本發(fā)明屬于抗菌膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光催化合成菠蘿蜜絲多糖抗菌膜的方法。

背景技術(shù)：

人類感染細(xì)菌的途徑之一就是通過入口的食物，而食品包裝材料一般是與食品直接接觸的，食物豐富的營(yíng)養(yǎng)成分在高濕的內(nèi)部包裝環(huán)境下就成為微生物滋生繁殖的營(yíng)養(yǎng)源，所以為了保持食物的貯藏穩(wěn)定性，通常需要在食品保鮮中添加大量的防腐劑，這給食品安全帶來(lái)了較大的隱患，因此開發(fā)使用具有抗菌保鮮功能的可食性食品包裝膜尤為重要。其中，天然可食性多糖薄膜材料因其來(lái)源廣泛，無(wú)毒無(wú)污染，具有廣泛的生物學(xué)活性和良好的成膜性，又可以作為抗菌劑良好的釋放載體，減緩抗菌劑與食品內(nèi)部的反應(yīng)，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期等優(yōu)勢(shì)，迅速成為食品包裝軟材料究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

菠蘿蜜是集水果、木本糧食及珍貴藥材于一體的熱帶樹種，富含維生素C、維生素E、天然糖類、葉酸等，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。菠蘿蜜除果肉和種子外的其它部分平均約占全果的50%，其加工利用方式主要是以鮮果消費(fèi)為主,果汁消費(fèi)為輔。近幾年隨著菠蘿蜜的種植與加工業(yè)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致大量的菠蘿蜜絲等副產(chǎn)品的產(chǎn)生，然而這些下腳料卻鮮見被利用，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。菠蘿蜜絲作為菠蘿蜜果實(shí)中沒發(fā)育成熟的苞肉，其中富含多糖物質(zhì)（～23.5%）、蛋白質(zhì)（～4.24%）、纖維素（～1.8%）等物質(zhì)，由此可見菠蘿蜜絲中的活性成分（如活性多糖等）含量較高，具有加工利用的可能性。

目前雖然有關(guān)菠蘿蜜絲中多糖的提取與應(yīng)用研究仍未有報(bào)道，但關(guān)于果皮中多糖提取工藝優(yōu)化技術(shù)（水提法）已相當(dāng)成熟，可為本實(shí)驗(yàn)提供了重要的理論基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)可食性多糖膜的研究均面臨著力學(xué)性能、加工性能和阻隔性能較差等難題，而現(xiàn)階段研究較多的改良技術(shù)大多基于交聯(lián)劑或共混改性技術(shù)，然前者使用的甲醛、戊二醛、乙二醛等交聯(lián)劑往往存在潛在的細(xì)胞毒性，限制了其在食品中的應(yīng)用；采用的共混改性技術(shù)因混合體系的相分離及各自組分形成凝膠的過程和形式不同一性、形成凝膠性能的差異，直接造成復(fù)合物凝膠體系模型研究困難，不能通過調(diào)控膜的結(jié)構(gòu)從而來(lái)改善膜的抗菌性，所以迫切需要一種新的制膜工藝以解決目前所面臨的困境。

光聚合是一種環(huán)境友好的綠色制備技術(shù)，它具有能耗低、速率快、反應(yīng)溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、環(huán)境污染小以及能與營(yíng)養(yǎng)素、細(xì)胞、組織直接接觸等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)引起廣大科研工作者極大的興趣，因而有效地利用太陽(yáng)光以研究抗菌材料是具有良好的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

納米TiO₂顆粒是目前研究最為活躍的無(wú)機(jī)納米材料之一，具有無(wú)毒、抗菌并分解細(xì)菌、防紫外線、超親水和超親油等特性。TiO₂ 光催化劑能與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)，使細(xì)胞菌頭單元失活而致細(xì)胞死亡。TiO₂不僅能殺死細(xì)菌，而且能同時(shí)降解由細(xì)菌釋放的有毒復(fù)合物。然而將納米TiO₂引入多糖（特別是菠蘿蜜絲多糖）膜，國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種光催化合成菠蘿蜜絲多糖抗菌膜的方法。

本發(fā)明提供的方法制備得到的是一種抗菌膜，其中，該膜材料為食品上可接受的天然高分子材料。該天然高分子材料的基體為菠蘿蜜絲多糖，作為一種高分子多糖，具有良好的生物相容性，易被生物降解，無(wú)任何環(huán)境污染。同時(shí)高分子多糖在光催化作用下可形成緊密的網(wǎng)絡(luò)微孔結(jié)構(gòu)，可減少拉伸、擠壓對(duì)食品質(zhì)構(gòu)的破壞，并阻隔空氣、水蒸氣、脂質(zhì)、微生物等組分的遷移引起的食品品質(zhì)的改變。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種光催化合成菠蘿蜜絲多糖抗菌膜的方法，所述方法包括如下步驟：

