本發(fā)明屬于食品抗菌保鮮領(lǐng)域，具體涉及一種β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯抗菌膜及制備方法和用途。

背景技術(shù)：

環(huán)糊精(Cyclodextrin)是淀粉在沒(méi)有水分子參與的情況下，經(jīng)環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶催化降解而得到的一系列環(huán)狀低聚物的總稱，通常含有6～12個(gè)D-吡喃葡萄糖單元。其中研究得較多并且具有重要實(shí)際意義的是含有6、7、8個(gè)葡萄糖單元的分子，分別稱為α-環(huán)糊精，β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精。由于α-環(huán)糊精分子空洞孔隙較小，應(yīng)用范圍較??；γ-環(huán)糊精的分子空洞大，但其生產(chǎn)成本高，工業(yè)上不能大量生產(chǎn)，其應(yīng)用受到限制；β-環(huán)糊精的分子空洞適中，應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)成本低，是目前工業(yè)上使用最多的環(huán)糊精產(chǎn)品。環(huán)糊精同時(shí)因其生物相溶性、生物可降解性和無(wú)污染等特點(diǎn)有很高的使用價(jià)值。

靜電紡絲是施加高電壓于毛細(xì)管處的滴液，然后滴液帶電，當(dāng)靜電斥力抵消了表面張力，從而拉伸液滴在表面成絲。靜電紡絲是目前可以連續(xù)制備納米纖維且操作方式較溫和的方式，其制備的納米纖維膜具有比表面積大、納米級(jí)孔隙及活性化合物的高封裝性等優(yōu)點(diǎn)。紡絲溶劑也很多，如聚環(huán)氧乙烯、聚乙烯醇及聚己內(nèi)酯等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲作為一種簡(jiǎn)便有效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù)，將在生物醫(yī)用材料、過(guò)濾及防護(hù)、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。

國(guó)內(nèi)有很多關(guān)于靜電紡絲的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利CN105297286A公開(kāi)了一種功能性聚甲基烯酸甲酯、環(huán)糊精與碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法；中國(guó)專利CN105220362A公開(kāi)了一種β-環(huán)糊精基納米纖維膜及其制備方法以及在染料吸附、分離中的應(yīng)用；中國(guó)專利CN102926029A公開(kāi)了一種靜電紡絲制備納米硝化β-環(huán)糊精纖維的方法。

等離子體的概念最早是在1928年首次被提出，并指出等離子體是近似電中性的集合體，由離子與電子群構(gòu)成，并且能夠?qū)﹄妶?chǎng)和磁場(chǎng)做出響應(yīng)。等離子體技術(shù)是應(yīng)用等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的部分電離等離子體完成一定工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)的手段。2008年表面等離子體光催化也正式被提出，這一系列的證明都展示了表面等離子體在光催化中的良好性能。利用等離子體的高溫或其中的活性粒子和輻射來(lái)促成某些化學(xué)反應(yīng)，以獲取新的物質(zhì)是較熱門的研究熱點(diǎn)。

將β-環(huán)糊精納米纖維膜與冷等離子體相結(jié)合，促成纖維膜發(fā)生了變化，從而制備得到具有抗菌效應(yīng)的抗菌膜，具有較好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種冷等離子體處理的β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯抗菌膜及制備方法和用途，通過(guò)將β-環(huán)糊精溶于熱水中攪拌，并加入聚環(huán)氧乙烯制備得到靜電紡絲溶液，常溫磁力攪拌過(guò)夜后超聲脫氣得到紡絲前驅(qū)體溶液。注射器吸取紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電紡絲，采用平板收集法得到納米纖維膜，經(jīng)冷等離子體處理后得到納米纖維抗菌膜。

本發(fā)明由β-環(huán)糊精、聚環(huán)氧乙烯制成納米纖維抗菌膜，可用于食品保鮮。

納米纖維抗菌膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)納米纖維膜的制備方法：將β-環(huán)糊精緩慢加入65℃的去離子水中恒溫加熱第一次攪拌后加入聚環(huán)氧乙烯制備得到聚環(huán)氧乙烯靜電紡絲液，常溫?cái)嚢柽^(guò)夜后超聲脫氣得到紡絲前驅(qū)體溶液，注射器吸取紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電紡絲，采用平板收集法制得到納米纖維膜，經(jīng)過(guò)滅菌、冷等離子體處理得到β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯抗菌膜；助紡劑聚環(huán)氧乙烯，在紡絲及冷等離子體處理過(guò)程中與β-環(huán)糊精相互作用產(chǎn)生抗菌效應(yīng)。

