本發(fā)明涉及一種細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜制備的方法,屬于食品包裝膜加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
細(xì)菌纖維素是一種由細(xì)菌分泌,性質(zhì)和結(jié)構(gòu)與纖維素相同的聚合物,具有良好的持水性、透氣性、取向性、可降解性等優(yōu)點,但研究表明,細(xì)菌纖維素膜不具有抗菌性,同時質(zhì)脆、易碎,近年來大量的學(xué)者將細(xì)菌纖維素同抗菌材料進(jìn)行復(fù)合,賦予其抗菌性能以優(yōu)化膜的性能。朱會霞等人將細(xì)菌纖維素同聚賴氨酸復(fù)合制膜,發(fā)現(xiàn)其具有作為色拉米香腸腸衣的潛質(zhì),且復(fù)合膜結(jié)構(gòu)均勻。薛璐將木醋桿菌在大豆乳清中發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素作為脂肪模擬物和乳化劑加入到低脂肉腸中,在外觀、風(fēng)味、口感上和對照組相比沒有明顯差別的基礎(chǔ)上,可減少28%~56%的熱量。在食品包裝方面,JIPA等人將細(xì)菌纖維素同山梨酸鉀和PVA復(fù)合,制得一種具有抗菌性的活性食品包裝。賈士儒將細(xì)菌纖維素應(yīng)用到腸衣的制作中,制得的抑菌腸衣不僅具有良好的機(jī)械性能,而且可以依靠其獨特的抑菌性能延長食用腸的貨架期。
茶多酚,又名茶單寧或茶鞣質(zhì),是天然茶葉中多羥基酚類及其衍生物的總稱。目前茶多酚在食品領(lǐng)域多作為天然保鮮劑和防腐劑。研究表明,茶多酚自身的抗菌和抗氧化功能,能有效抑制微生物的生長繁殖以及脂肪氧化。藍(lán)蔚青通過試驗發(fā)現(xiàn),經(jīng)茶多酚浸漬處理后的帶魚段在貯藏期其pH、TVB-N以及菌落總數(shù)明顯低于對照組,能明顯延長產(chǎn)品的貨架期。作為目前最具前景的食品添加劑,茶多酚被廣泛的應(yīng)用于食品中以延長食品的貨架期,但是至今沒有將其與細(xì)菌纖維素復(fù)合成膜的研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜制備的方法,本發(fā)明制備方法利用細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡于茶多酚溶液中,加入增塑劑后烘干至恒重,本發(fā)明將浸泡條件和時間進(jìn)行優(yōu)化,所制備的復(fù)合膜具有更好的抑菌性和結(jié)構(gòu)性能,更加有利于這種復(fù)合膜體系應(yīng)用在食品包裝中。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜制備的方法,包括以下步驟:細(xì)菌纖維素水凝膠的制備;純化;制備復(fù)合膜;成膜。
本發(fā)明優(yōu)化了細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜的制備條件,探究不同的茶多酚濃度、浸泡時間和甘油濃度對復(fù)合膜的抑菌性、力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)、吸水率、水蒸氣透過率、厚度和透光率的影響。通過單因素的實驗方法確定最優(yōu)的水平組合。
通過單因素試驗得出,當(dāng)茶多酚濃度為0.2%、浸泡時間為4小時、甘油濃度為15%時,制備的細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜的綜合性能最好。解決了茶多酚濃度、浸泡時間和甘油濃度在細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜制備過程中的問題,為食品包裝方面提供了更多的技術(shù)支持。
附圖說明
圖1不同茶多酚濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜抑菌性能的影響;
圖2不同茶多酚濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)的影響;
圖3不同茶多酚濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜透光率的影響;
圖4不同浸泡時間對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜抑菌性能的影響;
圖5不同浸泡時間對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)的影響;
圖6不同浸泡時間對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜透光率的影響;