S1.將菠蘿蜜絲脫脂粉與水按照體積比為1：20~40的比例混合抽提2~4h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原體積的1/3～1/4，再加入2~4倍乙醇靜置10~14h，離心分離得到沉淀A；

S2.將沉淀A配置成40~60%的多糖溶液，將上述多糖溶液與甘油以1：0.016的質(zhì)量比混合均勻后水浴加熱得到溶液B；

S3.將二氧化鈦顆粒加入水中，超聲溶解得到溶液C；

S4.將溶液C緩慢注入溶液B中，光催化處理后均勻地倒入培養(yǎng)皿中，最后真空干燥得到抗菌膜；

所述S4中的光催化處理為采用紫外光催化處理，紫外光的強(qiáng)度為300～500 W，光催化處理的時(shí)間為0.5～1 h。

優(yōu)選地，S1中所述菠蘿蜜絲脫脂粉與水在80℃下混合，混合的體積比為1:30，抽提3h。

優(yōu)選地，S1中加入2.5倍乙醇靜置12h。

優(yōu)選地，S1中所述乙醇為無(wú)水乙醇。

優(yōu)選地，S2中所述的水浴的溫度為70~90℃，水浴保溫20~45min。

優(yōu)選地，S3中所述溶液C中TiO₂的質(zhì)量百分比濃度為0.5~4%。

優(yōu)選地，S4中所述真空干燥的溫度為50~55℃，干燥時(shí)間為6~8h。

優(yōu)選地，S1中所述離心的轉(zhuǎn)速為8000r/min，離心的時(shí)間為10min。

本發(fā)明同時(shí)提供由上述方法制備得到的的菠蘿蜜絲多糖抗菌膜。

本發(fā)明另外提供菠蘿蜜絲多糖抗菌膜在制備食品包裝軟材料中的應(yīng)用。

在本發(fā)明的抗菌膜中，菠蘿蜜絲多糖和TiO₂顆粒能發(fā)揮協(xié)同抗菌作用（圖4），即該抗菌膜對(duì)大腸桿菌（E.coli）有明顯的抑菌活性，例如本發(fā)明實(shí)施例4所示，相對(duì)于菠蘿蜜絲多糖而言，抗菌活性增加了90.9%；而相對(duì)TiO₂而言，抗菌活性增加了27.6%，且抑菌活性隨著TiO₂含量的增加而增強(qiáng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

（1）本發(fā)明首創(chuàng)采用光催化合成法，將表面包覆的TiO₂顆粒鍵合在菠蘿蜜絲多糖膜上，并增強(qiáng)多糖與TiO₂顆粒間的相互作用，其中包括氫鍵、靜電作用力等（圖3），很好地解決了TiO₂納米顆粒在成膜溶液中發(fā)生自聚的技術(shù)難題。同時(shí)整個(gè)光催化合成反應(yīng)無(wú)需外加其它化學(xué)試劑，反應(yīng)過程簡(jiǎn)便、高效、環(huán)保。（2）超聲預(yù)處理TiO₂顆?？捎行У靥岣逿iO₂顆粒在多糖膜溶液中的分散性（圖2），而光催化極大提高了膜內(nèi)基團(tuán)排列的有序性（圖3a），從而有效地改善膜的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，還提高膜的抑菌性能。將此多糖抗菌膜可用于乳制品、果蔬、肉類食品的綠色包裝材料，延長(zhǎng)其貨架期，消除傳統(tǒng)包裝帶來(lái)的白色污染。本發(fā)明提供的方法制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1：抗菌膜的表觀圖片；

圖2：抗菌膜的表面原子力顯微鏡圖（a）和掃描電鏡（b）；

圖3：抗菌膜的X-射線衍射圖（a）和紅外光譜圖（b）；

圖4：抗菌膜的抗菌效果圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明來(lái)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些實(shí)施例僅用來(lái)說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

