一种抗菌包装膜及制备方法与流程

[0001]
本发明涉及包装抗菌材料技术领域，具体地，涉及一种抗菌包装膜及制备方法。


背景技术：

[0002]
食药工业是国民经济发展的主要支柱之一，但由于食药本身营养丰富，在包装、运输、贮藏过程中，极易被微生物污染引起食药腐败变质，严重影响了食药的安全性，因此，食药的防腐保鲜工作在食药行业的发展中起着重要作用。为了抑制食药中腐败菌的生长，现有技术一般把抗菌剂加入包装材料中，或涂布于包装材料表面，通过材料与食药接触达到抗菌防腐的目的。目前各类抗菌包装中应用的抗菌剂主要可分为两大类，一是无机类，以银、铜、锌等金属离子为主，另一大类为有机类，如有机酸及其盐、有机酯、醇、酚、抗菌素等。在食药中，无机金属抗菌剂多数不允许使用或应用须严格控制，而有机食药防腐剂的耐热性、安全性、稳定性差，若加入包装材料中，则其抗菌性质可能部分受到影响。
[0003]
如中国专利申请公布号cn105860186a，发明名称为“一种用于蔬菜包装的抗菌塑料袋及其生产工艺”，公开了一种用于蔬菜包装的抗菌塑料袋及其生产工艺，由下述组分按重量份组成：聚乙烯100份、丙烯腈50-60份、丁二烯18-27份、甘草23-32份、乌梅20-25份、普洱茶45-60份、苦瓜18-24份、防腐剂6-8份、偶联剂1-3份、增韧剂3-5份、淀粉4-6份、柠檬酸钾2-3份，该方案可以使生产出的塑料具有很好的抗菌功能，但其成分中既有防腐剂等对人体有害的成分，又含有不易降解的材质，不环保。
[0004]
许多更适合加入食药包装材料的抗菌剂开始引起研究者关注。尤其是随着人们崇尚自然、健康的思想意识得到普及，开发应用高效安全的食药抗菌剂已成为当今世界食药保鲜剂重要的研究领域。据有关资料证实，在人们长期食用的食药中，天然保鲜剂成分的毒性远远低于人工合成的保鲜剂。因此，从自然界寻求天然保鲜剂的研究已引起各国科学家的高度重视。有研究者将目标转移至中药渣，随着我国中药产业的发展，每年有大量的药渣产生，而且产量在不断增加。目前企业主要采用焚烧或填埋等方式处理，对环境造成不利的影响。对中药渣的综合利用已成为制约中药生产企业发展的瓶颈问题。但是将中药渣用于制作抗菌保鲜膜，有着抗菌效率不高，往往依旧需要添加额外抗菌剂；膜成品抗拉强度和断裂延展率不好，依然需要添加塑料原料成分，导致不易降解污染环境；对中药渣降解不完全，难以被单一微生物降解利用；抗菌剂难以附着在膜内外等等一系列问题。


技术实现要素：

[0005]
1、要解决的问题
[0006]
针对现有技术中微生物法制备抗菌膜，抗菌剂难以附着在膜内外导致抗菌效率不高，膜成品不添加塑料成分则抗拉强度和断裂延展率不够，成品膜中若添加塑料成分则不易降解、中药渣降解不完全，难以被单一微生物降解利用的技术问题，本发明提供一种抗菌包装膜及制备方法，通过降解菌和抗菌剂代谢菌的分阶段发酵，得到的抗菌膜抗菌效果、抗拉强度和断裂延展率好，且易降解，不污染环境。
[0007]
2、技术方案
[0008]
为达到上述目的，提供的技术方案为：
[0009]
本发明的一种抗菌包装膜制备方法，包括以下步骤：
[0010]
1)将降解菌菌悬剂接种于培养基中，发酵，得骨架成分培养基；
[0011]
2)将抗菌剂代谢菌菌悬剂接种于所述骨架成分培养基，发酵，制得发酵物料；
[0012]
3)将发酵物料经成膜工艺制备抗菌包装膜。
[0013]
进一步的，具体步骤如下：
[0014]
步骤1)制作培养基：将草本中药渣干燥、粉碎、加水、润料、灭菌，冷却制得培养基；
[0015]
步骤2)菌种扩大培养：将降解菌菌种和抗菌剂代谢菌菌种分别扩大培养，得降解菌菌悬剂和抗菌剂代谢菌菌悬剂；
[0016]
步骤3)接种降解菌：将所述降解菌菌悬剂接种于所述培养基中，发酵，得骨架成分培养基；
[0017]
步骤4)接种抗菌剂代谢菌：将所述抗菌剂代谢菌菌悬剂接种于所述骨架成分培养基，发酵，制得发酵物料；
[0018]
步骤5)制膜：将所述发酵物料磨浆、均质、脱气，经流延成膜工艺制得抗菌包装膜。
[0019]
进一步地，草本中药渣成分包括黄芩、板蓝根、荆芥、柴胡、薄荷、甘草、草决明或车前子中的一种或几种。
[0020]