圖7不同甘油濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)的影響;
圖8不同甘油濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜透光率的影響;
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明,但并不局限于此,凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
一、細(xì)菌纖維素水凝膠的制備
固體斜面培養(yǎng)基:葡萄糖40g/L,酵母浸粉10g/L,瓊脂15g/L,pH4.5;液體種子培養(yǎng)基:葡萄糖40g/L,酵母浸粉10g/L,pH4.5;發(fā)酵種子培養(yǎng)基:葡萄糖40g/L,酵母浸粉10g/L,pH4.5。
將冷凍保存的木醋桿菌接種到新的斜面固體培養(yǎng)基上,30℃恒溫培養(yǎng)24h。挑取斜面上長出的新菌落接種到液體種子培養(yǎng)基中,恒溫靜置培養(yǎng)12h,以4%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中,30℃恒溫靜止培養(yǎng)一周。
二、純化
參照周蓮的處理方法,并作適當(dāng)修改。將培養(yǎng)后得到的細(xì)菌纖維素水凝膠用去離子水反復(fù)沖洗,以去除其表面殘留的培養(yǎng)基與雜質(zhì)。后將其浸泡在1%的NaOH溶液中,80℃恒溫水浴2h,并持續(xù)浸泡使水凝膠成無色透明狀,采用低濃度醋酸處理其致pH為中性,得到實驗所需細(xì)菌纖維素水凝膠。
三、制備復(fù)合膜
將細(xì)菌纖維素水凝膠裁剪成20cm×20cm的正方形,浸泡于一定濃度的茶多酚溶液中,一定時間后取出,放入一定濃度的增塑劑(甘油)中1-2s,迅速取出后,瀝干表面多余液體,置于50℃恒溫烘箱干燥致恒重。
四、成膜
將上述烘干后的復(fù)合膜準(zhǔn)備待用。根據(jù)考察的單因素改變相應(yīng)的試驗參數(shù)。
1、單因素試驗設(shè)計
分別考茶多酚濃度(0,0.10%,0.20%,0.40%,0.60%,0.80%,1.00%)、浸泡時間(0h,2h,4h,6h,8h,10h,12h)和甘油濃度(0,5%,10%,15%,20%,25%)對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜抑菌性、力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)、吸水率、水蒸氣透過率、厚度和透光率的影響。
五、單因素實驗
1、茶多酚濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜性質(zhì)的影響
表1茶多酚濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響
注:a~f同列標(biāo)注不同的字母表示樣品存在顯著性差異(P<0.05);相同字母表示差異不顯著(P>0.05)
圖1表明了不同茶多酚濃度制得的細(xì)菌纖維素膜對金黃色葡萄球菌、假單胞菌和大腸桿菌抑菌能力的大小。從圖中可知,茶多酚濃度大于0.2%時,抑菌圈直徑增加幅度明顯(P<0.05),并隨著濃度的增大而不斷增大。0.2%即為能有效抑制三種肉源腐敗菌的生長的最低濃度。
圖2表明了不同茶多酚濃度對復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的影響。從圖中可以看出,拉伸強(qiáng)度隨著濃度的增加而不斷減小,斷裂伸長率正好相反。拉伸強(qiáng)度由原來的46.3MPa降低到30.7MPa左右,差異顯著(P<0.05)。斷裂伸長率逐漸上升,但保持在5%以下。
從圖3中可知,不同濃度的復(fù)合膜其透光率同波長呈現(xiàn)正相關(guān)。相同波長下的,茶多酚濃度越高,透光率越低。茶多酚分子進(jìn)入細(xì)菌纖維素復(fù)合膜后占據(jù)了原有的孔洞結(jié)構(gòu),使能使光通過的通路減少,因此透光率下降。但是透光率下降的并不明顯,茶多酚的添加對復(fù)合膜透光率的影響不大。
從表1中可以看出,隨著茶多酚濃度的增加,吸水率和水蒸氣透過率呈現(xiàn)下降的趨勢,厚度值逐漸上升,差異性顯著(P<0.05)。復(fù)合膜所含的茶多酚分子占據(jù)了原有細(xì)菌纖維素膜的孔洞結(jié)構(gòu),使容納水分子以及氣體通過的孔隙空間變小,從而使水蒸氣透過率以及吸水率明顯下降。
選取茶多酚濃度分別為0,0.10%,0.20%,0.40%,0.60%,0.80%,1.00%,其中0.2%是有效抑制三種肉源腐敗菌的生長的最低濃度,盡管茶多酚濃度對復(fù)合膜透光率的影響不大,但是隨著茶多酚濃度的增加,復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,同吸水率和水蒸氣透過率呈現(xiàn)相同的趨勢,因此,茶多酚最佳濃度為0.2%。
