本發(fā)明屬于食品抗菌防腐劑以及食品抗菌保鮮包裝材料領(lǐng)域，具體涉及一種SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜的制備方法。

背景技術(shù)：

丁香精油為透明無色或淡黃色液體，是從丁香樹的花蕾、葉子等中提取的芳香精油，為我國GB2760-2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定允許使用的食用香料。丁香精油的主要成分為丁香酚、β-丁香烯、乙酰丁香酚，以及甲基正戊基酮、水楊酸甲酯等，是一種天然高效植物精油，它具有良好的抑菌、殺菌以及抗氧化的性能。因其安全綠色、無毒副作用的優(yōu)勢，使它在天然食品添加劑的開發(fā)中擁有較好的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外已有許多關(guān)于丁香精油在食品、化妝品、醫(yī)藥技術(shù)等領(lǐng)域的專利申請。CN104178341A公開了一種微膠囊丁香精油的制備方法及其在煙草中的應(yīng)用，屬卷煙加工技術(shù)領(lǐng)域；CN101648126A公開了一種利用環(huán)糊精母液制備丁香油微膠囊的方法，屬于丁香油微膠囊制備技術(shù)領(lǐng)域；CN105030676A提供了一種高穩(wěn)定性的丁香精油納米脂質(zhì)體抗菌劑的制備方法，屬于食品抗菌領(lǐng)域；CN102258577A提供了丁香油、丁香酚及其衍生物在制備組胺受體的拮抗劑或反向激動劑的藥物中的用途；CN101731328A公開了一種丁香精油作為儲糧害蟲防治劑的應(yīng)用；CN103908494A公開了一種丁桂溫胃膠囊及其制備工藝方法具體步驟；KR20140126466A韓國專利公開了一種由丁香提取物或者丁香酚治療或預(yù)防中耳炎的方法。

雖然丁香精油在食品、化妝品和醫(yī)藥技術(shù)等行業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，具有較好的殺菌、增香等特點(diǎn)，但是丁香精油不穩(wěn)定，易揮發(fā)，易氧化，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中存在功效期短的問題。所以要尋找有效的方法減少丁香精油在使用過程中的損失，保證其抗菌抑菌效果。玉米淀粉涂膜可以很好的將丁香精油進(jìn)行包埋，減少其揮發(fā)。但是經(jīng)過試驗(yàn)研究我們發(fā)現(xiàn)，玉米淀粉涂膜對丁香精油的包埋率不高，因此我們引進(jìn)納米SiO₂。納米SiO₂為白色粉末狀，比表面積大，具有較好吸附性，廣泛用作食品、抗菌材料及醫(yī)藥等領(lǐng)域。CN105169398A公開了一種基于介孔氧化硅納米粒子的控釋系統(tǒng)及其制備方法；CN102424961A公開了一種二氧化硅納米粒子分散于溶膠體系的溶膠凝膠涂層及其制備方法；

基于納米SiO₂的生理惰性和高度吸附性，可以解決由于丁香精油的易揮發(fā)性而導(dǎo)致的在實(shí)際應(yīng)用中存在功效期短的問題。通過納米SiO₂吸附丁香精油，制成可食性玉米淀粉抗菌涂膜，將丁香精油包埋在可食用膜中，從而降低丁香精油揮發(fā)性，達(dá)到緩釋的效果。提高其利用率，達(dá)到長效抗菌與高效利用的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是公開一種納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜的制備方法。使用納米SiO₂吸附丁香精油，再將兩者復(fù)合物包埋在玉米淀粉可食用膜中，減少丁香精油在使用過程中的揮發(fā)，制成納米SiO₂/丁香精油可食性玉米抗菌涂膜。

本發(fā)明以玉米淀粉為原料，以甘油為增塑劑，以海藻酸鈉作為增強(qiáng)組分，再加入納米SiO₂/丁香精油復(fù)合物制備可食性玉米淀粉抗菌涂膜。

本發(fā)明首先將丁香精油與納米SiO₂充分分散混合，使丁香精油吸附到納米SiO₂上，得到納米SiO₂/丁香精油復(fù)合物；再將納米SiO₂/丁香精油復(fù)合物加入到玉米淀粉溶液中，并在磁力攪拌器上使混合物混合均勻，超聲除氣，從而制備可食性玉米淀粉抗菌涂膜液，將涂膜液流延成膜、靜置、干燥后即可得到納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜。

所述的充分分散混合是采用磁力攪拌器或在超聲條件下充分分散混合。

所述的玉米淀粉溶液的制備方法如下：稱取玉米淀粉，加入到去離子水中，第一次攪拌混勻，調(diào)成淀粉溶液；在糊化溫度，水浴條件下第二次攪拌使得淀粉溶液發(fā)生凝膠現(xiàn)象；在上述淀粉溶液中依次加入海藻酸鈉作為增強(qiáng)組分、甘油作為增塑劑，在磁力攪拌器上第三次攪拌，并超聲均質(zhì)得到玉米淀粉溶液。

