CN107847972A - 食品包装材料的制备方法及由该方法制备而成的食品包装材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过将可吸附气体和水分的无机粉末粒子涂敷在纸张、织物或无纺织物等的原纸上来保持食品的新鲜度的食品包装材料的制备方法及由该方法制备而成的食品包装材料。根据本发明的食品包装材料的制备方法通过抑制可吸附气体和水分的无机粉末粒子在储存容器或在储存容器中通过配管移动到喷嘴等的喷射口的途中沉淀，使得易于大规模生产涂敷有包含沸石粉末和/或硅藻土粉末的涂敷液的包装材料，并且，由于本发明的食品包装材料因沸石粉末和硅藻土粉末的吸附性和吸湿性而具有优秀的水分吸附性及气体结合性，因而可提高食品的新鲜度的维持以及可保存性，并且由于涂敷材料具有环保性且对人体无害，因而可有效地利用于食品包装材料。

Description

食品包装材料的制备方法及由该方法制备而成的食品包装 材料
技术领域
本发明涉及通过将可吸附气体和水分的无机粉末粒子涂敷在纸张、织物或无纺织物等的原纸上来保持食品的新鲜度的食品包装材料的制备方法及由该方法制备而成的食品包装材料。
背景技术
随着生活质量的提高，用于保护食品的包装材料的使用量正在增加，食品包装材料不仅需要保护内容物，还需要维持内容物的质量。
一般而言，食品包装材料应具有优秀的耐水性及耐油性，为此在原纸表面涂敷作为通用树脂的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尿烷等的多种合成树脂，这种涂敷作业还需要用于赋予可塑性或热粘合性的辅助剂，在包装材料上涂敷包含这些物质的合成树脂的情况下，由于溶出有害物质，因而对人体产生不良影响，并且产生在废弃过程中排出环境激素的问题。
与此同时，食品中的蔬菜、水果等的农产品即使在收获后也会继续进行呼吸作用，由于这种呼吸作用可产生农产品枯萎、干枯现象，并且在储存或流通中产生乙烯气体、醛气体或酒精气体等，所产生的气体导致促进蔬菜或水果的成熟，因此基于这种自然熟成的软化现象，导致品质徐徐变化，且因微生物的作用而导致腐烂。
农产品不仅因如上所述的成熟现象而枯萎，还因在表面发生的蒸腾作用而枯萎，这种蒸腾作用与呼吸作用有密切的关系，因此农产品的品质变化在很大程度上受呼吸作用的影响。
为了防止食品在如上所述的储存或流通过程中易于变质，具有在流通时，将食品储存在以低温高湿的状态维持的储藏室等中的方法，但是存在如下的问题：因需要各种设备而需要很多设置费用以设置储存室，而且在储存于储存室中的食品突然暴露于室温的情况下，加速食品的变质。
作为防止食品的变质的其他方法，存在用瓦楞纸等来包装食品的方法，一般而言，作为食品包装材料来使用的瓦楞纸由内面纸和外面纸以及插入于其中间的瓦楞芯纸(corrugating medium)等构成。
但是，瓦楞纸无吸附储存食品时所产生的气体或调解湿度的功能，因此不足以防止食品的变质，存在由于食品的储存及流通过程中所产生的湿度因而降低瓦楞纸的强度的问题。为了防止上述问题，适用了在瓦楞纸表面涂敷石蜡以阻隔湿气的方式，但是这种方式也因在瓦楞纸箱内部留有湿气而导致降低食品的储存性。
为了解决如上所述的问题，本发明人提出了如下的包装材料，上述包装材料通过韩国授权专利第0788874号和第1155857号，在原纸的至少一个面涂敷具有吸湿及吸附性质的无机物质，来维持食品的新鲜度，从而防止蔬菜或水果的枯萎或变质。
在上述发明中，通过在无纺织物或纸张上涂敷包含沸石和膨润土的涂敷剂，从而借助沸石和膨润土所具有的气体吸附作用和水分的吸湿作用可长时间储存蔬菜或水果，但是，存在如下的问题：在涂敷作业过程中，因上述涂敷液的流动性低，重量较大的沸石和膨润土粉末粒子沉淀在储存容器中，而且在储存容器中，通过配管移动到喷嘴等的喷射口的途中，因沸石和膨润土粉末沉淀而堵塞配管。
