一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于食品包装材料技术领域，具体涉及一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜及其制备方法。所述防雾抗菌薄膜包括基材、海藻酸二醛和壳聚糖，壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自主装的方法交替沉积在基材表面；海藻酸二醛和壳聚糖之间通过静电作用力、氢键和席夫碱共价键结合。本发明专利技术中由于采用的材料的亲水性，制备获得的薄膜具有较好的亲水防雾性，并且壳聚糖与席夫碱发挥协同抗菌作用。本发明专利技术制备的防雾抗菌膜，不需要其他交联剂，可以充分发挥壳聚糖、海藻酸二醛的优势，能够避免果蔬在运输、贮存及加工过程中微生物污染。

A antifogging and antibacterial film of dialdehyde alginate / chitosan and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜及其制备方法
本专利技术属于食品包装材料
，具体涉及一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜及其制备方法。
技术介绍
在环境条件中，果蔬在收获后若不立即使食用，其色泽口感会大大降低，并且在储存运输过程中易受微生物感染而变质腐烂，因此人们致力于研究兼具抗菌和环保的新型包装材料，用以最大程度的维持果蔬品质并延长保质期。抗菌包装是活性食品包装中较有前途的领域，可以通过抑制食品表面微生物生长来减缓食品腐烂的过程。在所有的生物聚合物中，壳聚糖是天然抗菌聚合物之一，并且由于无毒性、生物降解性、生物相容性和优异的成膜性而广泛的应用于抗菌包装领域。壳聚糖主要是从几丁质的碱性脱乙酰过程中获得，由随机分布的脱乙酰基单元和乙酰化单元组成，每个糖苷单元中含有氨基和羟基，因此当其溶解在酸性溶液中时，NH2质子化变为-NH3+，壳聚糖成为阳离子多糖，与带负电的细菌表面相互作用，改变细菌表面形态并破坏微生物结构，表现出一定的抗菌性。但是，壳聚糖主链上氨基只能被质子化为相对较弱的正电荷中心，不能与细菌表面强烈结合，抗菌能力不能满足某些特殊条件的要求，并且由于微生物的不断变异，壳聚糖作为单组分抗微生物剂，对微生物的抗菌活性越来越受到抑制。因此，需要合成新型壳聚糖衍生物来提高抗菌活性。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜及其制备方法，通过层层自主装技术，依靠海藻酸二醛/壳聚糖二者之间静电力、氢键和席夫碱作用力成膜，制得的薄膜具有良好的透明度，并且由于材料的亲水性具有一定的防雾性能，此外壳聚糖与席夫碱协同抗菌。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，将壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自组装的方法交替沉积在基材表面，壳聚糖溶液和海藻酸二醛之间自发发生缩合反应形成席夫碱基团，制备获得海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌保鲜膜。进一步地，所述方法包括以下步骤：(1)制备海藻酸二醛溶液；(2)制备壳聚糖溶液；(3)将预处理的基材依次浸涂在海藻酸二醛溶液和壳聚糖溶液中并漂洗干燥，根据需要完成层层自组装循环周期，壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自主装的方法交替沉积在基材表面，形成海藻酸二醛/壳聚糖涂层，即得到海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜。进一步地，步骤(1)中，所述海藻酸二醛溶液是采用高碘酸钠对海藻酸盐进行选择性氧化得到的。进一步地，步骤(1)中制备海藻酸二醛溶液的方法具体为：将海藻酸盐溶于超纯水制得浓度为0.04-0.06g/ml的海藻酸盐溶液，将高碘酸钠溶于超纯水，磁力搅拌制得0.09-0.11g/ml高碘酸钠溶液，室温下将海藻酸盐溶液和高碘酸钠溶液混合，并在黑暗中反应10h～15h，加入乙二醇终止反应，将得到的溶液透析，去除剩余高碘酸钠，采用冷冻干燥法制得海藻酸二醛粉末，将海藻酸二醛粉末溶于超纯水中，制得浓度为2-4mg/ml的海藻酸二醛溶液。进一步地，所述步骤(2)具体为：将壳聚糖粉末溶于1％乙酸中，制得浓度为4-8mg/ml的海藻酸二醛溶液的壳聚糖溶液。进一步地，所述步骤(3)具体为：将基材用纯水清洗并干燥，用聚醚酰亚胺溶液预沉积0.5h-1h并静置干燥5min-10min，然后在超纯水中漂洗3min-5min并静置干燥1min-3min；接着将基材在步骤(1)制备的海藻酸二醛溶液中沉积3min-5min并静置干燥1min-3min，然后在磷酸缓冲溶液中漂洗3min-5min并静置干燥1min-3min；接着将基材在步骤(2)制备的壳聚糖溶液中沉积3min-5min并静置干燥1min-3min，然后在磷酸缓冲溶液中漂洗3min-5min并静置干燥1min-3min，至此完成一个组装周期；根据需要，重复上述组装周期，壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自主装的方法交替沉积在基材表面，形成海藻酸二醛/壳聚糖涂层，即得到海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜(ADA/CS)n，n为组装周期数。进一步地，所述步骤(3)中，交替沉积在基材表面的壳聚糖和海藻酸二醛之间通过静电作用力、氢键和席夫碱共价键结合。一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜，根据所述方法制备，包括基材、海藻酸二醛和壳聚糖，壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自主装的方法交替沉积在基材表面；海藻酸二醛和壳聚糖之间通过静电作用力、氢键和席夫碱共价键结合。在本专利技术中采用新型壳聚糖衍生物中的壳聚糖席夫碱基衍生物，壳聚糖席夫碱基衍生物被认为是提高壳聚糖抗菌活性的最佳选择之一，因为壳聚糖的氨基可以与醛基发生亲核反应，生成具有亚胺基团的席夫碱(-RC＝N-)，反应直接改变壳聚糖的分子结构，增加正电荷，并且亚胺基团π电子增强壳聚糖的亲脂性，促进壳聚糖席夫碱基分子渗透到微生物细胞膜中，抑制微生物的生长。本专利技术中采用海藻酸二醛制备抗菌薄膜的原因为：海藻酸是从褐藻中提取的天然阴离子生物聚合物，末端存在羧基，在食品工业常作为增稠剂、乳化剂和稳定剂。藻酸盐骨架上分布着大量的游离羟基和羧基，容易被化学功能化，在黑暗条件下能够与高碘酸钠氧化，通过破坏碳-碳键，形成功能化醛基聚合物，称为海藻酸二醛(ADA)。海藻酸二醛中的醛基反应活性强，能与氨基发生亲核加成反应，生成席夫碱，反应条件温和且副产物只有水。在席夫碱亚胺基团(-RC＝N-)中，平面正三角形杂化轨道的N原子具有孤对电子，会使得与其形成的分子表现出一些生物活性，由于其具有良好的脂溶性和细胞穿透性，可以渗透到微生物细胞膜中干扰呼吸作用，因而表现出良好的抑菌活性；此外，亚胺基团具有优异的金属结合性，抑制与孢子元素和必需营养元素的结合，阻断蛋白质的合成，阻碍细菌的生长。层层自组装是一种制备多层薄膜和纳米复合材料的技术，其原理依赖于组装部件的顺序吸附，每次沉积后进行漂洗步骤，避免了先前吸附在基底上的液体污染下一吸附层。沉积方法主要有浸涂、旋涂、喷涂、灌注等，是一种简单、灵活、通用的技术。层层自组装的驱动力包括静电作用、氢键、共价键合、金属配位等，然而，在苛刻条件下，通过非共价键合获得的膜稳定性较差，通常需要后处理，因此在层层自主装过程中引入共价键合可以显着改善膜的稳定性。在本专利技术中引入希夫碱共价键合赋予薄膜高稳定性，在醛(或酮)和氨基之间反应产生亚胺基团，使其能够承受恶劣条件。本专利技术的有益技术效果：1)本专利技术使用层层组装技术解决了直接混合海藻酸二醛与壳聚糖会形成白色凝胶的薄膜透明度问题；2)本专利技术所述方法在层层组装制备的薄膜中，依靠海藻酸二醛与壳聚糖的正负电荷静电力、氢键力和席夫碱三重作用力，薄膜稳定性好。因此本专利技术制备的防雾抗菌膜，不需要其他交联剂，可以充分发挥壳聚糖、海藻酸二醛的优势，自发形成稳定薄膜，能够避免果蔬在运输、贮存及加工过程中微生物污染。3)由于海藻酸二醛与壳聚糖二者材料的亲水性，本专利技术所制备的薄膜具有良好的防雾性能；4)本专利技术制备的海藻酸二醛/壳聚糖薄膜抗菌性依赖于壳聚糖与席夫碱的双重协同抗菌，增强了抗菌能力。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，其特征在于，将壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自组装的方法交替沉积在基材表面，壳聚糖溶液和海藻酸二醛之间自发发生缩合反应形成席夫碱基团，制备获得海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌保鲜膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，其特征在于，将壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自组装的方法交替沉积在基材表面，壳聚糖溶液和海藻酸二醛之间自发发生缩合反应形成席夫碱基团，制备获得海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌保鲜膜。


