CN108484944B - 一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，它属于包装材料制备技术领域。该制备方法首先将废弃的木薯渣进行超微粉碎，再用化学—酶法提取木薯渣膳食纤维，将提取膳食纤维干燥后用粉碎机粉碎过筛后配制成一定水溶液，再通过添加增韧剂、增塑剂、稳定剂等辅助剂，充分搅拌后将膜液倒入聚四氟乙烯模具中干燥成膜。本发明制备方法得到的可食性包装材料的透明度、拉伸强度、溶解速度等性能均符合包装要求，而且降低了材料的成本，同时实现了废弃资源的综合利用。

Description

一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法。
背景技术
木薯属于热带作物，又被称作为南洋薯、木番薯等，有“淀粉之王”、“地下粮食”“能源作物”之称，与马铃薯和甘薯同属于世界三大薯类作物。木薯渣是木薯在加工成淀粉，乙醇等剩下的废料，其中主要由木薯外部的皮和内部的薄壁组织组成。经统计，我国每年木薯淀粉加工产生的木薯渣在30万吨左右，加上生产燃料乙醇等其他用途产生的木薯渣总计达150万吨。但大量木薯渣并不能很好地进行利用处理，长期堆放和暴露在室外，经过微生物和空气的作用腐烂，产生恶臭，对环境造成污染。而木薯渣中含有丰富的膳食纤维，具有较高的经济价值，若能对它们进行综合利用，即可以减少环境压力，提高经济效益，具有很大的发展潜力与发展空间。
可将木薯渣为原料研制可食性包装纸，即先提取木薯渣中的膳食纤维，再做成包装纸，膳食纤维在可食性包装纸中的应用已经越来越成为一个研究热点。膳食纤维是人类健康饮食中不可缺少的营养素，其在保持消化系统健康上扮演着重要的角色，有利于人类的生理活动水平。它可降低人体的胆固醇，预防高血脂、高血压等心血管疾病及糖尿病、癌症等其他疾病，清理肠道保持胃肠道健康等作用，具有“肠道清道夫”的美誉，也被人们称作第七种营养素。随着人类生活水平的提高，饮食结构出现了营养过剩，粗纤维的摄入量越来越少，膳食纤维的出现为人类的健康带来福音。因此以膳食纤维为原料的可食性包装纸更符合现代绿色，营养的理念。
塑料制品因其价格便宜和性质稳定，现今广泛应用于食品包装及保鲜领域。但是，这些塑料包装不易被降解，容易造成白色污染，有的塑料包装还容易产生有害气体和异味，对人体具有一定的毒副作用，同时也会影响被包装食品的风味。随着人们环保意识的增强及对食品品质要求的提高，采用新型可食性包装取代塑料包装，可将环境污染程度降低至最小，并发挥其更优异的综合性能，成为食品包装发展的一个新趋势。近年来，世界各国对改性纤维素可食性包装膜领悟的研究开发极其重视，我国新疆开发的易降解复合植物纤维一次性食品和饮食包装材料的生产已经得到商品化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，通过将废弃木薯渣重新利用，通过物理方式处理后再添加特定的酶提取膳食纤维，再对膳食纤维进行处理，使其满足可食性包装材料的要求，同时降低包装材料的成本，而且解决了废弃木薯渣对环境的污染、资源利用率低等问题，减少了塑料包装的使用。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，它包括如下操作步骤：
步骤一：将木薯渣过20-60目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
步骤二：取上述处理后的木薯渣进行干法超微粉碎；
步骤三：称取经步骤二处理的木薯渣加入质量浓度为1％～20％的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液与木薯渣的质量比＝7～10:1，浸泡10～24h，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤四：在步骤三的滤渣中加入一定量蒸馏水，然后加入α-淀粉酶与糖化酶的混合物，α-淀粉酶与糖化酶的质量比＝1:1～9，加入的α-淀粉酶与糖化酶的混合物与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1:83～1000，然后于溶液pH＝3-9、温度为25℃～80℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤五：在步骤四的滤渣中加入蒸馏水和中性蛋白酶，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比为7～10:1，加入的中性蛋白酶与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1:125～500，然后于溶液pH＝5.5-8.5、温度为30℃～60℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤六：在步骤五的滤渣中加入蒸馏水和木质素过氧化物酶，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比为7～10:1，加入的木质素过氧化物酶与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1～6:1000，然后于溶液pH＝2-5、温度为30℃～60℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤七：在80℃-120℃的恒温干燥箱中干燥6-12h；
