一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，包括以下步驟：(a)取聚乙烯醇，溶于去離子水中，制成聚乙烯醇膜液；(b)制備含醛基納米微球?乳酸鏈球菌綴合物，用去離子水溶解后，振蕩分散，得含醛基納米微球?乳酸鏈球菌綴合物的分散液；(c)將步驟(b)中制得的含醛基納米微球?乳酸鏈球菌綴合物的分散液滴加至步驟(a)制成的聚乙烯醇膜液中，攪拌后脫泡、流延和烘干處理，再經(jīng)常溫冷卻、揭膜，制得具有智能控釋性能的抗菌包裝膜即乳酸鏈球菌?聚乙烯醇納米抗菌膜。該抗菌包裝膜能減少食品內(nèi)部腐敗，有利于食品保鮮。
【專利說明】
一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜及其制備方法和應用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于包裝膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜及其 制備方法和應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前食品行業(yè)采用的包裝膜大多還是傳統(tǒng)的惰性包裝膜，這些傳統(tǒng)惰性包裝膜由 于必須采取抗菌劑直接噴灑或浸漬食品的保護方式，常常導致超量添加和防腐有效性下降 等問題，不僅導致食品品質(zhì)降低，更嚴重的是食品安全問題突出，已越來越多地被消費者詬 病。
[0003] 抗菌包裝薄膜是一種加入抗菌劑后具有抑制或殺滅表面細菌能力的功能性薄膜。 根據(jù)所添加抗菌劑的不同，抗菌包裝薄膜可分為有機抗菌膜、無機抗菌膜和天然抗菌膜3 類，抗菌包裝薄膜能通過不斷釋放抗菌劑來抑制微生物生長，從而延長被包裝食品的貨架 壽命。
[0004] 用于食品的無機抗菌劑主要是具有抗菌性金屬離子如銀、鋅、銅等，有機化學抗菌 劑包括有機酸及其鹽，天然抗菌劑是來源于自然界的動植物及微生物，主要有殼聚糖、甲殼 素、抗菌素、酶等，由于天然抗菌劑具有來源廣泛，毒性小，生物相容性好，人們接受程度高 等優(yōu)點，目前是研究的熱點，但天然材料的獲取、制備方法以及抗菌有效性等方面的研究， 目前還不是很深入，需要進一步研究。
[0005] 制備食品抗菌包裝薄膜有很多種方法。一種是將抗菌劑制成抗菌母粒，通過抗菌 劑或抗菌母粒和樹脂單層擠出或流涎制備而得，也可以通過作為表面層和別的層共同擠出 形成抗菌復合膜。還有一種是通過將抗菌劑涂敷或者蒸鍍在樹脂薄膜上而得，由于所要制 備的抗菌包裝膜的種類以及采用的原料不同，需要根據(jù)情況制定適合的制備方法。但以上 制備方法通常會出現(xiàn)三種弊端:其一是成膜過程的高溫易導致抗菌劑失活;其二，添加的抗 菌劑與膜的相容性不好，導致膜自身的物理機械性能的下降;其三，易出現(xiàn)暴釋或者抗菌劑 根本無法釋放出來的不可控性，從而導致抗菌有效性的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜 的制備方法，該制備方法采取的是將抗菌劑通過Schiff席夫堿固載在載體上且納米化導入 包裝膜中，不僅賦予包裝膜具有能夠感知和響應食品介質(zhì)pH值信號的智能控釋能力，而且 可以解決抗菌劑高溫失活和相容性問題，此外，還可通過調(diào)控抗菌劑-載體綴合物的納米粒 徑，進而調(diào)控膜的相關(guān)性能。
[0007] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供采用上述具有智能控釋性能的抗菌包 裝膜的制備方法制成的抗菌包裝膜。
[0008] 本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題是提供上述具有智能控釋性能的抗菌包裝膜 在食品保鮮中的應用。
[0009]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種具有智能 控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (a)取聚乙烯醇，溶于去離子水中，制成聚乙烯醇膜液；
[0011] (b)制備含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，用去離子水溶解后，振蕩分散，得含 醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液；
[0012] (c)將步驟(b)中制得的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液滴加至步驟 (a)制成的聚乙烯醇膜液中，攪拌后脫泡、流延和烘干處理，再經(jīng)常溫冷卻、揭膜，制得具有 智能控釋性能的抗菌包裝膜即乳酸鏈球菌-聚乙稀醇納米抗菌膜。
[0013] 本發(fā)明主要是基于"食品腐敗從表面開始并伴隨pH值相應逐漸降低"的規(guī)律，以最 易發(fā)生腐敗變質(zhì)反應的食品表面為靶點，通過Schiff堿將抗菌劑與載體偶聯(lián)并納米化導入 相容性膜中，利用Schiff堿的酸敏特性，賦予智能活性抗菌包裝具有能夠感知和響應食品 介質(zhì)pH值信號的能力，使活性成分的釋放規(guī)律與食品抑制腐敗需求基本同步，通過活性因 子的"按需"釋放，使其利用效率最大化，最大程度保證食品的安全和品質(zhì)。此外，擬采取的 將抗菌劑固載在載體上且納米化導入包裝膜中的方法，不僅可以解決抗菌劑高溫失活和相 容性問題，還可通過調(diào)控抗菌劑-載體綴合物的納米粒徑，進而調(diào)控膜的相關(guān)性能。
[0014] 在上述具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法中：