由于这些问题，尽管上述发明在技术上有优越性，但是由于制备装置难以连续操作，因此存在妨碍大规模生产可维持食品的新鲜度的包装材料的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出，提供在储存或移送涂敷于食品包装材料的涂敷液的途中，使涂敷液所包含的无机粉末粒子不易于沉淀，从而通过装置的连续操作来实现食品包装材料的大规模生产的食品包装材料的制备方法及由该方法制备而成的食品包装材料。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供食品包装材料的制备方法，上述食品包装材料的制备方法包括：通过混合85～95重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物及5～15重量百分比的碳酸钙粉末来准备混合粉末的步骤；通过混合50～65重量百分比的水、5～10重量百分比的聚乳酸及25～45重量百分比的上述混合粉末来制备涂敷液的步骤；在原纸上涂敷上述涂敷液的步骤；以及对涂敷有上述涂敷液的原纸进行干燥的步骤。
此时，优选地，上述碳酸钙为轻质碳酸钙，上述碳酸钙粉末是通过细磨牡蛎壳获得的牡蛎壳粉末，上述牡蛎壳粉末是通过粉碎牡蛎壳的壳体层来制备的。
并且，优选地，上述聚乳酸为光学纯度90％以下的低熔点的聚乳酸，上述涂敷步骤为以80～500m/分钟的速度在原纸涂敷定量5～300g/m2的量的涂敷液。
并且，本发明提供食品包装材料，上述食品包装材料由上述方法制备，通过均匀混合65～81重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物、5～11重量百分比的碳酸钙粉末以及14～24重量百分比的聚乳酸来涂敷在原纸的一面或两面。
(三)有益效果
根据本发明的食品包装材料的制备方法通过抑制可吸附气体和水分的无机粉末粒子在储存容器或在储存容器中通过配管移动到喷嘴等的喷射口的途中沉淀，使得易于大规模生产涂敷所包含沸石粉末和/或硅藻土粉末的涂敷液的包装材料。
并且，由于本发明的食品包装材料因沸石粉末和硅藻土粉末的吸附性和吸湿性而具有优秀的水分吸附性及气体结合性，因而可提高维持食品的新鲜度的维持以及可保存性，并且由于涂敷材料具有环保性且对人体无害，因而可有效地利用于食品包装材料。
具体实施方式
根据本发明的食品包装材料的制备方法包括：通过混合沸石粉末和硅藻土粉末中的至少一个和碳酸钙粉末来准备混合粉末的步骤；通过混合水、聚乳酸及上述混合粉末来准备涂敷液的步骤；在原纸上涂敷上述涂敷液的步骤；以及对涂敷有上述涂敷液的原纸进行干燥的步骤。
沸石(zeolite)作为主要包含碱金属或碱土金属的多孔结晶体的硅酸铝矿物，(Si，Al)O4的四面体通过顶角氧(apical oxygen)形成三维的立体网状骨架结构，并在中央部形成大孔隙，包含水分子和可交换性阳离子。
由于水分子不会因低温加热而易于去除，或沸石的结构的骨架不会变，因此可吸收空气中的水分，其化学组成可以表示为Wy(Si，Al)(O2xnH2O)，W主要是由钠(Na)和钙(Ca)组成，并且也包含钾(K)、镁(Mg)、钡(Ba)、锂(Li)等。
沸石具有规定大小的细孔经，可选择性地通过比上述细孔经小的分子并吸附，并且借助位于结晶结构内的阳离子作用而选择性地强力吸附不饱和碳氢化合物或极性物质，同时，上述阳离子可以容易地与其他阳离子交换，从而具有去除有害物质、浓缩及回收有用成分的功能，同时，通过用阴离子取代部分阳离子以具有抗菌性，从而发挥维持食品的质量和维持鲜度的效果。
硅藻土(diatomite)是由积累作为单细胞生物的硅藻类的遗骸形成的岩石或沉积物，主要由二氧化硅(SiO2)组成，其大部分由非晶质二氧化硅组成，其中存在若干的结晶质二氧化硅，由于作为多孔质的硅藻本身的复杂结构和壳的一次和二次孔隙，密度非常低，因硅藻的微孔(cell)中有无数的空隙，可滤除杂质粒子，并且由于具有优秀的绝热性、耐火性、耐化学性，因而广泛用于吸附剂、肥料、绝缘材料和研磨剂等。
