CN107828086A - 一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺 - Google Patents

一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺，所述包装材料其由基材和抗菌剂构成，其中，所述抗菌剂由以下组分制备而成：柚皮苷、甘草酸单钾盐、金樱子棕、β‑阿朴‑8′‑胡萝卜素醛、介孔碳、科罗索酸、复合精油；所述基材由淀粉、竹粉、蛭石粉、铝矾土、聚乳酸、聚乙二醇、改性椰子纤维、过硫酸铵‑亚硫酸氢钠和乙醇制备而成。本发明制备的包装材料抗菌性能广，并且其拉伸强度和断裂伸长率在一个较佳的水平，这说明本发明的抗菌剂与基材适应性较好。此外，该包装材料的原料来源绿色安全，且抗菌性持续时间可达30个月以上，具备非常好的应用前景。

Description

一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺。
背景技术
抗菌型包装是目前最具前景的活性包装方式之一。抗菌包装技术是一种在满足传统包装工艺要求的前提下，通过在包装材料内部或者表面添加抗菌剂，缓慢向食品表面释放抗菌剂抑制食品表面微生物的生长繁殖，有效阻拦腐败菌和致病菌侵染的基础上，并且进一步与所包装产品表面直接或者经过空间介质间接反应，有效地减少、抑制、延迟食品表面微生物的生长繁殖，防止二次污染，从而实现防腐保鲜，使被包装食物得以较长时间保存、延长食品货架期的包装技术。相比于传统的将抗菌剂直接添加到食品中的方法，抗菌型包装材料具有对食品风味影响小，缓释抗菌持续时间长，且不影响食品内部口感等优势。
目前的抗菌剂主要分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂，其中无机抗菌剂主要为含银化合物、氧化锌等，其不仅安全性低、价格昂贵而且抗菌具有一定的滞后性；有机抗菌剂主要为季铵盐、胍类、有机金属化合物，其安全性和化学稳定性较差，且易产生耐药性；天然抗菌剂主要有甲壳质、壳聚糖、植物精油、茶叶以及雄黄等，其以安全、高效、绿色环保等优点而备受广泛关注和研究。在抗菌型包装材料的制备过程中，往往需要解决的问题主要有：选择安全且长期有效的抗菌剂，增强抗菌剂与基材的适应性以及提高抗菌剂广谱高效抗菌性。随着抗菌型包装材料的应用需求越来越旺盛，对于其抗菌性、安全性以及环保等性能要求也越来越高。
发明内容
为此，本发明提供一种抗菌型活性包装材料及其制备工艺，解决现有技术中至少一种技术问题。
为此，本发明提供一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7-18份、甘草酸单钾盐2-7份、金樱子棕3-9份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1-5份、介孔碳2.5-6份、科罗索酸1.2-4份、复合精油1-3份；
所述基材按重量份由淀粉16-30份、竹粉11-23份、蛭石粉7.5-12份、铝矾土4.2-9份、聚乳酸2.6-4.3份、聚乙二醇4-8.5份、改性椰子纤维11-26份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.3-4.2份和乙醇32-45份制备而成。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述复合精油为辣薄荷精油、艾叶精油、山苍子精油、花椒精油、香荚兰精油、松针精油、春黄菊精油和桂皮精油中至少三种的复配。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述复合精油为辣薄荷精油、香荚兰精油、春黄菊精油和桂皮精油按重量比为3:1.6:0.8:1的复配。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至80-95℃并搅拌混合30-60min，然后冷却至35-50℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合3-5小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在60-80℃下搅拌混合50-120min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
根据本发明的一个实施方式，其中，抗菌型活性包装材料，所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7.4-17.2份、甘草酸单钾盐2.8-6.3份、金樱子棕3.5-8份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1.2-4.5份、介孔碳2.8-5.3份、科罗索酸1.6-3.5份、复合精油1.4-2.7份；
所述基材按重量份由淀粉17-28份、竹粉12.1-20份、蛭石粉7.7-10.4份、铝矾土4.5-8份、聚乳酸2.9-4份、聚乙二醇4.3-7.8份、改性椰子纤维14-25份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.6-4份和乙醇34-42份制备而成。
为此，本发明提供抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在40-60℃下以150-300rpm的速率搅拌15-30min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在60-80℃下以100-200rpm的速率搅拌25-40min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至100-140℃保温20-40min，然后冷却至60-80℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在120-160℃、2-5MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述步骤1）中先在48℃下以250rpm的速率搅拌25min；所述步骤（1）中在70℃下以180rpm的速率搅拌30min。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述步骤2）中螺杆转速为50-120rpm。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述步骤3）中将上述造粒料加热至125℃保温35min，然后冷却至72℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在155℃、4MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
本发明的有益效果为：
本发明制备的包装材料对大肠杆菌、黄曲霉菌和金黄色葡萄球菌均有良好的抗菌性能，抗菌性能广，并且其拉伸强度和断裂伸长率在一个较佳的水平，这说明本发明的抗菌剂与基材适应性较好。此外，该包装材料的原料来源绿色安全，且抗菌性持续时间可达30个月以上，具备非常好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7份、甘草酸单钾盐2份、金樱子棕3份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1份、介孔碳2.5份、科罗索酸1.2份、复合精油1份；
所述基材按重量份由淀粉16份、竹粉11份、蛭石粉7.5份、铝矾土4.2份、聚乳酸2.6份、聚乙二醇4份、改性椰子纤维11份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.3份和乙醇32份制备而成。
所述复合精油为辣薄荷精油、艾叶精油和山苍子精油按重量比为1.5:4:2.3的复配。
所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至80℃并搅拌混合30min，然后冷却至35℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合3小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在60℃下搅拌混合50min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
上述抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在40℃下以150rpm的速率搅拌15min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在60℃下以100rpm的速率搅拌25min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，其螺杆转速为50rpm，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至100℃保温20min，然后冷却至60℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在120℃、2MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
实施例2
一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷18份、甘草酸单钾盐7份、金樱子棕9份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛5份、介孔碳6份、科罗索酸4份、复合精油3份；
