CN111719339B - 一种可湿度调控的食品抗菌包装纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸及其制备方法，所述方法包括步骤1，先在一份PVA溶液中加入三偏磷酸钠，得到溶液A，之后将溶液A涂布在纸张的一个表面，最后将所得的纸张烘干，该纸张上形成涂覆层；步骤2，先将另一份PVA溶液加入到壳聚糖溶液中，得到溶液B，之后将插层有噻苯唑的膨润土粉末加入到溶液B中，混合均匀得到混合体系，将混合体系涂布在步骤1所得纸张的涂覆层上，最后将所得的纸张烘干，壳聚糖是一种天然杀菌剂，噻苯唑作为包装纸的抗菌剂，膨润土具有吸湿性和多孔性，得到的包装纸会有一定的吸湿功能，加之膨润土的主要成分蒙脱石，因此得到具有可湿度调控、抗菌性、隔绝氧气和水蒸气的新型食品抗菌包装纸。

Description

一种可湿度调控的食品抗菌包装纸及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体为一种可湿度调控的食品抗菌包装纸及其制备方法。
背景技术
食品作为我们日常生活中的特殊商品，其营养与卫生极其重要，由于环境中无处不存在微生物，食物在生产、加工、运输、储存、销售过程中，很容易被微生物污染，进而非常容易变质。食品包装的主要目的是必须保证食品作为商品在贮运和流通过程中的卫生质量及品质和风味。微生物繁殖与很多条件有关，例如食物中的水分、外界的相对湿度、氧气等。现在需要具有湿度调控的抗菌包装来保护食品。塑料包装的不易降解性以及造成的白色污染问题限制了其应用领域，当下需要可降解的包装材料代替塑料。
纸是食品包装的主要材料之一，在不影响产品质量的前提下，为最终产品提供保护。包装用的纸有很多种，如亚硫酸盐纸、牛皮纸、脱脂纸、纸板和层压纸等。纸和纸板具有生物可降解性，柔性、机械强度、印刷性等特点，但是普通的纸具有多孔性、不耐热性，水蒸气和氧气的阻隔性较低，不能用来长时间保护食物，所以对原纸进行一些涂布工艺设计，赋予原纸能调控湿度和抗菌的性能。食品包装纸要想具有湿度调控的性能和抗菌性，需要做到以下两个方面：一方面，需要对原纸的孔隙进行封闭，减小原纸的孔隙率，阻止水蒸气和氧气在原纸两侧流通，在减小原纸的水蒸气透过率的同时透气度也有所减小；另一方面，在对原纸进行涂布时，涂料需要含有一定剂量的抗菌剂。
关于食品包装纸，目前相关的报道有纳米氧化锌抗菌纸、载银抗菌纸、具有空气阻隔性能和抗菌性能的复合纸等，但不能同时具有湿度调控和抗菌的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可湿度调控的食品抗菌包装纸及其制备方法，制备出了具有可湿度调控、抗菌性、隔绝氧气和水蒸气的新型食品包装纸。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，先在一份PVA溶液中加入三偏磷酸钠，得到溶液A，之后将溶液A涂布在纸张的一个表面，最后将所得的纸张烘干，该纸张上形成涂覆层；
步骤2，先将另一份PVA溶液加入到壳聚糖溶液中，得到溶液B，之后将插层有噻苯唑的膨润土粉末加入到溶液B中，混合均匀得到混合体系，将混合体系涂布在步骤1所得纸张的涂覆层上，最后将所得的纸张烘干，得到可湿度调控的食品抗菌包装纸。
优选的，步骤1中所述的纸张为白卡纸、亚硫酸盐纸、牛皮纸、脱脂纸、纸板或层压纸。
优选的，步骤1和步骤2所述PVA溶液的质量分数均为8％～15％。
进一步，步骤1和步骤2所述PVA溶液中PVA的质量相同。
进一步，步骤1中PVA和三偏磷酸钠的质量比为2：(0.1～0.5)。
再进一步，步骤2中PVA和壳聚糖的质量比为2：(0.3～0.5)。
优选的，步骤2中所述的插层有噻苯唑的膨润土粉末按如下步骤得到；
步骤2a，将膨润土分散于去离子水中搅拌，之后超声得到膨润土分散液；将噻苯唑分散于盐酸中，得到噻苯唑分散液；
步骤2b，将噻苯唑分散液加入到膨润土分散液中先搅拌后离心，最后将所得固体干燥，得到粉末；
步骤2c，将粉末进行加热处理，得到插层有噻苯唑的膨润土粉末。
进一步，步骤2b中噻苯唑和膨润土的质量比为(0.5～1)：(1～2)；步骤2c中的粉末在300～350℃下加热10～30min。