如上所述，沸石粉末和硅藻土粉末由于由微细的开放微孔形成的无数的孔隙形状和其内部空间的大表面积所表示的结构功能，因此通过涂敷其来制备的食品包装材料具有优秀的水分吸收能力、与氨气体、碳酸气体、硫化氢气体等的气体的结合能力及重金属的吸附能力。
碳酸钙(calcium carbonate)作为无色的结晶或白色的固体，不溶于纯水，但溶于包含二氧化碳的水中形成碳酸氢钙(calcium hydrogen carbonate)，当酸作用于碳酸钙时，会产生二氧化碳。
这种碳酸钙对人体无害，对各种有害细菌或微生物具有抗菌及杀菌力，其不仅具有硬度、隔热、吸湿、隐蔽性优秀的增量剂和增强剂的功能，还起到通过分散在水中并形成悬浮液，同时调节沸石粉末和硅藻土粉末的流通性的作用。
根据力度和制备工序，碳酸钙可分为重质碳酸钙(ground calcium carbonate)和轻质碳酸钙(precipitated calcium carbonate)，一般而言，重质碳酸钙是通过粉碎、分级石灰石的物理方法来制造，轻质碳酸钙是通过过滤、干燥、粉碎将二氧化碳吹入石灰乳来形成的沉淀物的化学方法来制备。
虽然没有明确定义重质碳酸钙的粒子大小，但大约指直径为1μm以上，通常为1～45μm左右，轻质碳酸钙的粒子大小为小于1μm，与重质碳酸钙相比轻质碳酸钙的粒子小，比表面积大，粒度分布窄，因此在增加水中的分散稳定型及沸石粉末和硅藻土粉末的流动性的方面，优选使用轻质碳酸钙。
作为上述碳酸钙粉末可使用细磨作为贝类养殖业的副产物的牡蛎壳(oystershell)的牡蛎壳粉末，牡蛎壳的主要成分为方解石结构的碳酸钙，除此之外还包含磷(phosphorus)成分，因此当在原纸涂敷包含牡蛎壳粉末的涂敷液时，生成磷酸钙以提高强度，作为天然的多孔性无机物，对基于热冲击的收缩、膨胀具有稳定性，从而可抑制涂敷液在原纸上干燥后产生的龟裂。
观察牡蛎壳的剖面，牡蛎壳由致密的板状结构的片层(sheet layer)和比表面积大的多孔性结构的壳体层(bulky layer)构成，在化学组成和结构上存在不同，本发明优选使用多孔性结构的壳体层，以便吸收更多的作为本发明的包装对象物的食品所产生的气体和水分。
如上所述，代替碳酸钙回收利用作为海洋渔业废弃物的牡蛎壳，从而可减少环境污染，节约资源，因而环保，并且由于对人体无害因而对人体好。牡蛎壳的壳体层具有少量的巨大气孔且具有大量的微细气孔，由这种包含牡蛎壳的壳体层的涂敷液来涂敷的包装材料由于结构致密，因而强度高，耐酸性及耐火性等的各种物理性质优秀。
为了使上述沸石粉末、硅藻土粉末及碳酸钙粉末在水中具有高分散性，这些粉末优选具有200～500目(mesh)的微细粒子大小，粒子越微细，比表面积越大，为了对这种微细粒子赋予流动性，水一边包围粒子表面，一边填充粒子与粒子之间的空间，因此这些粉末粒子的分散性变大。
通过混合85～95重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物及5～15重量百分比的碳酸钙粉末来制备混合粉末后，通过混合50～65重量百分比的水、5～10重量百分比的聚乳酸及25～45重量百分比的上述混合粉末来准备涂敷液。
作为上述涂敷液的水起到通过分散混合粉末来赋予流动性的作用和当将涂敷液涂敷在原纸时帮助形成覆盖层的作用，并且与有机溶剂不同，不会留下对覆盖层产生不良影响的残留物。
聚乳酸(polylactic acid)是由植物提取的以淀粉为原料的疏水性(hydrophobic)的结晶性聚酯的一种，具有－[O(CH3)CHOC]n-的重复单元，并执行时上述涂敷液粘附在原纸上的粘结剂的作用。
由于聚乳酸以作为也存在于生物体内的天然有机化合物的乳酸作为基本组成单元，因而在利用生物质(biomass)的可生物降解的高分子中具有最优秀的稳定型和食品卫生性，而且在力学特性、耐热性、经济性方面具有优势。