[0015] 步驟(a)中所述去離子水的溫度為80~100°C，所述聚乙烯醇膜液的質(zhì)量濃度是2 ~15% ;步驟(b)中含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液的質(zhì)量濃度是0.1~1% ; 步驟(c)中含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液與聚乙烯醇膜液的質(zhì)量份配比為1 ~10:100。
[0016] 步驟(b)中制備含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的具體過程是:首先制備粒徑 可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，然后與乳酸鏈球菌溶液混合，再經(jīng)振蕩、離心后， 取上層清液，干燥即制得含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物。
[0017] 制備含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物過程中：振蕩優(yōu)選采用搖床振蕩，振蕩速 度優(yōu)選為70~11 Orpm，振蕩時間優(yōu)選為10~30h。干燥優(yōu)選采用冷凍干燥。
[0018] 取上層清液，紫外測吸光度，進而計算其負載量，并除去未反應的乳酸鏈球菌 NI SIN，重復三次，冷凍干燥機干燥，得含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，結(jié)果表明負載 率約為95%，粒徑分析儀測定所得綴合物的粒徑約為150~350nm，分散度約為0.156~ 0.289,透射電鏡顯示綴合物呈球形結(jié)構(gòu)、大小均一(透射電鏡圖如圖4所示），其粒徑的大小 可以通過含醛基納米微球制備過程中NaHC0 3溶液的添加量進行調(diào)節(jié)。
[0019] 其中制備粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的過程優(yōu)選如下：
[0020] (1)配制核乳液和殼乳液:核乳液由核單體、交聯(lián)單體和乳化劑組成，殼乳液由殼 單體、交聯(lián)單體和乳化劑組成；
[0021] (2)核乳液和殼乳液的預乳化:將步驟(1)中配制的核乳液和殼乳液分別攪拌進行 預乳化，靜置后分別獲得核預乳液和殼預乳液備用；
[0022] (3)種子乳液苯乙烯核的合成:選取NaHC03緩沖溶液、水、乳化劑和部分核預乳液， 快速攪拌后，油浴加熱，同時低速攪拌，升溫至65~70°C時加入占引發(fā)劑總質(zhì)量30~60%的 引發(fā)劑打底，繼續(xù)升溫至70~80°C反應20~30min，至反應物泛藍光，繼續(xù)反應10~20min， 然后滴加剩余核預乳液和占引發(fā)劑總質(zhì)量10~30%的引發(fā)劑，滴加時間控制在1~1.5h，繼 續(xù)反應10~20min，制得種子乳液苯乙稀核；
[0023] (4)核殼聚合:在步驟(3)制得的種子乳液苯乙烯核中加入步驟（1)中的殼預乳液 和占引發(fā)劑總質(zhì)量10~30%的引發(fā)劑，控制在0.5~lh內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)反應10~20min后， 得核殼乳液；
[0024] (5)強化:在步驟(4)制備的核殼乳液中滴加剩余的引發(fā)劑，升溫至75~90°C，反應 1~2h，調(diào)節(jié)pH值至中性，所得產(chǎn)物即為粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球。
[0025] 在該粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的制備方法中：
[0026] 步驟（1)中所述核單體與殼單體的質(zhì)量份配比優(yōu)選為4:1，所述交聯(lián)單體優(yōu)選為 AMA，其用量優(yōu)選為核單體和殼單體總質(zhì)量的0.5~1.5%，所述乳化劑優(yōu)選為DNS-458，其用 量優(yōu)選為核單體和殼單體總質(zhì)量的2~5%;其中核乳液中，交聯(lián)單體的用量優(yōu)選為交聯(lián)單 體總質(zhì)量的78~82%，乳化劑的用量優(yōu)選為乳化劑總質(zhì)量的65~70%，殼乳液中，交聯(lián)單體 的用量優(yōu)選為交聯(lián)單體總質(zhì)量的18~22%，乳化劑的用量優(yōu)選為乳化劑總質(zhì)量的20~ 22%〇
[0027]在本發(fā)明中，核單體只有苯乙烯，而殼單體可以僅為4-乙烯基苯甲醛，也可以為苯 乙烯和4-乙烯基苯甲醛的混合單體。其中殼單體為苯乙烯和4-乙烯基苯甲醛的混合單體 時，苯乙烯的用量為4-乙烯基苯甲醛總質(zhì)量的0.01~8倍。
[0028] 在兩性乳化劑中，常用的有DNS-86、DNS-268和DNS-458，但本申請發(fā)明人經(jīng)過試驗 發(fā)現(xiàn)，采用前兩者聚合時，所得微球不穩(wěn)定，易聚集，這可能是乳化不徹底引起的。而采用 DNS-458聚合時，則不會出現(xiàn)微球不穩(wěn)定，易聚集的情況，聚合情況較佳，鑒于此，本發(fā)明采 用選擇DNS-458作為乳化劑。
[0029]為使微球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，緊致，最好加入交聯(lián)單體，常用的交聯(lián)單體有二乙烯基苯 (DVB)和AMA，但本申請發(fā)明人通過預實驗發(fā)現(xiàn)DVB所得微球不穩(wěn)定，而ΑΜΑ所得微球比較穩(wěn) 定，所以，選擇ΑΜΑ作為交聯(lián)單體。