將菠蘿蜜絲脫脂粉與蒸餾水（80℃）以1:30（v/v）比例混合抽提3h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原體積的1/3～1/4，再加入2.5倍無(wú)水乙醇靜置12h，離心（8000r/min，10min）分離，將所得沉淀冷凍干燥即得菠蘿蜜絲多糖；再將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約50%多糖溶液，并與甘油以1:0.016的質(zhì)量比相混合攪拌1h后水浴加熱到80℃保溫30min，緊接著真空脫氣；將二氧化鈦（TiO₂）顆粒加入去離子水中，超聲促溶；然后再將0.5%（w/w）TiO₂溶液緩慢加入熱處理多糖溶液中，并適度攪拌30min，再放入光催化反應(yīng)器（300W）中處理1h后，用紗布過濾去除不溶物，放進(jìn)真空干燥箱（50℃）中干燥8h左右，成膜，最后放入相對(duì)濕度為42%的干燥器中保存。所得的抗菌膜表面光滑，呈不透明的淡粉色，二氧化鈦（TiO₂）顆粒均勻地分布在抗菌膜中。

將1mL大腸桿菌（E.coli）菌懸液（菌濃度為10⁵ CFU/mL）分別涂布在每個(gè)抗菌膜的表面，在室溫下采用紫外燈（365nm）照射2h，采用0.85%NaCl洗脫樣品以去除滅菌板上吸附的細(xì)菌。然后將100μL菌懸液導(dǎo)入營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，涂布均勻，在37℃下培養(yǎng)20 h后計(jì)數(shù)細(xì)菌總數(shù)。

其中，抗菌活性R(%) =(1-E/B)×100，E：復(fù)合膜上平均細(xì)菌總數(shù)；B：空白樣（不含TiO₂的大豆蛋白溶液）上平均細(xì)菌總數(shù)。

該方法所獲得的抗菌膜其拉伸強(qiáng)度為1.09MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為81.4%，抗菌活性為64.9%。

實(shí)施例2

將菠蘿蜜絲脫脂粉與蒸餾水（80℃）以1:30（v/v）比例混合抽提3h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原體積的1/3～1/4，再加入2.5倍無(wú)水乙醇靜置12h，離心（8000r/min，10min）分離，將所得沉淀冷凍干燥即得菠蘿蜜絲多糖；再將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約50%多糖溶液，并與甘油以1:0.016的質(zhì)量比相混合攪拌1h后水浴加熱到70℃保溫45min，緊接著真空脫氣；將二氧化鈦（TiO₂）顆粒加入去離子水中，超聲促溶；然后再將1%（w/w）TiO₂溶液緩慢加入熱處理多糖溶液中，并適度攪拌30min，再放入光催化反應(yīng)器（500W）中處理0.5h后，用紗布過濾去除不溶物，放進(jìn)真空干燥箱（55℃）中干燥6h左右，成膜，最后放入相對(duì)濕度為42%的干燥器中保存。所得的抗菌膜表面光滑，呈不透明的淡粉色，二氧化鈦（TiO₂）顆粒均勻地分布在抗菌膜中。

將1mL大腸桿菌（E.coli）菌懸液（菌濃度為10⁵ CFU/mL）分別涂布在每個(gè)抗菌膜的表面，在室溫下采用紫外燈（365nm）照射2h，采用0.85%NaCl洗脫樣品以去除滅菌板上吸附的細(xì)菌。然后將100μL菌懸液導(dǎo)入營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，涂布均勻，在37℃下培養(yǎng)20 h后計(jì)數(shù)細(xì)菌總數(shù)。

其中，抗菌活性R(%) =(1-E/B)×100，E：復(fù)合膜上平均細(xì)菌總數(shù)；B：空白樣（不含TiO₂的大豆蛋白溶液）上平均細(xì)菌總數(shù)

該方法所獲得的抗菌膜其拉伸強(qiáng)度為1.88MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為86.2%，抗菌活性為75.6%。

實(shí)施例3

將菠蘿蜜絲脫脂粉與蒸餾水（80℃）以1:30（v/v）比例混合抽提3h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原體積的1/3～1/4，再加入2.5倍無(wú)水乙醇靜置12h，離心（8000r/min，10min）分離，將所得沉淀冷凍干燥即得菠蘿蜜絲多糖；再將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約50%多糖溶液，并與甘油以1:0.016的質(zhì)量比相混合攪拌1h后水浴加熱到90℃保溫20min，緊接著真空脫氣；將二氧化鈦（TiO₂）顆粒加入去離子水中，超聲促溶；然后再將2%（w/w）TiO₂溶液緩慢加入熱處理多糖溶液中，并適度攪拌30min，再放入光催化反應(yīng)器（300W）中處理1h后，用紗布過濾去除不溶物，放進(jìn)真空干燥箱（50℃）中干燥8h左右，成膜，最后放入相對(duì)濕度為42%的干燥器中保存。所得的抗菌膜表面光滑，呈不透明的淡粉色，二氧化鈦（TiO₂）顆粒均勻地分布在抗菌膜中。