本发明以中药渣为原料，通过微生物的作用后形成的物料中含有纤维素、半纤维素、淀粉、多糖、葡萄糖、蛋白质、多肽、氨基酸、赤藓糖醇、甘油、细菌素、环状脂肽、无机离子锰、铁、铜等成分，这些成分在制备包装膜过程中起到如下协同作用：1)纤维素、淀粉、多糖带有大量羟基的大分子线性多糖。氨基酸、多肽、蛋白质携带有大量的氢键、疏水键和离子键，在膜的制备过程中能与带羟基的多糖结合，从而产生协同增效作用，增强膜的机械性能。另外多糖在成膜溶液中具有稳定、乳化和凝胶作用，提高了成膜溶液的稳定性，从而改善了膜的机械性能。2)克鲁斯假丝酵母能利用分解的物质产生甘油。甘油是一种亲水性强的小分子物质，能与氨基酸、多肽及蛋白质上的氨基等基团形成氢键，增强多聚物之间的连接，弱化肽链刚性的直接作用，促进大分子之间交联结构的形成，增强膜的弹性和延伸性。
[0021]
进一步地，所述降解菌菌悬剂包括耐盐芽孢杆菌或克鲁斯假丝酵母中的一种或两种。
[0022]
进一步地，当所述降解菌菌悬剂为耐盐芽孢杆菌和克鲁斯假丝酵母两种菌的混合物时，耐盐芽孢杆菌和克鲁斯假丝酵母的浓度比例为1:1.5～2.0。优选的，耐盐芽孢杆菌菌种在营养肉汤培养基中，30～37℃，80～120r/min培养12～16h；克鲁斯假丝酵母在麦芽汁培养基中，25～32℃，80-120r/min培养16-24h。
[0023]
进一步地，所述耐盐芽孢杆菌和克鲁斯假丝酵母总量为所述培养基重量的3～10％。
[0024]
进一步地，所述抗菌剂代谢菌菌悬剂包括贝莱斯芽孢杆菌、解脂亚罗酵母和植物乳杆菌中的一种或几种。
[0025]
进一步地，当所述抗菌剂代谢菌菌悬剂为贝莱斯芽孢杆菌、解脂亚罗酵母和植物乳杆菌三种菌的混合物时，贝莱斯芽孢杆菌、解脂亚罗酵母和植物乳杆菌的浓度比为1:(1.5～2.0):(0.5～1.0)。优选的，贝莱斯芽孢杆菌在营养肉汤培养基中，30～37℃，80～
120r/min培养12～16h；解脂亚罗酵母在麦芽汁培养基中，25～32℃，80-120r/min培养16-24h；植物乳杆菌在28～37℃静置培养12-20h。
[0026]
进一步地，本方案中利用中药渣制备膜的过程中，后期添加贝莱斯芽孢杆菌；解脂亚罗酵母和植物乳杆菌植物亚种。其中解脂亚罗酵母能利用前期分解产生的氨基酸及糖等物质进行生长，并利用前期产生的甘油代谢生成赤藓糖醇。赤藓糖醇是羰基加氢生成的多元醇化合物，在成膜过程中能降低水分活度，改善蛋白质的稳定性、溶解性、乳化性和胶凝性。能使药渣及微生物释放到基质中的蛋白质的疏水基团进一步暴露，能提高蛋白质的表面疏水性，与氨基酸、多肽及蛋白质具有协同增效作用，提高膜的抗拉强度和弹性。植物乳杆菌植物亚种能发酵葡萄糖产生乳酸和细菌素。乳酸是一个含有羟基的羧酸，能与甘油、乙醇上的键相结合，提高膜的性能。同时乳酸与乙醇一起，能起协同抗菌作用，提高抗菌性能。以中药渣为原料制备的成膜溶液中含有钙、磷、钠等无机离子，能与成膜溶液中多肽及蛋白质上的羧基和多糖、淀粉、半纤维素和纤维素上携带的羟基作用形成配合物，从而增强了交联作用，提高了复合膜的机械强度。
[0027]
进一步地，所述贝莱斯芽孢杆菌、解脂亚罗酵母和植物乳杆菌的总量为所述骨架成分培养基重量的5～12％。
[0028]
进一步地，所述成膜工艺为流延成膜工艺，发酵物料以0.2～0.5g/cm2倒入流延板中。优选的，倒入流延板后50～70℃烘干，50～70％的湿度下平衡。
[0029]
进一步地，本发明提供了一种抗菌包装膜，采用所述的一种抗菌包装膜制备方法制得，所述包装膜抗拉强度平均为11-18mpa，断裂延展率70～90％。
[0030]
3、有益效果
[0031]
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
[0032]
(1)本发明的一种抗菌包装膜制备方法，通过降解菌的代谢作用将草本植物中药渣中的纤维素、半纤维素、淀粉和蛋白等物质进行降解和转化，产生葡萄糖、甘油、赤藓糖醇等物质，成为抗菌膜生产中基材和骨架部分的原料，同时为后续抗菌剂代谢菌的生长提供了能源。抗菌剂代谢菌在降解菌发酵完成后才接种，避免了早期与降解菌产生拮抗作用，不会使降解菌降解不完全，也不会因为抗菌剂代谢菌产生的抑菌物质抑制降解菌生长，最大限度降解的草本植物重要渣为抗菌膜抗拉强度和断裂延展率提供了材质保证。分阶段发酵，使得抗菌剂代谢菌不会早期代谢产生的抑菌物质被反向消耗，在降解完成的情况下接种抗菌剂代谢菌，此时降解菌已进入衰退期，其本身亦可以成为抗菌剂代谢菌的能量来源，快速生长的抗菌剂代谢菌产生的抑菌物质更容易均匀分散于基材和骨架部分的原料中，而不仅仅存在于抗菌包装膜表面。
