阅读说明：本技术 一种花青素/pva纳米复合纤维的制备方法 (Preparation method of anthocyanin/PVA (polyvinyl alcohol) nano composite fiber ) 是由 王华林 李琳琳 郭敏 陈敏敏 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法,包括下列步骤：步骤1：紫薯花青素的制备；步骤2：紫苏花青素的制备；步骤3：聚乙烯醇溶液的制备；步骤4：将0.5-2.0重量份的紫薯花青素、0.5-2.0重量份的紫苏叶花青素和100重量份的聚乙烯醇溶液,混合均匀得到花青素/PVA混合溶液；步骤5：对花青素/PVA混合溶液进行静电纺丝,得到纤维细丝；步骤6：将纤维细丝,在真空表压-0.09～-0.10MPa、温度30-40℃条件下,真空干燥10-14h,除去残留的溶剂,得到花青素/PVA纳米复合纤维。本发明通过提取紫薯花青素和紫苏花青素,将其封装进PVA中,得到花青素/PVA纳米复合纤维,可用于食品包装能够实时监控食品的腐败状况。(A preparation method of anthocyanin/PVA nano composite fiber comprises the following steps: step 1: preparing purple sweet potato anthocyanin; step 2: preparing purple perilla anthocyanin; and step 3: preparing a polyvinyl alcohol solution; and 4, step 4: uniformly mixing 0.5-2.0 parts by weight of purple sweet potato anthocyanin, 0.5-2.0 parts by weight of perilla leaf anthocyanin and 100 parts by weight of polyvinyl alcohol solution to obtain an anthocyanin/PVA mixed solution; and 5: performing electrostatic spinning on the anthocyanin/PVA mixed solution to obtain fiber filaments; step 6: and (3) drying the fiber filaments in vacuum for 10-14h under the conditions of vacuum gauge pressure of-0.09 MPa to-0.10 MPa and temperature of 30-40 ℃, and removing residual solvent to obtain the anthocyanin/PVA nano composite fiber. According to the invention, the purple sweet potato anthocyanin and the purple perilla anthocyanin are extracted and packaged into PVA to obtain the anthocyanin/PVA nano composite fiber, and the anthocyanin/PVA nano composite fiber can be used for food packaging and can be used for monitoring the putrefaction condition of food in real time.)

一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法

技术领域

本发明属于纳米纤维制备技术领域，涉及一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法。

背景技术

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，材料直径小于1000纳米。纳米纤维的用途广泛，如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污；用纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质等。此外，纳米纤维还可用于化工、医药等产品的提纯、过滤等。制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等，其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。

花青素，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有颜色的苷元。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与花青素有关。在植物细胞液泡不同的pH值条件下，花青素使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。目前，花青素主要用于食品着色方面，也可用于染料、医药、化妆品等方面。

经济的发展引起人们需求层次的提升，食品安全和质量保障成为了当前人们关注的焦点，越来越多的研究重点放在了开发视觉pH传感智能食品包装上。智能包装是一种能够监控食品质量，为消费者提供必要信息以保障消费者安全的新兴技术。天然花青素因其来源广泛、安全无毒、pH敏感等特点，常被用来作为食品新鲜度视觉标签的开发材料。并且，花青素的天然酚类结构具有很强的清除自由基的能力，在一定程度上还能增加材料的抗氧化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法，包括下列步骤：

步骤1：将5-10重量份的紫薯粉加入100重量份的乙醇水溶液中，在温度38-43℃、搅拌转速为50-100r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔10-15min，启动超声波处理一次，提取2-4h后，将提取液以1000-3000r/min离心5-10min，收集上层液体并经过200-400目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫薯花青素；

步骤2：将5-10重量份的紫苏叶加入100重量份的乙酸水溶液中，在温度38-43℃、搅拌转速50-100r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔10-15min，启动超声波处理一次，提取2-4h后，将提取液以1000-3000r/min离心5-10min，收集上层液体并经过200-400目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫苏花青素；

步骤3：将8-10重量份的聚乙烯醇分散于90-100重量份的体积分数为0.8-1.2％的乙酸水溶液中，得到聚乙烯醇溶液；

步骤4：将0.5-2.0重量份的紫薯花青素、0.5-2.0重量份的紫苏叶花青素和100重量份的聚乙烯醇溶液，混合均匀得到花青素/PVA混合溶液；

步骤5：对花青素/PVA混合溶液进行静电纺丝，得到纤维细丝；

步骤6：将纤维细丝，在真空表压-0.09～-0.10MPa、温度30-40℃条件下，真空干燥10-14h，除去残留的溶剂，得到花青素/PVA纳米复合纤维。

优选的技术方案为：步骤1和步骤2中，超声波频率25-35KHz、功率密度0.4-0.5W/cm²，每次处理时间1.5-3.0min。

优选的技术方案为：乙醇水溶液的体积分数为75-85％；乙酸水溶液的体积分数为1.5-2.5％。

优选的技术方案为：静电纺丝时，环境的相对湿度为40-50％，温度为20-25℃；花青素/PVA混合溶液通过直径0.25-0.75mm的细管匀速挤出；静电纺丝电压10-18KV，极距8-16cm。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：

