CN110951119A - 一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法及设备，包括以下步骤：S1：制取烷基化的纳米纤维素，S2：制取壳聚糖溶液，S3：制取没食子酸壳聚糖溶液，S4：制取壳聚糖膜，S5：对壳聚糖膜进行物理改性。该设备包括搅拌器主体，所述搅拌器主体的上端外表面靠近一端的位置固定安装有支撑杆，且支撑杆的顶端外表面固定安装有横板，所述横板远离支撑杆的一端外表面开设有活动槽。本发明通过改进配方、工艺及设备，采用集成化设备一台即可完成生产，集成化程度高，占地少、设备投资小，成本低；本发明能提高壳聚糖膜的透光性、拉伸强度、断裂伸长率、自然降解率，降低其平衡吸湿率，提高壳聚糖膜的阻水性能。

Description

一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法及设备
技术领域
本发明涉及可降解环保包装材料技术领域，具体为一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法；
背景技术
食品包装材料直接与食品接触，其材料选择是否得当，关系到食品安全和人们的身体健康，塑料具有质轻、耐用、成本低和易成型加工等优点,已成为目前最受欢迎的包装材料，但塑料包装材料缺少回收利用的价值,使用后,绝大部分被丢弃在环境中,由于难降解处理而造成严重的环境污染现象。因此,以天然生物可降解物质为基体制备可降解、可食用的新型包装材料,对于可持续发展具有极其重要的意义。
壳聚糖，通常是从虾、蟹、昆虫的外壳或真菌细胞壁中提取甲壳素，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：来源广泛，仅次于自然界中纤维素的含量；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；无毒、自身具有良好的生物相容性和抗菌性；良好的成膜性。
但是相比于目前应用较多的塑料包装材料，壳聚糖膜的阻水性能较差，对于包装水果类食品的保鲜效果较差，降低其使用范围。同时，现有的制备方法及设备，集成化程度低，需要多台设备共同生产才能完成，占地大、设备投资大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法及设备，通过改进配方、工艺及设备，采用集成化设备一台即可完成生产，能够便于使用者将搅拌杆从溶液瓶中取出，提高其使用性能，同时能够提高壳聚糖膜的透光性、拉伸强度、断裂伸长率、自然降解率，降低其平衡吸湿率，提高壳聚糖膜的阻水性能，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制取烷基化的纳米纤维素：将质量分数为5％醋酸缓慢滴入100ml分散有纳米纤维素的乙醇溶液中，调节PH至4.5，然后加入10ml质量分数为10g/L的硅烷偶联剂溶液，搅拌60分钟，离心清洗至中性后冷冻干燥；
S2：制取壳聚糖溶液：将0.5g壳聚糖粉末溶于100ml体积百分比浓度为1％的醋酸水溶液中，加热至50℃并均匀搅拌20分钟使壳聚糖完全溶解，再在壳聚糖溶液中加入S1中所得的烷基化纳米纤维素0.05g，在45℃下充分搅拌40分钟，抽滤除杂后，再经过超声处理15分钟；
S3：制取没食子酸壳聚糖溶液：将0.04g没食子酸溶于5ml乙醇中，均匀搅拌5分钟，并在没食子酸乙醇溶液中分别加入0.04g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，在常温下反应10分钟，然后加入0.04g的N-羟基琥珀酰亚胺，在冰水浴中反应40分钟，整个过程采用磁力搅拌器匀速搅拌，再将该溶液加入S2所制的壳聚糖溶液中；
