一种没食子酸交联的壳聚糖-明胶活性复合膜的制备方法
阅读说明：本技术 一种没食子酸交联的壳聚糖-明胶活性复合膜的制备方法 (Preparation method of gallic acid crosslinked chitosan-gelatin active composite membrane ) 是由 张长才 石吉勇 邹小波 李志华 黄晓玮 郭志明 于江 刘凯 翟晓东 申婷婷 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于包装材料技术领域,具体涉及一种没食子酸交联的壳聚糖-明胶活性复合膜的制备方法。制备步骤为：将壳聚糖溶液和明胶溶液混合,搅拌均匀后得到壳聚糖-明胶共混溶液；然后配制没食子酸水溶液,将没食子酸水溶液加入壳聚糖-明胶共混溶液中,充分搅拌、反应后得到成膜液；再将成膜液倒在平板中,烘干成膜后将膜从平板中轻轻剥离,得到活性复合膜。壳聚糖-明胶-没食子酸活性复合膜以壳聚糖和明胶共混溶液作为膜基质,没食子酸作为天然交联剂和活性物质加入后制备而成。该活性膜具有机械性能好、抗氧化和抗菌能力强等特点,并且对人体无毒害作用,安全环保；可以作为食品包装材料,能够有效延缓食品的腐败过程,从而延长食品的货架期。(The invention belongs to the technical field of packaging materials, and particularly relates to a preparation method of a gallic acid crosslinked chitosan-gelatin active composite membrane. The preparation steps are as follows: mixing the chitosan solution and the gelatin solution, and uniformly stirring to obtain a chitosan-gelatin blending solution; then preparing a gallic acid aqueous solution, adding the gallic acid aqueous solution into the chitosan-gelatin blended solution, fully stirring and reacting to obtain a film forming solution; and pouring the film-forming solution into a flat plate, drying to form a film, and slightly stripping the film from the flat plate to obtain the active composite film. The chitosan-gelatin-gallic acid active composite membrane is prepared by using a chitosan and gelatin blended solution as a membrane matrix and adding gallic acid as a natural cross-linking agent and an active substance. The active membrane has the characteristics of good mechanical property, strong oxidation resistance and antibacterial capacity and the like, has no toxic action on human bodies, and is safe and environment-friendly; can be used as food packaging material, and can effectively delay the putrefaction process of food, thereby prolonging the shelf life of food.)
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种没食子酸交联的壳聚糖-明胶活性复合膜的制备方法。
背景技术
