[发明专利]光催化聚乳酸抗菌膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种光催化聚乳酸抗菌膜及其制备方法和应用，本发明利用低温等离子体技术对聚乳酸材料表面进行改性，使其表面产生大量活性羧基基团，在此基础上，创新地将聚乳酸膜表面的羧基基团与光敏剂进行共价反应，并结合蓝色LED光照射，制备光催化PLA抗菌膜；本发明有机地将光动力技术、低温等离子体技术与食品包装材料进行集成创新，开发具有高效杀菌功能的包装膜材料，是食品包装行业的一个突破，也为未来开发功能性食品包装膜材料提供了新的理论思路和创新实践；本发明的抗菌膜作为绿色高效杀灭食品中常见的致病菌和腐败菌的食品包装材料，进一步将这些新型包装膜用于包装三文鱼等食品，大幅度延长了食品货架期。

技术领域

本发明属于绿色可降解杀菌食品包装膜技术领域，具体涉及一种光催化聚乳酸(PLA)抗菌膜及其制备方法和应用，具体涉及利用低温等离子体将PLA膜与光敏剂进行共价耦合，制备具有光动力杀菌功效的食品包装膜。

背景技术

抗菌活性包装是目前食品及材料领域研究开发的一个前沿和热点领域，PLA及其共聚物在食品包装材料研发领域有着重要的地位。PLA是一种以植物资源为原料合成的生物高分子材料，具有良好的加工性、安全性、生物相容性及生物降解性，已被美国食品和药品管理局(FDA)批准为可用于开发食品包装膜的原材料(詹世平，万泽韬，王景昌等.生物医用材料PLA的合成及其改性研究进展[J].化工进展，2020,39(01):199-205.)。PLA对人体无毒副作用，是一种很有发展前途的高分子材料，且废弃后不会造成环境污染，非常适合替代传统不可降解的食品包装材料，制备新型绿色可持续包装基材。但PLA为生物惰性物质，天然亲水性差，其分子链段没有活性结构，不具备抗菌特性(李立华，田冶，李丽虹等.PLA膜等离子接枝聚合PVP及表面性能研究[J].中国生物医学工程学报，2006,25(5):618-622.)，这些缺点限制了其在食品抗菌活性包装领域的应用。

光动力杀菌(PDI)是一种有效杀灭细菌和真菌的新型非热杀菌方法。光、光敏剂和氧气是构成PDI杀菌技术的必要条件。目前，绝大多研究利用天然姜黄素作为光敏剂构建PDI技术体系进而杀灭各类微生物。姜黄素在蓝光(455-460nm)照射下会产生包括单态氧、过氧化氢、羟基等在内的活性氧(ROS)，并攻击细胞导致其死亡。大量研究证明，姜黄素介导的PDI技术可以有效杀灭食品中的单增李斯特菌(黄嘉明，陈博文，李慧慧等.姜黄素介导的光动力灭活增强对混合单增李斯特菌及生物被膜的抗菌作用[C].中国食品科学技术学会第十六届年会暨第十届中美食品业高层论坛，2019:2)和金黄色葡萄球菌(丁涛，高鹰，孙康等.姜黄素光动力疗法对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌及其生物膜作用研究[J].中华实验外科杂志，2019,36(6):1092-1094.)。此外，在PDI系统中广泛使用的姜黄素不溶于水及一般有机溶剂，并且理化稳定性差，极易被氧化，见光易分解，严重影响PDI活性，这些缺点限制了姜黄素在食品抗菌包装工业中的实际应用。

为了获得具有抗菌活性的PLA包装材料，有研究采用溶剂浇注法，向PLA溶液添加柠檬精油、纳米TiO₂和纳米Ag颗粒，制备PLA基纳米复合膜，能够有效地抑制冷却肉表面微生物的生长繁殖，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别达到99.20±3.56％(-2LogCFU)和99.92±3.14％(-3Log CFU)(曾丽萍，孟金明，徐世娟等.聚乳酸纳米抗菌复合膜对冷却猪肉保鲜效果的研究[J].包装工程，2018,39(21):96-101.)。此外，利用静电纺丝技术制备的PLA/壳聚糖复合膜，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌作用，尤其当壳聚糖与PLA质量比大于1:10时，复合膜对两种菌的抑菌率均可达到90％(-1Log CFU)以上(蒋岩岩，秦静雯，王鸿博.壳聚糖/PLA复合纳米纤维的制备及抗菌性能研究[J].材料导报，2012,26(18):74-76+80.)。