优选的，步骤1和步骤2将所述的纸张均在90～110℃下干燥30～60min。
一种由上述任意一项所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法得到的可湿度调控的食品抗菌包装纸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，先在一份PVA溶液中加入三偏磷酸钠，三偏磷酸钠为交联剂，可将PVA进行交联，而PVA为粘结剂，之后将所得溶液涂布在纸张的一个表面，可在封闭纸张空隙的基础上减少了纸张的亲水性，最后需将所得的纸张烘干；紧接着先将另一份PVA溶液加入到壳聚糖溶液中，之后将插层有噻苯唑的膨润土粉末加入其中，壳聚糖是一种天然杀菌剂，噻苯唑作为包装纸的抗菌剂，因此将混合体系涂布在该纸张的涂覆层上，壳聚糖与噻苯唑有协同作用，因而能发挥出强的杀菌效果，最后需将所得的纸张烘干，因为膨润土的吸湿性和多孔性，得到的包装纸会有一定的吸湿功能，加之膨润土的主要成分是蒙脱石，蒙脱石的吸水作用有一定限度，所吸的水分子层达到一定厚度并分布均匀时吸水量达到限度，出现平衡，若此平衡被破坏即失水后，吸水膨胀性能又可以得以恢复，可用于提高食品的安全性，因此得到具有可湿度调控、抗菌性、隔绝氧气和水蒸气的新型食品抗菌包装纸。
附图说明
图1为本发明所述方法的主要步骤示意图。
图2为本发明实施例1使用噻苯唑插层膨润土浓度为0.05g/ml的混合体系进行实验后所得的白卡纸大肠杆菌生长情况图。
图3为本发明实施例1使用噻苯唑插层膨润土浓度为0.005g/ml的混合体系进行实验后所得的白卡纸大肠杆菌生长情况图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，先将1～2g膨润土分散于去离子水中搅拌1-3小时，之后放入超声仪中超声0.5-2小时，本发明在具体实施中选用具有代表性的钠基膨润土；
步骤2，将0.5～1.0g噻苯唑分散于300～500ml的稀盐酸中；噻苯唑作为包装纸的抗菌剂，20世纪70年代以来我国将其广泛地应用于南方水果的贮运保鲜，并且噻苯唑已获美国食品和药物管理局批准用于人类全身口服，作为抗真菌和抗蠕虫治疗，在人类和植物医学中得到了广泛的应用，主要用途为保鲜剂、杀菌剂、防霉剂等。
步骤3，将步骤2得到的噻苯唑分散液加入到步骤1得到的钠基膨润土分散液中搅拌，离心后干燥成粉末，因此步骤1中可以不用限定分散膨润土的去离子水用量，然后置于马弗炉中在300～350℃下加热熔融10～30min，得到插层有噻苯唑的钠基膨润土，过200目筛，可得到粒径较小的粉末；
步骤4，将PVA溶于去离子水中，搅拌0.5～2小时后加热至80～95℃，保温至完全溶解制得质量分数为8～15％的PVA溶液，PVA可作为粘结剂。将PVA溶液分成两份，一份加入0.1～0.5g交联剂三偏磷酸钠，搅拌30～60min，得到溶液A，一份加入到壳聚糖含量为0.3～0.5g的壳聚糖溶液中，壳聚糖溶液通过在醋酸溶液中加入壳聚糖得到，搅拌20～60min，得到PVA/CS溶液，即溶液B；
步骤5，利用桌面涂布机将溶液A涂布于纸张的一个表面，于90～110℃下干燥30～60min进行烘干操作，三偏磷酸钠可将PVA进行交联，在封闭纸张空隙的基础上减少了纸张的亲水性，本发明在具体实施中选用具有代表性的白卡纸，当然亚硫酸盐纸、牛皮纸、脱脂纸、纸板和层压纸也可以；
步骤6，将步骤3中得到的粉末样品加入到PVA/CS溶液中搅拌30～60min，制得膨润土/噻苯唑/PVA/CS的混合体系，涂布于步骤5中已涂层纸张的同一面，于90～110℃下干燥30～60min进行烘干操作，这样步骤4在等量分PVA溶液时可以使两次涂布时的PVA量相同，达到均匀粘结的作用，壳聚糖是一种天然杀菌剂，它与噻苯唑有协同作用，因而能发挥出更强的杀菌效果。在密闭条件下保存即可。
本发明在已经封闭孔隙的白卡纸表面涂覆含膨润土和噻苯唑的溶液时，因为膨润土的吸湿性和多孔性，包装材料会有一定的吸湿功能，噻苯唑作为保鲜剂、杀菌剂、防霉剂，可起到杀菌的作用。由于膨润土的主要成分是蒙脱石，蒙脱石的吸水作用有一定限度，所吸的水分子层达到一定厚度并分布均匀时吸水量达到限度，出现平衡，若此平衡被破坏即失水后，吸水膨胀性能又可以得以恢复。
