本發(fā)明屬于食品抗菌保鮮包裝材料領(lǐng)域，具體涉及一種g-c3n4納米纖維抗菌膜的制備方法與用途。

背景技術(shù)：

目前，食品污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，各種抗菌物質(zhì)不斷產(chǎn)生，新型g-c3n4納米無(wú)機(jī)抗菌材料受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。g-c3n4是所有氮化碳同素異形體最穩(wěn)定的材料，具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)。g-c3n4不僅具備高硬度和高彈性外，還有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能等特性，在環(huán)境、能源和化工等領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用前景。g-c3n4還具有良好的殺菌性能，因其安全綠色、無(wú)毒副作用的優(yōu)勢(shì)，使它在天然食品添加劑的開發(fā)中擁有較好的應(yīng)用前景。

國(guó)內(nèi)已有很多關(guān)于g-c3n4薄膜制備等領(lǐng)域的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利cn101985744a公開了一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法。該發(fā)明利用原子層沉積技術(shù)制備氮化碳薄膜，該制備方法操作簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，能耗小，且制得的單晶立方型氮化碳薄膜結(jié)構(gòu)完整。中國(guó)專利cn101555586a公開了醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法。該發(fā)明是一種具有良好生物相容性、并可應(yīng)用于外科移植鈦合金植入體表面的生物醫(yī)用氮化碳改性薄膜的沉積制備方法。中國(guó)專利cn105331949a公開了一種制備氮化碳薄膜的方法，涉及薄膜制備技術(shù)和材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

然而，g-c3n4納米顆粒直接噴灑在食品表面時(shí)，很容易出現(xiàn)聚集和下降等現(xiàn)象，從而降低了納米顆粒的利用率。因此可以將g-c3n4納米顆粒載入到納米纖維中，從而使g-c3n4納米顆粒被固定在纖維膜上。目前，靜電紡絲已經(jīng)被應(yīng)用制備納米纖維，其制備的納米纖維膜具有比表面積大和納米級(jí)孔隙的高封裝性等優(yōu)點(diǎn)。許多聚合物如聚環(huán)氧乙烷、聚乳酸和聚乙烯醇因其優(yōu)良的性能已被廣泛用于制備納米纖維膜。

國(guó)內(nèi)已有很多關(guān)于靜電紡絲的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利cn1730742a公開了一種殼聚糖/碳納米管靜電紡絲膜的制備方法，屬于抗菌、抗靜電材料制備技術(shù)。中國(guó)專利cn1858308a公開了一種靜電紡絲法制備低密度多孔二氧化錫納米纖維激光靶材料，該方法快速、高效、易于操作。中國(guó)專利cn102851877a公開了一種利用靜電紡絲組裝金銀一維納米材料的方法。中國(guó)專利cn105233568a公開了一種靜電紡絲方法及其制備的納米纖維/玻璃纖維復(fù)合過(guò)濾材料。中國(guó)專利cn105696197a公開了一種c型核殼納米纖維膜及其偏心軸靜電紡絲制備方法。

將新型g-c3n4納米材料與靜電紡絲相結(jié)合，合成g-c3n4納米纖維抗菌膜，經(jīng)過(guò)冷等離子體處理的g-c3n4納米纖維抗菌膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有較好的抗菌效果，這種新型的納米纖維膜材料是一種有效和環(huán)保的抗菌材料，在生產(chǎn)和生活方面具有重大的應(yīng)用，對(duì)于開發(fā)新型的食品活性包裝具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是公開一種g-c3n4納米纖維抗菌膜及其制備方法與用途。通過(guò)高溫煅燒法制備g-c3n4納米顆粒，然后將g-c3n4納米顆粒添加到靜電紡絲溶液中制備成納米纖維膜，再通過(guò)冷等離子體處理g-c3n4納米纖維抗菌膜，增強(qiáng)了對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌效果，達(dá)到長(zhǎng)效抗菌與高效利用的目的，以應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，達(dá)到食品食用安全的目的。

本發(fā)明由尿素在真空管式爐中通過(guò)煅燒法制備g-c3n4，升溫速率為5℃/min，煅燒溫度為550℃，煅燒時(shí)間為4h。

本發(fā)明g-c3n4納米纖維抗菌膜的制備是將g-c3n4納米顆粒加入聚氧化乙烯溶液得到靜電紡絲溶液，常溫?cái)嚢柽^(guò)后超聲脫氣得到紡絲前驅(qū)體溶液。注射器吸取紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲電壓為5kv-30kv，推進(jìn)速率為0.1-3ml/h，接收距離為10-20cm，空氣濕度控制在35％以下，采用平板收集法，得到納米纖維抗菌膜。