S4：制取壳聚糖膜：将S3中所制备的壳聚糖溶液置于冰水浴中搅拌30分钟，并在室温下放置12小时，再经过超声处理15分钟后进行真空脱泡处理，见溶液中无气泡产生时，再将该混合溶液在50℃下烘干成膜，将干燥所得的复合膜用NaOH溶液浸泡30分钟，用水冲洗至中性，在室温下晾干；
S5：对壳聚糖膜进行物理改性：采用甘油作增塑剂，对纯壳聚糖膜进行物理改性，采用转谷氨酰胺酶催化交联含有20％PEG 200的壳聚糖膜溶液。
优选的，所述S4中采用NaOH溶液的浓度为0.1mol/L。
优选的，所述S5中采用甘油的含量为30％，所述S5中采用转谷氨酰胺酶的含量为0.6％。
一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，包括搅拌器主体，所述搅拌器主体的上端外表面靠近一端的位置固定安装有支撑杆，且支撑杆的顶端外表面固定安装有横板，所述横板远离支撑杆的一端外表面开设有活动槽，且活动槽的内表面滚动安装有滚珠，所述活动槽的内部贯穿有搅拌杆，且搅拌杆的顶端外表面固定安装有位于活动槽内部的握把，所述搅拌器主体的内部远离支撑杆的一侧固定安装有支撑板，且支撑板的上方设置有压板，所述压板的下端外表面靠近两端的位置均设置有固定安装在搅拌器主体内壁上的挡板，且压板的上端外表面中间位置开设有通槽，所述支撑板的上端外表面中间位置开设有限位槽，所述限位槽的内表面底端设置有溶液瓶，且溶液瓶的顶端贯穿通槽。
优选的，所述搅拌器主体靠近支撑板的一侧外表面开设有进水口。
优选的，所述活动槽的内表面靠近下端的位置与搅拌杆的外表面靠近顶端的位置均设置有螺纹，螺纹的旋转系数相同。
优选的，所述握把的外表面靠近下端的位置紧贴活动槽的内表面，且握把的外表面靠近顶端的位置设置有防滑纹。
优选的，所述活动槽、通槽与限位槽位于同一轴线上，且通槽的直径小于限位槽的直径。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过改进配方、工艺及设备，采用集成化设备一台即可完成生产，集成化程度高，占地少、设备投资小，成本低，易于产业化。
2、本发明能够便于使用者将搅拌杆从溶液瓶中取出，提高其使用性能，同时能够提高壳聚糖膜的透光性、拉伸强度、断裂伸长率、自然降解率，降低其平衡吸湿率，使吸附温线下移，接触角增大，提高壳聚糖膜的阻水性能，从而提高壳聚糖膜的水溶性及透汽性，用于包装水果类食品，起到良好的保鲜效果。
附图说明
图1为本发明的制备流程示意图；
图2为本发明的设备整体结构示意图；
图3为本发明的搅拌杆与溶液瓶的结构示意图；
图4为本发明的横板与握把的结构示意图；
图中：1、搅拌器主体；2、支撑杆；3、横板；4、握把；5、搅拌杆；6、压板；7、通槽；8、支撑板；9、挡板；10、溶液瓶；11、限位槽；12、滚珠；13、活动槽。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：制取烷基化的纳米纤维素：将质量分数为5％醋酸缓慢滴入100ml分散有纳米纤维素的乙醇溶液中，调节PH至4.5，然后加入10ml质量分数为10g/L的硅烷偶联剂溶液，搅拌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；
S2：制取壳聚糖溶液：将0.5g壳聚糖粉末溶于100ml体积百分比浓度为1％的醋酸水溶液中，加热至50℃并均匀搅拌20分钟使壳聚糖完全溶解，然后在壳聚糖溶液中加入S1中所得的烷基化纳米纤维素0.05g，在45℃下充分搅拌40分钟，抽滤除杂后，再经过超声处理15分钟即为壳聚糖溶液；
S3：制取没食子酸壳聚糖溶液：将0.04g没食子酸溶于5ml乙醇中，均匀搅拌5分钟，并在没食子酸乙醇溶液中分别加入0.04g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，在常温下反应10分钟，然后加入0.04g的N-羟基琥珀酰亚胺，在冰水浴中反应40分钟，整个过程采用磁力搅拌器匀速搅拌，再将该溶液加入S2所制的壳聚糖溶液中；