目前，以塑料为主的惰性包装材料凭借其成本低廉，简单方便等优势已经占据了广大的食品包装市场份额，受到了商家和消费者的青睐。然而，石油基材料的过度使用以及塑料包装的难以降解等问题已经给自然环境带来了极大的负担。随着食品行业的发展，对食品包装也提出了新的要求，即不仅需要包装材料满足通过物理阻隔来保持食品品质的基本要求，更需要它能够具备延长食品货架期、缓解其腐败过程的功能性质。因此，这对食品包装材料提出了新的挑战。
近年来，生物基活性包装在这种时代背景下应运而生。生物基活性包装是一种使用天然生物基材负载活性成分而制备的一种包装材料，具有无毒害、易降解等特点。它还能够自主调节包装内部的环境条件，创造适合食品贮藏保鲜的“微环境”，延长食品的货架期。按其功能特性分类，活性包装可分为抗菌、抗紫外、抗氧化包装等类型。但是，目前生物基活性包装存在机械性能较差，生物活性有待进一步提高等问题。
没食子酸是一种广泛存在于自然界中的多酚类化合物，它具有杀菌、抗炎、抗氧化等功效。因其能够与蛋白质和多糖之间产生强烈的交联作用，也被称为天然交联剂。但是，目前还没有研究者将没食子酸同时作为交联剂和活性物质加入到生物膜中以提高其机械性能和功能性质。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种食品包装用活性包装材料的制备方法。使用壳聚糖和明胶共混溶液作为膜基质，没食子酸作为天然交联剂和活性物质加入膜基质中来制备该包装材料。本发明的壳聚糖-明胶-没食子酸活性复合膜具有机械性能好，抗氧化和抗菌能力强等特点，有望能够更好的保持食品质量，延长其货架期，并且对人体无毒害作用，安全环保。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种没食子酸交联的壳聚糖-明胶活性复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)壳聚糖-明胶共混溶液的制备；
S1.称取一定量的壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，在一定温度条件下反应后得到壳聚糖溶液；
S2.称取一定的明胶溶解在水中，在一定温度条件下反应后得到明胶溶液；
S3.将壳聚糖溶液和明胶溶液混合，在一定温度条件下搅拌反应后得到壳聚糖-明胶共混溶液；
(2)将没食子酸粉末加入水中，超声处理后，得到没食子酸水溶液；然后将没食子酸水溶液加入壳聚糖-明胶共混溶液中，在一定温度条件下搅拌反应后得到成膜液。
(3)将步骤(2)得到成膜液倒在平板中，然后将盛有成膜液的平板烘干，烘干成膜后将膜从平板中轻轻剥离，得到活性复合膜。
优选的，步骤S1中所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量浓度为1％～3％，醋酸的质量浓度为1％～5％；所述一定温度条件为50～80℃，反应时间为1～3h。
优选的，步骤S2中所述明胶溶液中明胶的质量浓度为1％～3％；所述一定温度条件为30～80℃，反应时间为1～2h。
优选的，步骤S2中所述壳聚糖溶液和明胶溶液混合时的体积比为1:1。
优选的，步骤S2中所述一定温度条件为50～80℃，搅拌反应的时间为2～3h。
优选的，步骤(2)中所述没食子酸粉末与水的用量比为0.1g：4-10ml；所述超声处理的时间为3-5min。
优选的，步骤(2)中所述没食子酸粉末为壳聚糖-明胶共混溶液的质量的0.02％～0.08％。
优选的，步骤(2)中所述一定温度条件为50～80℃，搅拌反应的时间为2～3h。
优选的，步骤(3)中所述成膜液倒在塑料平板中的厚度为3-5mm。
优选的，步骤(3)中所述烘干的温度为30～80℃，烘干时间为20～30h。
本发明的优点和技术效果是：
(1)本发明以天然物质壳聚糖、明胶、没食子酸为原料制备活性复合膜，绿色环保，能够自然降解，不会对自然造成伤害，符合可持续发展战略。
(2)本发明采用流延干燥法制备活性复合膜，制备工艺简单，生产效率高，且复合膜外观完整光洁，厚度一致，性能稳定。
(3)本发明的活性复合膜具有较好的机械性能，满足食品包装的基本要求；具有优异的抗氧化和抗菌能力，能够有效延缓食品的腐败过程，最终延长食品的货架期。
附图说明
图1为活性复合膜的机械性能测试结果；
图2为活性复合膜对DPPH自由基的清除能力；
图3为活性复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抗菌能力；
其中，图中不同小写字母表示有显著性差异(P<0.05)。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种壳聚糖-明胶-没食子酸交联活性复合膜的制备方法如下：
(1)称取壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，其中壳聚糖的质量浓度为2％，醋酸的质量浓度为2％，在65℃条件下反应2h得到壳聚糖溶液；
