本發(fā)明屬于食品保鮮領(lǐng)域，具體涉及一種雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在肉類食品貯運流通過程中，其腐敗形式主要包括微生物侵染腐敗、酶促腐敗、脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化，其中微生物侵染腐敗是導(dǎo)致肉類食品品質(zhì)劣變的重要原因，肉類食品含有的蛋白質(zhì)和其他含氮化合物極易被微生物降解，產(chǎn)生的胺類、有機酸類、酮類等腐敗物質(zhì)與微生物生物被膜結(jié)合形成黏液，進(jìn)一步加速了肉類的腐敗劣變。負(fù)載天然抗菌精油的活性包裝的使用可以有效的延長肉類易腐食品的貨架期。然而，天然抗菌精油易揮發(fā)，刺激性氣味強，受光和熱易分解，耐酸堿性差，此外，抗菌活性包裝中的抗菌精油的釋放大多是通過被動擴散或外殼破裂來實現(xiàn)的，遞送效率較低，使其在肉類食品保鮮中的應(yīng)用效果不盡人意。因此，開發(fā)具有刺激響應(yīng)性的智能響應(yīng)性抗菌包裝材料，將抗菌物質(zhì)基于實際保鮮需求遞送到特定的靶點位置并精準(zhǔn)釋放，是增強抗菌活性包裝保鮮效果的有效策略。

2、智能響應(yīng)性抗菌材料的響應(yīng)體系取決于刺激因素的類型。具有不同響應(yīng)功能的基團可以被整合到響應(yīng)性材料中，從而實現(xiàn)不同響應(yīng)體系的抗菌。根據(jù)刺激的來源，智能響應(yīng)性抗菌材料可以分為物理刺激(溫度、濕度、鹽等)和對細(xì)菌代謝產(chǎn)物刺激(ph、酶等)響應(yīng)型抗菌材料。迄今為止，已有一些對于生鮮食品保鮮的專利。中國專利cn202310384907.1公開了聚乳酸/檸檬醛靜電紡絲納米纖維膜的制備和在大菱鲆魚肉中的冷藏應(yīng)用。該保鮮膜的制備材料雖然與本發(fā)明類似，但其只針對于大鲆魚肉的保鮮，且未起到靶向釋放抗菌劑的功能。中國專利cn201910988026.4公開了一種通過靜電紡絲技術(shù)，以百里香酚為核、聚乳酸-羥基乙酸共聚物和乙烯-乙烯醇共聚物為殼制備納米保鮮膜的方法。該保鮮膜僅可以響應(yīng)濕度智能釋放百里香酚精油，針對于果蔬保鮮。中國專利cn202311015251.2公開了一種纖維素酶和ph雙重響應(yīng)的肉類食品保鮮方法。該保鮮膜利用細(xì)菌分泌的纖維素酶來響應(yīng)涂層中的羧甲基纖維素，并利用膜內(nèi)ph的上升響應(yīng)涂層中花青素結(jié)構(gòu)的改變。雖然該保鮮膜具有靶向抑菌和ph指示新鮮度的功能，但是其ph響應(yīng)導(dǎo)致膜顏色的變化需要肉類腐敗到一定程度。此外，單一刺激響應(yīng)性釋放抗菌劑可能無法及時適應(yīng)食品貯運流通中的各種環(huán)境變化。

