本發(fā)明屬于食品抗菌保鮮劑以及食品抗菌保鮮包裝材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜的制備方法與用途。

背景技術(shù)：

檸檬草，又稱香茅草，為多年生草本，禾本科白茅屬植物，廣泛分布于我國(guó)遼寧、河北、河南、江蘇、浙江等地，有檸檬香氣。檸檬草性味辛、溫，有疏風(fēng)通絡(luò)、和胃通氣、醒腦催情的功效。檸檬草精油是提取自檸檬草的一種精油，主要成分為檸檬醛、橙花烯、杏葉烯和牛二醇。此種精油有一定的防腐、抗菌、抗氧化的能力，此外，還具有抑制腫瘤、止痛、利尿、化感等作用，對(duì)各種食源性病原菌有較好的抗菌效果，且安全、無(wú)毒副作用，在食用油脂加工中應(yīng)用廣泛，可防止油脂氧化。因其安全綠色、無(wú)毒副作用的優(yōu)勢(shì)，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。

國(guó)內(nèi)有一些關(guān)于檸檬草精油在制備方法、化妝品及醫(yī)藥技術(shù)等領(lǐng)域的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利CN1970054A公開了一種從香茅油中提取抗癌提取物的方法及其組成和用途。中國(guó)專利CN103361179A一種檸檬草精油的提取方法。中國(guó)專利CN103651634A公開了香茅油驅(qū)蚊液、驅(qū)蚊涼席及其制備方法。中國(guó)專利CN101229989公開了一種從香茅油副產(chǎn)物中制備高純?chǔ)?欖香烯的方法。中國(guó)專利CN104893816A公開了一種香茅草提煉精油的方法。中國(guó)專利CN104928039A公開了一種檸檬香茅精油的制備方法。中國(guó)專利CN104855954A公開了香茅油微粉及其制備方法。中國(guó)專利CN104911031A一種香茅油抑菌活性物質(zhì)的提取方法。

雖然檸檬草精油在食品、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)，但是檸檬草精油不穩(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。因此，要尋找有效的方法降低檸檬草在應(yīng)用過(guò)程中的損失，保證其抑菌殺菌活性。海藻酸鈉涂膜可以作為一種載體，很好的將檸檬草精油進(jìn)行包埋，以減少其揮發(fā)。國(guó)內(nèi)有一些關(guān)于海藻酸鈉膜在制備方法及食品包裝等方面的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利CN104974383A公開了一種含維生素E的海藻酸鈉膜及其制備方法；中國(guó)專利CN104974384A公開了一種海藻酸鈉膜及其制備方法；中國(guó)專利CN104788706A公開了一種海藻酸鈉-納米二氧化硅復(fù)合膜的制備方法；中國(guó)專利CN103146036A公開了一種食品包裝用高強(qiáng)度高抗菌性海藻酸鈉膜及其制備方法。

但是，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究我們發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉涂膜對(duì)檸檬草精油的包埋率并不高，因此，為了提高檸檬草精油的包埋率，我們引入了納米SiO₂。納米SiO₂為白色粉末狀，因其比表面積大，具有較好吸附性等特點(diǎn)，廣泛用于食品、抗菌材料及醫(yī)藥等領(lǐng)域。中國(guó)專利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；中國(guó)專利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的穩(wěn)定性和高度吸附性，可以解決由于檸檬草精油的易揮發(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(guò)納米SiO₂吸附檸檬草精油，制備成可食性海藻酸鈉抗菌涂膜，將檸檬草精油包埋在可食用膜中，從而降低檸檬草精油揮發(fā)性，達(dá)到緩釋的效果。提高其利用率，達(dá)到長(zhǎng)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-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜的制備方法與用途。使用納米SiO₂吸附檸檬草精油，再將此種復(fù)合物包埋在海藻酸鈉可食用膜中，減少檸檬草精油在使用過(guò)程中的揮發(fā)，制備成納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜。

本發(fā)明以海藻酸鈉為原料，以明膠作為增強(qiáng)組分，以甘油為增塑劑，再加入納米SiO₂-檸檬草精油復(fù)合物制備成可食性海藻酸鈉抗菌涂膜。

本發(fā)明首先將檸檬草精油與納米SiO₂充分分散混合，使檸檬草精油吸附到納米SiO₂上，得到納米SiO₂-檸檬草精油復(fù)合物；再將納米SiO₂-檸檬草精油復(fù)合物加入到海藻酸鈉溶液中，并在磁力攪拌器上使混合物混合均勻，超聲除氣，從而制備可食性海藻酸鈉抗菌涂膜液，將涂膜液流延成膜、靜置、干燥后即可得到納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜。