[0030] 聚合物微球內(nèi)部呈現(xiàn)惰性，外部含有活潑功能基團，負載在球體的表面進行，不僅 可以提高效率、節(jié)約成本，而且有利于微球的穩(wěn)定。本申請發(fā)明人通過試驗發(fā)現(xiàn)，苯乙烯 (3七）與4-乙烯基苯甲醛（￥8厶，數(shù)11打6，厶1?51&11八.]\&11^〇111〇1〇161111979，179:2647~2651) 的骨架結(jié)構(gòu)相似，相容性較好，且聚合后苯乙烯呈惰性。鑒于此，本申請發(fā)明人選擇苯乙烯 St作為核單體，4-乙烯基苯甲醛VBA或4-乙烯基苯甲醛VBA和苯乙烯St作為殼單體;且當核 單體和殼單體的質(zhì)量份配比為4:1時，效果較佳。
[0031] 步驟(2)中攪拌時的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為500~600rmp，攪拌時間優(yōu)選為10~20min;靜置時 間優(yōu)選為10~20min。
[0032] 預乳化后獲得的核預乳液和殼預乳液呈奶白色，靜置后無分層現(xiàn)象。預乳化的作 用主要是將乳化劑不斷的補加到反應體系中，使得體系中乳化劑濃度不超過CMC(臨界膠束 濃度），而達到不生成新核的目的，進而有利于控制乳膠粒子的粒徑。
[0033]步驟(3)中部分核預乳液的用量優(yōu)選占總核預乳液的15~20 %，NaHC03緩沖溶液 的用量優(yōu)選為核單體和殼單體總質(zhì)量的〇~1 %，水的用量優(yōu)選為部分核預乳液的1~2倍， 所述乳化劑優(yōu)選為DNS-458,其用量優(yōu)選為乳化劑總質(zhì)量的8~13%。
[0034]需要特別說明的是，微球的粒徑通過NaHC03緩沖溶液的濃度進行調(diào)控，效果顯著。 NaHC03是弱酸強堿鹽，其水溶液就直接具有一定的緩沖能力，其濃度較高時，所得乳膠粒子 的粒徑變大。
[0035] 步驟(3)中快速攪拌時的轉(zhuǎn)速為600~700rpm，攪拌時間為2~4min，油浴加熱時低 速攪拌的轉(zhuǎn)速為1 〇〇~400rpm。
[0036] 需特別說明的是，在加入占引發(fā)劑總質(zhì)量30~60%的引發(fā)劑打底時，攪拌速度不 可太大，否則，微球均勾性會變差，攪拌速度最好是在100~400rpm。
[0037] 步驟(3)~步驟（5)中所述的引發(fā)劑為過硫酸銨，因整個反應體系是在水相中進 行，相比于其他過硫酸鹽類，過硫酸銨溶解度大，引發(fā)速度快。其用量優(yōu)選為核單體和殼單 體總質(zhì)量的1~2%，步驟(5)中采用氨水調(diào)節(jié)pH至中性，無苯乙烯味道。
[0038] 采用本發(fā)明方法制成的粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，采用 Mas ter sizer粒徑分析儀測得顆粒的體積平均粒徑是100~305nm，分散的一致性是0.1~ 0.202。通過透射電鏡進一步觀察其形貌，結(jié)果顯示為均勻圓球形，且單分散性良好，表面光 滑，沒有黏結(jié)，尺寸為納米級，粒徑均一，其粒徑的大小可以通過NaHC0 3溶液的添加量進行 調(diào)節(jié)，且隨著VBA含量的增高，核殼結(jié)構(gòu)明顯；凝膠滲透色譜(GPC)結(jié)果顯示，共聚后峰型是 典型的高斯分布，為單峰，表明苯乙烯與4-乙烯基苯甲醛發(fā)生了有效共聚;紅外光譜數(shù)據(jù)顯 示，在2782~28860^ 1有雙重吸收峰，在HlOcnf1有單吸收峰，證明醛基的存在。
[0039] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種具有智能 控釋性能的抗菌包裝膜，采用上述具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法制得。
[0040] 本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：上述具有智能 控釋性能的抗菌包裝膜在食品保鮮中的應用。
[0041] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0042] (1)本發(fā)明具有智能控釋性能的抗菌包裝膜中的原料含醛基納米微球-乳酸鏈球 菌綴合物中的含醛基納米微球，其采用的核單體苯乙烯（St)與殼單體4-乙烯基苯甲醛 (VBA)的骨架結(jié)構(gòu)相似，相容性較好，且聚合后苯乙烯呈惰性，本發(fā)明選擇苯乙烯St作為核 單體，4-乙烯基苯甲醛VBA作為殼單體，制成的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，該含醛基 納米微球粒徑大小可調(diào)，分散度好；
[0043] (2)本發(fā)明所選材料簡單易得、制備含醛基納米微球所用方法是工業(yè)化已經(jīng)廣泛 使用的乳液聚合技術(shù)，較易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
[0044] (3)本發(fā)明在含醛基納米微球的制備過程中，采用DNS-458作為乳化劑，采用ΑΜΑ作 為交聯(lián)單體，所得微球穩(wěn)定，不容易聚集；
[0045] (4)本發(fā)明含醛基納米微球的粒徑在制備過程中，通過加入NaHC03緩沖溶液的濃 度對含醛基納米微球的粒徑進行調(diào)控，效果顯著；
[0046] (5)本發(fā)明含醛基納米微球的醛基與乳酸鏈球菌Nisin中的氨基通過Schiff偶聯(lián)， 獲得乳酸鏈球菌綴合物，不僅可以避免乳酸鏈球菌Nisin的高溫失活，增強穩(wěn)定性，而且作 為一種功能成分添加到包裝膜中，還可以增強與包裝膜的相容性，在活性抗菌包裝膜中具 有良好的應用前景；