[0033]
(2)本发明的一种抗菌包装膜制备方法，耐盐芽孢杆菌能分泌普鲁兰酶、蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶何脂肪酶，将中药渣中的纤维素部分纤维素、半纤维素、蛋白质、脂肪等物质分解产生多糖、葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等成分。克鲁斯假丝酵母能利用分解产生的葡萄糖代谢为甘油，解脂亚罗酵母以利用甘油生产赤藓糖醇。在发酵后期，降解菌会发生一定的水解，将体内的无机盐、多糖、氨基酸及蛋白质等物质释放。中药渣中为分解的纤维素和半纤维素等成分可以作为成膜的基材和骨架，产生的甘油、赤藓糖醇可作为增塑剂，提高膜的机械性能。无机盐、多糖、氨基酸及蛋白质等能协同提高膜的性能。在膜的制备过程中，不添加任何成膜物质，所有物质完全来自中药渣，因此降低了膜制备的成本，不含任何
有毒有害的物质，比普通塑料包装膜安全。
[0034]
(3)本发明的一种抗菌包装膜制备方法，以草本中药渣(黄芩、板蓝根、荆芥、柴胡、薄荷、甘草、草决明、车前子等)为唯一原料，中药渣是中药在提取其中的有效成分后剩余的副产物，属于中药加工的废弃物，来源广泛，成本低，通过制备抗菌包装膜能解决中草药加工中产生的中药渣难以处理的问题。将中药渣通过润料、热及微生物的代谢作用，可使其中的纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质中含的蛋白质、淀粉、纤维素经过加热及酸处理可适当的变性，使这些大分子物质的结构变得松散，官能团外露，有利于键之间的结合，有助于增强膜的机械性能。
[0035]
(4)本发明的一种抗菌包装膜，解脂亚罗酵母产生的赤藓糖醇不易吸潮，可降低抗菌包装膜的水分活度，从而降低抗菌包装膜的吸水性，提高膜的防水性能。抗拉强度平均可达11-18mpa，断裂延展率70～90％。
[0036]
(5)本发明的一种抗菌包装膜，可广泛应用于果蔬及肉制品的包装，能代替目前常用的塑料包装膜，包装膜可完全降解，能有效解决塑料带来的白色污染问题。
具体实施方式
[0037]
一种抗菌包装膜制备方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤1)制作培养基：将草本中药渣干燥、粉碎、加水、润料、灭菌，冷却制得培养基；
[0039]
步骤2)菌种扩大培养：将降解菌菌种和抗菌剂代谢菌菌种分别扩大培养，得降解菌菌悬剂和抗菌剂代谢菌菌悬剂；
[0040]
步骤3)接种降解菌：将所述降解菌菌悬剂接种于所述培养基中，发酵，得骨架成分培养基；
[0041]
步骤4)接种抗菌剂代谢菌：将所述抗菌剂代谢菌菌悬剂接种于所述骨架成分培养基，发酵，制得发酵物料；
[0042]
步骤5)制膜：将所述发酵物料磨浆、均质、脱气，经流延成膜工艺制得抗菌包装膜。
[0043]
本申请所述耐盐芽孢杆菌cicc 24340、克鲁斯假丝酵母cicc 1673、贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093、解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚种cicc 24839，均购自中国典型培养物保藏中心的微生物模式菌株(http://cctcc.whu.edu.cn/)，并非发明人新递交的菌株。
[0044]
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
[0045]
实施例1
[0046]
将新鲜黄芪中药渣，60℃烘干20h、粉碎成0.5cm大小的颗粒，加1.2倍的水，35℃润料6h，121℃灭菌20min，冷却至40℃。
[0047]
贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093和耐盐芽孢杆菌cicc 24340菌种在营养肉汤培养基中，37℃，120r/min培养12h；克鲁斯假丝酵母cicc 1673和解脂亚罗酵母cicc 1675在麦芽汁培养基中，32℃，120r/min培养16h；植物乳杆菌植物亚种cicc 24839在37℃静置培养12h。
