CN102211689A - 细菌纤维素可食性包装产品及其生产方法 - Google Patents

Abstract

细菌纤维素可食性包装产品及其生产方法，主要目的是提供一种可食性的食品包装材料及其制备方法，属于生物技术与食品包装材料技术领域。本发明利用椰子汁、佛手瓜汁、冬瓜汁等果蔬汁为原料，以木醋杆菌或巴氏醋杆菌为菌种，发酵生产细菌纤维素膜，再依次经碱和双氧水处理，并经干燥后制备成为可食性食品包装产品。

Description

细菌纤维素可食性包装产品及其生产方法

技术领域

本发明涉及细菌纤维素可食性包装产品及其生产方法，属于生物技术与食品包装材料技术领域。

背景技术

目前，市场上的食品包装材料以源自于石油的塑料制品为主。这种材料的优点是价格低廉，方便携带。材料本身性能稳定，因此可让食品长期贮存。但这种包装材料也存在严重的缺陷。一是这些材料都不可再生、不可降解，对环境造成很大的压力；二是材料本身也可能成为食品污染源。开发新的绿色食品包装材料替代塑料包装，是社会经济发展的必然选择。目前，聚乳酸、天然纤维材料等均是良好的绿色包装材料。除此之外，以淀粉、蛋白质、脂肪、多糖等加工成的可食性包装材料，因可同时兼顾包装与营养两重功效，不会产生环境矛盾，成为近年来的开发热点。

淀粉类可食性包装材料指将淀粉、成型剂与粘胶一起混合搅拌，然后经过热压等方式加工成包装薄膜或容器。所用的淀粉包括玉米、红薯、土豆、小麦、魔芋等。所用的粘胶为对人体无毒的植物或动物胶，如明胶、琼脂、天然树脂胶等。蛋白质膜有大豆分离蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麦面筋蛋白膜、乳清蛋白膜等。蛋白膜做包装材料具有良好的弹性、强度和防潮性，但成本一般较高。脂肪类可食性包装材料是利用食物中脂肪纤维的致密性制成的。可用的脂肪包括植物油型薄膜、动物脂型薄膜和蜡质纸型薄膜等。植物油型薄膜所用的脂肪系从植物油中提取的。动物脂型薄膜可从动物油脂，如猪油中提取。蜡质型薄膜中的脂肪一般来源与蜂蜡、巴西棕榈等材料。多糖类可食性包装材料主要利用了多糖的凝胶作用。用于制备此类包装材料的多糖一般来源于微生物发酵制备或淀粉水解制备。例如，利用红薯、土豆、谷物等淀粉经微生物发酵可制备茁酶多糖，并以此为原料经过涂布等工艺环节制成茁酶多糖薄膜。又例如利用短梗霉发酵生产短梗霉多糖，利用流涎法喷膜。另外，还有综合利用以上可食性材料加工制备的复合型可食性薄膜。

细菌纤维素由微生物(主要为细菌)发酵形成的一类纤维素，是葡萄糖以β-1，4-糖苷链连接形成的高分子化合物，它与植物纤维素化学组成非常相似，因其在吸水性、物理和机械性能等诸多方面的优良性能，在医药、生物医学工程、造纸和食品工业等领域中具有广泛的应用前景，是国际生物医用材料研究的热点之一。

细菌纤维素可食性包装制品及其生产方法与专利CN101372536、CN101365264、CN101234299、CN101215388等在膜的制备方法与膜的用途上不同。CN101372536将细菌纤维素经改性处理后与软脂酸钠、硬脂酸钠等材料混合涂膜。与本专利相比，一是成膜方法不同，本专利不需涂膜，一次性成膜；二是本专利所涉及的膜为可食性。CN101365264为用细菌纤维素制备音响振膜。CN101234299将细菌纤维素经处理后制备成水处理吸附剂。CN101215388将细菌纤维素粉碎后，再与其它材料一起涂布成用于医疗领域的膜。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可食性的食品包装材料及其制备方法，替代石油类塑料，缓解石油材料造成的环境矛盾。