[0047] (6)本發(fā)明中的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的設計主要基于食品腐敗的規(guī) 律，靶點于最易發(fā)生腐敗變質(zhì)反應的食品表面，利用Schiff堿的酸敏特性，賦予智能活性抗 菌包裝具有能夠感知和響應食品介質(zhì)pH值信號的能力，使活性成分的釋放規(guī)律與食品抑制 腐敗需求基本同步，通過活性因子的"按需"釋放，使其利用效率最大化，最大程度保證食品 的安全和品質(zhì)，不僅可以減少食品內(nèi)部防腐劑的添加，增加安全;而且有利于農(nóng)產(chǎn)品新鮮品 質(zhì)的保持，提尚商品價值。
【附圖說明】
[0048] 圖1是實施例1中制備的含醛基納米微球的透射電鏡圖，其中殼單體中苯乙烯和4-乙烯基苯甲醛的質(zhì)量關(guān)系為〇:4g;
[0049] 圖2是實施例1中制備的含醛基納米微球的凝膠滲透色譜(GPC)，其中A表示純苯乙 烯，B表示苯乙烯與4-乙烯基苯甲醛的乳液共聚物，反應操作條件相同；
[0050] 圖3是實施例1中制備的含醛基納米微球以及含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物 的紅外光譜圖，其中，A是純苯乙烯;B表示苯乙烯與4-乙烯基苯甲醛的乳液共聚物，兩者的 反應操作條件相同；C是B負載Nisin后；
[0051 ]圖4是實施例4中制備的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0052]以下結(jié)合發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下采用的各組 分，如無特殊指明，均為市售。
[0053] 實施例1
[0054] 本實施例提供的粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，該含醛基納米微球 的粒徑為173nm，分散度為0.2,含醛基納米微球的核單體為苯乙烯，殼單體為4-乙烯基苯甲 醛VBA，其中核單體和殼單體的質(zhì)量份配比為4:1。
[0055] 該粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的制備方法如下：
[0056] (1)乳化劑和引發(fā)劑的篩選與配制
[0057] 在兩性乳化劑中，常用的有DNS-86、DNS-268和DNS-458，但采用前兩者聚合時，所 得微球不穩(wěn)定，易聚集，這可能是由于乳化不徹底引起的，鑒于此，選擇DNS-458(購買于廣 州雙鍵貿(mào)易有限公司，此處僅為列舉，并不進行限定，其它市售產(chǎn)品也可），其效果好，所得 微球穩(wěn)定，不容易聚集，占核、殼單體量總質(zhì)量的3.35%，準確稱取0.67gDNS-458溶于64mL 去離子水中，配置乳化劑溶液。
[0058]選擇過硫酸銨(APS)作為引發(fā)劑，占核、殼單體總質(zhì)量的1.6%，稱取0.32g APS溶 于12mL去離子水中，配置成12mL的APS溶液。
[0059] (2)核乳液和殼乳液的預乳化
[0060] 聚合物微球內(nèi)部呈現(xiàn)惰性，外部含有活潑功能基團，負載在球體的表面進行，不僅 可以提高效率、節(jié)約成本，而且有利于微球的穩(wěn)定。苯乙烯(St)與4-乙烯基苯甲醛VBA(VBA， Wulff G，Akelah A.Makromol Chem 1979,179:2647~2651)的骨架結(jié)構(gòu)相似，相容性較好， 且聚合后苯乙烯呈惰性。鑒于此，選擇St為核單體，VBA為殼單體，二者的質(zhì)量份配比為4:1。
[0061] 為使微球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，緊致，加入交聯(lián)單體，常用的交聯(lián)單體有二乙烯基苯(DVB)和 ΑΜΑ(廣州一馬試劑有限公司，純度:99%，此處僅為列舉，并不進行限定，其它市售產(chǎn)品也 可），但通過預實驗發(fā)現(xiàn)DVB所得微球不穩(wěn)定，而采用ΑΜΑ所得微球穩(wěn)定，所以，選擇ΑΜΑ作為 交聯(lián)單體，占核單體苯乙烯和殼單體4-乙烯基苯甲醛總質(zhì)量的1 %。
[0062] 因此，核乳液的組成為St 16g、AMA 0.16g、DNS-458 44mL;殼乳液的組成為VBA4g、 AM0.0 4g、DNS-458 14mL。分別將配置好的核乳液和殼乳液于250mL錐形瓶中，機械攪拌(轉(zhuǎn) 速570rmp)進行預乳化，約15min，乳液呈奶白色，靜置15min后無分層現(xiàn)象。
[0063] (3)種子乳液苯乙烯核的合成
[0064] 在250mL反應瓶中加入0.01gNaHC03緩沖溶液、10mL水、6mLDNS-458溶液和10mL核 預乳液，并快速攪拌(轉(zhuǎn)速為600~700rmp) 3min，而后油浴加熱，機械攪拌速度將為285rmp; 待升溫至70°C時加入5mL APS，然后升溫至78°C，反應約20~30min，反應物泛藍光，繼續(xù)反 應lOmin，然后滴加剩余46mL的核預乳液、3mL APS溶液，控制在1~1.5h滴加完畢;繼續(xù)反應 lOmin，需特別說明，攪拌速度不可太大，否則，微球均勻性變差，其二，微球的粒徑通過 NaHC03緩沖溶液的濃度進行調(diào)控，效果顯著。
[0065] (4)VBA殼的乳液聚合
[0066] 在上述78°C的反應體系中，滴加步驟(2)中制備的16mL殼預乳液、2mL APS溶液，控 制在0.5~lh內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)反應lOmin后，滴加剩下的2mLAPS溶液，升溫至85°C，反應lh， 用氨水調(diào)節(jié)pH值至中性，無苯乙稀味道。