步骤八：研磨过100-200目筛,得木薯膳食纤维；
步骤九：称取一定量步骤八中的木薯膳食纤维，加入蒸馏水混均匀，木薯膳食纤维与蒸馏水的质量比＝1:24～28，然后将混合溶液搅拌15min-20min,转数控制在250r/min-300r/min,然后加热煮沸2-4min；
步骤十：向步骤九的溶液中依次加入水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡，搅拌至无结块，得到粘稠液体；
步骤十一：将步骤十的粘稠液体进行机械搅拌3-10min，转速控制在1500r/min-2000r/min，得到均匀膜液；
步骤十二：将步骤十一的膜液放入温度为25℃-35℃、压力0.8MPa-1MPa的真空干燥箱中干燥30min-60min，取出膜液浇筑于四聚氟乙烯模具中，室温下干燥12-24小时揭膜，即可得可食性膳食纤维包装纸膜。
步骤四中，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比＝7～10:1。
步骤十中，所述水包油型复合乳化剂为单甘酯、月桂酸单甘油酯、吐温40、蔗糖酯中的两种或两种以上混合；所述复合增稠剂为CMC、海藻酸钠、明胶、阿拉伯胶、麦芽糊精中的两种或两种以上混合；所述增塑剂为甘油。
步骤十中，加入的水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡分别与步骤九称取的木薯膳食纤维的质量比为1:200～1000、1:50～100、1:50～100、3～9:1000。
步骤十一中，取出膜液以0.5g/cm2-1.0g/cm2的用量将膜液浇筑于四聚氟乙烯模具中干燥成膜。
步骤二中，采用行星式球磨机进行干法超微粉碎，球磨频率10Hz～30Hz,采用正反转交替，定时停机运行模式，球磨时间为10～36h。
本发明采用的木薯膳食纤维是人类健康饮食中不可缺少的营养素，其在保持消化系统健康上扮演着重要的角色，有利于人类的生理活动水平。而对木薯渣的废物利用，不仅可以缓解白色污染的影响，节约资源，还能为使用者提供所需的营养元素。
本发明方法具有以下有益效果：
(1)本发明方法采用木薯渣为原料，原料来源广泛，将木薯渣进行简单的酶解提取，将其中的膳食纤维变为更有价值、更精细的原材料。
(2)本发明得到的包装材料从原料到成品制备所使用的化学添加剂和工艺流程均实现绿色环保，完全符合绿色包装材料的要求。
(3)本发明的木薯渣膳食纤维纸膜材料形成成品后具有包装材料所需要的特定性能，产品具有一定的透明度、具有较好的弹性、韧性、阻隔性、拉伸强度等优点。
(4)本发明把木薯渣作为制备包装材料的原料，这不仅可以降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用。
(5)本发明所添加的增塑剂、乳化剂、增稠剂均符合国家食品安全要求，不仅增加了材料的各方面力学性能，而且口感、外观好，实现了包装材料可食用的特性。
(6)本发明使用了复合乳化剂和复合增稠剂，与单一乳化剂、增稠剂相比，在一定程度上大大提高膳食纤维纸膜的力学性能。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
下述实例1中所述复合乳化剂为月桂酸单甘油酯和吐温40的混合，月桂酸单甘油酯与吐温40的质量比＝1:3；所述复合增稠剂为明胶和阿拉伯胶的混合，明胶与阿拉伯胶的质量比＝1:3；所述增塑剂为甘油。
实施例1
制备步骤如下：
S1：将木薯渣过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
S2:上述处理后的木薯渣利用行星式球磨机进行干法超微粉碎，球磨频率10Hz,采用正反转交替，定时停机运行模式，球磨时间为10h；