本发明所制备的细菌纤维素生物可食性膜，其特征在于属于平面膜，厚度为0.2mm～10mm，颜色为乳白色或褐色，可在上面用可食性颜料印刷标签，弹性、强度好，可用作食品包装材料，特别是用作食品内包装袋、垫纸、包底纸、隔油纸、馒头纸等材料，可包装油性、水性、液态、颗粒状、粉装等食品。

进一步将细菌纤维素生物可食性膜制备成为食品包装袋、垫纸、包底纸、隔油纸、馒头纸等材料，其特征为包装材料可随所包食物一起食用；该包装袋经水浸泡后会吸水溶胀，不影响食用。该包装袋若用作食品外包装，包装本身存在污染的风险，不易继续食用。

本发明所制备的细菌纤维素可食性包装产品主要有益效果在于提供了一种绿色食品包装方案。该包装材料经消费者随所包食品一起食用后，一方面可补充人体所需的膳食纤维，另一方面不会产生环境垃圾，有效减少不可降解材料在食品包装领域的用量，缓解不可降解包装材料对环境造成的污染压力。目前的食品包装材料主要以不可降解的塑料制品为主，这些材料使用后在自然界长期存在，给环境造成了极大压力。开发绿色可降解材料替代不可降解材料是今后的必然趋势。

本发明是通过以下技术方案实施的：

(1)以椰子、或佛手瓜、或菠萝、或柑桔等天然果蔬榨汁，经活性炭或有机溶剂萃取等方法脱色，通过过滤或离心除去不溶物，并添加MgSO₄(浓度0.01％～0.5％)、KH₂PO₄或K₂HPO₄(浓度0.01％～0.5％)、NaCl(浓度0.01％～1.0％)等无机盐，用蔗糖或水调节培养糖浓度至1％～10％，调节pH3.0～7.0，用微滤或湿热灭菌，若用湿热灭菌，条件为温度105℃～121℃，时间10～40分钟；

(2)向制备好的培养基中接种入细菌纤维素生产菌株，可以是木醋杆菌(Acetobacterxylium)或巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteuriarnum)，然后通入无菌空气，密闭条件下搅拌培养；通风比1∶1～1∶5；温度20～39℃；搅拌转速50～400rpm；培养时间3～12小时；

(3)将培养好的菌液分装入合适的容器中在密闭条件下继续培养产生湿的细菌纤维素膜；容器厚度(窗口器厚度决定膜的厚度，二者成正比关系)为1～15cm；隔绝空气密闭培养时间为1～10天；温度控制20～39℃；

(4)培养好后收集湿膜，用0.5％～10％的NaOH处理10～30min，然后用0.5％～10％的双氧水或0.1％～1％次氯酸脱色10～30min，再通过热烘、或真空干燥、或晾干等办法干燥制备干膜；

(5)将干燥的细菌纤维素膜将膜裁剪成大小合适的膜(如果在膜的制备过程中所选容器的大小尺寸已经与包装要求吻合，则不需要裁剪)；可直接用作垫纸、包底纸、隔油纸、馒头纸等；制作包装代时，将膜材对折，边采用热压封方法封合，留下一个开口端待装入内容物后再行热压封。

以上生产过程均要求无菌以保证所制备的材料和包装袋能满足食品卫生要求。

生产工艺流程见附图1。

具体实施方式：

下面通过实施案例进一步说明本发明，并不因此将本发明的权利限定在实施案例范围之中。

实施案例1

取椰子水10L，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，过滤除不溶物，调节pH7.0，装入15L发酵罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至29℃。将经摇瓶制备的木醋杆菌种1L，火焰法接种入10L培养基中，接种量10％。搅拌转速150rpm，通风比1∶3，控制温度29℃，发酵5小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×7cm×8cm(长×宽×高)的玻璃模具中，每个装量0.8L，用保鲜膜密封，置于29℃培养箱中静止培养6天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用1％NaOH溶液浸泡20min，然后用2％双氧水浸泡30min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，在烘箱中105℃烘干，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。取出干燥好的细菌纤维素干膜对折成10cm×7cm，两边用热封机热压封口，制备成包装袋。装入10g油状方便面调味料，再完全封口，制备成方便面调味品包装袋。本包装袋所包装的食物在食用时，剪开倒出调味料，然后将包装一起放进方便面中，与方便面一起食用，可补充人体所需膳食纤维。