[0048]
接种耐盐芽孢杆菌cicc 24340和克鲁斯假丝酵母cicc 1673，菌种比例为1:1.5，菌种总量为物料重量的3％，在28℃发酵5d。
[0049]
接种贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093；解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚
种cicc24839，菌种比例为1:1.5:0.5，菌种总量为物料量的5％。搅拌均匀，在28℃发酵5d。
[0050]
制备的中药渣发酵物料添加5倍的水，进行磨浆和均质，均质条件为60mpa下均质2次，每次20min。在95℃，200r/min加热搅拌0.5h，超声波脱气10min。
[0051]
按照每平方厘米0.5g的量倒入流延板中，60℃烘干10h，在70％的湿度下平衡10h，揭膜，制备中药渣抗菌活性包装膜。
[0052]
经检测，该膜的抗拉强度平均可达15.8mpa，断裂延展率平均可达84％。与普通塑料包装膜相比，可延长肉制品保质期3天，可延长草莓保质期5天。
[0053]
对照例1
[0054]
将新鲜黄芪中药渣，60℃烘干20h、粉碎成0.5cm大小的颗粒，加1.2倍的水，35℃润料6h，121℃灭菌20min，冷却至40℃。
[0055]
贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093和耐盐芽孢杆菌cicc 24340菌种在营养肉汤培养基中，37℃，120r/min培养12h；克鲁斯假丝酵母cicc 1673和解脂亚罗酵母cicc 1675在麦芽汁培养基中，32℃，120r/min培养16h；植物乳杆菌植物亚种cicc 24839在37℃静置培养12h。
[0056]
接种耐盐芽孢杆菌cicc 24340和克鲁斯假丝酵母cicc 1673，菌种比例为1:1，菌种总量为物料重量的3％，在28℃发酵5d。
[0057]
接种贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093；解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚种cicc24839，菌种比例为1:1:1菌种总量为物料量的5％。搅拌均匀，在28℃发酵5d。
[0058]
制备的中药渣发酵物料添加5倍的水，进行磨浆和均质，均质条件为60mpa下均质2次，每次20min。在95℃，200r/min加热搅拌0.5h，超声波脱气10min。
[0059]
按照每平方厘米0.5g的量倒入流延板中，60℃烘干10h，在70％的湿度下平衡10h，揭膜，制备中药渣抗菌活性包装膜。
[0060]
经检测，该膜的抗拉强度平均可达5.8mpa，断裂延展率平均可达62％。与普通塑料包装膜相比，可延长肉制品保质期2天，可延长草莓保质期2天。
[0061]
对照例2
[0062]
将新鲜黄芪中药渣，60℃烘干20h、粉碎成0.5cm大小的颗粒，加1.2倍的水，35℃润料6h，121℃灭菌20min，冷却至40℃。
[0063]
贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093和耐盐芽孢杆菌cicc 24340菌种在营养肉汤培养基中，37℃，120r/min培养12h；克鲁斯假丝酵母cicc 1673和解脂亚罗酵母cicc 1675在麦芽汁培养基中，32℃，120r/min培养16h；植物乳杆菌植物亚种cicc 24839在37℃静置培养12h。
[0064]
接种耐盐芽孢杆菌cicc 24340和克鲁斯假丝酵母cicc 1673，菌种比例为1:1，菌种总量为物料重量的3％，接种贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093；解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚种cicc 24839，菌种比例为1:1:1菌种总量为物料量的5％。搅拌均匀，在28℃发酵10d。
