CN110408226A - 一种高强度耐热食品包装膜的制备方法 - Google Patents

一种高强度耐热食品包装膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，属于食品包装技术领域。本发明将农作物叶片进行酸碱液浸泡和高温高压处理，使叶片中的纤维成分分离，从中提取的纤维成分在酸碱液条件下和高温高压环境下，纤维成分部分水解，在表面接枝大量的羟基自由基，有利于提取出的纤维成分与周围各成分之间形成氢键吸附，使食品包装膜的力学强度和机械强度增强，本发明将二氧化硅引入植物纤维中，利用碱液反应和高温高压处理，使二氧化硅反应溶解生成硅酸盐成分，使二氧化硅均匀分散于包装膜材料中，填充植物纤维管，加强纤维成分的力学强度，从而进一步提高食品包装膜的耐撕裂、耐穿刺性能，同时二氧化硅具有良好的耐热效果，提高食品包装膜的耐热性能。

Description

一种高强度耐热食品包装膜的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，属于食品包装技术领域。
背景技术
食品包装膜对食品起到保护的作用，保护食品的新鲜感，防止灰尘、细菌等。资源、环境、人口是制约我国21世纪可持续发展的三大主要因素。但是，我国人口总数大，经济增长迅速，对于食品包装膜的需求急剧增长，对环境与资源形成了巨大的挑战。因此，研究开发以天然生物材料为原料的食品包装产品逐渐成为包装领域的研究热点。天然食品包装膜是以生物大分子为主要基质，辅以增塑剂，通过一定的处理工序使各成膜分子间相互作用，形成的一种致密薄膜。其主要通过防止气体、水汽、溶质和芳香成分等物质的迁移来避免被包装食品在储存和运输过程中发生风味及质构等方面的变化，达到保证食品的质量及延长保质期等作用。近年来，常见的食品包装膜有包装糖果的糯米纸，包装冰淇凌的玉米烘烧包装杯，包装肉菜用的豆腐皮及包装肉馅的肠衣等。可见包装膜在生活中用途非常广泛，具有潜在的市场应用前景。
在食品包装领域，我国仍旧普遍采用塑料、铝箔等，其内含物对人体有一定毒性，且使用后易引起环境污染。近年来，消费者对高品质、长货架期食品的需求日益增长；与此同时，废弃包装的数量与日俱增而导致的环保问题也引起全社会的广泛关注。不少发达国家正在禁止或者正在逐步淘汰塑料食品包装袋，可降解、可食用的新型包装材料已成为绿色包装领域研究的一大热点。传统的食品包装膜主要有两种：一种是塑料薄膜，用作食品的直接包装或外包装；另一种是用淀粉或凝胶制成的糯米纸类。塑料薄膜不能降解，大量应用时其废弃物可造成严重的环境污染；另外，塑料薄膜包装食品后，容易产生有害气体和异味，影响食品的质量。糯米纸虽然可食，但其强度差，遇水受潮易破坏、溶解，且不适宜自动化食品包装机械操作，仍难以满足食品包装的需要。
目前，国内用量最大的食品和药品复合包装膜，均采用普通的BOPP膜（双向拉伸聚丙烯塑料薄膜）和PP膜（聚丙烯吹膜）复合而成；复合包装膜由于价格便宜，制作方便，深受包装行业的欢迎。
复合包装膜虽然具有优异的耐水、耐腐蚀和耐候性的特点，但是复合包装膜的力学强度较差，往往容易出现撕裂、拉伸变形和被刺穿的情况，进而限制了复合包装膜的进一步使用。
有关专利提供了一种利用复合魔芋胶制备的可溶可食性包装膜的方法，该方法需将魔芋精粉添加醋酸酐进行预处理，还需加聚乙烯醇，生产工艺较为复杂。一种由大豆分离蛋白和明胶制备得到的可食性包装膜及其制备方法。一种添加谷类蛋白质，食品级二氧化钛制备的具有紫外线屏蔽功能的可食性包装膜及其制备方法，由于该方法添加了食品级的二氧化钛，使生产成本增高，方法较为复杂。
因此，发明一种耐热性好且力学性能好的食品包装膜对食品包装技术领域时很有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前食品包装膜力的力学强度、机械性能不佳导致包装膜易被撕裂、穿刺，同时耐热性能不佳的缺陷，提供了一种高强度耐热食品包装膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高强度耐热食品包装膜的制备方法为：
将预制待反应液、吐温20、聚乙烯醇、玉米淀粉、羧甲基纤维素投入共混机中在温度为50～60℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理60～80min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为1～2mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为80～90℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜；
预制待反应液的制备：
（1）将反应浆液、柠檬酸钠、沼气液、硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为32～36℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热1～2h制得发酵产物；
（2）将发酵产物与二氧化硅粉末投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将反应釜内气压升高至0.4～0.8MPa，并将反应釜内温度升高至70～80℃，用搅拌装置以200～240r/min的转速搅拌反应70～80min，制得反应产物；
（3）向反应釜中加入明胶，用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌30～40min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为6～10%的盐酸调节pH值至5.5～6.0制得预制待反应液；
反应浆液的制备：
（1）将农作物叶片与质量分数为5～7%的盐酸投入烧杯中，静置3～4h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣3～5次，将滤渣与质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至70～80℃，恒温下用搅拌器以500～550r/min的转速混合搅拌50～60min；
（2）将反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至0.8～1.0MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至130～150℃，用搅拌装置以1100～1200r/min的转速搅拌60～80min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为4～6%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液。