实施案例2

取佛手瓜汁10L，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，加热煮沸5min，破坏叶绿素，然后再过滤去除不溶物，调pH7.2，装入15L发酵罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至29℃。将经摇瓶制备的木醋杆菌种1L，火焰法接种入10L培养基中，接种量10％。搅拌转速150rpm，通风比1∶3，控制温度29℃，发酵5小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×7cm×8cm(长×宽×高)的塑料模具中，每个装量0.8L，用保鲜膜密封，置于29℃培养箱中静止培养6天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用0.8％NaOH溶液浸泡30min，然后用1.5％双氧水浸泡40min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，在烘箱中105℃烘干，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。取出干燥好的细菌纤维素干膜对折成10cm×7cm，两边用热封机热压封口，制备成包装袋。取10g粉末状方便面调味料，再完全封口，制备成方便面调味品包装袋。

实施案例3

取佛手瓜汁80L，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，加热煮沸5min，破坏叶绿素，然后再过滤去除不溶物，调pH7.2。取10L，装入15L种子罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至28℃。将经摇瓶制备的木醋杆菌种1L，火焰法接种入10L培养基中，接种量10％。搅拌转速150rpm，通风比1∶3，控制温度28℃，发酵8小时。剩余70L装入100L发酵罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至28℃。通过压差法送种，搅拌转速150rpm，通风比1∶2，控制温度28℃，发酵4小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×8cm×8cm(长×宽×高)的不锈钢模具中，每模具装料1L，用保鲜膜密封，置于29℃培养箱中静止培养7天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用1.5％NaOH溶液浸泡15min，然后用3％双氧水浸泡20min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，在烘箱中105℃烘干，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。该干膜可经裁剪成不同规格的糖纸，用于糖果的内包装。消费者在食用过程中，剥掉糖果外包装后，就可以直接食用，同时补充膳食纤维。

实施案例4

取桔子汁10L，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，加热煮沸5min，破坏橙色色素，然后再过滤去除不溶物，调pH7.2，通过0.22μm微孔膜过滤除菌后，再经过火焰法装入15L发酵罐。将经摇瓶制备的巴氏醋杆菌菌种1L，火焰法接种入10L培养基中，接种量10％。搅拌转速180rpm，通风比1∶3，控制温度30℃，发酵5小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×20cm×8cm(长×宽×高)的玻璃模具中，每个装量1.2L，用保鲜膜密封，置于30℃培养箱中静止培养6天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用1％NaOH溶液浸泡20min，然后用2％双氧水浸泡30min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，在烘箱中105℃烘干，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。取出干燥好的细菌纤维素干膜用于蛋糕、面包、饼干等烘焙食品间隔材料。消费者在食用过程中，可以直接食用，同时补充膳食纤维。

实施案例5

取冬瓜汁80L，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，过滤去除不溶物，调pH7.2。取10L，装入15L种子罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至28℃。将经摇瓶制备的木醋杆菌种1L，火焰法接种入10L培养基中，接种量10％。搅拌转速150rpm，通风比1∶3，控制温度28℃，发酵8小时。剩余70L装入发酵罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至28℃。通过压差法送种，搅拌转速150rpm，通风比1∶2，控制温度28℃，发酵4小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×8cm×8cm(长×宽×高)的不锈钢模具中，每模具装料1L，用保鲜膜密封，置于29℃培养箱中静止培养6天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用1.5％NaOH溶液浸泡15min，然后用3％双氧水浸泡20min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，在烘箱中105℃烘干，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。该干膜可经裁剪成不同规格的糖纸，用于糖果的内包装。也可用做蛋糕包底纸或馒头纸。纸的规格可根据需求通过调节模具尺寸控制。