所述海藻酸鈉在使用前要用去離子水浸泡，使其成為粘稠液體。

玉米淀粉用量為每100ml去離子水加入3g玉米淀粉，塑化劑甘油與玉米淀粉的質(zhì)量比為1:3，增強(qiáng)組分海藻酸鈉與玉米淀粉的質(zhì)量比為1:3，第三次攪拌速度為120r/min，時間為60min；超聲功率為100Hz，時間為30min。

靜置時間為40min；干燥指于30℃的恒溫恒濕干燥箱中干燥12h。

本發(fā)明的可食性玉米淀粉抗菌涂膜中丁香精油的濃度為5mg/mL；納米SiO₂的濃度為5mg/mL(即丁香精油與納米SiO₂的質(zhì)量比為1:1)時可食性玉米淀粉抗菌涂膜的性能最佳。

所述的“再將納米SiO₂/丁香精油復(fù)合物加入到玉米淀粉溶液中，并在磁力攪拌器上使混合物混合均勻，超聲除氣”中，攪拌速度同樣為120r/min，時間為60min；超聲功率同樣為100Hz，時間為30min。

附圖說明

圖1納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率。

圖2納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜表面粗糙度。

圖3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜表面摩擦系數(shù)。

圖4納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜對E.coli O157:H7的抗菌效果。

圖5納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜對金黃色葡萄球菌的抗菌效果。

圖6納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜對大腸桿菌抗菌效果。

圖7納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜對腸炎沙門氏菌的抗菌效果。

具體實(shí)施方式

通過下面實(shí)例說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容，不僅局限于此。實(shí)施例1納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率的測定

1實(shí)驗(yàn)材料

2實(shí)驗(yàn)方法

①稱取3g玉米淀粉，加入到100mL去離子水中，攪拌混勻，調(diào)成淀粉溶液，在糊化溫度90℃水浴條件下攪拌30min，使得淀粉溶液發(fā)生凝膠現(xiàn)象。

②在上述溶液中加入1g海藻酸鈉作為增強(qiáng)組分(在使用前要用少許去離子水浸泡，使其成為粘稠液體)、1g甘油作為增塑劑。在磁力攪拌器上攪拌使混合物混合均勻，攪拌速度為120r/min，時間為60min，并超聲除氣，功率100Hz，時間為30min。

③將50mg的丁香精油與一定量的納米SiO₂于離心管中超聲混合，功率為100Hz，時間為60min。納米SiO₂的加入量按照丁香精油/納米SiO₂摻雜比為2:1、1:0、1:1、1:2的比例加入。再將復(fù)合物加入上述玉米淀粉溶液中，在磁力攪拌器上攪拌，使混合物混合均勻，攪拌速度為120r/min，時間為60min。并超聲分散除去膜溶液體系中的氣體，功率為100Hz，時間為30min。即可得到納米SiO2/丁香精油可食性淀粉抗菌涂膜液。

④將上述制備好的液體，傾倒在器皿中，流延成膜，靜置40min，于30℃的恒溫恒濕干燥箱中干燥12h，即可得到納米SiO₂/丁香精油可食性淀粉抗菌膜。

3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率的測定

將制備好的納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜裁剪成1cm×3cm大小的長方形，測定其抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率。

膜抗拉強(qiáng)度(Mpa)＝拉力(N)/橫截面積(m²)；

膜斷裂伸長率＝(斷裂時長度－原長度)/原長度×100％。

4納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率

抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率是表征抗菌薄膜的機(jī)械強(qiáng)度大小的一個重要指標(biāo)。由圖1可知，當(dāng)丁香精油與納米SiO₂的摻雜質(zhì)量比為1:1時，玉米淀粉抗菌膜具有較好的機(jī)械性能。

丁香精油與納米SiO2的摻雜質(zhì)量比為1:1時，玉米淀粉抗菌膜具有較好的機(jī)械性能。此處較好的機(jī)械性能與丁香精油的濃度為5mg/mL是密切相關(guān)的，因?yàn)槎∠憔偷奶砑恿繉墒秤媚さ暮穸?、拉伸?qiáng)度、斷裂伸長率、水溶性、穩(wěn)定性以及抗菌性能都會產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過我們多次實(shí)驗(yàn)得出，丁香精油的濃度為5mg/mL時，玉米淀粉抗菌膜的機(jī)械性能和抗菌性能較好。

實(shí)施例2納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜表面粗糙度和表面摩擦系數(shù)的測定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜

2實(shí)驗(yàn)方法

1)抗菌膜表面粗糙度的測定

①將制備好的納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜(規(guī)格為10mm×10mm)，放置在表面粗糙度測量儀(SRM-1(D)型)的工作臺上，測量膜表面的粗糙度Ra。