按重量份数计，预制待反应液为30～32份、吐温20为0.2～0.4份、聚乙烯醇为0.6～1.0份、玉米淀粉为1.2～1.6份、羧甲基纤维素为2～3份。
预制待反应液的制备中优选为按重量份数计，所述的反应浆液为22～24份、柠檬酸钠为3～4份、沼气液为2.0～2.4份、硫酸铁为1.5～2.0份。
预制待反应液的制备中发酵产物与二氧化硅粉末的质量比为15:1。
预制待反应液的制备中向反应釜中加入的明胶的质量为反应产物质量的35～40%。
反应浆液的制备中农作物叶片与质量分数为5～7%的盐酸的质量比为1:5。
反应浆液的制备中农作物叶片进一步优选为玉米叶、水稻叶和大豆叶其中的一种或多种按任意比例混合。
反应浆液的制备中滤渣与质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将农作物叶片投入盐酸中浸泡，浸泡后过滤再投入碱液中混合搅拌，搅拌后进行高温高压反应，高温高压反应后调节pH值至中性制得反应浆液，再将反应浆液投入发酵罐中，加入柠檬酸钠、沼气液等进行发酵，发酵后将物料进行高温加热制得发酵产物，随后向发酵产物中加入二氧化硅、氢氧化钠溶液反应制得反应产物，再将反应产物与明胶混合搅拌制得预制待反应液，最后将预制待反应液、吐温、聚乙烯醇以及其它助剂混合，混合后真空发泡，涂于模具上干燥即得高强度耐热食品包装膜，本发明将农作物叶片进行酸碱液浸泡和高温高压处理，使叶片中的纤维成分分离，从中提取的纤维成分在酸碱液条件下和高温高压环境下，纤维成分部分水解，在表面接枝大量的羟基自由基，有利于提取出的纤维成分与周围各成分之间形成氢键吸附，从而形成交联密集的网络结构，提高各成分之间的粘结紧密程度，使食品包装膜的力学强度和机械强度增强，使食品包装膜难以被撕裂、穿刺，同时纤维中的高分子链断链，使纤维成分的总体的比表面积增加，提高纤维成分与其它成分之间的接触程度，进一步提高食品包装膜内部的交联程度；
（2）本发明将二氧化硅引入植物纤维中，利用碱液反应和高温高压处理，使二氧化硅反应溶解生成硅酸盐成分，硅酸根离子利用正负电荷吸引吸附于纤维中，同时还能形成离子键加强各成分之间的交联程度，再调节pH值至弱酸性，使硅酸根离子形成二氧化硅成分，从而使二氧化硅均匀分散于包装膜材料中，填充植物纤维管，加强纤维成分的力学强度，从而进一步提高食品包装膜的耐撕裂、耐穿刺性能，同时二氧化硅具有良好的耐热效果，能够保护食品包装膜中各成分，使包装膜难以受热分解，提高食品包装膜的耐热性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将农作物叶片与质量分数为5～7%的盐酸按质量比为1:5投入烧杯中，静置3～4h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣3～5次，将滤渣与质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入反应釜中，将反应釜内温度升高至70～80℃，恒温下用搅拌器以500～550r/min的转速混合搅拌50～60min；将上述反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至0.8～1.0MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至130～150℃，用搅拌装置以1100～1200r/min的转速搅拌60～80min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为4～6%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液；按重量份数计，将22～24份上述反应浆液、3～4份柠檬酸钠、2.0～2.4份沼气液、1.5～2.0份硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为32～36℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热1～2h制得发酵产物；将上述发酵产物与二氧化硅粉末按质量比为15:1投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将反应釜内气压升高至0.4～0.8MPa，并将反应釜内温度升高至70～80℃，用搅拌装置以200～240r/min的转速搅拌反应70～80min，制得反应产物；向上述反应釜中加入反应产物质量35～40%的明胶，用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌30～40min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为6～10%的盐酸调节pH值至5.5～6.0制得预制待反应液；按重量份数计，将30～32份上述预制待反应液、0.2～0.4份吐温20、0.6～1.0份聚乙烯醇、1.2～1.6份玉米淀粉、2～3份羧甲基纤维素投入共混机中在温度为50～60℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理60～80min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为1～2mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为80～90℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜。
实施例1
农作物叶片：玉米叶
反应浆液的制备：
将玉米叶与质量分数为5%的盐酸按质量比为1:5投入烧杯中，静置3h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣3次，将滤渣与质量分数为6%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入反应釜中，将反应釜内温度升高至70℃，恒温下用搅拌器以500r/min的转速混合搅拌50min；
将上述反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至0.8MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至130℃，用搅拌装置以1100r/min的转速搅拌60min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为4%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液；