將1mL大腸桿菌（E.coli）菌懸液（菌濃度為10⁵ CFU/mL）分別涂布在每個(gè)抗菌膜的表面，在室溫下采用紫外燈（365nm）照射2h，采用0.85%NaCl洗脫樣品以去除滅菌板上吸附的細(xì)菌。然后將100μL菌懸液導(dǎo)入營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，涂布均勻，在37℃下培養(yǎng)20 h后計(jì)數(shù)細(xì)菌總數(shù)。

其中，抗菌活性R(%) =(1-E/B)×100，E：復(fù)合膜上平均細(xì)菌總數(shù)；B：空白樣（不含TiO₂的大豆蛋白溶液）上平均細(xì)菌總數(shù)

該方法所獲得的抗菌膜其拉伸強(qiáng)度為3.27MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為93.7%，抗菌活性為78.9%。

實(shí)施例4

將菠蘿蜜絲脫脂粉與蒸餾水（80℃）以1:30（v/v）比例混合抽提3h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原體積的1/3～1/4，再加入2.5倍無(wú)水乙醇靜置12h，離心（8000r/min，10min）分離，將所得沉淀冷凍干燥即得菠蘿蜜絲多糖；再將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約50%多糖溶液，并與甘油以1:0.016的質(zhì)量比相混合攪拌1h后水浴加熱到80℃保溫30min，緊接著真空脫氣；將二氧化鈦（TiO₂）顆粒加入去離子水中，超聲促溶；然后再將3%（w/w）TiO₂溶液緩慢加入熱處理多糖溶液中，并適度攪拌30min，再放入光催化反應(yīng)器（500W）中處理0.5h后，用紗布過濾去除不溶物，放進(jìn)真空干燥箱（55℃）中干燥6h左右，成膜，最后放入相對(duì)濕度為42%的干燥器中保存。所得的抗菌膜表面光滑，呈不透明的淡粉色，二氧化鈦（TiO₂）顆粒均勻地分布在抗菌膜中。

將1mL大腸桿菌（E.coli）菌懸液（菌濃度為10⁵ CFU/mL）分別涂布在每個(gè)抗菌膜的表面，在室溫下采用紫外燈（365nm）照射2h，采用0.85%NaCl洗脫樣品以去除滅菌板上吸附的細(xì)菌。然后將100μL菌懸液導(dǎo)入營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，涂布均勻，在37℃下培養(yǎng)20 h后計(jì)數(shù)細(xì)菌總數(shù)。

其中，抗菌活性R(%) =(1-E/B)×100，E：復(fù)合膜上平均細(xì)菌總數(shù)；B：空白樣（不含TiO₂的大豆蛋白溶液）上平均細(xì)菌總數(shù)

如圖1所示，為實(shí)施例4制備得到的抗菌膜的表觀圖片，圖2為抗菌膜的表面原子力顯微鏡圖（a）和掃描電鏡（b）；可以看出，TiO₂顆粒在多糖膜溶液中的分散性好。圖3為抗菌膜的X-射線衍射圖（a）和紅外光譜圖（b）；可以看出成膜效果好，膜內(nèi)基團(tuán)排列有序。

該方法所獲得的抗菌膜其拉伸強(qiáng)度為2.92MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為88.4%，抗菌活性為83.5%。而且如圖4所示，添加TiO₂顆粒的抗菌膜抗菌性能明顯增加，相對(duì)于菠蘿蜜絲多糖而言，抗菌活性增加了90.9%；而相對(duì)TiO₂而言，抗菌活性增加了27.6%，可有效延長(zhǎng)食品的貨架期。

對(duì)比例1：

方法同實(shí)施例1，不同的是將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約30%多糖溶液，其余步驟和原料配比均同實(shí)施例1。在該濃度的多糖溶液條件下，不易成膜，且成膜效果非常差。

對(duì)比例2：

方法同實(shí)施例1，不同的是將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約70%多糖溶液，其余步驟和原料配比均同實(shí)施例1。在該濃度的多糖溶液條件下，成膜溶液過于黏稠，形成的膜很硬且厚度不均一，且TiO₂在膜中分布也不均一。

對(duì)比例3：

方法同實(shí)施例1，不同的是將菠蘿蜜絲多糖粉溶于去離子水中，配置成大約50%多糖溶液，并與甘油以1:0.02的質(zhì)量比相混合攪拌1h后水浴加熱到80℃保溫30min，緊接著真空脫氣，其余步驟和原料配比均同實(shí)施例1。

在該質(zhì)量比條件下，很難成膜，且成膜溶液會(huì)變成類似砂礫狀的黏稠物質(zhì)，成膜效果差。