②調(diào)整傳感器，使其達(dá)到平行于涂層的位置。檢查被測面與傳感器的接觸是否良好。

③啟動測量儀，傳感器產(chǎn)生滑動，并做勻速直線運(yùn)動，根據(jù)設(shè)定距離往返運(yùn)動后停止運(yùn)動。

④測量儀描繪出涂層表面的微觀輪廓，繪制相對于基準(zhǔn)線的浮動運(yùn)動曲線。

⑤并經(jīng)過測量儀中的信號采集系統(tǒng)和運(yùn)算處理系統(tǒng)得到采集運(yùn)行結(jié)果，得到抗菌膜表面的粗糙度值。

2)抗菌膜表面摩擦系數(shù)的測定

摩擦系數(shù)是指兩表面叫的摩擦力其作用在接觸面上垂直力之比值。摩擦系數(shù)與表面的粗糙度有關(guān)，而與接觸面積大小無關(guān)，可以分為動態(tài)摩擦和靜態(tài)摩擦。抗菌膜的摩擦系數(shù)不僅與表面粗糙度有關(guān)，而且與抗菌膜的性能和狀態(tài)(浸泡、干燥)等有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)采用斜面摩擦系數(shù)儀測定納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜表面的磨擦系數(shù)。

3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜表面粗糙度和表面摩擦系數(shù)

由圖2和圖3可知，丁香精油與納米SiO2的摻雜質(zhì)量比為1:1時制成的可食性玉米淀粉抗菌膜的表面粗糙度以及表面摩擦系數(shù)適中，而若表面粗糙度過大，會影響產(chǎn)品的美觀以及質(zhì)量。再根據(jù)實(shí)施例1，丁香精油與納米SiO2的摻雜質(zhì)量比為1:1時，玉米淀粉抗菌膜具有較好的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率。因此，綜合分析，丁香精油與納米SiO2的摻雜質(zhì)量比為1:1時，制得的可食性玉米淀粉抗菌膜性能最好。

實(shí)施例3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜吸水率的測定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜

2實(shí)驗(yàn)方法

將納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜裁剪成2cm×2cm大小的正方形膜片,放入稱量瓶中，在35℃恒溫干燥箱中干燥2h使得膜干燥無水分，用分析天平準(zhǔn)確稱重，此時膜片重量記為W₀，然后放入蒸餾水中浸泡2h使得膜吸水完全，用濾紙吸去表面水分，稱重，此時膜片重量記為W_d，重復(fù)此操作至恒重，吸水率Q的計算公式如下：

Q＝(W_d-W₀)/W₀×100％

3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜的吸水率

膜的吸水率大小是膜的疏水性優(yōu)劣的直接決定因素。對傳統(tǒng)包裝材料而言，吸水率越小，越符合其包裝需求，但是，就涂膜包裝材料而言，適度的吸水率，可滿足人們對速溶方便包裝的要求。經(jīng)計算，本實(shí)驗(yàn)制得的納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌膜的吸水率為45％，說明其可溶于水，符合速溶方便包裝的基本要求。

實(shí)施例4納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜抗菌性能的測定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜

新鮮牛肉

菌種：E.coli O157:H7、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、腸炎沙門氏菌

2實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)以E.coli O157:H7、金黃色葡萄球菌、腸炎沙門氏菌和大腸桿菌為模式菌種，分別對納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜的保鮮性能進(jìn)行測定。

以E.coli O157:H7為例，將E.coli O157:H7接種到液體培養(yǎng)基中，置于空氣搖床中震蕩培養(yǎng)24h，培養(yǎng)條件為37℃、150rpm，獲得對數(shù)生長期的菌懸液。取適量處于對數(shù)期的E.coli O157:H7加入含有一定量無菌磷酸鹽緩沖液(PBS)的試管中(此時細(xì)菌濃度約為10⁵～10⁶CFU/mL)。

將牛肉切成30×25×5mm大小，并進(jìn)行紫外殺菌(或輻照殺菌)，正反兩面各處理1h。將紫外處理過的牛肉試樣浸于事先稀釋成10⁵～10⁶CFU/mL的E.coli O157:H7菌懸液中15s。

隨后將牛肉試樣從菌液中取出，于無菌環(huán)境下晾干，采用浸涂法，將接菌后的牛肉試樣浸漬于事先制備好的納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜液中，陰性對照組采用空白可食性玉米淀粉抗菌涂膜液，陽性對照組采用只含丁香精油而不含納米SiO₂的玉米淀粉抗菌涂膜液中，浸漬20min。取出后于無菌環(huán)境下晾干，再轉(zhuǎn)移到無菌均質(zhì)袋中，25℃密封放置0h、24h和48h后，分別測定牛肉試樣中的細(xì)菌總數(shù)。測定方法按照GB4789.2—2010食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢測菌落總數(shù)進(jìn)行。向裝有牛肉試樣的無菌均質(zhì)袋中加入9倍的無菌磷酸緩沖液(PBS)，均質(zhì)。采用平板計數(shù)法測定25℃恒溫培養(yǎng)0h、24h和48h后的殘存菌數(shù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果取平均值。

3納米SiO₂/丁香精油可食性玉米淀粉抗菌涂膜的抗菌性能

由圖4、圖5、圖6、圖7清晰可知，添加納米SiO₂的可食性玉米淀粉抗菌涂膜對牛肉中的E.coli O157:H7、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌具有更強(qiáng)的抗菌活性，且對丁香精油具有明顯的緩釋作用，從而具有長效的抗菌活性和更好的殺菌效果。