所述第一次攪拌的時(shí)間為10min；超聲脫氣時(shí)間為30min。

所述靜電紡絲電壓為5kV-30kV，推進(jìn)速率為0.1-3mL/h，接收距離為10-20cm，空氣濕度控制在35％以下。

所述聚環(huán)氧乙烯、β-環(huán)糊精和去離子水的質(zhì)量比為：6：9：100。

所述的平板收集法是利用兩種材料接受纖維膜，分別為錫箔紙和牛皮紙，經(jīng)3h后得到納米纖維膜。

所述滅菌指放置于紫外燈下滅菌處理2h。

冷等離子體處理采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，氮?dú)饬髁繛?00sccm，冷等離子體處理時(shí)間為4～5min，處理功率為400～500W。

附圖說(shuō)明

圖1 聚環(huán)氧乙烯纖維膜和β-環(huán)糊精納米纖維膜。

圖2 β-環(huán)糊精納米纖維抗菌膜抗大腸桿菌圖。注：PEO:聚環(huán)氧乙烯；NM：納米纖維膜；β-CD：β-環(huán)糊精；Plasma:冷等離子體；PVA：聚乙烯醇。

圖3 錫箔紙上β-環(huán)糊精納米纖維抗菌膜抗金黃色葡萄球菌圖；注：PEO:聚環(huán)氧乙烯；NM：納米纖維膜；β-CD：β-環(huán)糊精；Plasma:冷等離子體。

圖4 牛皮紙上β-環(huán)糊精納米纖維抗菌膜抗金黃色葡萄球菌圖；注：PEO:聚環(huán)氧乙烯；NM：納米纖維膜；β-CD：β-環(huán)糊精；Plasma:冷等離子體。

具體實(shí)施方式

通過(guò)下面實(shí)例說(shuō)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 β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯納米纖維膜的表征

1實(shí)驗(yàn)材料

β-環(huán)糊精 BR 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司

聚環(huán)氧乙烯 SIGMA-ALDRICH

2實(shí)驗(yàn)方法

1)β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯納米纖維膜的制備

①稱取900mg的β-環(huán)糊精緩慢加入到10mL的65℃的去離子水中，恒溫加熱攪拌10min。

②稱取600mg的聚環(huán)氧乙烯緩慢加入到上述溶液中，常溫?cái)嚢柽^(guò)夜后超聲脫氣30min后得到6％(W/W)的聚環(huán)氧乙烯紡絲前驅(qū)體溶液。

③注射器吸取5mL紡絲前驅(qū)體溶液組裝好并開(kāi)始紡絲，靜電紡絲電壓為18kV，推進(jìn)速率為0.5mL/h，接收距離為15.5cm，空氣濕度控制在35％以下，采用平板收集法，利用兩種材料接受纖維膜，分別為錫箔紙和牛皮紙，經(jīng)3h后得到納米纖維膜。

④按以上步驟可以制備助紡劑為聚乙烯醇的β-環(huán)糊精納米纖維膜，將步驟②中600mg的聚環(huán)氧乙烯改為1000mg的聚乙烯醇，即稱取1000mg的聚乙烯醇緩慢加入10mL的β-環(huán)糊精水溶液中，常溫?cái)嚢柽^(guò)夜后超聲脫氣30min后得到10％(W/W)的聚乙烯醇紡絲前驅(qū)體溶液，紡絲可得到β-環(huán)糊精/聚乙烯醇納米纖維膜。

2)SEM觀察靜電紡絲纖維膜

使用JSM-7001F掃描電子顯微鏡檢查納米纖維膜的形態(tài)。在真空下用Au/Pd混合物濺射不同的樣品，且所有的SEM實(shí)驗(yàn)在30kV下進(jìn)行。

