CN105885110B - 一种可降解包装膜材料、制备方法及应用 - Google Patents

一种可降解包装膜材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解包装膜材料，其原料由以下质量浓度百分比的组分组成：0.90‑1.10％的稻草秸秆纤维、2.80‑3.20％的玉米交联淀粉、2.70‑3.30％的聚乙烯醇‑羧甲基纤维素混合液、2.10‑2.50％的乙二醛、3.50‑4.00％的甘油、85.90‑88.00％的去离子水，且聚乙烯醇‑羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成。本发明的可降解包装膜材料，与普通的玉米淀粉薄膜相比，拉伸强度提高了122％以上，拉伸率提高了28％以上，透湿量降低了11％以上，不易破损、阻隔性能好且制作成本低；在4℃时，草莓和桑葚的保鲜时间长达8d，且具有良好的降解效果。此外，本发明还提供了一种可降解包装膜材料的制备方法。

Description

一种可降解包装膜材料、制备方法及应用
技术领域
本发明属于食品包装材料技术领域，具体涉及一种可降解包装膜材料，本发明还涉及一种可降解包装膜材料的制备方法及应用。
背景技术
随着科技进步、人们文化道德素质的提高，人们对于食品保鲜包装的安全性及环保性有了更高的要求，可降解包装膜材料或者完全生物降解包装材料已经成为食品包装材料技术领域的发展趋势。完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纤维素、甲壳质)或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得，是一种新型的可以取代塑料的无污染的生鲜农产品保鲜包装材料，其在食品包装中具有良好的应用前景。
然而，现有的一些淀粉基复合包装材料机械性能差、耐水性差、制作成本高、不易回收，将其直接用作食品包装材料，存在保鲜效果较差且容易损坏的问题。
发明内容
本发明提供的一种可降解包装膜材料、制备方法及应用，可以解决现有的一些淀粉基复合包装材料机械性能差、耐水性差、制作成本高、不易回收，将其直接用作食品包装材料，存在保鲜效果较差且容易损坏的问题。
本发明的第一个目的是提供一种可降解包装膜材料，其原料由以下质量浓度百分比的组分组成：0.90-1.10％的稻草秸秆纤维、2.80-3.20％的玉米交联淀粉、2.70-3.30％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.10-2.50％的乙二醛、3.50-4.00％的甘油、85.90-88.00％的去离子水，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成。
优选的，本发明的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由1.00％的稻草秸秆纤维、3.00％的玉米交联淀粉、3.00％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.28％的乙二醛、3.79％的甘油、86.93％的去离子水组成。
优选的，本发明的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由0.90％的稻草秸秆纤维、2.85％的玉米交联淀粉、3.20％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.45％的乙二醛、3.50％的甘油、87.10％的去离子水组成。
优选的，本发明的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由1.10％的稻草秸秆纤维、3.20％的玉米交联淀粉、2.80％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.15％的乙二醛、3.90％的甘油、86.85％的去离子水组成。
本发明的第二个目的是提供一种可降解包装膜材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是0.90-1.10％的稻草秸秆纤维、2.80-3.20％的玉米交联淀粉、2.70-3.30％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.10-2.50％的乙二醛、3.50-4.00％的甘油、85.90-88.00％的去离子水，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，上述各原料组分的质量浓度百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分离子水充分混匀，并于90-95℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于80-90℃水浴搅拌25-35min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，静置10-20min，之后于75-85℃干燥2.5-3.5h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料。
本发明的第三个目的是提供一种可降解包装膜材料在制备草莓保鲜袋和桑葚保鲜袋中的应用。
本发明的可降解包装膜材料，与普通的玉米淀粉薄膜相比，拉伸强度提高了122％以上，拉伸率提高了28％以上，透湿量降低了11％以上，不易破损、阻隔性能好且制作成本低；在4℃时，草莓和桑葚的保鲜时间长达8d；此外，在土埋第50d时，本发明可降解包装膜材料的失重率达到50％以上，土埋更长时间则可以完全降解，具有良好的降解效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但不应理解为本发明的限制。
本发明一种可降解包装膜材料，其原料由以下质量浓度百分比的组分组成：0.90-1.10％的稻草秸秆纤维、2.80-3.20％的玉米交联淀粉、2.70-3.30％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.10-2.50％的乙二醛、3.50-4.00％的甘油、85.90-88.00％的去离子水，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成。
