[发明专利]一种多水分食品包装用的可降解壳聚糖薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种多水分食品包装用的可降解壳聚糖薄膜的制备方法，该薄膜主要由壳聚糖、烷基化纳米纤维素与没食子酸复合而成，具有强度高、抗氧化能力和抗菌能力强等优势，而且属于可完全降解的生物质复合材料。

背景技术

“不使用也不产生有害物质，利用可再生资源合成环境友好化学品”已经成为国际科技前沿领域。可再生资源主要是指自然界中动植物以及微生物等天然生物高分子材料，它们在使用后容易被自然界中的微生物分解成为水、二氧化碳和无机小分子，属于真正的环境友好型材料。随着目前纳米技术的不断发展和完善，天然生物高分子可以越来越多地被制备成各种功能材料，它们很可能在将来取代合成塑料成为主要化工产品，应用到日常生活当中。近年来，人们研究的这类热点材料主要集中在纤维素、木质素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、其他多糖、蛋白质以及天然橡胶等，并且取得了一定的进展。

壳聚糖(Chitosan)，通常是从虾、蟹、昆虫的外壳或真菌细胞壁中提取甲壳素(Chitin)，在 100～180℃、40～60%的氢氧化钠溶液中非均相脱去乙酰基所得到的，化学名称为(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。作为一种天然生物高分子材料，壳聚糖之所以能够在包装领域具有很好的应用前景，主要原因在于：①来源广泛，仅次于自然界中纤维素的含量；②属于可降解材料，很容易在土壤微生物的作用下降解生成二氧化碳和水等，可以很好地解决环境污染问题；③无毒、自身具有良好的生物相容性和抗菌性；④良好的成膜性。然而，相比较目前应用较多的塑料包装材料，壳聚糖在实际应用中却受到了机械强度低、脆性大、抗氧化能力弱、耐湿耐酸性差等缺点的限制，因而适用领域相对较小，需要进一步的改性。

发明内容

本发明提出的是一种高强度、高抗氧化能力和高抗菌性能的多水分食品包装用的可降解壳聚糖薄膜的制备方法，其目的在于克服壳聚糖在实际应用中机械强度低、脆性大、抗氧化能力弱、耐湿耐酸性差以及抑菌能力不强等缺点。

本发明的技术解决方案：一种多水分食品包装用可降解壳聚糖薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将醋酸溶液加入到分散有纳米纤维素的乙醇溶液中，调节PH值至4～5，然后加入硅烷偶联剂，搅拌40～60分钟，离心清洗至中性后冷冻干燥，即得到烷基化的纳米纤维素；

（2） 取壳聚糖粉末溶于醋酸或其他弱酸水溶液中，加热至40～60℃并均匀搅拌15～20分钟使壳聚糖完全溶解，然后在该溶液中加入步骤（1）所得的烷基化纳米纤维素，在45～55℃下充分搅拌30～45分钟，抽滤除杂后，再经过超声处理10～20分钟即为纳米纤维素/壳聚糖溶液；

（3） 将没食子酸溶于乙醇中，并在没食子酸乙醇溶液中分别加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺试剂，使其充分反应，然后将此溶液加入步骤（2）所制的烷基化纳米纤维素/壳聚糖溶液中，或者直接将没食子酸或没食子酸酯类物质直接加入步骤（2）所制的烷基化纳米纤维素/壳聚糖溶液中；

（4） 将步骤（3）所制备的没食子酸/纳米纤维素/壳聚糖溶液置于低温环境中搅拌20～40分钟,并在室温下放置6～12小时，再经过超声处理10～20分钟后进行真空脱泡处理，最后在40～60℃下烘干成膜；将干燥所得的复合膜用浓度为0.05～0.2mol/L的碱性溶液浸泡20～35分钟，用水冲洗处理至中性，在室温下晾干即得可降解壳聚糖薄膜产品。

本发明较现有技术具有如下优点：

1）壳聚糖由于具有无毒、生物相容性、生物降解性以及易成膜性等特点，以其作为助剂或者被改性后的复合薄膜已被广泛用于果蔬、肉类、禽蛋类、鱼类等的保鲜。

2）然而将烷基化的纳米纤维素与壳聚糖共混的研究还未见报道，尤其是纳米纤维素与壳聚糖共混后再通过没食子酸改性的研究还也未见报道。

3）用纳米纤维素或者纳米纤维素晶须增强壳聚糖薄膜的研究已见报道，但也存在一些问题需要改善，由于纤维素是由众多的 β-D-吡喃葡萄糖基彼此以（1-4）-β-苷键连接而成的线形高分子，其分子式为（C₆H₁₀O₅）n，而每个葡萄糖残基环均含有三个醇羟基，即 C（2）、C（3）位仲醇羟基和 C（6）位上的伯醇羟基，这些羟基的存在使纳米纤维素极性增强，极易形成团聚而在壳聚糖溶液中分散不均匀。