[0065]
制备的中药渣发酵物料添加5倍的水，进行磨浆和均质，均质条件为60mpa下均质2次，每次20min。在95℃，200r/min加热搅拌0.5h，超声波脱气10min。
[0066]
按照每平方厘米0.5g的量倒入流延板中，60℃烘干10h，在70％的湿度下平衡10h，揭膜，制备中药渣抗菌活性包装膜。
[0067]
经检测，该膜的抗拉强度平均可达3.6mpa，断裂延展率平均可达51％。与普通塑料包装膜相比，可延长肉制品保质期1天，可延长草莓保质期1天。
[0068]
实施例2
[0069]
将新鲜柴胡中药渣，70℃烘干15h、粉碎成0.8cm大小的颗粒，加1.0倍的水，30℃润料8h，115℃灭菌30min，冷却至35℃。
[0070]
贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093和耐盐芽孢杆菌cicc 24340菌种在营养肉汤培养基中，34℃，100r/min培养14h；克鲁斯假丝酵母cicc 1673和解脂亚罗酵母cicc 1675在麦芽汁培养基中，30℃，100r/min培养20h；植物乳杆菌植物亚种cicc 24839在32℃静置培养16h。
[0071]
接种耐盐芽孢杆菌cicc 24340和克鲁斯假丝酵母cicc 1673，菌种比例为1:1.8，菌种总量为物料重量的5％，在30℃发酵4d。
[0072]
接种贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093；解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚种cicc24839，菌种比例为1:1.8:0.8，菌种总量为物料量的8％。搅拌均匀，在32℃发酵4d。
[0073]
制备的柴胡中药渣发酵物料添加4倍的水，进行磨浆和均质，均质条件为50mpa下均质3次，每次15min。在90℃，300r/min加热搅拌1h，超声波脱气15min。
[0074]
按照每平方厘米0.4g的量倒入流延板中，55℃烘干15h，在60％的湿度下平衡18h，揭膜，制备中药渣抗菌活性包装膜。
[0075]
经检测，该膜的抗拉强度平均可达17.8mpa，断裂延展率可达79％。制备的抗菌包装膜与普通塑料包装膜相比，延长肉制品保质期4天，可延长草莓保质期4天。
[0076]
实施例3
[0077]
将新鲜板蓝根中药渣，80℃烘干10h、粉碎成0.4cm大小的颗粒，加0.9倍的水，25℃润料10h，110℃灭菌40min，冷却至30℃。
[0078]
贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093和耐盐芽孢杆菌cicc 24340菌种在营养肉汤培养基中，30℃，80r/min培养16h；克鲁斯假丝酵母cicc 1673和解脂亚罗酵母cicc 1675在麦芽汁培养基中，28℃，90r/min培养24h；植物乳杆菌植物亚种cicc 24839在30℃静置培养18h。
[0079]
接种耐盐芽孢杆菌cicc 24340和克鲁斯假丝酵母cicc 1673，菌种比例为1:2.0，菌种总量为物料重量的10％，在36℃发酵3d。
[0080]
接种贝莱斯芽孢杆菌cicc 24093；解脂亚罗酵母cicc 1675和植物乳杆菌植物亚种cicc24839，菌种比例为1:2.0:1.0，菌种总量为物料量的12％。搅拌均匀，在36℃发酵3d。
[0081]
制备的中药渣发酵物料添加3倍的水，进行磨浆和均质，均质条件为40mpa下均质3次，每次30min。在85℃，400r/min加热搅拌2h，超声波脱气20min。
[0082]
按照每平方厘米0.3g的量倒入流延板中，70℃烘干7h，在50％的湿度下平衡24h，揭膜，制备中药渣抗菌活性包装膜。
[0083]
经检测，该膜的抗拉强度平均可达14.6mpa，断裂延展率可达85％。制备的抗菌包装膜与普通塑料包装膜相比，可延长肉制品保质期4天，可延长草莓保质期5天。
[0084]
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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