在聚乳酸存在聚－L－乳酸、聚－D－乳酸的光学异构体(optical isomer)，其中光学纯度(optical purity)低的一方熔点低，因此为增加粘结性能，优选使用光学纯度为90％以下的低熔点的聚乳酸。
基于低熔点的聚乳酸的粘结性能的增加可减少聚乳酸的混合量，因此相对地增加沸石粉末、硅藻土粉末、碳酸钙粉末的混合量，从而具有更加提高食品包装材料的气体及水分吸附性能的效果。并且，聚乳酸的混合量的减少降低基于粘结成分的上述无机粉末的凝集可能性，从而优选防止涂敷液中的无机粉末粒子沉淀在底部。
上述涂敷液为无机粉末粒子分散在水中的悬浮液(suspension)状态，沸石粉末、硅藻土粉末、牡蛎壳粉末由多孔性结构形成，从而在粉末粒子表面吸附聚乳酸，吸附上述聚乳酸的无机粉末粒子由于疏水性的相互作用而产生立体排斥(steric repulsion)，并且基于其的排斥力稳定地分散在悬浮液中，不沉淀。
如上所述，包含在屠夫也中的重量大的沸石粉末或硅藻土粉末借助碳酸钙增加了流动性，借助离子之间的排斥力提高分散稳定性，从而减少在储存容器或在储存容器中通过配管移动到喷嘴等的喷射口的途中沉淀。
接着，通过将上述涂敷液涂敷在纸张、织物或无纺织物等的原纸，并在60～350℃的温度下干燥，来制备食品包装材料，涂敷量没有特别限定，但是，优选为定量5～300g/m2，更优选为20～60g/m2，此时的涂敷速度优选为80～500m/分钟，更优选为200～300m/分钟。
上述涂敷液的涂敷可通过基于刮刀涂布机(coater)、刮刀涂布机、凹版涂布机、丝网涂布机、辊涂机、喷涂机等的涂敷方法或浸渍方法来以片状(sheet form)或膜状(filmform)形成覆盖层，可通过利用加热辊(heating roll)等来在60～350℃的温度下加热干燥，也可以在一面或两面上进行层压(laminate)加工或熔融挤压来同时挤压多层T-模(T-die)，从而形成覆盖层。
在如上所述制备的食品包装材料中，涂敷在原纸上的涂敷液在干燥过程中去除水分，从而成为在原纸的一面或两面涂敷65～81重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物、5～11重量百分比的碳酸钙粉末及14～24重量百分比的聚乳酸的状态。
以下，参考下述实施例、比较例及试验例来对本发明进行更详细的说明。
然而，本发明所属技术领域的普通技术人员可以明确地了解到下述实施例仅用于例示本发明，本发明不受以下实施例的限制，只要在不脱离本发明的技术思想的范围的情况下，可以进行取代及变更为等同的其他实施例。对于本发明所属领域的技术人员而言是显而易见的。
实施例1～4及比较例1～8
通过按照以下表1的组成比混合沸石粉末、硅藻土粉末、碳酸钙粉末后，按照以下表1的组成比混合水、聚乳酸、上述混合的粉末，来准备涂敷液。
[表1]
混合组成比
测定试验例1粉末的沉降速度
将在上述实施例1～4及比较例1～8准备的涂敷液以30rpm搅拌2分钟后，停止搅拌，观察涂敷液中的粉末的沉淀，测定粉末开始沉淀在底部时的时间，并在下表2中示出。
[表2]
沉降速度测定结果
沉降速度(分：秒)
实施例1 5:30
实施例2 5:24
实施例3 5:35
实施例4 5:18
比较例1 4:18
比较例2 4:13
比较例3 4:24
比较例4 4:20
比较例5 3:45
比较例6 3:48
比较例7 3:42
比较例8 3:38
从上述表2中可知，在没有混合碳酸钙粉末的比较例5～8中，粉末的沉降最快，在混合了少量的5重量百分比的碳酸钙粉末的比较例1～4中，粉末的沉淀稍慢，相反地，在混合了10重量百分比的碳酸钙粉末的实施例1～4中，示出最慢的5分以上的沉降速度。
如上所述，可以看出，由于投入碳酸钙，包含在涂敷液中的沸石粉末和硅藻土粉末的流动性和分散稳定性增加，当碳酸钙粉末相对于沸石粉末和硅藻土粉末以适当的比例混合时，可有效地降低粉末的沉降速度。
实施例5
在搅拌容器加入900g的蒸馏水和100g的氢氧化钙，搅拌制成悬浮液后，一边以500rpm搅拌，一边以15ml/分钟的速度供给二氧化碳，来进行反应。
