一種抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜及其製備方法與流程
2023-10-06 15:39:49
本發明涉及塑料技術領域，具體而言涉及一種具有抗菌、抗氧化能力、機械強度高、可環境降解的可食性明膠複合膜及其製備方法。
背景技術：
食品等營養物質在儲存過程中容易受到環境中微生物的汙染，進而造成食品的變質和腐敗。此外，環境中存在的紫外線和自由基也能夠造成脂類等物質的氧化，破壞其口味，甚至產生一些致病、致癌的化學成分。因此，為了延長食品、藥品等物質的保藏時間，研究開發具有較強紫外線吸收能力和較強抗菌、抗氧化能力的新型包裝材料意義重大。
明膠是動物皮膚、骨、肌膜、肌魅等結締組織中膠原的部分降解產物。由於明膠中含有大量芳香族胺基酸使其對紫外線具有較強的吸收能力，因此以明膠為原料製備的蛋白材料可以有效防止食品因紫外氧化而引起的腐敗。但是，明膠作為一種蛋白質容易被微生物汙染，此外明膠基材料的阻水性和機械強度差，不能滿足市場應用的要求。因此，可以通過添加抗菌劑、抗氧化劑和交聯改性的方法增強明膠材料的理化性能。薑黃素(curcumin)是姜科植物薑黃、莪朮、鬱金的塊根或根莖提取精製得到的橘黃色結晶或粉末。薑黃素具有抗炎、抗菌、抗氧化、防癌、抗癌、抗動脈粥樣硬化、降血脂等功效。由於薑黃素分子兩端具有兩個羥基，其在鹼性條件下會發生電子云偏離的共軛效應，進而促使薑黃素的顏色由黃變紅。因此，將薑黃素複合於明膠基質中可以製備具有優良抗菌和抗氧化性能的明膠基蛋白材料，與此同時該明膠基蛋白材料還具有環境ph值響應性。基於此，本發明將薑黃素引入到明膠膜材料中，實現明膠膜材料的抗菌和抗氧化的功能。此外，本發明選用的原材料均為可食和可環境降解的物質，符合綠色化學的理念。
技術實現要素：
傳統的基於石油為原料製備的合成高分子塑料能夠給我們的生活帶來便利，但是其不可環境降解性造成了嚴重的白色汙染。面對全球日趨嚴重的能源危機與環境汙染，研究開發新型可環境降解的生物塑料具有重要的意義。本發明以明膠為原材料，通過添加天然活性物質薑黃素和交聯改性的方法製備具有較強抗菌、抗氧化能力、可環境降解和高機械強度的可食性明膠複合膜，其具體製備方法如下：
(1)將薑黃素溶於乙醇與水體積比為(0.5~1):1的乙醇-水溶液中，配製質量濃度為0.04~1%的薑黃素溶液，然後將其與質量濃度為1~10%的增溶劑水溶液在25~60oc條件下共混並攪拌10~20min，之後超聲處理5~20min，得到增溶處理的薑黃素溶液；
(2)配製質量濃度為5~15%的明膠水溶液，然後加入佔明膠乾重10~20%的增塑劑，室溫下攪拌20~30min，之後將其與增溶處理的薑黃素溶液等體積共混，室溫下攪拌20~30min，調節混合液的ph值為7~11後添加交聯劑溶液，室溫下繼續攪拌10~30min，最後將其注入模具中在25~40oc條件下乾燥24~48h即製備得到抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜；
所述增溶劑為澱粉、氧化澱粉、環糊精、甲基-環糊精、羧甲基-環糊精和羥丙基-環糊精中的任意一種或幾種混合物；
所述增塑劑為山梨糖醇、甘露糖醇、麥芽糖醇和甘油中的任意一種或幾種混合物；
所述交聯劑為茶多酚、單寧酸、原花青素、京尼平、雙醛黃原膠、雙醛羧甲基纖維素、雙醛澱粉、雙醛海藻酸鈉、雙醛菊糖、雙醛魔芋葡甘聚糖和雙醛威蘭膠的任意一種或幾種混合物，其添加量為明膠乾重的5~20%。
本發明與已有的明膠膜材料相比，具有如下優點：