所述基材按重量份由淀粉30份、竹粉23份、蛭石粉12份、铝矾土9份、聚乳酸4.3份、聚乙二醇8.5份、改性椰子纤维26份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠4.2份和乙醇45份制备而成。
所述复合精油为花椒精油、香荚兰精油、松针精油、春黄菊精油和桂皮精油按重量比为1.2:2.6:1:3:0.5的复配。
所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至95℃并搅拌混合60min，然后冷却至50℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在80℃下搅拌混合120min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
上述抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在60℃下以300rpm的速率搅拌30min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在80℃下以200rpm的速率搅拌40min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，其螺杆转速为120rpm，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至140℃保温40min，然后冷却至80℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在160℃、5MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
实施例3
一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7.4份、甘草酸单钾盐2.8份、金樱子棕3.5份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1.2份、介孔碳2.8份、科罗索酸1.6份、复合精油1.4份；
所述基材按重量份由淀粉17份、竹粉12.1份、蛭石粉7.7份、铝矾土4.5份、聚乳酸2.9份、聚乙二醇4.3份、改性椰子纤维14份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.6份和乙醇34份制备而成。
所述复合精油为辣薄荷精油、花椒精油、香荚兰精油、春黄菊精油按重量比为2:3:1.2:0.4的复配。
所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至85℃并搅拌混合45min，然后冷却至40℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合4小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在75℃下搅拌混合68min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
上述抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在50℃下以250rpm的速率搅拌20min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在70℃下以180rpm的速率搅拌30min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，其螺杆转速为85rpm，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至120℃保温35min，然后冷却至70℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在140℃、4MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
实施例4
一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷17.2份、甘草酸单钾盐6.3份、金樱子棕8份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛4.5份、介孔碳5.3份、科罗索酸3.5份、复合精油2.7份；
所述基材按重量份由淀粉28份、竹粉20份、蛭石粉10.4份、铝矾土8份、聚乳酸4份、聚乙二醇7.8份、改性椰子纤维25份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠4份和乙醇42份制备而成。
所述复合精油为艾叶精油、山苍子精油、香荚兰精油和松针精油按重量比为1.5:3:2.2:4的复配。
所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至90℃并搅拌混合45min，然后冷却至50℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合5小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在75℃下搅拌混合80min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
上述抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在58℃下以200rpm的速率搅拌15-30min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在75℃下以140rpm的速率搅拌35min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，其螺杆转速为100rpm，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至130℃保温35min，然后冷却至75℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在145℃、5MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
实施例5
一种抗菌型活性包装材料，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷12.8份、甘草酸单钾盐4.3份、金樱子棕6.2份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛2.4份、介孔碳3.3份、科罗索酸2.1份、复合精油1.5份；
所述基材按重量份由淀粉23份、竹粉14.6份、蛭石粉8.2份、铝矾土5.6份、聚乳酸3.4份、聚乙二醇5.2份、改性椰子纤维17.4份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠2.3份和乙醇38份制备而成。
所述复合精油为辣薄荷精油、香荚兰精油、春黄菊精油和桂皮精油按重量比为3:1.6:0.8:1的复配。
所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至85℃并搅拌混合45min，然后冷却至40℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合5小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在68℃下搅拌混合85min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
上述抗菌型活性包装材料的制备工艺，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在48℃下以250rpm的速率搅拌25min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在70℃下以180rpm的速率搅拌30min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，其螺杆转速为70rpm，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至125℃保温35min，然后冷却至72℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在155℃、4MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
对比例1
本对比例基本同实施例1，不同之处在于：本对比例中不含有金樱子棕、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛和改性椰子纤维及其相关步骤。
性能测试
对以上实施例和对比例进行相关性能测试，其测试结果如下表所示：
通过上表可知，本发明制备的包装材料对大肠杆菌、黄曲霉菌和金黄色葡萄球菌均有良好的抗菌性能，抗菌性能广，并且其拉伸强度和断裂伸长率在一个较佳的水平，这说明本发明的抗菌剂与基材适应性较好。此外，该包装材料的原料来源绿色安全，且抗菌性持续时间可达30个月以上，具备非常好的应用前景。