2.根据权利要求1所述一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备海藻酸二醛溶液；
(2)制备壳聚糖溶液；
(3)将预处理的基材依次浸涂在海藻酸二醛溶液和壳聚糖溶液中并漂洗干燥，根据需要完成层层自组装循环周期，壳聚糖溶液和海藻酸二醛溶液通过层层自主装的方法交替沉积在基材表面，形成海藻酸二醛/壳聚糖涂层，即得到海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜。


3.根据权利要求2所述一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述海藻酸二醛溶液是采用高碘酸钠对海藻酸盐进行选择性氧化得到的。


4.根据权利要求2或3所述一种海藻酸二醛/壳聚糖防雾抗菌薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中制备海藻酸二醛溶液的方法具体为：将海藻酸盐溶于超纯水制得浓度为0.04-0.06g/ml的海藻酸盐溶液，将高碘酸钠溶于超纯水，磁力搅拌制得0.09-0.11g/ml高碘酸钠溶液，室温下将海藻酸盐溶液和高碘酸钠溶液混合，并在黑暗中反应10h～15h，加入乙二醇终止反应，将得到的溶液透析，去除剩余高碘酸钠，采用冷冻干燥法制得海藻酸二醛粉末，将海藻酸二醛粉末溶于超纯水中，制得浓度为2-4mg/ml的海藻酸二醛溶液。


5.根据权利要求2所述一种海藻酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：温永强，李依娉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11