添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法，涉及食品包装领域。本发明专利技术以聚乙烯醇（PVA）为基体，通过酰胺化反应用精氨酸对壳聚糖进行改性得到精氨酸化壳聚糖（ACS），再以ACS和六水合硝酸锌（ZnNO3•

【技术实现步骤摘要】
添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法。本专利技术属于食品包装材料领域。

技术介绍

[0002]随着科技发展，人类生产水平的提高，人们餐桌上的食品数量与种类也日益丰富，随之而来的是人们对食品包装的保鲜要求也越来越高。但是目前市场上的食品包装大多是不可降解的石油基的塑料包装，对地球环境造成严重危害。聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性乙烯基聚合物，机械性能好、无毒且可降解，有望成为一种被大众所接受的食品包装材料。
[0003]壳聚糖作为一种可生物降解的天然高分子材料，具有良好的成膜性、生物相容性以及抗菌性。但是，壳聚糖受限于只能在酸性溶液中溶解，大大限制了其应用。精氨酸作为唯一含有胍基的氨基酸，胍基强大的抗菌功能可以赋予改性壳聚糖较好的抗菌性，另外用精氨酸修饰壳聚糖可以破坏其分子间氢键从而改善壳聚糖的水溶性且又有利于提高壳聚糖的金属阳离子螯合能力。
[0004]氧化锌（ZnO）作为锌的来源，已经广泛应用于食品、化妆品、医药和生物领域。纳米氧化锌具有广谱抗菌性，且具有好的紫外屏蔽效果。纳米粒子作为包装的填充剂可以显著降低膜的水蒸气透过率，并且对复合膜的机械性能有明显改善。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法，本专利技术制得的复合抗菌膜具有良好的机械性能、紫外阻隔性、较低的水蒸气透过率以及优异的抗菌性，可应用于食品包装领域。/>[0006]本专利技术以聚乙烯醇（PVA）为基体，通过酰胺化反应用精氨酸对壳聚糖进行改性得到精氨酸化壳聚糖（ACS），再以ACS和六水合硝酸锌（ZnNO3•
6H2O）为原料通过共沉淀法制得ACS
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ZnO；最终将ACS与ACS
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ZnO共混加入PVA基体中制备成具有协同抗菌效果的复合薄膜。
[0007]本专利技术提供了一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）称取1~2 g壳聚糖溶解于50~100 mL MES缓冲液中（25 mM，4 < PH < 6），在磁力搅拌器上搅拌1h至完全溶解，溶液呈透明态；（2）称取1~3 g精氨酸溶解于50~100 mL MES缓冲液中，在磁力搅拌器上搅拌5 min至完全溶解；（3）称取1~5 g 1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺（EDC），1~4 g N
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羟基丁二酰亚胺（NHS）加入到步骤（2）中的精氨酸溶液中，在磁力搅拌器上搅拌活化2h得到活化的精氨酸溶液；（4）将步骤（3）活化的精氨酸溶液滴入壳聚糖溶液中，在磁力搅拌器中升温至45℃
搅拌12~24 h，反应结束在去离子水中透析3 d，再冷冻干燥48 h制得精氨酸化壳聚糖（ACS）；（5）称取0.5~1 g步骤（4）合成的精氨酸化壳聚糖溶于去离子水中，在磁力搅拌器中升温至70℃ 搅拌0.5~1 h至完全溶解；（6）称取1~2 g ZnNO3•
6H2O加入步骤（5）中的精氨酸化壳聚糖水溶液中搅拌30 min;（7）取50~100 mL 0.2M的NaOH溶液逐滴加入步骤（6）中的溶液里,搅拌2 h；（8）将步骤（7）搅拌完的溶液离心后用去离子水洗涤3次，在50℃ 烘箱中干燥24 h后制得ACS@ZnO纳米粒子；（9）称取1~5g PVA溶于10~50 mL去离子水中，加热至95℃搅拌2 h至溶液为透明状态；（10）称取1~2g步骤（4）中制得的精氨酸化壳聚糖溶于100~200 mL去离子水中，常温下搅拌30 min至溶解；（11）将步骤（10）中的精氨酸化壳聚糖水溶液逐滴加入到步骤（9）中的PVA溶液中，搅拌2 h；PVA水溶液与精氨酸化壳聚糖水溶液的体积比为1:1~4:1，（12）将步骤（8）的ACS@ZnO纳米粒子添加到步骤（11）制备的混合水溶液中，超声分散30 min，通过流延法制备复合薄膜；ACS@ZnO纳米粒子占混合水溶液的质量百分比为1~5%。
[0008]进一步地，所述的搅拌速率是2000rpm。
[0009]进一步地，所述的超声探头功率是200
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500W，超声3s，间歇2s。
[0010]本专利技术的有益效果：本专利技术以精氨酸化壳聚糖和纳米氧化锌为抗菌剂，与PVA复合后的薄膜与纯PVA膜相比在纳米氧化锌的含量为3%时，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率均达到70%以上。此外，复合膜的机械性能、紫外阻隔性、水接触角也相应提高，水蒸气透过率对应下降。本专利技术制备的复合薄膜在食品包装领域有较大的应用潜力和前景。