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种可降解包装膜材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是0.90-1.10％的稻草秸秆纤维、2.80-3.20％的玉米交联淀粉、2.70-3.30％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.10-2.50％的乙二醛、3.50-4.00％的甘油、85.90-88.00％的去离子水，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，上述各原料组分的质量浓度百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分去离子水充分混匀，并于90-95℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于80-90℃水浴搅拌25-35min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，玻璃板上液体厚度为2.50-2.60mm，静置10-20min，之后于75-85℃干燥2.5-3.5h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料，且可降解包装膜材料的厚度为0.157-0.159mm。
优选的，本发明一种可降解包装膜材料，包括以下实施例：
实施例1
实施例1的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由1.00％的稻草秸秆纤维、3.00％的玉米交联淀粉、3.00％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.28％的乙二醛、3.79％的甘油、86.93％的去离子水组成，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是1.00％的稻草秸秆纤维、3.00％的玉米交联淀粉、3.00％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.28％的乙二醛、3.79％的甘油、86.93％的去离子水；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分去离子水充分混匀，并于90℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液，其中去离子水的使用量占总去离子水质量的一半；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于85℃水浴搅拌30min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，玻璃板上液体厚度为2.55mm，静置15min，之后于80℃干燥3h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料，且可降解包装膜材料的厚度为0.158mm。
实施例2
实施例2的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由0.90％的稻草秸秆纤维、2.85％的玉米交联淀粉、3.20％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.45％的乙二醛、3.50％的甘油、87.10％的去离子水组成，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是0.90％的稻草秸秆纤维、2.85％的玉米交联淀粉、3.20％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.45％的乙二醛、3.50％的甘油、87.10％的去离子水；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分去离子水充分混匀，并于94℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液，其中去离子水的使用量占总去离子水质量的一半；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于90℃水浴搅拌25min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，玻璃板上液体厚度为2.50mm，静置20min，之后于85℃干燥2.5h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料，且可降解包装膜材料的厚度为0.157mm。
实施例3
实施例3的可降解包装膜材料，其原料按质量浓度百分比由1.10％的稻草秸秆纤维、3.20％的玉米交联淀粉、2.80％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.15％的乙二醛、3.90％的甘油、86.85％的去离子水组成，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是1.10％的稻草秸秆纤维、3.20％的玉米交联淀粉、2.80％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.15％的乙二醛、3.90％的甘油、86.85％的去离子水；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分去离子水充分混匀，并于92℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液，其中去离子水的使用量占总去离子水质量的一半；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于82℃水浴搅拌35min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，玻璃板上液体厚度为2.60mm，静置13min，之后于75℃干燥3.5h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料，且可降解包装膜材料的厚度为0.159mm。
需要说明的是，本发明实施例中的稻草秸秆纤维可以有多种获得方式，其中一种就是将稻草秸秆进行碱处理后得到稻草秸秆纤维，稻草秸秆的碱处理方如下：将稻草秸秆粉碎，过80目筛，获得稻草秸秆颗粒，向稻草秸秆颗粒中加入NaOH溶液，得到稻草秸秆颗粒混合液，其中NaOH溶液中NaOH的质量浓度为20g/L，稻草秸秆颗粒混合液中稻草秸秆颗粒的质量浓度为125g/L，将稻草秸秆颗粒混合液搅拌均匀，于121℃搅拌处理1h，然后水洗残渣至中性，最后将水洗至中性的残渣于65℃烘干，得到稻草秸秆纤维。
实施上述发明实施例的过程中，分别选取稻草秸秆纤维、玉米交联淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维、乙二醛、甘油的添加量为可变因素，利用单因素试验方法，确定各因素的最优值，测试可降解包装膜材料的厚度、机械性能、透气性能、透湿量，从而确定优选的可降解包装膜材料各组分的质量浓度百分比。