[0067]粒徑測定儀測定所得乳膠離子的粒徑是173nm，分散度為0.2,通過透射電鏡進一 步觀察其形貌（圖1)，結(jié)果顯示大小均一、結(jié)構(gòu)明確的納米微球結(jié)構(gòu)，其粒徑的大小可以通 過NaHC03溶液的添加量進行調(diào)節(jié);凝膠滲透色譜(GPC)數(shù)據(jù)顯示（圖2)共聚后分子量向高處 移動，純苯乙烯的數(shù)均分子量Μη是111549,單分散性Η)Ι是1.5,而共聚后Μη為165655，PDI是 1.35,且均是典型的高斯分布，為單峰，表明苯乙烯與4-乙烯基苯甲醛發(fā)生了有效共聚;紅 外光譜數(shù)據(jù)顯示（圖3中B)，共聚物在2782-28860^ 1有雙重吸收峰，在1710CHT1有單吸收峰， 證明醛基的存在。
[0068] 實施例2
[0069] 本實施例提供的粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，該含醛基納米微球 的粒徑約為300nm，分散度為0.202，含醛基納米微球的核單體為苯乙烯，殼單體為4-乙烯基 苯甲醛VBA和苯乙烯St，其中核單體和殼單體的質(zhì)量份配比為4:1，殼單體中4-乙烯基苯甲 醛VBA和苯乙烯St的質(zhì)量份配比為1:3。
[0070] 該粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的制備方法與實施例1不同的是： [0071 ]交聯(lián)單體的用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的0.5%。
[0072] 乳化劑的用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的5%，其中核乳液中，交聯(lián)單體的用量為 交聯(lián)單體總質(zhì)量的82%，乳化劑的用量為乳化劑總質(zhì)量的70%，殼乳液中，交聯(lián)單體的用量 為交聯(lián)單體總質(zhì)量的18%，乳化劑的用量為乳化劑總質(zhì)量的20%。
[0073] 引發(fā)劑為過硫酸銨，其用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的1%。
[0074]核乳液和殼乳液的預乳化時，攪拌時的轉(zhuǎn)速為500rmp，攪拌時間為20min，靜置時 間為20min。
[0075]種子乳液苯乙烯核的合成時，部分核預乳液的用量占總核預乳液的15%，NaHC03 緩沖溶液的用量為核單體苯乙烯和殼單體4-乙烯基苯甲醛總質(zhì)量的0.5%，水的用量為部 分核預乳液的2倍，乳化劑為DNS-458，其用量為乳化劑總質(zhì)量的10 %。
[0076]種子乳液苯乙稀核的合成時，快速攪拌時的轉(zhuǎn)速為600rpm，攪拌時間為4min，油浴 加熱時低速攪拌的轉(zhuǎn)速為lOOrpm，打底時反應溫度為65°C，引發(fā)劑用量占引發(fā)劑總質(zhì)量的 60%，繼續(xù)升溫至70°C反應30min，至反應物泛藍光，繼續(xù)反應20min，然后滴加剩余核預乳 液和占引發(fā)劑總質(zhì)量1 ο %的引發(fā)劑，滴加時間控制在1~1.5h，繼續(xù)反應10~20miη，制得種 子乳液苯乙烯核。
[0077] 核殼聚合時，引發(fā)劑的用量占引發(fā)劑總質(zhì)量的10%，控制在0.5~lh內(nèi)滴加完畢， 繼續(xù)反應lOmin。
[0078] 強化時，升溫至75°C，反應2h，引發(fā)劑用量占引發(fā)劑總質(zhì)量20%。
[0079] 實施例3
[0080] 本實施例提供的粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，該含醛基納米微球 的粒徑約為120nm，分散度為0.15,含醛基納米微球的核單體為苯乙烯，殼單體為4-乙烯基 苯甲醛VBA和苯乙烯St，其中核單體和殼單體的質(zhì)量份配比為4:1，殼單體中4-乙烯基苯甲 醛VBA和苯乙烯St的質(zhì)量份配比為3:1。
[0081] 該粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的制備方法與實施例1不同的是：
[0082] 交聯(lián)單體的用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的1.5%。
[0083] 乳化劑的用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的3%;其中核乳液中，交聯(lián)單體的用量為 交聯(lián)單體總質(zhì)量的78%，乳化劑的用量為乳化劑總質(zhì)量的65%，殼乳液中，交聯(lián)單體的用量 為交聯(lián)單體總質(zhì)量的22%，乳化劑的用量為乳化劑總質(zhì)量的22%。
[0084] 引發(fā)劑為過硫酸銨，其用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的2%。
[0085]核乳液和殼乳液的預乳化時，攪拌時的轉(zhuǎn)速為600rmp，攪拌時間lOmin，靜置時間 為10min〇
[0086]種子乳液苯乙烯核的合成時，部分核預乳液的用量占總核預乳液的20%，無添加 NaHC03緩沖溶液，水的用量為部分核預乳液的1.5倍，乳化劑為DNS-458，其用量為乳化劑總 質(zhì)量的13%。
[0087]種子乳液苯乙稀核的合成時，快速攪拌時的轉(zhuǎn)速為700rpm，攪拌時間為2min，油浴 加熱時低速攪拌的轉(zhuǎn)速為400rpm，打底時反應溫度為70°C，引發(fā)劑用量占引發(fā)劑總質(zhì)量的 30%，繼續(xù)升溫至80°C反應20min，至反應物泛藍光，繼續(xù)反應lOmin，然后滴加剩余核預乳 液和占引發(fā)劑總質(zhì)量30%的引發(fā)劑，滴加時間控制在1~1.5h，繼續(xù)反應10~20min，制得種 子乳液苯乙烯核。
[0088]核殼聚合時，引發(fā)劑的用量占引發(fā)劑總質(zhì)量的30%，控制在0.5~lh內(nèi)滴加完畢， 繼續(xù)反應lOmin。