称取明胶溶解在水中，明胶的质量浓度为2％，在60℃条件下反应1.5h，反应后得到明胶溶液；
将壳聚糖溶液和明胶溶液按1:1的比例混合，在60℃下反应2h，期间不断搅拌以使两者充分混合，得到壳聚糖-明胶共混溶液；
(2)按壳聚糖-明胶共混溶液质量的0.04％称取没食子酸粉末，随后将其溶解在的水中，所述食子酸粉末与水的用量比为0.1g：4ml，超声处理5min使其充分溶解；然后用胶头滴管将没食子酸水溶液缓缓的加入到壳聚糖-明胶共混溶液中，并不断搅拌，整个过程在60℃下进行，搅拌时间为3h。
(3)最后使用流延干燥法制备活性复合膜；
将成膜液倒在塑料平板中，成膜液倒在平板中的厚度为3mm；然后将盛有成膜液的平板移入烘箱中进行烘干，烘箱温度设置为35℃，烘干时间为24h；烘干成膜后将膜从平板中轻轻剥离，得到活性复合膜。
实施例2：
一种壳聚糖-明胶-没食子酸交联活性复合膜的制备方法如下：
(1)称取壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，其中壳聚糖的质量浓度为2％，醋酸的质量浓度为2％，在65℃条件下反应2h得到壳聚糖溶液；
称取明胶溶解在水中，明胶的质量浓度为2％，在60℃条件下反应1.5h，反应后得到明胶溶液；
将壳聚糖溶液和明胶溶液按1:1的比例混合，在60℃下反应2h，期间不断搅拌以使两者充分混合，得到壳聚糖-明胶共混溶液；
(2)按壳聚糖-明胶共混溶液质量的0.08％称取没食子酸粉末，随后将其溶解在的水中，所述食子酸粉末与水的用量比为0.1g：5ml，超声处理5min使其充分溶解；然后用胶头滴管将没食子酸水溶液缓缓的加入到壳聚糖-明胶共混溶液中，并不断搅拌，整个过程在60℃下进行，搅拌时间为3h。
(3)最后使用流延干燥法制备活性复合膜；
将成膜液倒在塑料平板中，成膜液倒在平板中的厚度为3mm；然后将盛有成膜液的平板移入烘箱中进行烘干，烘箱温度设置为35℃，烘干时间为24h；烘干成膜后将膜从平板中轻轻剥离，得到活性复合膜。
对照：制备方法同实施例2，区别是不添加没食子酸。
对本发明所制备的活性复合膜进行机械性能测定，具体步骤如下：
使用物性测试仪测试膜的拉伸强度和断裂伸长率。在测试之前，所有的膜被切成60mm长，20mm宽的长条。测试时，将膜样本固定在拉力握柄两端，初始握柄距离为40mm，拉伸速度为0.06mm s-1，每个膜样本测试5次。
图1为实施例1和2所制备的活性复合膜的机械性能(A为拉伸强度，B为断裂伸长率，对照组为不添加没食子酸所制备的壳聚糖-明胶共混膜)；
结果显示，相对于对照组而言，实施例1和2所制备的活性复合膜拉伸强度显著提高，这是因为没食子酸加入后与膜基质之间形成了致密的交联网络结构，增强了膜的机械性能。虽然膜的断裂伸长率有一定的下降，但是下降程度不大，膜的柔韧性也在可接受范围内。
对本发明所制备的活性复合膜进行抗氧化能力测试，具体步骤如下：
使用DPPH自由基清除法测试活性复合膜的抗氧化能力。将膜样本(20mg)置于含有DPPH的甲醇(4mL，0.25μM)溶液中，混合液在暗室中于20℃下反应1h。反应结束后提取上清液，然后在517nm处测量其吸光度。所有实验均重复3次。图2显示了实施例1和2所制备的活性复合膜对DPPH自由基的清除能力(对照组为不含没食子酸的壳聚糖-明胶共混膜)。结果显示，活性复合膜的抗氧化能力与没食子酸的浓度呈现正比例关系。
对本发明所制备的活性复合膜进行抗菌能力测试，具体步骤如下：
使用琼脂扩散法评价了复合膜对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抗菌能力。首先将膜样品切成圆盘状(直径6mm)，并将其置于含有相应细菌的琼脂板上。然后将平板放在37℃的培养室中培养24小时。最后使用游标卡尺测量抑制区的直径，通过抑菌区的大小评价复合膜的抗菌能力。所有实验均重复三次。图3为实施例1和2所制备的活性复合膜的抗菌能力(对照组为不含没食子酸的壳聚糖-明胶共混膜)。结果显示，含有没食子酸的复合膜的抑菌圈直径明显增大，说明没食子酸的加入提高了复合膜的抗菌性能。
综上所述，本发明所述的壳聚糖-明胶-没食子酸活性复合膜的制备方法，首先通过将壳聚糖和明胶进行混合得到共混溶液，然后再加入没食子酸进行交联，最后采用流延干燥法得到活性复合膜。活性复合膜外观完整光洁，厚度一致。具有较好的机械性能和优异的抗氧化和抗菌能力，能够有效延缓食品的腐败过程，最终延长食品的货架期。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
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