CN102964638A

CN102964638A - 仿果实角质层抗压防菌包装膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102964638A
Application number: CN2012104800558A
Authority: CN
Inventors: 张长峰; 魏雪琴; 庞杰; 寇丹丹
Original assignee: Shandong Institute of Commerce and Technology
Current assignee: Shandong Institute of Commerce and Technology
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: CN102964638B

Abstract

本发明属于包装材料领域，特别涉及一种仿果实角质层抗压防菌包装膜，还涉及该包装膜的制备方法。本发明的仿果实角质层抗压防菌膜，膜包括以下的组分：魔芋葡甘聚糖酯化改性产物、石蜡、壳聚糖、卡拉胶、黄原胶、聚己内酯、环氧大豆油、甘油和水。本发明根据果实角质层的结构，结合魔芋葡甘聚糖良好的成膜性，制备了一种具有良好生物力学性能及有效阻隔性能的膜，不仅抑制微生物在膜表面的吸附、繁殖及侵染，而且还起到了加强筋般防压效果。聚己内酯、壳聚糖、卡拉胶、还原胶、环氧大豆油、甘油、石蜡等的添加增强了膜的力学性能与抗菌性能。本发明工艺简单，取材方便，价格低廉，对延长果实货架期有显著效果。

Description

仿果实角质层抗压防菌包装膜及其制备方法

技术领域

本发明属于包装材料领域，特别涉及一种仿果实角质层抗压防菌包装膜，还涉及该包装膜的制备方法。

背景技术

随着人们生活品质的不断提高，对果实的食用、外观品质提出了更高的要求。然而，果实在采收、贮运及销售过程中极易受到机械损伤和微生物的侵染。因此，对果实进行内包装是减少其与外界摩擦、碰撞和挤压，抵抗微生物侵害，提高果蔬附加值的必要手段。目前，国内果实内包装主要有塑料/纸托盘、塑料网套、各种塑料薄膜以及各式水果包装盒。塑料/纸托盘在一定程度上有效缓解了果实在贮藏和运输过程中的机械性损伤，但在果实终端销售中却不适用；塑料网套包装方便，防护作用明显，但无法避免消费者在挑选过程中将其剥离，造成果实销售终端的二次磕碰、挤压等机械损伤，且不能防止微生物侵染，对环境污染严重；根据果实采后生理特征设计的各种塑料薄膜保鲜功能繁多，但对果实力学性能方面的作用有限，且大多数无法生物降解；各式水果包装盒外观精美，对果实各方面的防护效果较好，但其价格昂贵，不适合大规模应用，也不符合环保低碳要求。

申请号为201110316355.8的发明专利申请“ 一种磷酸酯淀粉可生物降解膜及其制备方法”于2011.10.18披露了一种采用常规塑料设备与方法，将改***联后的淀粉与聚乙烯醇、乙二醛、尿素、磷酸、甘油混合制得可被微生物分解成二氧化碳和水的膜材料。但是这种膜的其他性能有限，没有显著的力学特性及抗菌性能。

申请号为201210104390.8的发明专利申请“ 一种壳聚糖基抗菌膜材料的制备方法”于2012.04.11公开了将壳聚糖与聚乙烯吡咯烷酮碘溶液混合制备抗菌膜，抗菌效果持久。虽然这种膜既可生物降解又具有抗菌性，但是对果实在贮运、销售环节所遭受的各种机械损失不具有防护功能。

申请号为201110140959.1的发明专利“ PHA与PETG共混物薄膜及其制备方法”于2011.05.29公开了一种采用可生物合成的、完全可降解的PHA树脂和可降解的PETG树脂共混物作为主体材料获得了新型薄膜材料。这种膜材料力学性能良好且低碳、环保。但是由于没有抗菌性能，应用于果实的包装中不能有效延长果实的贮藏期。

由此可见，对果实包装膜无毒、环保、抗机械性能、抗菌性能并最终能延长货架期等的需求，是对现代膜生产技术是一种新挑战。新技术的研发很多情况下需要师法自然。在自然界中，果实角质层在保护果实免受外界各种生物、非生物侵染方面具有诸多优越性能。这种非细胞结构的薄膜覆盖于果实表皮外层，它可以防止果实内水分丧失，抵抗机械性损伤，可避免病原菌侵染、病虫害侵入以及外界环境因素如风力、干旱、紫外辐射等的胁迫。经研究，这些性能与果实角质层的内外表面结构（附图1、附图2）有直接关系。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明根据果实角质层内外表面结构，并结合魔芋葡甘聚糖良好成膜性，提供了一种类似于果实角质层的仿果实角质层抗压防菌膜，该膜具有良好生物力学性能及有效阻隔生物、非生物侵染的特性；