预制待反应液的制备：
按重量份数计，将22份上述反应浆液、3份柠檬酸钠、2.0份沼气液、1.5份硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为32℃的温室中，恒温静置4天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90℃，恒温加热1h制得发酵产物；
将上述发酵产物与二氧化硅粉末按质量比为15:1投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为6%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，将反应釜内气压升高至0.4MPa，并将反应釜内温度升高至70℃，用搅拌装置以200r/min的转速搅拌反应70min，制得反应产物；
向上述反应釜中加入反应产物质量35%的明胶，用搅拌器以400r/min的转速混合搅拌30min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为6%的盐酸调节pH值至5.5制得预制待反应液；
高强度耐热食品包装膜的制备：
按重量份数计，将30份上述预制待反应液、0.2份吐温20、0.6份聚乙烯醇、1.2份玉米淀粉、2份羧甲基纤维素投入共混机中在温度为50℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理60min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为1mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为80℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜。
实施例2
农作物叶片：水稻叶
反应浆液的制备：
将水稻叶与质量分数为6%的盐酸按质量比为1:5投入烧杯中，静置3.5h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣4次，将滤渣与质量分数为8%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入反应釜中，将反应釜内温度升高至75℃，恒温下用搅拌器以520r/min的转速混合搅拌55min；
将上述反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至0.9MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至140℃，用搅拌装置以1150r/min的转速搅拌70min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为5%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液；
预制待反应液的制备：
按重量份数计，将23份上述反应浆液、3份柠檬酸钠、2.2份沼气液、1.7份硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为34℃的温室中，恒温静置5天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95℃，恒温加热1.5h制得发酵产物；
将上述发酵产物与二氧化硅粉末按质量比为15:1投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为7%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，将反应釜内气压升高至0.6MPa，并将反应釜内温度升高至75℃，用搅拌装置以220r/min的转速搅拌反应75min，制得反应产物；
向上述反应釜中加入反应产物质量37%的明胶，用搅拌器以450r/min的转速混合搅拌35min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为8%的盐酸调节pH值至5.7制得预制待反应液；
高强度耐热食品包装膜的制备：
按重量份数计，将31份上述预制待反应液、0.3份吐温20、0.8份聚乙烯醇、1.8份玉米淀粉、2份羧甲基纤维素投入共混机中在温度为55℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理70min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为1mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为85℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜。
实施例3
农作物叶片：大豆叶
反应浆液的制备：
将大豆叶与质量分数为7%的盐酸按质量比为1:5投入烧杯中，静置4h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣5次，将滤渣与质量分数为10%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入反应釜中，将反应釜内温度升高至80℃，恒温下用搅拌器以550r/min的转速混合搅拌60min；
将上述反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至1.0MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至150℃，用搅拌装置以1200r/min的转速搅拌80min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为6%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液；
预制待反应液的制备：
按重量份数计，将24份上述反应浆液、4份柠檬酸钠、2.4份沼气液、2.0份硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为36℃的温室中，恒温静置6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至100℃，恒温加热2h制得发酵产物；