将市售的普通玉米淀粉薄膜与实施例1-3中优选的可降解包装膜材料的表征产品性能的各参数，比如拉伸强度、拉伸率、透二氧化碳系数和透湿量，结果如表1所示。
由表1的结果可知，与普通玉米淀粉薄膜相比，实施例1-3的可降解包装膜材料具有以下突出的效果：
(1)实施例1-3的可降解包装膜材料，其表征产品机械性能的拉伸强度分别提高了122.60％、124.60％和123.00％，拉伸率分别提高了28.33％、29.11％和28.65％，不易破损；
(2)实施例1-3的可降解包装膜材料，其表征产品阻隔性能的透湿量分别降低了12.19％、13.80％和11.83％，阻隔性能较好。
表1表征产品性能的各参数
为了验证本发明可降解包装膜材料对于草莓和桑葚的贮藏保鲜效果，其中草莓保鲜效果的测定方案如下：挑选大小均一、成熟度近似、无机械损伤、无生理病害的新鲜草莓葚，分成15组，每组重量为90-100g，分别置于一次性透明塑料盒中。分别用本发明实施例1中的可降解包装膜材料和LDPE膜进行密封包装，然后将样品放入4℃的条件下保存，在0d、2d、4d、6d、8d、10d分别测定草莓的失重率、腐烂率、可溶性固性物含量、维生素C的含量、菌落总数以及感官品质。
草莓的贮藏保鲜效果实验结果表明，贮藏至第6d时，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的草莓样品失重率为1.83％、腐烂率为30％，草莓中可溶性固形物的含量为4.7％、维生素C的含量为33.6％、菌落总数为6.6×103CFU/mL；而采用LDPE膜保鲜的草莓样品失重率为1.81％、腐烂率为48.33％，草莓中可溶性固形物的含量为4.6％、维生素C的含量为32.5％、菌落总数为7.2×103CFU/mL，与LDPE膜相比，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的草莓样品的腐烂率降低了18.33％，草莓中的菌落总数降低了8.3％，说明本发明的可降解包装膜材料具有良好的保鲜效果；贮藏至第8d时，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的草莓样品腐烂率为35％，仍具有较好的保鲜效果，而采用LDPE膜保鲜的草莓样品腐烂率为60％，保鲜效果已经明显下降。
桑葚保鲜效果的测定方案与草莓保鲜效果的测定方案相同，只是样品不同，故此处不再对桑葚保鲜效果的测定方案赘述。
桑葚的贮藏保鲜效果实验结果表明，贮藏至第6d时，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的桑葚样品失重率为1.99％、腐烂率为29.67％，桑葚中可溶性固形物的含量为8.3％、维生素C的含量为27.5％、菌落总数为5.2×103CFU/mL；而采用LDPE膜保鲜的桑葚样品失重率为1.98％、腐烂率为36.77％，桑葚中可溶性固形物的含量为7.6％、维生素C的含量为26％、菌落总数为6.1×103CFU/mL，与传统的LDPE膜相比，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的桑葚样品的腐烂率降低了7.10％，桑葚中的菌落总数降低了14.75％，说明本发明的可降解包装膜材料具有良好的保鲜效果；贮藏至第8d时，采用本发明可降解包装膜材料保鲜的桑葚样品腐烂率为34.88％，仍具有较好的保鲜效果，而采用LDPE膜保鲜的草莓样品腐烂率为56.90％，保鲜效果已经明显下降。
通过土埋降解实验发现，在土埋第50d时本发明可降解包装膜材料的失重率达到50％以上，土埋时间更长时则可以达到完全降解的效果，具有优良的可降解性，克服了现有塑料复合薄膜高成本，难于回收，不能完全降解等对环境污染等弊端。
本发明的可降解包装膜材料利用物理增强法，将聚乙烯醇(PVA)和羧甲基纤维素(CMC)结合使用，作为复合增强剂，增强复合膜的强度；利用膜化学交联技术，采用乙二醛作为膜化学交联剂，增强膜材料之间的相容性，从而改善复合膜的透气性和透水性；本发明可降解包装膜材料的颜色为暗黄色，丰富了包装材料的颜色；且暗黄色包装的水果可以减少光线对水果的照射，降低水果的呼吸作用，进而可以延长保鲜贮藏期。目前对于草莓、桑葚的保鲜大多是涂膜保鲜，利用复合薄膜包装保鲜的较少，本发明的可降解包装膜材料可以为草莓，桑葚提供新的保鲜材料。
普通玉米淀粉薄膜的机械性能、水溶性和透湿性差，直接作为食品包装材料，存在保鲜效果较差且容易损坏的问题。本发明在以玉米交联淀粉和稻草秸秆纤维为原材料、采用聚乙烯醇和羧甲基纤维素作为复合增强剂、乙二醛作为膜化学交联剂，目的在于增强薄膜材料的力学性能、原材料的相容性和降低膜材料的水溶性，针对玉米淀粉基包装膜的力学性能差和水溶性等方面的不足加以改进，选用玉米交联淀粉、稻草秸秆纤维为基本原料、甘油为增塑剂，利用聚乙烯醇和羧甲基纤维素作为复合增强剂以提高复合膜的力学性能、乙二醛作为交联剂改善复合膜的水溶性和材料之间的相容性，制备可降解包装膜材料，从而增强可降解包装膜材料的力学性能、原材料的相容性和降低膜材料的水溶性。此外，我国每年都会产生大量的稻草秸秆，如果紧靠燃烧秸秆的方式处理秸秆，将会严重的环境污染，以稻草秸秆作为原材料，可以实现稻草秸秆的二次利用，具有良好的经济效益和社会效益。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种可降解包装膜材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，称取质量浓度百分比是0.90-1.10％的稻草秸秆纤维、2.80-3.20％的玉米交联淀粉、2.70-3.30％的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、2.10-2.50％的乙二醛、3.50-4.00％的甘油、85.90-88.00％的去离子水，且聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液由聚乙烯醇和羧甲基纤维素按1:2的质量比例混合而成，上述各原料组分的质量浓度百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的玉米交联淀粉和部分去离子水充分混匀，并于90-95℃恒温水浴搅拌至糊化，得到玉米交联淀粉溶液；将步骤1中称取的聚乙烯醇-羧甲基纤维素混合液、稻草秸秆纤维和剩余部分去离子水充分混匀，得到第一混合液；
步骤3，将步骤1中称取的乙二醛、甘油，与步骤2中的玉米交联淀粉溶液、第一混合液充分混匀，然后于80-90℃水浴搅拌25-35min，获得第二混合液；
步骤4，将所述第二混合液流延至玻璃板上，静置10-20min，之后于75-85℃干燥2.5-3.5h，然后冷却至室温，最后将包装薄膜揭下，获得可降解包装膜材料。
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