S3：称取S2的木薯渣加入质量浓度为1％的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液与木薯渣质量比＝7:1，浸泡10h，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S4：在S3滤渣中加入蒸馏水，按蒸馏水与S3称取的木薯渣质量比＝7：1配制成悬浮液，然后加入α-淀粉酶与糖化酶的混合物，α-淀粉酶与糖化酶的混合物与S3称取的木薯渣的质量比＝1:1，α-淀粉酶与糖化酶的质量比为1:1000，然后于溶液pH＝3、温度为25℃条件下水浴加热30min，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S5:在S4的滤渣中加入蒸馏水和中性蛋白酶(沙雷肽酶)，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣的质量比为7:1，加入的中性蛋白酶与S3称取的木薯渣的质量比＝1:500，然后于溶液pH＝5.5、温度为30℃条件下水浴加热30min，加热灭酶，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S6：在S5的滤渣中加入蒸馏水和木质素过氧化物酶，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣质量比为7:1，加入的木质素过氧化物酶与S3称取的木薯渣质量比＝1:1000，然后于溶液pH＝2、温度为30℃条件下水浴加热30min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S7：在温度80℃的恒温干燥箱中干燥6小时；
S8：研磨后过100目筛，得到木薯膳食纤维；
S9：称取一定量S8中的木薯膳食纤维，按蒸馏水质量与木薯膳食纤维质量比＝1:24的比例加入蒸馏水，使两者混合制成悬浮液，溶液用磁力搅拌15min,转数控制在250r/min,然后加热煮沸2min；
S10：向S9的溶液中依次加入复合增稠剂、复合乳化剂、增塑剂、蜂蜡，用玻璃棒搅至均匀，向溶液中依次加入的水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡的质量与S9称取的木薯膳食纤维的质量比分别为1:1000、1:100、1:100、3:1000；
S11：将S10的液体用机械搅拌3min，转数控制在1500r/min，得到均匀膜液；
S12：将S11的液体放入温度为25℃、压力为0.8MPa的真空干燥箱中干燥45min，取出膜液以0.5g/cm2的用量浇筑于四聚氟乙烯模具中，室温下干燥12小时揭膜，即得到可食性膳食纤维包装纸膜。
本实例的可生物降解食品包装材料的性能检测结果：
案例 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 溶解速度/s/g
实施例1 3 16 29
下述实例2中所述复合乳化剂为单甘酯和蔗糖酯的混合，单甘酯与蔗糖酯的质量比＝1：4；所述复合增稠剂为CMC和海藻酸钠的混合，CMC与海藻酸钠的质量比＝4:1；所述增塑剂为甘油。
实施例2
制备步骤如下：
S1：将木薯渣过40目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
S2:上述处理后的木薯渣利用行星式球磨机进行干法超微粉碎，球磨频率20Hz,采用正反转交替，定时停机运行模式，球磨时间为23h；
S3：称取S2的木薯渣加入质量浓度为10.5％的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液与木薯渣质量比＝8.5:1，浸泡17h，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S4：在S3滤渣中加入蒸馏水，确认正确按蒸馏水质量与S3称取的木薯渣质量比＝8.5:1加入蒸馏水配制成悬浮液，然后加入α-淀粉酶与糖化酶的混合物，加入的α-淀粉酶与糖化酶的混合物与S3称取的木薯渣的质量比＝1:5，α-淀粉酶与糖化酶的质量比为6.5:1000，然后于溶液pH＝6、温度为50℃条件下水浴加热115min，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S5:在S4的滤渣中加入蒸馏水和中性蛋白酶(沙雷肽酶)，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣的质量比为＝8.5:1，加入的中性蛋白酶与S3称取的木薯渣的质量比＝1:200，然后于溶液pH＝7、温度为45℃条件下水浴加热115min，加热灭酶，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S6：在S5的滤渣中加入蒸馏水和木质素过氧化物酶，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣的质量比为8.5:1，加入的木质素过氧化物酶与S3称取的木薯渣的质量比＝3.5:1000，然后于溶液pH＝3.5、温度为45℃条件下水浴加热115min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S7：在温度100℃的恒温干燥箱中干燥9小时；