所述g-c3n4納米顆粒濃度為0.5％(w/v,g/ml)。

所述聚氧化乙烯溶液濃度為10wt％(g/g)。

所述常溫?cái)嚢璧臅r(shí)間為24h；所述超聲脫氣的時(shí)間為10min。

本發(fā)明的抗菌膜的冷等離子體處理是將抗菌膜在烘箱干燥后，放置于紫外燈下滅菌處理2h，最后用冷等離子體處理，備用。

所述干燥時(shí)間為4h。

所述冷等離子處理功率為500w，處理時(shí)間為2min。

本發(fā)明的抗菌實(shí)驗(yàn)是采用平板菌落計(jì)數(shù)法，測(cè)定g-c3n4納米纖維抗菌膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效果。在滅菌后的離心管中添加10ml的pbs溶液，再加入5片2×2mm的g-c3n4納米纖維抗菌膜，充分混勻之后，添加10⁵～10⁶cfu/ml的菌液，37℃震蕩培養(yǎng)。無(wú)菌水作為陰性對(duì)照。將各離心管置于空氣浴搖床中在37℃、150rpm條件下震蕩反應(yīng)。24h后取適量培養(yǎng)液進(jìn)行十倍梯度稀釋到合適的濃度，涂布均勻，于37℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)。24～48h后進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，得到不同時(shí)間點(diǎn)培養(yǎng)液中的菌落總數(shù)，從而評(píng)價(jià)g-c3n4納米纖維抗菌膜的抗菌效果。重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)，取平均值。

附圖說(shuō)明

圖1為g-c3n4納米纖維膜對(duì)大腸桿菌的抗菌效果。

圖2為g-c3n4納米纖維膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌效果。

具體實(shí)施方式

通過(guò)下面實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容，不僅局限于此。

實(shí)施例1g-c3n4納米纖維抗菌膜對(duì)大腸桿菌的抗菌實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)材料

2實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)菌種

大腸桿菌(escherichiacoli)

3實(shí)驗(yàn)方法

1)g-c3n4的制備

①稱取10g尿素，放在坩堝中，并蓋上蓋子，放在真空管式爐里；

②調(diào)整煅燒溫度和時(shí)間：以5℃/min的升溫速率升到550℃，然后在550℃下煅燒4小時(shí)，冷卻到室溫，得到為淡黃色固體的g-c3n4，研磨成粉末備用。

2)g-c3n4納米纖維抗菌膜的制備

①按照質(zhì)量體積濃度0.5％(w/v，g/ml)的標(biāo)準(zhǔn)將g-c3n4納米顆粒加入濃度為10wt％(g/g)的聚氧化乙烯溶液中，磁力攪拌24h，制備得到紡絲前驅(qū)體溶液。

②將紡絲前驅(qū)體溶液超聲脫氣10min。

③注射器吸取5ml紡絲前驅(qū)體溶液組裝好并開始紡絲，靜電紡絲電壓為20kv，推進(jìn)速率為0.6ml/h，接收距離為15.5cm，空氣濕度控制在35％以下，采用平板收集法，經(jīng)3h后得到納米纖維膜。

3)等離子體處理g-c3n4納米纖維抗菌膜

①將g-c3n4納米纖維抗菌膜放在培養(yǎng)皿里；

②將其在冷等離子體設(shè)備中進(jìn)行處理，處理功率為500w，處理時(shí)間為2min，以備使用。

4)菌液的制備

直接取接種于營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基試管里的菌種，大腸桿菌培養(yǎng)24h后，用振蕩器混勻后，用0.03mol/l磷酸鹽緩沖液10倍梯度稀釋1000倍(約為10⁵～10⁶cfu/ml)。

5)對(duì)照組樣液的制備

用移液槍吸取0.1ml的已稀釋菌液，加入到已經(jīng)滅菌的含有10ml的pbs溶液的離心管中。

6)試驗(yàn)組樣液的制備

將5片2×2mm的g-c3n4納米纖維抗菌膜加入到已經(jīng)滅菌的含有10ml的pbs溶液的離心管中。然后，用移液槍吸取0.1ml的已稀釋菌液加入其中，充分震蕩搖勻。

7)震蕩接觸培養(yǎng)

將含對(duì)照樣本和試驗(yàn)樣本的離心管固定于恒溫振蕩培養(yǎng)箱的搖床上，在作用溫度37℃±1℃條件下，以150r/min速度，震蕩待用。

8)震蕩接觸一定時(shí)間后活菌計(jì)數(shù)