实施例1
本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将1g钠基膨润土分散于去离子水中搅拌1小时，放入超声仪中超声2小时；
步骤2，将0.5g噻苯唑分散在350ml质量分散为18％的盐酸中，所得的分散液加入到步骤1的分散液中分散，搅拌4h，在8000r/min下离心，在100℃下干燥成粉末，然后置于马弗炉中在320℃下加热熔融15min，过200目筛；
步骤3，0.5g壳聚糖加入到40ml质量分数为1％的醋酸溶液中，搅拌3h，抽滤掉未溶解的壳聚糖胶体，得到壳聚糖溶液；
步骤4，4gPVA溶于蒸馏水中，搅拌半小时后加热至90℃，保温至完全溶解制得质量分数为10％的PVA溶液。等量分成两份，一份加入0.1g的交联剂三偏磷酸钠，搅拌30min，得到溶液A，一份加入步骤3中所得的溶液中，搅拌30min；
步骤5，利用桌面涂布机将溶液A涂布于白卡纸的一个表面，于90℃，下干燥30min进行烘干；
步骤6，将步骤2中得到的粉末样品加入到PVA/CS溶液中搅拌30min，制得膨润土/噻苯唑/PVA/CS的混合体系，涂布于步骤5中已涂层白卡纸的同一面，于90℃下干燥30min烘干。
将实施例1得到的包装纸用水蒸气透过率测试仪和透气度仪探究包装纸对水蒸气和氧气的阻隔作用，其中白卡纸在涂布前的透气度为0.0239μm/(Pa·s)，涂布之后为0.0030μm/(Pa·s)，水蒸气透过率数据如表1所示；
表1水蒸气透过率数据
样品 样品厚度 样品面积 试验温度 试验结果
白卡纸 308.00μm 33.18cm<sup>2</sup> 38.1℃ 2448.965g/(m<sup>2</sup>.day)
涂布纸 391.00μm 33.18cm<sup>2</sup> 38.0℃ 1094.223g/(m<sup>2</sup>.day)
从以上数据可以得出，涂布之后白卡纸对水蒸气和氧气的阻隔作用均有所增强。
本发明还利用稀释法对实验后所得的白卡纸进行了抗菌性实验：图2为噻苯唑插层膨润土浓度为0.05g/ml的混合体系进行实验后所得的白卡纸实验24h后大肠杆菌的生长情况，图3为噻苯唑插层膨润土浓度为0.005g/ml的混合体系进行实验后所得的白卡纸实验24h后大肠杆菌生长情况，而且低浓度的噻苯唑插层膨润土得到的大肠杆菌数量已经比不使用噻苯唑插层膨润土的数量少，其中白色即为大肠杆菌，可见使用噻苯唑插层膨润土后浓度越高，对大肠杆菌的生长越有抑制作用。
另外还对包装纸在封闭空间的调湿性能进行测试，包装纸可以在高湿环境下吸湿，降低环境湿度；在低湿环境下放湿，提升环境湿度，从而达到调湿控湿的作用。
实施例2
本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将1.5g钠基膨润土分散于去离子水中搅拌3小时，放入超声仪中超声1小时；
步骤2，将0.8g噻苯唑分散在300ml质量分散为19％的盐酸中，所得的分散液加入到步骤1的分散液中分散，搅拌4h，在8000r/min下离心，在100℃下干燥成粉末，然后置于马弗炉中在300℃下加热熔融10min，过200目筛；
步骤3，将壳聚糖加入到40ml的醋酸溶液中，搅拌3h，抽滤掉未溶解的壳聚糖胶体，得到壳聚糖质量为0.3g的壳聚糖溶液；
步骤4，4gPVA溶于蒸馏水中，搅拌1个半小时后加热至80℃，保温至完全溶解制得质量分数为8％的PVA溶液。等量分成两份，一份加入0.3g的交联剂三偏磷酸钠，搅拌45min，得到溶液A，一份加入步骤3中所得的溶液中，搅拌60min；
步骤5，利用桌面涂布机将溶液A涂布于脱脂纸的一个表面，于100℃，下干燥45min进行烘干；
步骤6，将步骤2中得到的粉末样品加入到PVA/CS溶液中搅拌30min，制得膨润土/噻苯唑/PVA/CS的混合体系，涂布于步骤5中已涂层脱脂纸的同一面，于100℃下干燥45min烘干。
实施例3
本发明一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将2g钠基膨润土分散于去离子水中搅拌2小时，放入超声仪中超声0.5小时；