[0089] 強化時，升溫至90°C，反應lh，引發(fā)劑用量占引發(fā)劑總質(zhì)量10%。
[0090] 實施例4
[0091]本實施例提供的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，采用實施例1中制備的粒徑 可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球與乳酸鏈球菌制成。
[0092]具體制備過程是：取實施例1制備的60mL乳液微球，與80mL10mg/mL的乳酸鏈球菌 的溶液混合，lOOrpm的速度震蕩24h，超速離心，取上層清液，紫外測吸光度，進而計算其負 載量，并除去未反應的乳酸鏈球菌，重復三次，冷凍干燥機干燥，得含醛基納米微球-乳酸鏈 球菌綴合物(也可以叫做4-乙烯基苯甲醛一乳酸鏈球菌），負載率為95 %，粒徑分析儀測定 所得綴合物的粒徑是256nm，分散度為0.2,透射電鏡(見圖4)顯示綴合物呈球形結(jié)構(gòu)、大小 均一，其粒徑的大小可以通過含醛基納米微球制備過程中NaHC0 3溶液的添加量進行調(diào)節(jié)； 紅外光譜(見圖3中C)數(shù)據(jù)顯示在1730CHT1附近醛的特征峰減弱，而相對應在3063CHT 1處出 現(xiàn)了亞胺的特征吸收峰，此外，1614-1620CHT1在范圍內(nèi)出有伸縮振動峰，證明了Schiff堿的 存在。制成的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物可以作為一種功能成分添加到包裝膜中， 還可以增強與包裝膜的相容性，在活性抗菌包裝膜中具有良好的應用前景。
[0093] 實施例5
[0094]本實施例提供的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，采用實施例2中制備的粒徑 可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球與乳酸鏈球菌制成。
[0095]具體制備過程是：取實施例2制備的60mL乳液微球，與40mL10mg/mL的乳酸鏈球菌 的溶液混合，90rpm的速度震蕩30h，超速離心，取上層清液，紫外測吸光度，進而計算其負載 量，并除去未反應的乳酸鏈球菌，重復三次，冷凍干燥機干燥，得含醛基共聚物納米微球-乳 酸鏈球菌綴合物。
[0096] 實施例6
[0097] 本實施例提供的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，采用實施例3中制備的粒徑 可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球與乳酸鏈球菌制成。
[0098]具體制備過程是：取實施例2制備的60mL乳液微球，與20mL10mg/mL的乳酸鏈球菌 的溶液混合，llOrpm的速度震蕩10h，超速離心，取上層清液，紫外測吸光度，進而計算其負 載量，并除去未反應的乳酸鏈球菌，重復三次，冷凍干燥機干燥，得醛基共聚物納米微球-乳 酸鏈球菌綴合物。
[0099] 實施例7
[0100] 本實施例提供的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，包括以下步驟：
[0101] 將47 · 5mL去離子水加熱至98°C后加入2 · 5g聚乙烯醇，用IKA ETS-D5恒溫磁力攪拌 器以1600rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌30min，室溫下靜置冷卻至45°C，制得聚乙烯醇膜液;將綴合物 (含醛基共聚物納米微球的殼單體為St:VBA = 4:1，實施例4中制備得)250mg溶解在去離子 水(含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液的質(zhì)量濃度是0.5% )后，用0S-200軌道式 振蕩器震蕩分散5min，得含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液，且分散液靜置后不 產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。
[0102] 將分散液緩慢滴加至聚乙烯醇膜液中（二者的質(zhì)量比為1 : 2 0，同時使用IK A RW20digital機械攪拌機以650rpm的轉(zhuǎn)速攪拌，待滴加完畢后，調(diào)機械攪拌器轉(zhuǎn)速為740rpm 持續(xù)攪拌45min，然后室溫下用超聲波清洗機震蕩15min，再用IKA ETS-D5恒溫磁力攪拌機 以1700r/s的轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌30min，制得功能性添加劑的膜溶液。
[0103] 置于室溫下靜置20min，流延到玻璃板（16X16cm)上，然后置于50°C烘箱中烘2h; 室溫下冷卻、揭膜，制得乳酸鏈球菌-聚乙烯醇納米抗菌膜即具有智能控釋性能的抗菌包裝 膜。
[0104] 實施例8
[0105]將3.0克聚乙烯醇(5%)溶解在85°C60mL去離子水中，得聚乙烯醇膜液，靜置，冷卻 至45 °C;將50mg實施例5中制備的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物凍干粉加入少量去離 子水中（含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液的質(zhì)量濃度是0.9%)，并振蕩分散 5min，得分散液;在劇烈機械攪拌下(轉(zhuǎn)速為650rpm)，把凍干粉緩慢滴加到上述聚乙烯醇膜 液中（含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液與聚乙烯醇膜液的質(zhì)量份配比為1: 100)，攪拌45min后，置于脫泡機中脫去氣泡，再在有機玻璃板上流延，50°C烘干3~4h，常溫 下冷卻、揭膜，制得乳酸鏈球菌-聚乙烯醇納米抗菌膜即具有智能控釋性能的抗菌包裝膜。