(1)通過將薑黃素增溶後均勻引入到明膠基質中，不僅可以增強薑黃素的穩定性，而且可以使明膠材料具有良好抗菌性和較強抗氧化性能。
(2)本發明製備的明膠複合膜具有快速環境ph值響應性，其在不同ph值環境中能夠及時顯現出不同的顏色。
(3)本發明製備的明膠複合膜還具有可食性和可環境降解的特點，符合綠色化學的發展理念，其在醫藥及食品包裝領域具有潛在的市場應用價值。
具體實施方式
下面給出本發明的4個實施例，通過實施例對本發明進行具體描述。有必要指出的是，實施例只用於對本發明做進一步的說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員可根據本發明的內容做出一些非本質的改進和調整。
實施例1
將薑黃素溶於乙醇與水體積比為0.5:1的乙醇-水溶液中，配置質量濃度為0.5%的薑黃素溶液，然後將其與質量濃度為10%的澱粉在50oc條件下攪拌10min，之後超聲處理10min，得到增容處理的薑黃素溶液；配置質量濃度為15%的明膠溶液，然後加入佔明膠乾重質量分數為10%的甘油，室溫下攪拌20min後將其與增容處理的薑黃素溶液等體積共混，室溫下攪拌30min，調節混合液的ph值為8後添加京尼平（佔明膠乾重的5%）溶液，室溫下繼續攪拌10min後將其注入模具中，最後將其在25oc條件下乾燥48h即製備得到抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜。
實施例2
將薑黃素溶於乙醇與水體積比為1:1的乙醇水溶液中，配置質量濃度為0.1%的薑黃素溶液，然後將其與質量濃度為8%的環糊精在35oc條件下攪拌20min，之後超聲處理15min，得到增容處理的薑黃素溶液；配置質量濃度為10%的明膠溶液，然後加入佔明膠乾重質量分數為20%的甘油和麥芽糖醇，室溫下攪拌20min後將其與增容處理的薑黃素溶液等體積共混，室溫下攪拌25min，調節混合液的ph值為11後添加雙醛菊糖和茶多酚（佔明膠乾重的10%）溶液，室溫下繼續攪拌20min後將其注入模具中，最後將其在40oc條件下乾燥30h即製備得到抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜。
實施例3
將薑黃素溶於乙醇與水體積比為0.8:1的乙醇水溶液中，配置質量濃度為0.06%的薑黃素溶液，然後將其與質量濃度為2%的羧甲基-環糊精在40oc條件下攪拌10min，之後超聲處理20min，得到增容處理的薑黃素溶液；配置質量濃度為8%的明膠溶液，然後加入佔明膠乾重質量分數為15%的山梨糖醇，室溫下攪拌25min後將其與增容處理的薑黃素溶液等體積共混，室溫下攪拌20min，調節混合液的ph值為9後添加雙醛黃原膠（佔明膠乾重的5%）溶液，室溫下繼續攪拌10min後將其注入模具中，最後將其在30oc條件下乾燥48h即製備得到抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜。
實施例4
將薑黃素溶於乙醇與水體積比為0.6:1的乙醇水溶液中，配置質量濃度為0.1%的薑黃素溶液，然後將其與質量濃度為6%的氧化澱粉在60oc條件下攪拌15min，之後超聲處理15min，得到增容處理的薑黃素溶液；配置質量濃度為8%的明膠溶液，然後加入佔明膠乾重質量分數為18%的麥芽糖醇，室溫下攪拌28min後將其與增容處理的薑黃素溶液等體積共混，室溫下攪拌30min，調節混合液的ph值為10後添加茶多酚和雙醛羧甲基纖維素（佔明膠乾重的15%）溶液，室溫下繼續攪拌10min後將其注入模具中，最後將其在35oc條件下乾燥40h即製備得到抗菌抗氧化的可食性明膠複合膜。