S8：研磨后过150目筛，得到木薯膳食纤维；
S9：称取一定量S8中的木薯膳食纤维，按蒸馏水与木薯膳食纤维的质量比＝1:26的比例加入蒸馏水，使两者混合制成悬浮液，溶液用磁力搅拌17.5min,转数控制在275r/min,然后加热煮沸3min。
S10：向S9的溶液中依次加入复合增稠剂、复合乳化剂、增塑剂、蜂蜡，用玻璃棒搅至均匀，向溶液中依次加入的水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡的质量与S9称取的的木薯膳食纤维的质量比分别为3:1000、1.5:100、1.5:100、6:1000；
S11：将S10的液体用机械搅拌6.5min，转数控制在1750r/min，得到均匀膜液；
S12：将S11的液体放入温度为30℃、压力为0.9MPa的真空干燥箱中干燥45min，取出膜液以0.75g/cm2的用量浇筑于四聚氟乙烯模具中，室温下干燥18小时揭膜，即得到可食性膳食纤维包装纸膜。
案例 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 溶解速度/s/g
实施例2 6 13 30
下述实例3中所述复合乳化剂为月桂酸单甘油酯和蔗糖酯的混合，月桂酸单甘油酯与蔗糖酯的质量比＝1：4；所述复合增稠剂为CMC和麦芽糊精混合，CMC与麦芽糊精的质量比＝3:1；所述增塑剂为甘油.
实施例3
制备步骤如下：
S1：将木薯渣过60目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
S2:上述处理后的木薯渣利用行星式球磨机进行干法超微粉碎，球磨频率30Hz,采用正反转交替，定时停机运行模式，球磨时间为36h；
S3：称取S2的木薯渣加入质量浓度为20％的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液与木薯渣质量比＝10:1，浸泡17h，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S4：在S3滤渣中加入蒸馏水，按蒸馏水质量与S3称取的木薯渣质量比＝10:1加入蒸馏水配制成悬浮液，然后加入α-淀粉酶与糖化酶的混合物，加入的α-淀粉酶与糖化酶的混合物与S3称取的木薯渣的质量比＝1:9，α-淀粉酶与糖化酶的质量比为1：83，然后于溶液pH＝9、温度为80℃条件下水浴加热200min，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S5:在S4的滤渣中加入蒸馏水和中性蛋白酶(沙雷肽酶)，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣的质量比为＝10:1，加入的中性蛋白酶与S3称取的木薯渣的质量比＝1:125，然后于溶液pH＝8.5、温度为60℃条件下水浴加热200min，加热灭酶，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S6：在S5的滤渣中加入蒸馏水木质素过氧化物酶，加入的蒸馏水与S3称取的木薯渣的质量比为10:1，加入的木质素过氧化物酶与S3称取的木薯渣的质量比＝6:1000，然后于溶液pH＝5、温度为60℃条件下水浴加热200min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
S7：在温度120℃的恒温干燥箱中干燥12小时；
S8：研磨后过200目筛，得到木薯膳食纤维；
S9：称取一定量S8中的木薯膳食纤维，按蒸馏水与木薯膳食纤维的质量比＝1:28的比例加入蒸馏水，使两者混合制成悬浮液，溶液用磁力搅拌20min,转数控制在300r/min,然后加热煮沸4min；
S10：向S9的溶液中依次加入复合增稠剂、复合乳化剂、增塑剂、蜂蜡，用玻璃棒搅至均匀，向溶液中依次加入的水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡的质量与S9称取的的木薯膳食纤维的质量比分别为1:200、1:50、1:50、9:1000；
S11：将S10的液体用机械搅拌10min，转数控制在2000r/min，得到均匀膜液；
S12：将S11的液体放入温度为35℃、压力为1MPa的真空干燥箱中干燥60min，取出膜液以1.0g/cm2的用量浇筑于四聚氟乙烯模具中，室温下干燥24小时揭膜，即得到可食性膳食纤维包装纸膜。
本实例的可生物降解食品包装材料的性能检测结果：
案例 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 溶解速度/s/g
实施例3 4 15 29
