光催化聚乳酸抗菌膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种光催化聚乳酸抗菌膜及其制备方法和应用，本发明专利技术利用低温等离子体技术对聚乳酸材料表面进行改性，使其表面产生大量活性羧基基团，在此基础上，创新地将聚乳酸膜表面的羧基基团与光敏剂进行共价反应，并结合蓝色LED光照射，制备光催化PLA抗菌膜；本发明专利技术有机地将光动力技术、低温等离子体技术与食品包装材料进行集成创新，开发具有高效杀菌功能的包装膜材料，是食品包装行业的一个突破，也为未来开发功能性食品包装膜材料提供了新的理论思路和创新实践；本发明专利技术的抗菌膜作为绿色高效杀灭食品中常见的致病菌和腐败菌的食品包装材料，进一步将这些新型包装膜用于包装三文鱼等食品，大幅度延长了食品货架期。大幅度延长了食品货架期。大幅度延长了食品货架期。

【技术实现步骤摘要】
光催化聚乳酸抗菌膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于绿色可降解杀菌食品包装膜
，具体涉及一种光催化聚乳酸(PLA)抗菌膜及其制备方法和应用，具体涉及利用低温等离子体将PLA膜与光敏剂进行共价耦合，制备具有光动力杀菌功效的食品包装膜。

