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。