3)SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果

掃描電鏡圖如圖1所示，添加了β-環(huán)糊精的納米纖維膜的直徑增加，表明β-環(huán)糊精被很好的包裹其中，且具有良好的成絲性。

實(shí)施例2 β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯抗菌膜抑菌性能的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

錫箔紙：聚環(huán)氧乙烯纖維膜-冷等離子體，β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜，β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜-冷等離子體，β-環(huán)糊精/聚乙烯醇纖維膜-冷等離子體

菌種：大腸桿菌

2實(shí)驗(yàn)方法

1)制備菌液

接種大腸桿菌于普通營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基(NB),37℃搖床中振蕩培養(yǎng)24h，獲得對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌懸液。取適量處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期飽和的大腸桿菌用0.03mol/L磷酸鹽緩沖液10倍梯度稀釋1000倍(約為10⁵cfu/mL)。

2)靜電紡絲纖維膜處理

按照實(shí)施例1制備錫箔紙上的聚環(huán)氧乙烯纖維膜、β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜和β-環(huán)糊精/聚乙烯醇纖維膜于烘箱干燥4h。將膜切成2cm×2cm的規(guī)格并放置于紫外燈下滅菌處理2h以備用。

3)平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定

將滅菌后的三種纖維膜經(jīng)冷等離子體500W處理4min。50mL的離心管中加入15mL磷酸鹽緩沖液滅菌處理，將四種膜分別置于含有大腸桿菌(約為10⁵cfu/mL)的磷酸鹽緩沖液中，離心管置于空氣搖床中在37℃的條件下震蕩反應(yīng)。采用平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定，分別在4h、8h、16h和24h時(shí)取適量培養(yǎng)液進(jìn)行十倍梯度稀釋到合適的濃度，然后移取100μL稀釋液滴到固體培養(yǎng)基上，涂布均勻之后放入37℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)。48h后進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù)，從而對(duì)抗菌膜的抗菌活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)一式三份，結(jié)果取平均值。

4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，在紡絲和冷等離子體的過(guò)程中，β-環(huán)糊精與聚環(huán)氧乙烯發(fā)生了一定的變化，使其制備的納米纖維膜在經(jīng)過(guò)冷等離子體后有了一定的抗菌性能。

實(shí)施例3 β-環(huán)糊精納米纖維抗菌膜抑菌性能的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

錫箔紙：β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜，β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜-冷等離子體

牛皮紙：β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜，β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜-冷等離子體

菌種：金黃色葡萄球菌

2實(shí)驗(yàn)方法

1)制備菌液

接種金黃色葡萄球菌于普通營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基(NB),37℃搖床中振蕩培養(yǎng)48h，獲得對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌懸液。取適量處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期飽和的金黃色葡萄球菌用0.03mol/L磷酸鹽緩沖液10倍梯度稀釋1000倍(約為10⁵cfu/mL)。

2)靜電紡絲纖維膜處理

按照實(shí)施例1制備兩種接受材料錫箔紙和牛皮紙的聚環(huán)氧乙烯纖維膜、β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜于烘箱干燥4h。將膜切成2cm×2cm的規(guī)格并放置于紫外燈下滅菌處理2h以備用。

3)平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定

將滅菌后的聚環(huán)氧乙烯纖維膜、β-環(huán)糊精/聚環(huán)氧乙烯纖維膜經(jīng)冷等離子體500W處理4min。50mL的離心管中加入15mL磷酸鹽緩沖液滅菌處理，將上述每種接受材料的兩種膜分別置于含有金黃色葡萄球菌(約為10⁵cfu/mL)的磷酸鹽緩沖液中，離心管置于空氣搖床中在37℃的條件下震蕩反應(yīng)。采用平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定，分別在4h、8h、16h和24h時(shí)取適量培養(yǎng)液進(jìn)行十倍梯度稀釋到合適的濃度，然后移取100μL稀釋液滴到固體培養(yǎng)基上，涂布均勻之后放入37℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)。48h后進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù)，從而對(duì)抗菌膜的抗菌活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)一式三份，結(jié)果取平均值。

4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖3和圖4可知，冷等離子體處理過(guò)的錫箔紙和牛皮紙上的β-環(huán)糊精納米纖維抗菌膜對(duì)金黃色葡萄球菌都有一定的抗菌效果。