技术介绍

[0002]抗菌活性包装是目前食品及材料领域研究开发的一个前沿和热点领域，PLA及其共聚物在食品包装材料研发领域有着重要的地位。PLA是一种以植物资源为原料合成的生物高分子材料，具有良好的加工性、安全性、生物相容性及生物降解性，已被美国食品和药品管理局(FDA)批准为可用于开发食品包装膜的原材料(詹世平，万泽韬，王景昌等.生物医用材料PLA的合成及其改性研究进展[J].化工进展，2020,39(01):199
‑
205.)。PLA对人体无毒副作用，是一种很有发展前途的高分子材料，且废弃后不会造成环境污染，非常适合替代传统不可降解的食品包装材料，制备新型绿色可持续包装基材。但PLA为生物惰性物质，天然亲水性差，其分子链段没有活性结构，不具备抗菌特性(李立华，田冶，李丽虹等.PLA膜等离子接枝聚合PVP及表面性能研究[J].中国生物医学工程学报，2006,25(5):618
‑
622.)，这些缺点限制了其在食品抗菌活性包装领域的应用。
[0003]光动力杀菌(PDI)是一种有效杀灭细菌和真菌的新型非热杀菌方法。光、光敏剂和氧气是构成PDI杀菌技术的必要条件。目前，绝大多研究利用天然姜黄素作为光敏剂构建PDI技术体系进而杀灭各类微生物。姜黄素在蓝光(455
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460nm)照射下会产生包括单态氧、过氧化氢、羟基等在内的活性氧(ROS)，并攻击细胞导致其死亡。大量研究证明，姜黄素介导的PDI技术可以有效杀灭食品中的单增李斯特菌(黄嘉明，陈博文，李慧慧等.姜黄素介导的光动力灭活增强对混合单增李斯特菌及生物被膜的抗菌作用[C].中国食品科学技术学会第十六届年会暨第十届中美食品业高层论坛，2019:2)和金黄色葡萄球菌(丁涛，高鹰，孙康等.姜黄素光动力疗法对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌及其生物膜作用研究[J].中华实验外科杂志，2019,36(6):1092
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1094.)。此外，在PDI系统中广泛使用的姜黄素不溶于水及一般有机溶剂，并且理化稳定性差，极易被氧化，见光易分解，严重影响PDI活性，这些缺点限制了姜黄素在食品抗菌包装工业中的实际应用。
[0004]为了获得具有抗菌活性的PLA包装材料，有研究采用溶剂浇注法，向PLA溶液添加柠檬精油、纳米TiO2和纳米Ag颗粒，制备PLA基纳米复合膜，能够有效地抑制冷却肉表面微生物的生长繁殖，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别达到99.20
±
3.56％(
‑
2Log CFU)和99.92
±
3.14％(
‑
3Log CFU)(曾丽萍，孟金明，徐世娟等.聚乳酸纳米抗菌复合膜对冷却猪肉保鲜效果的研究[J].包装工程，2018,39(21):96
‑
101.)。此外，利用静电纺丝技术制备的PLA/壳聚糖复合膜，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌作用，尤其当壳聚糖与PLA质量比大于1:10时，复合膜对两种菌的抑菌率均可达到90％(
‑
1Log CFU)以上(蒋岩岩，秦静雯，王鸿博.壳聚糖/PLA复合纳米纤维的制备及抗菌性能研究[J].材料导报，2012,26(18):74
‑
76+80.)。
[0005]除了将PLA与抗菌物质共混之外，还有学者尝试对PLA膜的表面进行亲水改性，如复合、化学接枝等方法，通过改性后的表面活性基团与抗菌剂共价结合获得包装膜的抑菌活性。例如，马祖伟等人利用碳化二亚胺缩合化学法改性PLA，使其表面产生羧基，通过引入的羧基将Ⅰ型胶原共价接枝在PLA膜表面，得到了稳定的胶原涂层(马祖伟，高长有，龚逸鸿等.型胶原在聚
‑
L
‑
乳酸(PLLA)表面的化学接枝和涂层及其对软骨细胞生长的促进作用[J].高等学校化学学报，2004(04):749
‑
752.)。
[0006]通过化学方法改性PLA的过程较为复杂，并且，整个反应过程中使用了大量的有机试剂，这些处理往往引起材料的分子量及力学强度的大幅度下降，并且对环境造成极大的危害以及对PLA材料的生物相容性造成不良的影响。更为重要的是，利用这些方法制备复合膜的抗菌功效普遍不够理想，只能降低1
‑
2Log CFU的有害细菌，无法满足消费者对高效抗菌包装材料的迫切需求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中PLA包装材料抑菌能力的不足，本专利技术的首要目的是提供一种光催化PLA抗菌膜的制备方法，即基于等离子体处理技术和光动力杀菌技术相结合，提供一种高效杀灭食品中致病菌和腐败菌的绿色抗菌食品包装材料。
[0008]本专利技术的第二个目的是提供上述光催化PLA抗菌膜。
[0009]本专利技术的第三个目的是提供上述光催化PLA抗菌膜的应用。
[0010]为达到上述首要目的，本专利技术的解决方案是：
[0011]一种光催化PLA抗菌膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0012](1)、采用挤压延流法制备PLA膜；
[0013](2)、对PLA膜进行低温等离子处理，得到处理的PLA膜；
[0014](3)、将1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐和N
‑
羟基丁二酰亚胺溶解在2
‑
吗啉乙磺酸缓冲液中得到共轭溶液，将处理的PLA膜浸泡在共轭溶液中活化，得到活化的PLA膜；
[0015](4)、将光敏剂溶解在去离子水中得到光敏剂溶液，再将活化的PLA膜浸入光敏剂溶液中共价耦合，之后进行洗涤，干燥，得到光催化PLA抗菌膜。
[0016]作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(1)中，挤压延流法中挤压装置的各个区段温度分别为130
‑
140℃、150
‑
160℃、160
‑
170℃、165
‑
175℃、165
‑
175℃、165
‑
175℃和160
‑
170℃，单螺杆速度为40
‑
50rpm，PLA膜的平均厚度为40
±
5μm。
[0017]作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(2)中，低温等离子的处理参数为：速度为8cm/s，工作电流为5
‑
7A，处理时间为10
‑
30s。
[0018]其中，低温等离子体处理技术能快速、高效地引发常规反应中不能或很难实现的物理或化学变化，赋予膜材料表面各种优异性能，而不改变基体材料本身的性质，是拓展高分子膜材料应用范围的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化聚乳酸抗菌膜的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)、采用挤压延流法制备聚乳酸膜；(2)、对所述聚乳酸膜进行低温等离子处理，得到处理的聚乳酸膜；(3)、将1
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(3
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二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐和N
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羟基丁二酰亚胺溶解在2
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吗啉乙磺酸缓冲液中得到共轭溶液，将所述处理的聚乳酸膜浸泡在所述共轭溶液中活化，得到活化的聚乳酸膜；(4)、将光敏剂溶解在去离子水中得到光敏剂溶液，再将所述活化的聚乳酸膜浸入所述光敏剂溶液中共价耦合，之后进行洗涤，干燥，得到光催化聚乳酸抗菌膜。2.根据权利要求1所述的光催化聚乳酸抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述挤压延流法中挤压装置的各个区段温度分别为130
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140℃、150
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170℃、165
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175℃、165
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175℃、165
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175℃和160
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170℃，单螺杆速度为40
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50rpm，聚乳酸膜的平均厚度为40
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5μm。3.根据权利要求1所述的光催化聚乳酸抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述低温等离子处理的参数为：速度为8cm/s，工作电流为5
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7A，处理时间为10
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30s。4.根据权利要求1所述的光催化聚乳酸抗菌膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬敬，陈璐，赵勇，刘海泉，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：