1、本发明所用材料紫薯花青素、紫苏花青素、PVA均为具有生物相容性好且环境友好等优点。

2、本发明所得复合纤维孔隙率大，在不同pH环境下能够发生不同的颜色变化，且敏感性较强，用于食品包装能够实时监控食品的腐败状况。

3、本发明所得复合纤维具有很好的抗氧化性，能够延缓食物衰老腐败。

附图说明

图1为对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的制备纺丝的电镜图。

图2为花青素/PVA纳米复合纤维在不同pH条件下的颜色变化。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1-2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1-3：一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法

一种花青素/PVA纳米复合纤维及其制备方法，其特征在于，包括以下技术步骤。

(1)紫薯花青素的提取

将7.5重量份的紫薯粉放入100重量份的体积分数为80％乙醇水溶液中，在温度40℃、搅拌转速75r/min的黑暗条件下，进行搅拌提取处理；同时，每间隔12min，启动超声波处理一次，超声波频率30KHz、功率密度0.45W/cm²，每次处理时间2min；超声波搅拌提取3h后，将混合物进行转速2000r/min离心7.5min，收集上层液体并经过300目滤网过滤，收集滤液；将滤液在真空表压-0.095MPa、温度-60℃条件下，冷冻干燥处理6h，得到的干粉状物质即为紫薯花青素。

(2)紫苏花青素的提取

将7.5重量份的紫苏叶放入100重量份的体积分数为2％乙酸水溶液中，在温度40℃、搅拌转速75r/min的黑暗条件下，进行搅拌提取处理；同时，每间隔12min，启动超声波处理一次，超声波频率30KHz、功率密度0.45W/cm²，每次处理时间2min；超声波搅拌提取3h后，将混合物进行转速2000r/min离心7.5min，收集上层液体并经过300目滤网过滤，收集滤液；将滤液在真空表压-0.095MPa、温度-60℃条件下，冷冻干燥处理6h，得到的干粉状物质即为紫苏花青素。

(3)制备PVA溶液

将9重量份的PVA与91重量份的体积分数为1％的乙酸水溶液，放置到带有搅拌装置的加热装置中，保持温度90℃、转速75r/min；得到9％PVA溶液。

所述的PVA，为聚乙烯醇，纯度高于99％。

(4)制备花青素/PVA混合溶液

将9％PVA溶液冷却至45℃，备用。

将紫薯花青素、紫苏叶青素、9％PVA溶液，混合得到花青素/PVA混合溶液。

(5)静电纺丝

将(4)中花青素/PVA混合溶液采用静电纺丝装置处理，制得纤维细丝。具体操作如下：环境的相对湿度为45％，温度为22℃；花青素/PVA混合溶液通过直径0.5mm的细管匀速挤出；静电纺丝电压16KV，极距14cm。

(6)干燥与储存

将(5)中纤维细丝，在真空表压-0.095MPa、温度35℃条件下，真空干燥12h，除去残留的溶剂，得到花青素/PVA静电纺丝。

花青素/PVA静电纺丝为纳米级复合纤维，储存在防潮箱(盒)中。

对比例：取9％PVA溶液5ml于注射器静电纺丝，设置电纺电压为16kv，接收极距为14cm，流速为0.4mL/h。将载玻片的纺丝在电镜下观察形貌。

将所得复合纤维膜与DPPH进行反应，计算DPPH清除率。

实施例1：0.135g紫薯花青素加入到10mL的9％PVA溶液中，45℃下搅拌直至溶解。

取纺丝液5ml于注射器静电纺丝，设置电纺电压为16kv，接收极距为14cm，流速为0.4mL/h。将载玻片的纺丝在电镜下观察形貌。

将所得复合纤维膜与DPPH进行反应，计算DPPH清除率。

实施例2：0.150g紫薯花青素和0.075g紫苏花青素，加入到10mL的9％PVA溶液中，45℃下搅拌直至溶解。

取纺丝液5ml于注射器静电纺丝，设置电纺电压为16kv，接收极距为14cm，流速为0.4mL/h。将载玻片的纺丝在电镜下观察形貌。

将所得复合纤维膜与DPPH进行反应，计算DPPH清除率。

实施例3：0.065g紫薯花青素和0.315g紫苏花青素加入到10mL的9％PVA溶液中，45℃下搅拌直至溶解。

取纺丝液5ml于注射器静电纺丝，设置电纺电压为16kv，接收极距为14cm，流速为0.4mL/h。将载玻片的纺丝在电镜下观察形貌。

将所得复合纤维膜与DPPH进行反应，计算DPPH清除率。

花青素/PVA纳米复合纤维对DPPH清除率的测试方法：

将0.1g复合纤维膜溶解在50mL水中，取0.1mL混合溶液和2mL的DPPH乙醇水溶液(0.06M)混合，然后在25℃的黑暗条件下反应30min，之后用紫外分光光度计清除反应后溶液在517nm处的吸光度(50％的乙醇水溶液作为空白对照)。根据下列公式计算DPPH清除率：