S4：制取壳聚糖膜：将S3中所制备的壳聚糖溶液置于冰水浴中搅拌30分钟，并在室温下放置12小时，再经过超声处理15分钟后进行真空脱泡处理，见溶液中无气泡产生时，再将该混合溶液在50℃下烘干成膜，将干燥所得的复合膜用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液浸泡30分钟，用水冲洗至中性，在室温下晾干；
S5：对壳聚糖膜进行物理改性：采用甘油作增塑剂，其含量为30％，对纯壳聚糖膜进行物理改性，提高壳聚糖膜的透光性、吸湿率、拉伸强度、断裂伸长率、自然降解率、透水汽性及亲水性，用0.6％的转谷氨酰胺酶催化交联含有20％PEG 200的壳聚糖膜溶液，降低其平衡吸湿率，使吸附温线下移，透汽性下降，接触角增大，提高壳聚糖膜的阻水性能，从而提高壳聚糖膜的水溶性及透汽性，用于包装水果类食品，起到良好的保鲜效果。
一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，如图2至图4所示，包括搅拌器主体1，其上端外表面靠近一端的位置固定安装有支撑杆2，且支撑杆2的顶端外表面固定安装有横板3，所述横板3远离支撑杆2的一端外表面开设有活动槽13，且活动槽13的内表面滚动安装有滚珠12，所述活动槽13的内部贯穿有搅拌杆5，且搅拌杆5的顶端外表面固定安装有位于活动槽13内部的握把4，所述搅拌器主体1的内部远离支撑杆2的一侧固定安装有支撑板8，且支撑板8的上方设置有压板6，所述压板6的下端外表面靠近两端的位置均设置有固定安装在搅拌器主体1内壁上的挡板9，且压板6的上端外表面中间位置开设有通槽7，所述支撑板8的上端外表面中间位置开设有限位槽11，所述限位槽11的内表面底端设置有溶液瓶10，且溶液瓶10的顶端贯穿通槽7。
所述搅拌器主体1靠近支撑板8的一侧外表面开设有出水口；所述活动槽13的内表面靠近下端的位置与搅拌杆5的外表面靠近顶端的位置均设置有螺纹，螺纹的旋转系数相同；所述握把4的外表面靠近下端的位置紧贴活动槽13的内表面，且握把4的外表面靠近顶端的位置设置有防滑纹；所述活动槽13、通槽7与限位槽11位于同一轴线上，且通槽7的直径小于限位槽11的直径。
工作原理：使用时，首先向搅拌器主体1的内部注入冰水，使冰水淹没支撑板8，并使水位线位于挡板9的下方，然后将壳聚糖溶液放置在溶液瓶10中，并将溶液瓶10放置在支撑板8上的限位槽11中，使溶液瓶10的瓶身位于冰水中，接着将压板6放置在挡板9上，并将通槽7穿过溶液瓶10的顶端，使溶液瓶10的顶端位于压板6的上方，然后旋转握把4，在螺纹的作用下将搅拌杆5下移，并将其***溶液瓶10中，接着转动握把4，使其紧贴活动槽13的内表面转动，从而带动搅拌杆5在溶液瓶10中转动，进而对溶液瓶10中的壳聚糖溶液进行搅拌，最后转动握把4，并将其上移，使得搅拌杆5在活动槽13的内部上移，从而带动搅拌杆5离开溶液瓶10，进而能够便于使用者将搅拌杆5从溶液瓶10中取出，提高其使用性能。
本发明能够提高壳聚糖膜的透光性、拉伸强度、断裂伸长率、自然降解率，降低其平衡吸湿率，使吸附温线下移，接触角增大，提高壳聚糖膜的阻水性能，从而提高壳聚糖膜的水溶性及透汽性，用于包装水果类食品，起到良好的保鲜效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制取烷基化的纳米纤维素：将质量分数为5％醋酸缓慢滴入100ml分散有纳米纤维素的乙醇溶液中，调节PH至4.5，然后加入10ml质量分数为10g/L的硅烷偶联剂溶液，搅拌60分钟，离心清洗至中性后冷冻干燥；