3、研究表明，用于儲存肉類等食品的包裝系統(tǒng)通常具有65％以上的相對濕度(rh)，但微生物的生長也會隨濕度增加而增加。微生物對于肉的侵染，首先是附著、定植于肉的表皮，再分泌一系列酶分解周圍有機物質(zhì)，促進(jìn)微生物生長、濕度增加和生物被膜的形成。成熟的生物被膜使微生物快速繁殖并不斷分泌酶侵染肉的組織成分，造成肉的腐敗。腐敗中后期，微生物的作用加速氨基酸和脂肪酸氧化降解，產(chǎn)生有機酸、胺類等物質(zhì)，使得肉類ph發(fā)生顯著變化。因此，高濕度條件和特異性酶的響應(yīng)可以用于設(shè)計精確、按需釋放功能因子的智能活性保鮮膜，使保鮮膜在被微生物侵染時發(fā)揮抑菌性能，延長肉類的貨架期。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜及其制備方法，通過靜電紡絲技術(shù)，將抗菌型氨基化明膠納米包合物負(fù)載到聚乙烯醇-殼聚糖基質(zhì)中，制備形成納米纖維膜，進(jìn)一步通過密閉吸附的方式負(fù)載檸檬醛(cit)，得到一種具有濕度和明膠酶雙重響應(yīng)性抗菌納米纖維膜。本發(fā)明抗菌納米纖維膜可直接包裹在肉制品外圍，通過環(huán)境濕度的增高適應(yīng)性地釋放檸檬醛以抑制微生物的增殖；此外，當(dāng)內(nèi)源或者外源微生物侵染肉品表面時，以微生物分泌的明膠酶為傳感器進(jìn)一步釋放抗菌物質(zhì)，能夠針對肉品貯運流通過程中實際保鮮需求釋放抗菌物質(zhì)，克服了抗菌成分過早釋放、時效性短的問題，可顯著延長肉品的儲存時間，延緩其腐敗變質(zhì)。

2、技術(shù)方案：一種雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜，所述雙重響應(yīng)為具有濕度和明膠酶雙重響應(yīng)性。

3、一種雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜，包括以下步驟：

4、s1.氨基化明膠的制備：將明膠溶于磷酸緩沖液中，邊攪拌邊加入1,2-乙二胺，用5m鹽酸調(diào)節(jié)ph至5.0，加入水溶性碳二亞胺鹽酸鹽(edc)，用磷酸鹽緩沖液定容至250ml，在30-40℃下孵育2-3h后，純凈水中透析，冷凍干燥，得到氨基化明膠(agnps)；

5、s2.氨基化明膠分散液的制備：將1.0-1.5g凍干的agnps溶于25ml蒸餾水中，充分溶解，依次向溶液中加入25ml丙酮和25ml蒸餾水，用1m鹽酸調(diào)節(jié)ph至4.0，緩慢攪拌并滴加丙酮直至溶液變?yōu)槿榘咨?，隨后加入160-240μl的戊二醛溶液，將agnps在45-55℃下孵育3-5h后，旋蒸，定容至250ml容量瓶中，得到agnps分散液，4℃冷藏，備用；

6、s3.抗菌型氨基化明膠納米包合物的制備：將agnps分散液和20％的百里香精油混合，12000rpm剪切1min后，500mpa均質(zhì)3min，得到抗菌型氨基化明膠納米包合物(ag-thy)；

7、s4.負(fù)載抗菌型氨基化明膠納米包合物的聚乙烯醇-殼聚糖pva/cs/ag-thy納米纖維膜的制備：以水和乙酸的混合溶液為溶劑，制備含有0.15-0.25g/ml?pva、0.05-0.15g/mlcs和0.03-0.13g/ml抗菌型氨基化明膠納米包合物的電紡液，35-45℃下攪拌3-5h后，在20-25kv電壓下進(jìn)行靜電紡絲3-5h，制得負(fù)載抗菌型氨基化明膠納米包合物的納米纖維膜(pva/cs/ag-thy)；

8、s5.雙重響應(yīng)納米抗菌纖維膜的制備：將pva/cs/ag-thy納米纖維膜與檸檬醛一起置于密閉空間中，室溫下放置3-5天，制得cit@pva/cs/ag-thy雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜。