Claims (10)

1.一种抗菌型活性包装材料，其特征在于，其由基材和抗菌剂构成，其中，
所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7-18份、甘草酸单钾盐2-7份、金樱子棕3-9份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1-5份、介孔碳2.5-6份、科罗索酸1.2-4份、复合精油1-3份；
所述基材按重量份由淀粉16-30份、竹粉11-23份、蛭石粉7.5-12份、铝矾土4.2-9份、聚乳酸2.6-4.3份、聚乙二醇4-8.5份、改性椰子纤维11-26份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.3-4.2份和乙醇32-45份制备而成。
2.根据权利要求1所述的抗菌型活性包装材料，其特征在于，所述复合精油为辣薄荷精油、艾叶精油、山苍子精油、花椒精油、香荚兰精油、松针精油、春黄菊精油和桂皮精油中至少三种的复配。
3.根据权利要求1所述的抗菌型活性包装材料，其特征在于，所述复合精油为辣薄荷精油、香荚兰精油、春黄菊精油和桂皮精油按重量比为3:1.6:0.8:1的复配。
4.根据权利要求1-3任一所述的抗菌型活性包装材料，其特征在于，所述抗菌剂的制备步骤为：首先，按重量份，将柚皮苷、金樱子棕和β-阿朴-8′-胡萝卜素醛加入水中，升温至80-95℃并搅拌混合30-60min，然后冷却至35-50℃，加入科罗索酸、甘草酸单钾盐、介孔碳和复合精油，搅拌混合3-5小时，随后置于0-5℃下储存48小时，取出后过滤，将滤渣冷冻干燥，制成冻干粉，即得抗菌剂。
5.根据权利要求1所述的抗菌型活性包装材料，其特征在于，所述改性椰子纤维的制备步骤为：将乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂和二甲基琥珀酸酐混合均匀，然后加入椰子纤维，在60-80℃下搅拌混合50-120min，置于烘箱中烘干至含水量小于1%，即得改性椰子纤维，其中所述乙醇、水、冰乙酸、硅烷偶联剂、二甲基琥珀酸酐和椰子纤维的重量比为5:10:2:0.5:1.2:2。
6.根据权利要求1至5任一所述的抗菌型活性包装材料，其特征在于，所述抗菌剂由以下重量份的组分制备而成：柚皮苷7.4-17.2份、甘草酸单钾盐2.8-6.3份、金樱子棕3.5-8份、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛1.2-4.5份、介孔碳2.8-5.3份、科罗索酸1.6-3.5份、复合精油1.4-2.7份；
所述基材按重量份由淀粉17-28份、竹粉12.1-20份、蛭石粉7.7-10.4份、铝矾土4.5-8份、聚乳酸2.9-4份、聚乙二醇4.3-7.8份、改性椰子纤维14-25份、过硫酸铵-亚硫酸氢钠1.6-4份和乙醇34-42份制备而成。
7.根据权利要求1至6任一所述的抗菌型活性包装材料的制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：
步骤1）将淀粉、竹粉、聚乳酸加入高速混合机中，先在40-60℃下以150-300rpm的速率搅拌15-30min，然后加入聚乙二醇、改性椰子纤维、蛭石粉、铝矾土、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和乙醇，在60-80℃下以100-200rpm的速率搅拌25-40min，得到混合料；
步骤2）将上述混合料投入到螺杆挤出机中，在130-180℃下挤出造粒，得到造粒料；
步骤3）将上述造粒料加热至100-140℃保温20-40min，然后冷却至60-80℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在120-160℃、2-5MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
8.根据权利要求6所述的抗菌型活性包装材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤1）中先在48℃下以250rpm的速率搅拌25min；所述步骤（1）中在70℃下以180rpm的速率搅拌30min。
9.根据权利要求7所述的抗菌型活性包装材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤2）中螺杆转速为50-120rpm。
10.根据权利要求7所述的抗菌型活性包装材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤3）中将上述造粒料加热至125℃保温35min，然后冷却至72℃，加入抗菌剂混合均匀，随后置于压延机上，在155℃、4MPa下制备得到抗菌型活性包装材料。
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