本發(fā)明首先將檸檬草精油與納米SiO₂充分分散混合，使檸檬草精油吸附到納米SiO₂上，從而得到納米SiO₂-檸檬草精油復(fù)合物。

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。

所述的海藻酸鈉溶液的制備方法如下：稱取海藻酸鈉，加入到去離子水中，攪拌混勻；在上述溶液中依次加入增強(qiáng)組分明膠、增塑劑甘油，在磁力攪拌器上攪拌混勻，并超聲均質(zhì)得到海藻酸鈉溶液。

所述明膠在使用前要先溶于加熱的去離子水中，攪拌均勻，使其成為粘稠液體，明膠的濃度為5mg/mL。

海藻酸鈉溶液的制備方法中，海藻酸鈉用量為每100mL去離子水加入3g海藻酸鈉，塑化劑甘油與海藻酸鈉的質(zhì)量比為1:3，增強(qiáng)組分明膠與海藻酸鈉的質(zhì)量比為1:6，攪拌速度均為120r/min，時(shí)間均為60min；超聲功率為100Hz，時(shí)間為30min。

靜置時(shí)間為40min；干燥指于30℃的恒溫恒濕干燥箱中干燥12h。

本發(fā)明的可食性海藻酸鈉抗菌涂膜液中，檸檬草精油的濃度為6mg/mL；納米SiO₂的濃度為6mg/mL，即檸檬草精油與納米SiO₂的質(zhì)量比為1:1時(shí)，可食性海藻酸鈉抗菌涂膜的性能最佳。

所述的“再將納米SiO₂-檸檬草精油復(fù)合物加入到海藻酸鈉溶液中，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(shí)間為60min；超聲功率同樣為100Hz，時(shí)間為30min。

附圖說(shuō)明

圖1納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率。

圖2納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜表面粗糙度與表面摩擦系數(shù)。

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納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

2實(shí)驗(yàn)方法

①稱取3g海藻酸鈉，加入到100mL去離子水中，攪拌速度為120r/min，時(shí)間均為60min，制備成海藻酸鈉溶液。

②在上述溶液中加入增強(qiáng)組分明膠0.5g(在使用前先要溶于加熱的去離子水中，攪拌均勻，使其成為粘稠液體)、增塑劑甘油1g；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(shí)間為60min，并超聲除氣，功率100Hz，時(shí)間為30min。

③將60mg的檸檬草精油與一定量的納米SiO₂于離心管中超聲混合，功率為100Hz，時(shí)間為60min；納米SiO₂的加入量按照檸檬草精油/納米SiO₂重量比為2:1、1:0、1:1、1:2的比例加入；再將復(fù)合物加入上述海藻酸鈉溶液中，在磁力攪拌器上攪拌，使上述混合物混合均勻，攪拌速度為120r/min，時(shí)間為60min；并超聲分散除去膜溶液體系中的氣體，功率為100Hz，時(shí)間為30min，即可得到納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜液。

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-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜。

3納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定

將制備好的納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜，裁剪成1cm×3cm大小的長(zhǎng)方形，測(cè)定其抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

膜的抗拉強(qiáng)度(Ts)的計(jì)算公式為：

Ts＝F/A

式中：Ts表示膜抗拉強(qiáng)度(MPa)，F(xiàn)表示將樣品分離需要的最大負(fù)載(N)，A表示樣品截面面積(m²)。

膜的斷裂伸長(zhǎng)率(EAB)的計(jì)算公式為：

EAB(％)＝ΔL/L₀×100％

式中：EAB表示膜的斷裂伸長(zhǎng)率，L₀表示膜的拉伸長(zhǎng)度(mm)，△L表示膜破裂時(shí)拉伸長(zhǎng)度(mm)。

4納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率

抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率是表征抗菌薄膜的機(jī)械強(qiáng)度大小的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖1可知，當(dāng)檸檬草精油與納米SiO₂的重量比為1:1時(shí)，海藻酸鈉抗菌膜具有較好的機(jī)械性能。

檸檬草精油與納米SiO₂的重量比為1:1時(shí)，海藻酸鈉抗菌膜具有較好的機(jī)械性能。此時(shí)較好的機(jī)械性能與檸檬草精油的濃度為6mg/mL是密切相關(guān)的，因?yàn)闄幟什菥偷奶砑恿繉?duì)可食用膜的厚度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、水溶性、穩(wěn)定性以及抗菌性能都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過(guò)我們多次實(shí)驗(yàn)得出，檸檬草精油的濃度為6mg/mL時(shí)，海藻酸鈉抗菌膜的機(jī)械性能較好。

實(shí)施例2納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜表面粗糙度和表面摩擦系數(shù)的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜

2實(shí)驗(yàn)方法

1)抗菌膜表面粗糙度的測(cè)定

①將制備好的納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜(大小為10mm×10mm)，放置在表面粗糙度測(cè)量?jī)x(SRM-1(D)型)的工作臺(tái)上，測(cè)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(cè)面與傳感器的接觸是否良好。

③啟動(dòng)測(cè)量?jī)x，傳感器產(chǎn)生滑動(dòng)，并做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)定距離往返運(yùn)動(dòng)后停止運(yùn)動(dòng)。