S2：制取壳聚糖溶液：将0.5g壳聚糖粉末溶于100ml体积百分比浓度为1％的醋酸水溶液中，加热至50℃并均匀搅拌20分钟使壳聚糖完全溶解，再在壳聚糖溶液中加入S1中所得的烷基化纳米纤维素0.05g，在45℃下充分搅拌40分钟，抽滤除杂后，再经过超声处理15分钟；
S3：制取没食子酸壳聚糖溶液：将0.04g没食子酸溶于5ml乙醇中，均匀搅拌5分钟，并在没食子酸乙醇溶液中分别加入0.04g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，在常温下反应10分钟，然后加入0.04g的N-羟基琥珀酰亚胺，在冰水浴中反应40分钟，整个过程采用磁力搅拌器匀速搅拌，再将该溶液加入S2所制的壳聚糖溶液中；
S4：制取壳聚糖膜：将S3中所制备的壳聚糖溶液置于冰水浴中搅拌30分钟，并在室温下放置12小时，再经过超声处理15分钟后进行真空脱泡处理，见溶液中无气泡产生时，再将该混合溶液在50℃下烘干成膜，将干燥所得的复合膜用NaOH溶液浸泡30分钟，用水冲洗至中性，在室温下晾干；
S5：对壳聚糖膜进行物理改性：采用甘油作增塑剂，对纯壳聚糖膜进行物理改性，采用转谷氨酰胺酶催化交联含有20％PEG 200的壳聚糖膜溶液。
2.根据权利要求1所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法，其特征在于：所述S4中采用NaOH溶液的浓度为0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备方法，其特征在于：所述S5中采用甘油的含量为30％，所述S5中采用转谷氨酰胺酶的含量为0.6％。
4.一种用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，包括搅拌器主体(1)，其特征在于：所述搅拌器主体(1)的上端外表面靠近一端的位置固定安装有支撑杆(2)，且支撑杆(2)的顶端外表面固定安装有横板(3)，所述横板(3)远离支撑杆(2)的一端外表面开设有活动槽(13)，且活动槽(13)的内表面滚动安装有滚珠(12)，所述活动槽(13)的内部贯穿有搅拌杆(5)，且搅拌杆(5)的顶端外表面固定安装有位于活动槽(13)内部的握把(4)，所述搅拌器主体(1)的内部远离支撑杆(2)的一侧固定安装有支撑板(8)，且支撑板(8)的上方设置有压板(6)，所述压板(6)的下端外表面靠近两端的位置均设置有固定安装在搅拌器主体(1)内壁上的挡板(9)，且压板(6)的上端外表面中间位置开设有通槽(7)，所述支撑板(8)的上端外表面中间位置开设有限位槽(11)，所述限位槽(11)的内表面底端设置有溶液瓶(10)，且溶液瓶(10)的顶端贯穿通槽(7)。
5.根据权利要求4所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，其特征在于：所述搅拌器主体(1)靠近支撑板(8)的一侧外表面开设有进水口。
6.根据权利要求4所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，其特征在于：所述活动槽(13)的内表面靠近下端的位置与搅拌杆(5)的外表面靠近顶端的位置均设置有螺纹，螺纹的旋转系数相同。
7.根据权利要求4所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，其特征在于：所述握把(4)的外表面靠近下端的位置紧贴活动槽(13)的内表面，且握把(4)的外表面靠近顶端的位置设置有防滑纹。
8.根据权利要求4所述的用于食品接触的可降解环保包装材料的制备设备，其特征在于：所述活动槽(13)、通槽(7)与限位槽(11)位于同一轴线上，且通槽(7)的直径小于限位槽(11)的直径。
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