上述反应后，过滤及干燥所生成的沉淀物，并以300目进行粉碎，从而制备轻质碳酸钙粉末。
代替在上述实验力1中被测定为流动性和分散稳定性最优秀的实施例3的碳酸钙粉末使用了上述制备的轻质碳酸钙粉末，除此之外以与上述实施例3相同的方法准备了涂敷液。
实施例6
清洗干净牡蛎壳，用粉碎机细粉碎后，使其通过300目的筛，来制备牡蛎壳粉末。
代替上述实施例3的碳酸钙粉末使用上述制备的牡蛎壳粉末，除此之外以与上述实施例3相同的方法准备了涂敷液。
实施例7
将牡蛎壳清洗干净后，手工分离牡蛎壳的片层和壳体层，用粉碎机仅细粉碎分离的壳体层，使其通过300目的筛，来制备牡蛎壳壳体层粉末。
代替上述实施例3的碳酸钙粉末使用了上述制备的牡蛎壳壳体层粉末，除此之外以与上述实施例3相同的方法准备了涂敷液。
实施例8
作为上述实施例3的聚乳酸使用了80％的光学纯度的聚乳酸，除此之外以与上述实施例3相同的方法准备了涂敷液。
试验例2：测定涂敷液的分散稳定性
将上述实施例3及实施例5～8中准备的涂敷液充分混合后，填充到高度为320mm、容量为250ml的玻璃量筒，定置3个小时，以30分的间隔测定沉淀物的高度，并在下表3中示出。
[表3]
沉淀物高度测定结果(单位：mm)
观察上述表3，在利用牡蛎壳的壳体层制备涂敷液的实施例7中，沉淀最慢，在使用80％的光学纯度的聚乳酸的实施例8中，沉淀最快。从上述结果可判断出，由于比表面积大的多孔性结构的牡蛎壳壳体层吸附更多的聚乳酸，随着立体排斥的变大，分散稳定性增加，由于与90％的光学纯度的聚乳酸相比80％的光学纯度的聚乳酸的粘结性能大，因而随着凝集无机粉末粒子而促进沉淀。
在使用整个牡蛎壳的实施例6的情况下，初始沉降速度高，但是随着时间经过，沉降逐渐减少，推测这是因为，作为致密的扮装结构的牡蛎壳片层成分先沉淀后，与普通碳酸钙相比多孔性结构的壳体层沉淀晚。
从与实施例3相比，使用轻质碳酸钙粉末的实施例5的沉降延迟的结果可知，若使用粒子小、比表面积大的轻质碳酸钙，则可以进一步提高无机粉末粒子的分散稳定性。
如上所述，在根据本发明的食品包装材料的制备方法中，由于涂敷液中的无机粉末粒子不易于沉淀，储存或移送中不会导致装置的故障，因此本发明的制备食品包装材料的装置可连续操作，从而可易于大规模生产涂敷沸石粉末和/或硅藻土粉末的食品包装材料。

Claims (7)

1.一种食品包装材料的制备方法，其特征在于，包括：
通过混合85～95重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物及5～15重量百分比的碳酸钙粉末来准备混合粉末的步骤；
通过混合50～65重量百分比的水、5～10重量百分比的聚乳酸及25～45重量百分比的上述混合粉末来制备涂敷液的步骤；
在原纸上涂敷上述涂敷液的步骤；以及
对涂敷有上述涂敷液的原纸进行干燥的步骤。
2.根据权利要求1所述的食品包装材料的制备方法，其特征在于，上述碳酸钙为轻质碳酸钙。
3.根据权利要求1所述的食品包装材料的制备方法，其特征在于，上述碳酸钙粉末是通过细磨牡蛎壳获得的牡蛎壳粉末。
4.根据权利要求3所述的食品包装材料的制备方法，其特征在于，上述牡蛎壳粉末是通过粉碎牡蛎壳的壳体层来制备的。
5.根据权利要求1所述的食品包装材料的制备方法，其特征在于，上述聚乳酸为光学纯度为90％以下的低熔点的聚乳酸。
6.根据权利要求1所述的食品包装材料的制备方法，其特征在于，上述涂敷步骤为以80～500m/分钟的速度在原纸涂敷定量5～300g/m2的量的涂敷液。
7.一种食品包装材料，其特征在于，由权利要求1至6中任一项所述的食品包装材料的制备方法制备，通过均匀混合65～81重量百分比的沸石粉末、硅藻土粉末或它们的混合物、5～11重量百分比的碳酸钙粉末以及14～24重量百分比的聚乳酸来涂敷在原纸的一面或两面。
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