将上述发酵产物与二氧化硅粉末按质量比为15:1投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节pH值至12，将反应釜内气压升高至0.8MPa，并将反应釜内温度升高至80℃，用搅拌装置以240r/min的转速搅拌反应80min，制得反应产物；
向上述反应釜中加入反应产物质量40%的明胶，用搅拌器以500r/min的转速混合搅拌490min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为10%的盐酸调节pH值至6.0制得预制待反应液；
高强度耐热食品包装膜的制备：
按重量份数计，将32份上述预制待反应液、0.4份吐温20、1.0份聚乙烯醇、1.6份玉米淀粉、3份羧甲基纤维素投入共混机中在温度为60℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理80min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为2mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为90℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少反应浆液。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少预制待反应液。
对比例3：河北沧州某公司生产的高强度耐热食品包装膜。
表1：食品包装膜性能测定结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度（MPa） 8.0 8.2 8.3 3.7 3.8 4.5
断裂伸长率（%） 145 147 148 115 117 122
穿刺强度（N） 95 96 98 62 65 73
耐热温度（℃） 152 154 155 102 105 115
注：耐热温度为样品无成分渗出并能正常发挥作用的最高温度。
综合上述，从表1可以看出本发明的高强度耐热食品包装膜具有较高的耐热温度，在较高温度下可以正常使用，不易受热分解生成有毒物质，不会对人体健康造成危害，力学性能和机械性能好看，拉伸强度高，断裂伸长率高，穿刺强度高，不易被撕裂、拉伸变形，具有广阔应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
将预制待反应液、吐温20、聚乙烯醇、玉米淀粉、羧甲基纤维素投入共混机中在温度为50～60℃的条件下混合均匀制得待成膜液，将待成膜液投入真空设备中真空发泡处理60～80min，发泡处理后将待成膜液倒入厚度为1～2mm厚的模具中，将模具置于烘箱中在温度为80～90℃的条件下干燥成膜即得高强度耐热食品包装膜；
所述的预制待反应液的具体制备步骤为：
（1）将反应浆液、柠檬酸钠、沼气液、硫酸铁投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于室内温度为32～36℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热1～2h制得发酵产物；
（2）将发酵产物与二氧化硅粉末投入反应釜中，向反应釜中滴加质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将反应釜内气压升高至0.4～0.8MPa，并将反应釜内温度升高至70～80℃，用搅拌装置以200～240r/min的转速搅拌反应70～80min，制得反应产物；
（3）向反应釜中加入明胶，用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌30～40min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为6～10%的盐酸调节pH值至5.5～6.0制得预制待反应液；
所述的反应浆液的具体制备步骤为：
（1）将农作物叶片与质量分数为5～7%的盐酸投入烧杯中，静置3～4h，静置后过滤得到滤渣，依次用丙酮和无水乙醇清洗滤渣3～5次，将滤渣与质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至70～80℃，恒温下用搅拌器以500～550r/min的转速混合搅拌50～60min；
（2）将反应釜内充入氮气，使反应釜内气压升高至0.8～1.0MPa，恒压下将反应釜内温度再次升高至130～150℃，用搅拌装置以1100～1200r/min的转速搅拌60～80min，搅拌后向反应釜中滴加质量分数为4～6%的乙酸溶液调节pH值至中性制得反应浆液。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的预制待反应液为30～32份、吐温20为0.2～0.4份、聚乙烯醇为0.6～1.0份、玉米淀粉为1.2～1.6份、羧甲基纤维素为2～3份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：预制待反应液的具体制备步骤（1）中优选为按重量份数计，所述的反应浆液为22～24份、柠檬酸钠为3～4份、沼气液为2.0～2.4份、硫酸铁为1.5～2.0份。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：预制待反应液的具体制备步骤（2）中所述的发酵产物与二氧化硅粉末的质量比为15:1。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：预制待反应液的具体制备步骤（3）中所述的向反应釜中加入的明胶的质量为反应产物质量的35～40%。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：反应浆液的具体制备步骤（1）中所述的农作物叶片与质量分数为5～7%的盐酸的质量比为1:5。
7.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：反应浆液的具体制备步骤（1）中所述的农作物叶片进一步优选为玉米叶、水稻叶和大豆叶其中的一种或多种按任意比例混合。
8.根据权利要求1所述的一种高强度耐热食品包装膜的制备方法，其特征在于：反应浆液的具体制备步骤（1）中所述的滤渣与质量分数为6～10%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
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