实施案例6

取椰子汁0.7m³，添加MgSO₄0.02％、KH₂PO₄0.02％、NaCl0.5％，加热煮沸5min，过滤去除不溶物，调pH7.2，装入1m³发酵罐，通过蒸汽加热，110℃灭菌30min，冷却水冷却至29℃。将经种子罐制备的木醋杆菌种35L，压差法接种入0.7m³培养基中，接种量5％。搅拌转速130rpm，通风比1∶4，控制温度28℃，发酵5小时。然后将发酵液分装入已经灭菌好的规格为20cm×20cm×8cm(长×宽×高)的玻璃模具中，每个装量1.2L，用保鲜膜密封，置于28℃培养箱中静止培养6天。收集长好的细菌纤维素湿膜，在无菌室中用1％NaOH溶液浸泡20min，然后用2％双氧水浸泡30min脱色，然后用无菌水冲洗至中性，放入真空干燥机干燥，制成细菌纤维素干膜，膜厚度约0.2mm。取出干燥好的细菌纤维素干膜用于蛋糕、面包、饼干等烘焙食品间隔材料。消费者在食用过程中，可以直接食用，同时补充膳食纤维。

Claims (11)

1.细菌纤维素可食性包装产品及其生产方法，其特征在于它采取以下步骤生产：

(1)以天然果蔬汁为原料，加入无机盐，经灭菌制备发酵用培养基；

(2)将制备好的培养基，接种入产细菌纤维素菌种，通气培养；

(3)将培养好的菌液分装入合适的容器中在密闭条件下继续培养产生湿的细菌纤维素膜；

(4)将湿细菌纤维素膜经碱处理，脱色，干燥，制备成干燥细菌纤维素膜；

(5)将干燥的细菌纤维素膜制备成各种可食性包装产品。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所选用的果蔬汁可以是椰子汁、佛手瓜汁、菠萝汁、柑桔汁等；果蔬经榨汁后，需过滤除去不溶物；如果蔬汁中含有色素，可经活性炭吸附、有机溶剂萃取等方法预先脱色；加入的无机盐成分包括MgSO₄(浓度0.01％～0.5％)、KH₂PO₄或K₂HPO₄(浓度0.01％～0.5％)、NaCl(浓度0.01％～1.0％)等；根据情况适度添加蔗糖或水，控制总糖1％～10％；调节pH3.0～7.0；灭菌可用微滤或湿热灭菌，若用湿热灭菌，条件为温度105℃～121℃，时间10～40分钟。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所用菌种可以是木醋杆菌(Acetobacterxylium)或巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteuriarnum)；接种后通入无菌空气，密闭条件下搅拌培养；通风比1∶1～1∶5；搅拌转速50～400rpm；培养时间3～12小时。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)所用容器可以是玻璃、铁质、不锈钢等材质，外形和尺寸可根据可食膜的形状要求设计；容器厚度为1～15cm；隔绝空气密闭培养时间为1～10天；温度控制20～39℃。

5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)所采用的碱处理方法，可用NaOH，其用量为0.5％～10％。

6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)所采用的脱色方法可以用双氧水；双氧水用量0.5％～10％；或者用次氯酸盐，用量为0.1％～1％。

7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)所采用的干燥方法可以是热烘、晒干、真空干燥等。

8.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)制备成的可食性食品包装产品可以是食品包装袋、垫纸、包底纸、馒头纸、隔油纸等；其中，可食性包装袋制备方法为先将膜裁剪成大小合适的膜(如果在膜的制备过程中所选容器的大小尺寸已经与包装要求吻合，则不需要裁剪)；再将膜材对折，边采用热压封方法封合；留下一个开口端待装入内容物后再行热压封。

9.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所有步骤均需要在无菌条件下操作，以保证材料的卫生条件满足可食用的要求。

10.由此制备的细菌纤维素生物可食性膜，其特征在于属于平面膜，厚度为0.2mm～10mm，颜色为乳白色或褐色，可用作食品包装材料，特别是食品内包装袋。

11.由此制备的细菌纤维素可食性包装产品，其特征在于包装产品可随所包食物一起食用；该包装产品经水浸泡后会吸水溶胀，不影响食用。 

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