其中，A^c ₅₁₇和A^s ₅₁₇分别指的是空白组合实验组在517nm处的吸光度。

结果：

对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的制备纺丝的电镜图见图1。

对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的制备纺丝的DPPH清除率的测试结果见表1。

表1纳米复合纤维的DPPH清除率

	对比例	实施例1	实施例2	实施例3
					清除率(％)	0	23.57	44.49	65.77

花青素/PVA纳米复合纤维在不同pH环境下能够发生不同的颜色变化。如图2所示，且花青素/PVA纳米复合纤维敏感性较强，用于食品包装能够实时监控食品的腐败状况。

实施例4：一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法

一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法，包括下列步骤：

步骤1：将5重量份的紫薯粉加入100重量份的乙醇水溶液中，在温度38℃、搅拌转速为50r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔10min，启动超声波处理一次，提取2h后，将提取液以1000r/min离心5min，收集上层液体并经过200目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫薯花青素；

步骤2：将5重量份的紫苏叶加入100重量份的乙酸水溶液中，在温度38℃、搅拌转速50r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔10min，启动超声波处理一次，提取2h后，将提取液以1000r/min离心5min，收集上层液体并经过200目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫苏花青素；

步骤3：将8重量份的聚乙烯醇分散于90重量份的体积分数为0.8％的乙酸水溶液中，得到聚乙烯醇溶液；

步骤4：将0.5重量份的紫薯花青素、0.5重量份的紫苏叶花青素和100重量份的聚乙烯醇溶液，混合均匀得到花青素/PVA混合溶液；

步骤5：对花青素/PVA混合溶液进行静电纺丝，得到纤维细丝；

步骤6：将纤维细丝，在真空表压-0.09MPa、温度30℃条件下，真空干燥10h，除去残留的溶剂，得到花青素/PVA纳米复合纤维。

优选的实施方式为：步骤1和步骤2中，超声波频率25KHz、功率密度0.4W/cm²，每次处理时间1.5min。

优选的实施方式为：乙醇水溶液的体积分数为75％；乙酸水溶液的体积分数为1.5％。

优选的实施方式为：静电纺丝时，环境的相对湿度为40％，温度为20℃；花青素/PVA混合溶液通过直径0.25mm的细管匀速挤出；静电纺丝电压10KV，极距8cm。

实施例5：一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法

一种花青素/PVA纳米复合纤维的制备方法，包括下列步骤：

步骤1：将10重量份的紫薯粉加入100重量份的乙醇水溶液中，在温度43℃、搅拌转速为100r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔15min，启动超声波处理一次，提取4h后，将提取液以3000r/min离心10min，收集上层液体并经过400目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫薯花青素；

步骤2：将10重量份的紫苏叶加入100重量份的乙酸水溶液中，在温度43℃、搅拌转速100r/min，且为黑暗条件下进行提取；在提取过程中，每间隔15min，启动超声波处理一次，提取4h后，将提取液以3000r/min离心5-10min，收集上层液体并经过-400目滤网过滤，收集滤液；对滤液进行冷冻干燥，得到的干粉状物质即为紫苏花青素；

步骤3：将10重量份的聚乙烯醇分散于100重量份的体积分数为1.2的乙酸水溶液中，得到聚乙烯醇溶液；

步骤4：将2.0重量份的紫薯花青素、2.0重量份的紫苏叶花青素和100重量份的聚乙烯醇溶液，混合均匀得到花青素/PVA混合溶液；

步骤5：对花青素/PVA混合溶液进行静电纺丝，得到纤维细丝；

步骤6：将纤维细丝，在真空表压-0.10MPa、温度40℃条件下，真空干燥14h，除去残留的溶剂，得到花青素/PVA纳米复合纤维。

优选的实施方式为：步骤1和步骤2中，超声波频率35KHz、功率密度0.5W/cm²，每次处理时间3.0min。

优选的实施方式为：乙醇水溶液的体积分数为85％；乙酸水溶液的体积分数为2.5％。

优选的实施方式为：静电纺丝时，环境的相对湿度为50％，温度为25℃；花青素/PVA混合溶液通过直径0.75mm的细管匀速挤出；静电纺丝电压18KV，极距16cm。

以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。