[0106] 實施例9
[0107] 本實施例提供的智能控釋性能的抗菌包裝膜，采用實施例6中制備的醛基共聚物 納米微球-乳酸鏈球菌綴合物而制成。具體制備過程如下：將2.5克聚乙烯醇溶解在90°C 47.5mL去離子水(5 % )中，得聚乙烯醇膜液，靜置，冷卻至45°C ;將50mg實施例6中制備的含 醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物凍干粉加入少量去離子水(含醛基納米微球-乳酸鏈球菌 綴合物的分散液的質(zhì)量濃度是0.2%)中，并振蕩分散lOmin;在劇烈機械攪拌下（轉(zhuǎn)速為 700rpm)，得分散液，把分散液緩慢滴加到上述聚乙烯醇膜液中（含醛基納米微球-乳酸鏈球 菌綴合物的分散液與聚乙烯醇膜液的質(zhì)量份配比為1:10)，攪拌45min后，置于脫泡機中脫 去氣泡，再在有機玻璃板上流延，50 °C烘干3~4h，常溫下冷卻、揭膜，制得乳酸鏈球菌-聚乙 烯醇納米抗菌膜即具有智能控釋性能的抗菌包裝膜。
[0108] 實施例10
[0109] 對實施例7中制備的乳酸鏈球菌-聚乙烯醇納米抗菌膜即具有智能控釋性能的抗 菌包裝膜進行力學性能測試，采用GBH-1電子萬能材料試驗機進行測定，測試前先將試樣置 于25°C，75 %相對濕度環(huán)境下平衡水分含量48h;將每種膜厚度均勻處用薄刀片切成15mm X 100mm，大小，按照GBH-1電子萬能材料試驗機的操作步驟，以250mm/min的速度進行測定，每 種試樣膜取3個平行樣進行測定，計算時取平均值。
[0110]薄膜的透氣性能測定依據(jù)標準GBT1038-2000,先將試樣膜在23°C，50%相對濕度 的條件下平衡2h，然后在恒溫（23°C)，恒濕（50±5%)，常壓（101.3kpa)條件下，將厚度均 勻，無氣泡、無明顯折痕的試樣膜，密封于透氣度儀樣品腔上，測試8h。每個試樣膜做3個平 行實驗，結(jié)果取平均值。
[0111] 膜的阻濕性能測量依據(jù)GB1037-88和Srinivasa(參考文獻如下：Srinivasa P C.Food Hydrocolloids ,2007,21(7): 1113-1122)的方法。使用透濕杯對含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物/聚乙烯醇復合膜的阻濕性能，包括水蒸氣透過量(WVT)和水蒸氣透過系 數(shù)(WVP)進行測量。透濕杯的內(nèi)直徑為4.8cm，外直徑為6.2cm，深度為5.7cm，測試面積為 18.09cm 2;選用無水氯化鈣作為干燥介質(zhì)，使用前放在180 ± 1°C的烘箱中干燥2h。測試時， 準確稱取4g烘干的無水氯化鈣放入透濕杯中，用于提供0%的相對濕度環(huán)境，然后取經(jīng)25 °C，75%相對濕度環(huán)境下平衡水分含量48h后的試樣膜對透濕杯進行密封，稱量初始質(zhì)量。 將密封好試樣膜并裝有干燥劑的透濕杯放入90%相對濕度環(huán)境中，每隔2h稱一次重量。每 個試樣膜測三個平行樣，結(jié)果取平均值。透濕杯重量隨時間變化曲線的線性部分即為水蒸 氣的擴散穩(wěn)定狀態(tài)。
[0112] 結(jié)果表明（如表1所示），與未添加抗菌劑綴合物相比，所得膜的物理機械性能和阻 隔性能都有顯著提高。P2膜的彈性模量由362.28MPa上升至2060.42MPa，增加了468.74% ; 屈服強度也由16.27MPa上升至20.52MPa，增加了26.12% ;透氣度由2.930cc/m2 · d · 0· IMPa將至 1.825cc/m2 · d · 0· IMPa，下降了37.71% ;透濕度由260.48g · mm/m2 · day · kPa 將至 179.51g · mm/m2 · day · kPa，下降了31.08% 〇
[0113]表1聚乙烯醇/含醛基納米微球綴合物復合膜的包裝性能
[0115] (其中，P1表示未添加抗菌劑綴合物所成聚乙烯醇膜，P2表示含醛基共聚物納米微 球-乳酸鏈球菌綴合物的添加量是250mg所成的聚乙烯醇膜(實施例7);透氣度的單位是cc/ m2 · d · O.IMPa，厚度的單位是cm，屈服強度的單位是MPa，拉伸強度的單位是MPa，透濕度的 單位是g · mm/m2 · day · kPa，彈性模量的單位是MPa)
[0116] 采用濾紙片抑菌圈法，用抑菌圈直徑表示含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物/聚 乙烯醇復合膜的抑菌效果強弱，P1膜的抑菌圈直徑是8. Omm，P2為11.3mm，表明智能膜具有 較強的抑菌能力。
[0117]此外，將所得膜分別置于pH = 2.2、4.6和7.4的檸檬酸緩沖溶液中，震蕩72h后，紫 外分光度計測定，NISIN的釋放量分別為47.89 %，30.56 %和11.38 %，可見，智能膜隨外界 pH值的變化，動態(tài)調(diào)節(jié)抗菌劑的釋放量，pH值越低釋放量越大，具有pH值響應性。
[0118] 因此，可以將本發(fā)明中的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜用于食品保鮮方面。