本发明还提供了一种上述的膜的制备方法。

本发明的仿果实角质层抗压防菌包装膜及制备方法是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的：

一种仿果实角质层抗压防菌膜，该防菌膜包括以下重量百分比的组分：

魔芋葡甘聚糖酯化改性产物10%-25% 石蜡5.0%-6.5%、

壳聚糖1-1.5% 卡拉胶0.75%-1%、

黄原胶0.12%-0.18% 聚己内酯PCL3-5%

环氧大豆油0.5-1.5% 甘油0.5-1%

余量为水。

以上的仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，包括下述的步骤：

（1）魔芋葡甘聚糖基液的配制：将5.0%-6.5%的石蜡和水加入烧杯中，加热至75-85℃，搅拌溶解；调节pH至10-12，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物 10%-25%、壳聚糖1-1.5%，黄原胶 0.12-0.18%、卡拉胶 0.75-1%，以1000 r/min转速下搅拌60-120 min；

所述魔芋葡甘聚糖酯化改性产物是以苯甲酸为魔芋葡甘聚糖酯化改性剂，其改性处理温度为45-50℃，pH 3-4下反应时间为90-120 min；

（2）增效液的配制：将聚己内酯PCL3-5%、环氧大豆油0.5-1.5%、甘油0.5-1%与水混合后，加热至55-65℃，搅拌均匀；

（3）复合膜液的制备：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，以1000 r/min的转速在60-65℃下连续搅拌60-120 min，接着，在离心机以3500 r/min的转速脱气30-45 min；

（4）模具的制作与膜液浇注面的选择：以丝网为模板，平滑玻璃为基底，模板的裁剪面积至少为玻璃的1.5倍，用裁剪好的模板将玻璃完全包裹，调整位置使模板在玻璃基底上保持平整并固定，得到模具a，固定面的对立面即为膜液浇注面，以相同材料、方法制备模具b；

（5）仿角质层膜面的制备与修饰：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，由此形成模具a-膜液-模具b层次的复合体，然后，夹住复合体并保持复合体的压力在280-320 g/cm²，将复合体置于烘箱恒温在60-70℃加热120-150 min，使膜液含水率达到8-12%，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具：60-65℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在常温下剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

上述的丝网为尼龙丝网或者是不锈钢丝网。

优选的，上述的步骤（1）中：将5.7%的石蜡和水加入烧杯中，加热至80℃搅拌溶解；调节pH至11，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物 18%、壳聚糖1.2%，黄原胶 0.16%、卡拉胶 0.85%，在1000 r/min的转速下搅拌90 min。

优选的，上述的步骤（2）中：将聚己内酯PCL4%、环氧大豆油0.8%、甘油0.8%与水混合后，加热至55-65℃，搅拌均匀。

优选的，上述的步骤（3）中：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，以1000 r/min的转速在60-65℃下连续搅拌90 min，接着，在离心机以3500 r/min的转速脱气37 min。

优选的，上述的步骤（5）中：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，由此形成模具a-膜液-模具b层次的复合体，然后，夹住复合体并保持复合体的压力在300 g/cm²，将复合体置于烘箱恒温在65℃加热130 min，使膜液含水率达到10%，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具：62℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在常温下剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

上述的仿果实角质层抗压防菌膜在包装材料上的应用，也是本发明要求保护的范围。

本发明的膜具有以下的优点：

（1）结构上：

a 膜的外表面均匀分布有微尖刺结构：膜液中的聚合物在加热中慢慢渗入到模板的网孔结构，在较高温度下脱模时拉长网孔中的聚合物，从而得到微尖刺结构。这种结构使得膜外表面与水的接触面积变小，与空气的接触面积变大大，宏观上表现得疏水，最终能起到抑制微生物在膜表面的吸附、繁殖及侵染的作用；

b 膜的内表面为网格状：在常温下脱模，由于膜已经均湿回软，得到的是具有模板印迹的膜面，这种结构在力学性能上增强了膜的强度和刚性，在不增加膜厚度的前提下，起到了加强筋般防压效果。