2、浸泡時間對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜性質(zhì)的影響
表2浸泡時間對細(xì)菌纖維素-茶多復(fù)合酚抑菌膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響
注:a~c同列標(biāo)注不同的字母表示樣品存在顯著性差異(P<0.05);相同字母表示差異不顯著(P>0.05)
從圖4中可以看出,隨著浸泡時間的延長,抑菌圈的直徑逐漸增大,在4小時后變化不明顯。表明4小時后,復(fù)合膜的抑菌效果不在受浸泡時間的影響,茶多酚的含量處于一種飽和狀態(tài)。因此選擇4小時為復(fù)合膜的最佳浸泡時間。
從5圖中可以看出,在濃度一定的情況下,隨著浸泡時間的延長,拉伸性能呈下降趨勢,一段時間后變化不明顯。斷裂伸長率的趨勢則正好相反。兩者均在4小時后呈穩(wěn)定狀態(tài),變化不明顯。其原因在于,隨著茶多酚分子的引入,復(fù)合膜的拉伸性能逐漸下降,斷裂伸長率逐漸提高,但是在4小時時達(dá)到飽和狀態(tài),茶多酚分子數(shù)目不在增加,對其力學(xué)性能也不在引起變化。
從6圖中可以看出,復(fù)合膜的透光率隨著波長的增大而增大。純細(xì)菌纖維素膜的透光率最好,浸泡時間為2h的復(fù)合膜濃度次之,從浸泡時間為4h后的細(xì)菌纖維素膜的透光率幾乎重疊,曲線難以分辨。這個實驗結(jié)果同力學(xué)、抑菌能力的實驗結(jié)果的趨勢相同。
從表2中可以看出,吸水率以及水蒸氣透過率先下降后平穩(wěn),厚度值現(xiàn)增加后平緩。4小時為三個數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)折點,4h后各組數(shù)據(jù)變化不明顯(P<0.05)。4h后茶多酚分子在復(fù)合膜中的數(shù)目恒定,對復(fù)合膜各個性能的影響不在變化,復(fù)合膜的性能趨于穩(wěn)定。
選取茶多酚浸泡時間分別為0h,2h,4h,6h,8h,10h,12h,從復(fù)合膜的抑菌性來看,4小時為復(fù)合膜的最佳浸泡時間,通過力學(xué)性能和吸水率以及水蒸氣透過率的結(jié)果來看,浸泡4小時時,該復(fù)合膜的性能趨于穩(wěn)定,因此,最佳浸泡時間為4小時。
3、甘油濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜性質(zhì)的影響
表3甘油濃度對細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合抑菌膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響
注:a~f同列標(biāo)注不同的字母表示樣品存在顯著性差異(P<0.05);相同字母表示差異不顯著(P>0.05)
從圖7中可以看出,隨著甘油濃度的增加,細(xì)菌纖維素膜的拉伸強(qiáng)度不斷降低,斷裂伸長率呈先上升后略微下降的趨勢,在甘油濃度為15%時,其斷裂伸長率最高。復(fù)合膜在甘油的增塑作用下變得表明平整,有光澤,韌性明顯增強(qiáng)。
圖8表明不同的甘油濃度對復(fù)合膜透光率的影響。從圖中可知,在相同的波長下,復(fù)合膜的透光率呈先上升后下降的趨勢,在甘油濃度為20%時,其透光率值最大。當(dāng)甘油濃度為25%時,其透光率有所下降。
從表3中可以看出,吸水率呈現(xiàn)上升后下降的趨勢,在甘油濃度為15%時,吸水率最高。水蒸氣透過率隨著甘油濃度的升高而不斷降低,差異性顯著(P<0.05)。復(fù)合膜的厚度同甘油濃度呈正相關(guān)。但是當(dāng)甘油過高(>15%)時,復(fù)合膜對甘油的吸收達(dá)到了一種飽和狀態(tài),甘油大量沉積在復(fù)合膜的表面,阻礙了分子的吸收,在復(fù)合膜的表明形成了“甘油膜”,吸水率逐漸下降,厚度值明顯增大。
選取甘油濃度分別為0,5%,10%,15%,20%,25%,甘油濃度為15%時,斷裂伸長率最高,韌性最強(qiáng),該濃度下復(fù)合膜的透光率較高,吸水率最高,而且隨著甘油濃度再增加,二者呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,固最佳甘油濃度為15%。
通過前期結(jié)論,從細(xì)菌纖維素-茶多酚復(fù)合膜抑菌性、力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)、吸水率、水蒸氣透過率、厚度和透光率等方面考慮,最優(yōu)復(fù)合膜制備條件為茶多酚濃度為0.2%,浸泡時間為4h,增塑劑甘油濃度為15%,該條件下的復(fù)合抑菌膜綜合性能最佳。