9、進(jìn)一步的，所述步驟s1中明膠與磷酸緩沖液的質(zhì)量體積比為1:(20-25)；所述磷酸緩沖液的濃度為0.1m，ph為5.0。

10、進(jìn)一步的，所述步驟s1中1,2-乙二胺與明膠的質(zhì)量比為(3.0-3.5):1；所述水溶性碳二亞胺鹽酸鹽與明膠的質(zhì)量比為(0.5-0.8):1。

11、進(jìn)一步的，所述步驟s3中agnps分散液與百里香精油的體積比為(4.0-5.0):1。

12、進(jìn)一步的，所述步驟s4中水和乙酸的體積比為(2.5-3.5):1。

13、進(jìn)一步的，所述步驟s4中靜電紡絲參數(shù)為靜電紡絲噴頭與基底之間的距離設(shè)置為16-18cm，相對濕度為50-60％。

14、進(jìn)一步的，所述步驟s5中pva/cs/ag-thy納米纖維膜與檸檬醛的質(zhì)量體積比為1:(2-3)。

15、進(jìn)一步的，所述的制備方法所制備的雙重響應(yīng)抗菌納米纖維膜在肉類保鮮中的應(yīng)用。

16、有益效果：

17、1.本發(fā)明通過將氨基化明膠穩(wěn)定的抗菌納米包合物、聚乙烯醇和殼聚糖為基質(zhì)，通過靜電紡絲技術(shù)制備成抗菌型納米纖維膜，并利用聚合物鏈之間存在空間，允許小分子通過這一特性，來實現(xiàn)檸檬醛的附著；在此過程中，檸檬醛分子滲透到pva/cs聚合物鏈內(nèi)部的空隙中，一部分通過化學(xué)反應(yīng)，與殼聚糖的氨基發(fā)生反應(yīng)，形成席夫堿鍵，接枝到納米纖維中；另一部分，檸檬醛通過物理吸附負(fù)載到納米纖維的空隙中。

18、2.本發(fā)明中制備的pva/cs/ag-thy納米纖維具有濕度和明膠酶響應(yīng)特性，納米纖維在高濕度環(huán)境中吸收水分，誘導(dǎo)聚合物氣體滲透性的增加和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的增大，引起聚乙烯醇溶脹，從而觸發(fā)檸檬醛的響應(yīng)性釋放；同時，纖維中的氨基化明膠作為明膠酶響應(yīng)的“守門人”，當(dāng)微生物分泌明膠酶時，包裹在氨基化明膠中的百里香精油便會靶向釋放，殺滅細(xì)菌，實現(xiàn)了濕度和微生物水平上的雙重刺激響應(yīng)釋放，這對于肉類食品的長效保鮮具有重要意義。

19、3.本發(fā)明制備的保鮮納米纖維膜與其他食品保鮮材料相比，優(yōu)勢在于：(1)本發(fā)明所述方法利用聚乙烯醇和殼聚糖制備纖維基質(zhì)，在基質(zhì)中負(fù)載抗菌型氨基化明膠納米包合物，并將檸檬醛接枝到纖維孔隙中，顯著提高了抗菌劑的負(fù)載量；(2)本發(fā)明選用氨基化明膠納米包合物為百里香精油的載體，具有明膠酶響應(yīng)性，可以響應(yīng)包裝環(huán)境內(nèi)外由微生物生長分泌的酶，釋放抗菌劑，氨基化明膠作為改性后的明膠具有生物相容性好的特點，提高了抗菌劑的包埋率和穩(wěn)定性；(3)本發(fā)明選用濕度和明膠酶響應(yīng)體系，具有在肉類保鮮中的選擇性和特異性，濕度響應(yīng)對于肉類在高濕度環(huán)境中貯藏具有針對性；(4)本發(fā)明在雙重響應(yīng)下實現(xiàn)多種抗菌劑的可控和精準(zhǔn)釋放，能夠針對肉品貯運流通過程中實際保鮮需求釋放抗菌物質(zhì)，克服了抗菌成分過早釋放、時效性短的問題，可顯著延長肉品的儲存時間，延緩其腐敗變質(zhì)。