（2）组分上：

a 魔芋葡甘聚糖酯化改性产物为主要组分，具有优良的成膜性、抗菌性并且拉伸强度大，柔韧性好；

b 可生物降解的聚己内酯的加入与魔芋葡甘聚糖形成了良好的相容性，其高结晶性增强了膜的可塑性及力学性能；

c 壳聚糖、卡拉胶、黄原胶的加入与魔芋葡甘聚糖形成协同效应，使得抗菌性能及韧性得到明显提高；

d 其次，环氧大豆油、甘油为增塑剂，石蜡的添加能提高膜的阻湿性。

本发明的抗压防菌包装膜属于无毒、可生物降解的食品级包装，尤其适合于新鲜果实的包装，在果实贮运、销售过程中能显著降低不同程度、形式的机械性损伤，具有明显的疏水性，能抑制微生物生长，最终起到延长果实货架期的目的。

附图说明

图1为李子角质层内表面；

图2为李子角质层外表面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。

实施例1

仿果实角质层抗压防菌包装膜的制备方法

（1）魔芋葡甘聚糖基液的配制：将石蜡5.0%和水加入烧杯中，并置烧杯于磁力搅拌器上 1000 r/min 加热至75℃，搅拌溶解；用1 mol/L 的NaOH调节pH至10，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物 10%、壳聚糖1%，黄原胶 0.12%%、卡拉胶 0.75%，1000 r/min搅拌60 min；

（2）增效液的配制：取另一只烧杯，将聚己内酯（PCL） 3%、环氧大豆油0.5%、甘油0.5%与水混合，置于1000 r/min 加热至55℃，搅拌均匀；

（3）复合膜液的制备：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，置于磁力搅拌器（1000 r/min；60℃）上连续搅拌60 min，接着，在离心机（3500 r/min）上脱气30 min；

（4）模具的制作与膜液浇注面的选择：以800目的尼龙丝网为模板，平滑玻璃为基底；模板的裁剪面积至少为玻璃的1.5倍，用裁剪好的模板将玻璃完全包裹，调整位置使模板在玻璃基底上保持平整并用胶带固定，得到模具a，固定面的对立面即为膜液浇注面，以相同材料、方法制备模具b；

（5）仿角质层膜面的制备与修饰：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，然后，用两个长尾夹夹住复合体置于烘箱恒温（60℃）加热120 min，使膜液含水率达到10%左右，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具：60℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在室温（25℃）剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

本实施例制备的抗压防菌包装膜可作为质地偏柔软的果实，如水蜜桃、番茄、柿子等的使用。

表1 实施例1中的膜与普通包装膜的性能对比

	拉伸强度（MPa）	断裂伸长率（%）	弹性模量（MPa）	与纯水的接触角（^°）	细菌减少率
						实施例1	45	40	600	100	＞90

实施例2

仿果实角质层抗压防菌包装膜的制备方法

（1）魔芋葡甘聚糖基液的配制：将石蜡5.5%和水加入烧杯中，并置烧杯于磁力搅拌器上 1000 r/min 加热至80℃，搅拌溶解；用1 mol/L 的NaOH调节pH至11，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物20%、壳聚糖1.5%，黄原胶0.15%、卡拉胶 0.85%，1000 r/min搅拌75 min；

（2）增效液的配制：取另一只烧杯，将聚己内酯（PCL） 4%、环氧大豆油1%、甘油1%与水混合，置于1000 r/min 加热至63℃，搅拌均匀；

（3）复合膜液的制备：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，置于磁力搅拌器（1000 r/min；63℃）上连续搅拌75 min。接着，在离心机（3500 r/min）上脱气45 min；

（4）模具的制作与膜液浇注面的选择：以500目的不锈钢丝网为模板，平滑玻璃为基底；模板的裁剪面积至少为玻璃的1.5倍，用裁剪好的模板将玻璃完全包裹，调整位置使模板在玻璃基底上保持平整并用胶带固定，得到模具a，固定面的对立面即为膜液浇注面，以相同材料、方法制备模具b；

（5）仿角质层膜面的制备与修饰：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，然后，用两个长尾夹夹住复合体置于烘箱恒温（65℃）加热120 min，使膜液含水率达到10%左右，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具：63℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在室温（25℃）剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