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，其特征在于，它包括以下操作步骤：
步骤一：将木薯渣过20-60目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
步骤二：取上述处理后的木薯渣进行干法超微粉碎；
步骤三：称取经步骤二处理的木薯渣加入质量浓度为1％～20％的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液与木薯渣的质量比＝7～10:1，浸泡10～24h，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤四：在步骤三的滤渣中加入一定量蒸馏水，然后加入α-淀粉酶与糖化酶的混合物，α-淀粉酶与糖化酶的质量比＝1:1～9，加入的α-淀粉酶与糖化酶的混合物与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1:83～1000，然后于溶液pH＝3-9、温度为25℃～80℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤五：在步骤四的滤渣中加入蒸馏水和中性蛋白酶，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比为7～10:1，加入的中性蛋白酶与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1:125～500，然后于溶液pH＝5.5-8.5、温度为30℃～60℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，再用蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤六：在步骤五的滤渣中加入蒸馏水和木质素过氧化物酶，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比为7～10:1，加入的木质素过氧化物酶与步骤三称取的木薯渣的质量比＝1～6:1000，然后于溶液pH＝2-5、温度为30℃～60℃条件下水浴加热30min～200min，加热灭酶，蒸馏水洗涤然后抽滤，重复两次；
步骤七：在80℃-120℃的恒温干燥箱中干燥6-12h；
步骤八：研磨过100-200目筛,得木薯膳食纤维；
步骤九：称取一定量步骤八中的木薯膳食纤维，加入蒸馏水混均匀，木薯膳食纤维与蒸馏水的质量比＝1:24～28，然后将混合溶液搅拌15min-20min,转数控制在250r/min-300r/min,然后加热煮沸2-4min；
步骤十：向步骤九的溶液中依次加入水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡，搅拌至无结块，得到粘稠液体；所述水包油型复合乳化剂为单甘酯、月桂酸单甘油酯、吐温40、蔗糖酯中的两种或两种以上混合；所述复合增稠剂为CMC、海藻酸钠、明胶、阿拉伯胶、麦芽糊精中的两种或两种以上混合；所述增塑剂为甘油；
步骤十一：将步骤十的粘稠液体进行机械搅拌3-10min，转速控制在1500r/min-2000r/min，得到均匀膜液；
步骤十二：将步骤十一的膜液放入温度为25℃-35℃、压力0.8MPa-1MPa的真空干燥箱中干燥30min-60min，取出膜液浇筑于四聚氟乙烯模具中，室温下干燥12-24小时揭膜，即可得可食性膳食纤维包装纸膜。
2.根据权利要求1所述可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，其特征在于，步骤四中，加入的蒸馏水与步骤三称取的木薯渣的质量比＝7～10:1。
3.根据权利要求1所述的可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，其特征在于，步骤十中，加入的水包油型复合乳化剂、复合增稠剂、增塑剂、蜂蜡分别与步骤九称取的木薯膳食纤维的质量比为1:200～1000、1:50～100、1:50～100、3～9:1000。
4.根据权利要求1所述的可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，其特征在于，步骤十一中，取出膜液以0.5g/cm2-1.0g/cm2的用量将膜液浇筑于四聚氟乙烯模具中干燥成膜。
5.根据权利要求1所述的可食性膳食纤维包装纸膜的制备方法，其特征在于，步骤二中，采用行星式球磨机进行干法超微粉碎，球磨频率10Hz～30Hz,采用正反转交替，定时停机运行模式，球磨时间为10～36h。
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