附图说明
[0011]图1是本专利技术所制备的精氨酸化壳聚糖和精氨酸化壳聚糖
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ZnO纳米粒子的X射线衍射图谱。
[0012]图2是本专利技术所制备的精氨酸化壳聚糖
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ZnO纳米粒子的扫描电镜图。
[0013]图3是本专利技术所制备复合薄膜的紫外光阻隔性能对比图。
[0014]图4是本专利技术所制备复合薄膜的水接触角对比图。
[0015]图5是本专利技术所制备的复合薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制率对比图。
具体实施方式
[0016]下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。
[0017]实施例1：一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子制备的复合型抗菌包装薄膜的方法，具体步骤如下：
（1） 称取1 g壳聚糖溶解于100 mL MES缓冲液中（25 mM, PH=5），在磁力搅拌器上搅拌1h至完全溶解，溶液呈透明态；（2） 称取2.06 g精氨酸溶解于50 mL的MES缓冲液中，在磁力搅拌器上搅拌5 min至完全溶解（3） 称取3.4 g 1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺（EDC），2.04 g N
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羟基丁二酰亚胺（NHS）加入到精氨酸溶液中，在磁力搅拌器上搅拌活化2h；（4） 将活化后的精氨酸溶液滴入壳聚糖溶液中，在磁力搅拌器中升温至45℃搅拌12h（5） 称取0.5g精氨酸化壳聚糖溶于50mL去离子水中，在磁力搅拌器中升温至70℃搅拌1h至完全溶解；（6） 称取1.487g ZnNO3•
6H2O加入精氨酸溶液中搅拌30min，之后逐滴加入50mL 0.2M的NaOH溶液,搅拌2h后，离心，洗涤，在50℃烘箱中干燥24h后制得氧化锌纳米粒子；（7） 称取10 g PVA到100 mL去离子水中加热至95℃搅拌2h至完全溶解；（8） 称取到0.5 g精氨酸化壳聚糖到50mL去离子水中搅拌30min至完全溶解；（9） 以步骤（7）制得的PVA水溶液为基体，以体积比（PVA水溶液:ACS水溶液）为2:1，取步骤（8）中相应的精氨酸水溶液加入到PVA溶液中，混合溶液在磁力搅拌器上搅拌1h至均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）称取1~2 g壳聚糖溶解于50~100 mL MES缓冲液中，在磁力搅拌器上搅拌1h至完全溶解，溶液呈透明态；（2）称取1~3 g精氨酸溶解于50~100 mL MES缓冲液中，在磁力搅拌器上搅拌5 min至完全溶解；（3）称取1~5 g 1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺EDC，1~4 g N
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羟基丁二酰亚胺NHS加入到步骤（2）中的精氨酸溶液中，在磁力搅拌器上搅拌活化2h得到活化的精氨酸溶液；（4）将步骤（3）活化的精氨酸溶液滴入壳聚糖溶液中，在磁力搅拌器中升温至45℃搅拌12~24 h，反应结束在去离子水中透析3 d，再冷冻干燥48 h制得精氨酸化壳聚糖ACS；（5）称取0.5~1 g步骤（4）合成的精氨酸化壳聚糖溶于去离子水中，在磁力搅拌器中升温至70℃，搅拌0.5~1 h至完全溶解；（6）称取1~2 g ZnNO3•
6H2O加入步骤（5）中的精氨酸化壳聚糖水溶液中搅拌30 min;（7）取50~100 mL 0.2M的NaOH溶液逐滴加入步骤（6）中的溶液里,搅拌2 h；（8）将步骤（7）搅拌完的溶液离心后用去离子水洗涤3次，在50℃ 烘箱中干燥24 h后制得ACS@ZnO纳米粒子；（9）称取1~5g PVA溶于10~50 mL去离子水中，加热至95℃搅拌2 h至溶液为透明状态；（10）称取1~2g步骤（4）中制得的精氨酸化壳聚糖溶于100~200 mL去离子水中，常温下搅拌30 min至溶解；（11）将步骤（10）中的精氨酸化壳聚糖水溶液逐滴加入到步骤（9）中的PVA溶液中，搅拌2 h；（12）将步骤（8）的ACS@ZnO纳米粒子添加到步骤（11）制备的混合水溶液中，超声分散30 min，通过流延法制备复合薄膜。2.根据权利要求1所述的添加精氨酸化壳聚糖与氧化锌纳米粒子的复合薄膜的方法，其特征在于：所述MES缓冲液的浓度为25 mM，4 < pH < 6。3.根据权利要求1所述的添加精氨酸化壳聚糖与氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛宝龙，李文凤，任力旋，王慧芳，高向华，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：