在接觸震蕩后的24h后，將振蕩后的含有大腸桿菌的對(duì)照樣液和試驗(yàn)樣液經(jīng)10倍梯度稀釋100倍后，分別吸取0.1ml原液、10^-1、10^-2倍樣液涂布于已倒有營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基平板上，每樣液平行涂布2個(gè)平皿，倒置于37℃±1℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h做活菌培養(yǎng)計(jì)數(shù)。

4數(shù)據(jù)處理

根據(jù)所記錄的活菌菌落數(shù)，計(jì)算出在接觸震蕩24h后的每個(gè)樣液中大腸桿菌的活菌總數(shù)，對(duì)照得出結(jié)論。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果如圖2所示，g-c3n4對(duì)金黃色葡萄球菌的殺菌率為99.22％，但是經(jīng)過(guò)靜電紡絲技術(shù)的處理，以及功率500w，2min的等離子處理后，g-c3n4納米纖維膜殺菌率有所提高，達(dá)到99.99％。

實(shí)施例2g-c3n4納米纖維抗菌膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)材料

2實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)菌種

金黃色葡萄球菌(s.aureus)

3實(shí)驗(yàn)方法

1)g-c3n4的制備

①稱取10g尿素，放在坩堝中，并蓋上蓋子，放在真空管式爐里；

②調(diào)整煅燒溫度和時(shí)間：以5℃/min的升溫速率升到550℃，然后在550℃下煅燒4小時(shí)，冷卻到室溫，得到為淡黃色固體的g-c3n4，研磨成粉末備用。

2)g-c3n4納米纖維抗菌膜的制備

①按照質(zhì)量體積濃度為0.5％(w/v，g/ml)的標(biāo)準(zhǔn)將g-c3n4納米顆粒加入濃度為10wt％(g/g)的聚氧化乙烯溶液中，磁力攪拌24h，制備得到紡絲前驅(qū)體溶液。

②將紡絲前驅(qū)體溶液超聲脫氣10min。

③注射器吸取5ml紡絲前驅(qū)體溶液組裝好并開始紡絲，靜電紡絲電壓為20kv，推進(jìn)速率為0.6ml/h，接收距離為15.5cm，空氣濕度控制在35％以下，采用平板收集法，經(jīng)3h后得到納米纖維膜。

3)等離子體處理g-c3n4納米纖維抗菌膜

①將g-c3n4納米纖維抗菌膜放在培養(yǎng)皿里；

②將其在冷等離子體設(shè)備中進(jìn)行處理，處理功率為500w，處理時(shí)間為2min，以備使用。

4)菌液的制備

直接取接種于營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基試管里的菌種，金黃色葡萄球菌培養(yǎng)24h后，用振蕩器混勻后，用0.03mol/l磷酸鹽緩沖液10倍梯度稀釋1000倍(約為10⁵～10⁶cfu/ml)。

5)對(duì)照組樣液的制備

用移液槍吸取0.1ml的已稀釋菌液，加入到已經(jīng)滅菌的含有10ml的pbs溶液的離心管中。

6)試驗(yàn)組樣液的制備

將5片2×2mm的g-c3n4納米纖維抗菌膜加入到已經(jīng)滅菌的含有10ml的pbs溶液的離心管中。然后，用移液槍吸取0.1ml的已稀釋菌液加入其中，充分震蕩搖勻。

7)震蕩接觸培養(yǎng)

將含對(duì)照樣本和試驗(yàn)樣本的離心管固定于恒溫振蕩培養(yǎng)箱的搖床上，在作用溫度37℃±1℃條件下，以150r/min速度，震蕩待用。

8)震蕩接觸一定時(shí)間后活菌計(jì)數(shù)

在接觸震蕩后的24h后，將振蕩后的含有金黃色葡萄球菌的對(duì)照樣液和試驗(yàn)樣液經(jīng)10倍梯度稀釋100倍后，分別吸取0.1ml原液、10^-1、10^-2倍樣液涂布于已倒有營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基平板上，每樣液平行涂布2個(gè)平皿，倒置于37℃±1℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h做活菌培養(yǎng)計(jì)數(shù)。

4數(shù)據(jù)處理

根據(jù)所記錄的活菌菌落數(shù)，計(jì)算出在接觸震蕩48h后的每個(gè)樣液中金黃色葡萄球菌的活菌總數(shù)，對(duì)照得出結(jié)論。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果如圖2所示，g-c3n4對(duì)金黃色葡萄球菌的殺菌率為99.38％，但是經(jīng)過(guò)靜電紡絲技術(shù)的處理，等離子功率選定500w，處理時(shí)間為2min時(shí)，g-c3n4納米纖維膜殺菌率有所提高，達(dá)到99.90％。