步骤2，将1g噻苯唑分散在500ml质量分散为16％的盐酸中，所得的分散液加入到步骤1的分散液中分散，搅拌4h，在8000r/min下离心，在100℃下干燥成粉末，然后置于马弗炉中在350℃下加热熔融30min，过200目筛；
步骤3，将壳聚糖加入到40ml的醋酸溶液中，搅拌3h，抽滤掉未溶解的壳聚糖胶体，得到壳聚糖质量为0.5g的壳聚糖溶液；
步骤4，4gPVA溶于蒸馏水中，搅拌2个小时后加热至95℃，保温至完全溶解制得质量分数为15％的PVA溶液。等量分成两份，一份加入0.5g的交联剂三偏磷酸钠，搅拌60min，得到溶液A，一份加入步骤3中所得的溶液中，搅拌20min；
步骤5，利用桌面涂布机将溶液A涂布于牛皮纸的一个表面，于110℃，下干燥60min进行烘干；
步骤6，将步骤2中得到的粉末样品加入到PVA/CS溶液中搅拌30min，制得膨润土/噻苯唑/PVA/CS的混合体系，涂布于步骤5中已涂层牛皮纸的同一面，于90℃下干燥30min烘干。

Claims (10)

1.一种可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，先在一份PVA溶液中加入三偏磷酸钠，得到溶液A，之后将溶液A涂布在纸张的一个表面，最后将所得的纸张烘干，该纸张上形成涂覆层；
步骤2，先将另一份PVA溶液加入到壳聚糖溶液中，得到溶液B，之后将插层有噻苯唑的膨润土粉末加入到溶液B中，混合均匀得到混合体系，将混合体系涂布在步骤1所得纸张的涂覆层上，最后将所得的纸张烘干，得到可湿度调控的食品抗菌包装纸。
2.根据权利要求1所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的纸张为白卡纸、亚硫酸盐纸、牛皮纸、脱脂纸、纸板或层压纸。
3.根据权利要求1所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2所述PVA溶液的质量分数均为8％～15％。
4.根据权利要求3所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2所述PVA溶液中PVA的质量相同。
5.根据权利要求4所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤1中PVA和三偏磷酸钠的质量比为2：(0.1～0.5)。
6.根据权利要求4所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤2中PVA和壳聚糖的质量比为2：(0.3～0.5)。
7.根据权利要求1所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的插层有噻苯唑的膨润土粉末按如下步骤得到；
步骤2a，将膨润土分散于去离子水中搅拌，之后超声得到膨润土分散液；将噻苯唑分散于盐酸中，得到噻苯唑分散液；
步骤2b，将噻苯唑分散液加入到膨润土分散液中先搅拌后离心，最后将所得固体干燥，得到粉末；
步骤2c，将粉末进行加热处理，得到插层有噻苯唑的膨润土粉末。
8.根据权利要求7所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤2b中噻苯唑和膨润土的质量比为(0.5～1)：(1～2)；步骤2c中的粉末在300～350℃下加热10～30min。
9.根据权利要求1所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2将所述的纸张均在90～110℃下干燥30～60min。
10.一种由权利要求1～9中任意一项所述的可湿度调控的食品抗菌包装纸的制备方法得到的可湿度调控的食品抗菌包装纸。
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US11866886B2 (en) * 2021-10-26 2024-01-09 Be Rich Limited Biodegradable food-grade PVA paper substrate and method for making the same

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