④測(cè)量?jī)x描繪出涂層表面的微觀輪廓，繪制相對(duì)于基準(zhǔn)線的浮動(dòng)運(yùn)動(dòng)曲線。

⑤并經(jīng)過(guò)測(cè)量?jī)x中的信號(hào)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(cè)定

摩擦系數(shù)是指兩表面間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(wú)關(guān)，可以分為動(dòng)態(tài)摩擦和靜態(tài)摩擦?？咕さ哪Σ料禂?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(cè)定納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜表面的摩擦系數(shù)。

3納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜表面粗糙度和表面摩擦系數(shù)

由圖2可知，檸檬草精油與納米SiO₂的重量比為1:1時(shí)制成的可食性海藻酸鈉抗菌膜的表面粗糙度以及表面摩擦系數(shù)適中，因?yàn)槿舯砻娲植诙冗^(guò)大，會(huì)影響產(chǎn)品的外觀及質(zhì)量。再根據(jù)實(shí)施例1，檸檬草精油與納米SiO₂的重量比為1:1時(shí)，海藻酸鈉抗菌膜具有較好的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率。因此，綜合分析，檸檬草精油與納米SiO₂的摻雜質(zhì)量比為1:1時(shí)，制得的可食性海藻酸鈉抗菌膜性能最好。

實(shí)施例3納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜吸水率的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜

2實(shí)驗(yàn)方法

將納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜裁剪成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(wú)水分，用分析天平準(zhǔn)確稱重，此時(shí)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(shí)膜片重量記為W_d，重復(fù)此操作至恒重，吸水率Q的計(jì)算公式如下：

Q＝(W_d-W₀)/W₀×100％

3納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜的吸水率

膜的吸水率大小是膜的疏水性優(yōu)劣的直接決定因素。對(duì)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(duì)速溶方便包裝的要求。經(jīng)計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)制得的納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌膜的吸水率為64％，說(shuō)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-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜抗菌性能的測(cè)定

1實(shí)驗(yàn)材料

納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜

新鮮豬肉

菌種：?jiǎn)魏嗽錾钏固鼐⒔瘘S色葡萄球菌、大腸桿菌

2實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)以單核增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌為模式菌種，分別對(duì)納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜的抑菌性能進(jìn)行測(cè)定。

以單核增生李斯特菌為例，將單核增生李斯特菌接種到PYG液體培養(yǎng)基中，置于空氣搖床中振蕩培養(yǎng)24h，培養(yǎng)條件為37℃、150rpm，獲得對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌懸液。取適量處于對(duì)數(shù)期的單核增生李斯特菌加入含有一定量無(wú)菌磷酸鹽緩沖液(PBS)的試管中(此時(shí)細(xì)菌濃度約為10⁵CFU/mL)。

將豬肉切成30×25×5mm大小，并進(jìn)行紫外殺菌，正反兩面各處理1h。將紫外處理過(guò)的豬肉試樣浸于事先稀釋成10⁵CFU/mL的單核增生李斯特菌菌懸液中15s。

隨后將豬肉試樣從菌液中取出，于無(wú)菌環(huán)境下晾干，采用浸涂法，將接菌后的豬肉試樣浸漬于事先制備好的納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜液中，陰性對(duì)照組采用空白可食性海藻酸鈉抗菌涂膜液，陽(yáng)性對(duì)照組采用只含檸檬草精油而不含納米SiO₂的海藻酸鈉抗菌涂膜液，浸漬20min。取出后于無(wú)菌環(huán)境下晾干，再轉(zhuǎn)移到無(wú)菌均質(zhì)袋中，4℃密封放置15d后，每3d測(cè)定一次豬肉試樣中的細(xì)菌總數(shù)。測(cè)定方法按照GB4789.2—2010食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢測(cè)菌落總數(shù)進(jìn)行。向裝有豬肉試樣的無(wú)菌均質(zhì)袋中加入9倍的無(wú)菌PBS溶液，均質(zhì)10min。采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定37℃恒溫培養(yǎng)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-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜的抗菌性能

由表1、表2、表3可知，添加納米SiO₂的可食性海藻酸鈉抗菌涂膜對(duì)豬肉中的單核增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有更強(qiáng)的抗菌活性，且對(duì)檸檬草精油具有明顯的緩釋作用，從而具有長(zhǎng)效的抗菌活性和更好的殺菌效果。

表1納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜對(duì)單核增生李斯特菌的抗菌效果

A表示空白組，B表示含檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組，C表示含納米SiO₂-檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組。

表2納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌效果

A表示空白組，B表示含檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組，C表示含納米SiO₂-檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組。

表3納米SiO₂-檸檬草精油可食性海藻酸鈉抗菌涂膜對(duì)大腸桿菌的抗菌效果

A表示空白組，B表示含檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組，C表示含納米SiO₂-檸檬草精油的海藻酸鈉抗菌涂膜組。