本实施例制备的抗压防菌包装膜可作为仁果类果实如苹果、梨等的使用。

	拉伸强度（MPa）	断裂伸长率（%）	弹性模量（MPa）	与纯水的接触角（^°）	细菌减少率
						实施例1	35	36	560	98	＞90

实施例3

仿果实角质层抗压防菌包装膜的制备方法

（1）魔芋葡甘聚糖基液的配制：将石蜡6.5%和水加入烧杯中，并置烧杯于磁力搅拌器上 1000 r/min 加热至85℃，搅拌溶解；用1 mol/L 的NaOH调节pH至12，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物25%、壳聚糖1.5%，黄原胶0.18%、卡拉胶1%，1000 r/min搅拌120 min；

（2）增效液的配制：取另一只烧杯，将聚己内酯（PCL） 5%、环氧大豆油1.5%、甘油1%与水混合，置于1000 r/min 加热至65℃，搅拌均匀；

（3）复合膜液的制备：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，置于磁力搅拌器（1000 r/min； 65℃）上连续搅拌120 min，接着，在离心机（3500 r/min）上脱气45 min；

（4）模具的制作与膜液浇注面的选择：以800 目的尼龙丝网为模板，平滑玻璃为基底。模板的裁剪面积至少为玻璃的1.5倍，用裁剪好的模板将玻璃完全包裹，调整位置使模板在玻璃基底上保持平整并用胶带固定，得到模具a，固定面的对立面即为膜液浇注面，以相同材料、方法制备模具b；

（5）仿角质层膜面的制备与修饰：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，然后，用两个长尾夹夹住复合体置于烘箱恒温70℃）加热150 min，使膜液含水率达到10%左右，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具： 65℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在室温（25℃）剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

本实施例制备的抗压防菌包装膜可作为柑橘类，如蜜橘、甜橙、柚子、葡萄柚、柠檬等的使用。

	拉伸强度（MPa）	断裂伸长率（%）	弹性模量（MPa）	与纯水的接触角（^°）	细菌减少率
						实施例1	30	35	525	95	＞90

本发明的仿果实角质层抗压防菌包装膜，制备过程中可采用多种丝网作为模板，所制得的膜可用于不同质地果实的包装。

Claims

1.一种仿果实角质层抗压防菌膜，其特征在于，所述的膜包括以下重量百分比的组分：

魔芋葡甘聚糖酯化改性产物10%-25% 石蜡5.0%-6.5%、

壳聚糖1-1.5% 卡拉胶0.75%-1%、

黄原胶0.12%-0.18% 聚己内酯PCL3-5%

环氧大豆油0.5-1.5% 甘油0.5-1%

余量为水。

2.如权利要求1所述的仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，包括下述的步骤：

3.如权利要求2所述的一种仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，其特征在于，所述的丝网为尼龙丝网或者是不锈钢丝网。

4.如权利要求3所述的一种仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中：将5.7%的石蜡和水加入烧杯中，加热至80℃搅拌溶解；调节pH至11，再加入魔芋葡甘聚糖酯化改性产物 18%、壳聚糖1.2%，黄原胶 0.16%、卡拉胶 0.85%，在1000 r/min的转速下搅拌90 min。

5.如权利要求4所述的一种仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中：将聚己内酯PCL4%、环氧大豆油0.8%、甘油0.8%与水混合后，加热至55-65℃，搅拌均匀。

6.如权利要求5所述的一种仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中：将配制好的增效液加入到魔芋葡甘聚糖基液中，以1000 r/min的转速在60-65℃下连续搅拌90 min，接着，在离心机以3500 r/min的转速脱气37 min。

7.如权利要求2-6中任一项所述的一种仿果实角质层抗压防菌膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（5）中：在制作好的模具a上均匀地铺上一层复合膜液，紧接着在其表面盖上模具b，由此形成模具a-膜液-模具b层次的复合体，然后，夹住复合体并保持复合体的压力在300 g/cm²，将复合体置于烘箱恒温在65℃加热130 min，使膜液含水率达到10%，最后，取出复合体于不同温度下剥离模具：62℃剥离模板b形成具有类似角质层外表面的膜面；在常温下剥离模版a形成似角质层内表面的膜面。

8.如权利要不1所述的仿果实角质层抗压防菌膜在包装材料上的应用。