[0119] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是包括以下步驟： (a) 取聚乙烯醇，溶于去離子水中，制成聚乙烯醇膜液； (b) 制備含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物，用去離子水溶解后，振蕩分散，得含醛基 納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液； (c) 將步驟(b)中制得的含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液滴加至步驟(a) 制成的聚乙烯醇膜液中，攪拌后脫泡、流延和烘干處理，再經(jīng)常溫冷卻、揭膜，制得具有智能 控釋性能的抗菌包裝膜即乳酸鏈球菌-聚乙烯醇納米抗菌膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:步驟 (a) 中所述去離子水的溫度為80~100°C，所述聚乙烯醇膜液的質(zhì)量濃度是2~15%;步驟 (b) 中含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液的質(zhì)量濃度是0.1~1 % ;步驟(c)中含 醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的分散液與聚乙烯醇膜液的質(zhì)量份配比為1~10:100。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是步驟 (b)中制備含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物的具體過程是:首先制備粒徑可調(diào)的具有核 殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球，然后與乳酸鏈球菌溶液混合，再經(jīng)振蕩、離心后，取上層清液，干 燥即制得含醛基納米微球-乳酸鏈球菌綴合物。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:制備 粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球的過程如下： (1) 配制核乳液和殼乳液:核乳液由核單體、交聯(lián)單體和乳化劑組成，殼乳液由殼單體、 交聯(lián)單體和乳化劑組成； (2) 核乳液和殼乳液的預乳化:將步驟（1)中配制的核乳液和殼乳液分別攪拌進行預乳 化，靜置后分別獲得核預乳液和殼預乳液備用； (3) 種子乳液苯乙烯核的合成:選取NaHC03緩沖溶液、水、乳化劑和部分核預乳液，快速 攪拌后，油浴加熱，同時低速攪拌，升溫至65~70°C時加入占引發(fā)劑總質(zhì)量30~60%的引發(fā) 劑打底，繼續(xù)升溫至70~80°C反應20~30min，至反應物泛藍光，繼續(xù)反應10~20min，然后 滴加剩余核預乳液和占引發(fā)劑總質(zhì)量10~30%的引發(fā)劑，滴加時間控制在1~1.5h，繼續(xù)反 應10~20min，制得種子乳液苯乙烯核； (4) 核殼聚合:在步驟(3)制得的種子乳液苯乙烯核中加入步驟（1)中的殼預乳液和占 弓丨發(fā)劑總質(zhì)量10~30%的引發(fā)劑，控制在0.5~lh內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)反應10~20min后，得核 殼乳液； (5) 強化:在步驟(4)制備的核殼乳液中滴加剩余的引發(fā)劑，升溫至75~90°C，反應1~ 2h，調(diào)節(jié)pH值至中性，所得產(chǎn)物即為粒徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的含醛基納米微球。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:步驟 (1) 中所述核單體與殼單體的質(zhì)量份配比為4:1，所述交聯(lián)單體為ΑΜΑ，其用量為核單體和殼 單體總質(zhì)量的0.5~1.5%，所述乳化劑為DNS-458,其用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的2~ 5% ;其中核乳液中，交聯(lián)單體的用量為交聯(lián)單體總質(zhì)量的78~82%，乳化劑的用量為乳化 劑總質(zhì)量的65~70%，殼乳液中，交聯(lián)單體的用量為交聯(lián)單體總質(zhì)量的18~22%，乳化劑的 用量為乳化劑總質(zhì)量的20~22%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:步驟 (2) 中攪拌時的轉(zhuǎn)速為500~600rmp，攪拌時間為10~20min;靜置時間為10~20min;步驟 (3)中快速攪拌時的轉(zhuǎn)速為600~700rpm，攪拌時間為2~4min，油浴加熱時低速攪拌的轉(zhuǎn)速 為100~400rpm。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:步驟 (3)中部分核預乳液的用量占總核預乳液的15~20 %，NaHC03緩沖溶液的用量為核單體和 殼單體總質(zhì)量的〇~1 %，水的用量為部分核預乳液的1~2倍，所述乳化劑為DNS-458，其用 量為乳化劑總質(zhì)量的8~13%。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有智能控釋性能的抗菌包裝膜的制備方法，其特征是:步驟 (3)~步驟(5)中所述的引發(fā)劑為過硫酸銨，其用量為核單體和殼單體總質(zhì)量的1~2%，步 驟(5)中采用氨水調(diào)節(jié)pH至中性，無苯乙烯味道。9. 一種具有智能控釋性能的抗菌包裝膜，其特征是:采用權(quán)利要求1-8中的任一項所述 制備方法制得。10. 權(quán)利要求9所述具有智能控釋性能的抗菌包裝膜在食品保鮮中的應用。
【文檔編號】C08F2/30GK105968668SQ201610331168
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】肖乃玉, 李晨, 蔡浩濤, 涂保龍, 翟萬京, 鐘樂, 王琴, 余倩, 柳建良
【申請人】仲愷農(nóng)業(yè)工程學院