再加入聚赖氨酸溶液，混合得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液，干燥，得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒；

34、(3)制备机械强度和抗菌性能提高的复合膜

35、将五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒、甘油、明胶和水混合，得到成膜溶液，浇筑成膜，制备得到机械强度和抗菌性能提高的复合膜。

36、在一种实施方式中，所述步骤(1)的混合物溶液中羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：1～8；

37、优选地，羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：2～6；

38、所述步骤(2)的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液中，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为5～15：1；

39、优选地，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为8～12：1；

40、所述步骤(3)的成膜溶液中明胶的质量分数为1～4％，甘油的质量分数为1～2％。

41、本发明的第六个目的是提供一种制备五倍子提取物明胶抗菌复合膜的方法，所述方法包括：

42、(1)制备五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物

43、配制羟丙基-β-环糊精水溶液，并与五倍子提取物乙醇溶液混合，得到混合物溶液；将混合物溶液过滤、干燥，制备得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物；

44、(2)制备五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒

45、取步骤(1)制备得到的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物，配制五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物溶液，加入三聚磷酸钠，混合；再加入聚赖氨酸溶液，混合得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液，干燥，得到五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒；

46、(3)制备机械强度和抗菌性能提高的复合膜

47、将五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒、甘油、明胶和水混合，得到成膜溶液，浇筑成膜，制备得到机械强度和抗菌性能提高的复合膜。

48、在一种实施方式中，所述步骤(1)的混合物溶液中羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：1～8；

49、优选地，羟丙基-β-环糊精和五倍子提取物的质量比为1：2～6；

50、所述步骤(2)的五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精-聚赖氨酸纳米颗粒乳浊液中，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为5～15：1；

51、优选地，五倍子提取物-羟丙基-β-环糊精包合物和聚赖氨酸的质量比为8～12：1；

52、所述步骤(3)的成膜溶液中明胶的质量分数为1～4％，甘油的质量分数为1～2％。

53、有益效果

54、本发明提供了一种可降解抗生物被膜材料及其应用，通过在明胶膜中加入五倍子提取物，使用羟丙基-β-环糊精包埋形成微胶囊，并采用交联法交联ε-聚赖氨酸，制备得到具有良好延展性、优秀抗菌性、良好热稳定性、抗生物被膜且无刺激气味的可降解薄膜，本发明填充了五倍子提取物与其他物质一同发挥协同作用的应用空白，进一步拓宽了五倍子提取物的应用。

55、具体的：

56、(1)本发明利用比常用包埋物质β-cd更加安全、热稳定性更好的hpcd，对难溶性的五倍子提取物进行包埋，实现绿色无污染的缓释方式，对五倍子提取物气味进行遮盖。并且该结构制备方法成本低、操作简单，通过简单的搅拌、干燥的方法便可制备；

57、(2)本发明通过选择安全无毒且具有广谱抑菌性的ε-聚赖氨酸，与五倍子提取物一同发挥协同抑菌作用，在发挥相同抑菌作用的同时将五倍子提取物的添加量降低16-32倍，有效降低五倍子提取物对于薄膜机械性的负面影响，使所得五倍子提取物复合明胶仿生包装膜具有很好的延展性、抗氧化性能和抑菌性能，解决了现有明胶复合膜难以同时达到良好机械性能、抑菌性的难题；

58、(3)本发明采用的原料以及明胶均具有无毒性、生物可降解性、生物相容性好等优点，制备得到的可降解复合薄膜可以有效抑制铜绿假单胞菌的生物被膜形成。