CN113278270A - 一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,是以聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯为原料,通过添加纳米二氧化钛和开口剂之后进行造粒,然后再利用微纳层叠共挤出设备挤出,最后用吹膜机吹膜,即可制得用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜。本发明制得的气调膜具有气调性能好,氧气、二氧化碳和水蒸气透过率可控可调的特点,能够满足不同食用菌保鲜的需求,同时,本发明气调膜具有可生物降解的特点;此外,本发明的气调膜还具有强度和韧性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种可生物降解气调膜的制备方法,特别是一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法。
背景技术
食用菌是一大类富含维生素、蛋白质、氨基酸、矿物质等化合物的大型真菌,具有很高的药用价值和营养价值。但是,食用菌在采收后,由于呼吸作用强、组织柔嫩、含水量高,容易发生脱水及遭受微生物的污染,导致食用菌萎缩、褐变,严重影响其商品价值和货架期。因此,食用菌的贮藏保鲜一直是制约食用菌产业发展的重要环节,受到科研工作者的广泛关注。
理论上,食用菌贮藏保鲜主要从三方面着手:一是抑制食用菌的呼吸,使其处于休眠状态,最大程度地减少营养物质的消耗;二是减少水分蒸发,防止失重;三是抗菌,抵制霉菌生长。CN209152174U公开了一种提高食用菌保鲜期及VD2含量的UV紫外照射装置,利用UVC短波紫外线、臭氧、负离子灭菌,预防食用菌遭受微生物的污染。CN109105479A公开了一种金针菇保鲜剂及其制备方法,通过化学保鲜剂抑制微生物的生长繁殖,减缓金针菇的呼吸,从而延长金针菇的货架期。与化学保鲜、辐照保鲜、低温冷藏等技术相比,气调保鲜膜因其保鲜效果佳、绿色安全、成本低等特点逐渐成为食用菌贮藏保鲜中的热点研究领域。
气调保鲜膜是基于不同食用菌的呼吸速度差异,通过调控气调保鲜膜的氧气透过率和二氧化碳透过率,达到抑制食用菌呼吸的目的,进而实现贮藏保鲜。
目前气调保鲜膜主要采用聚乙烯类不可降解材料,一次性使用后,没有回收价值,是引起“白色污染”的重要成员。在石油资源短缺及环境污染严重的大背景下,世界各国纷纷出台“限塑”“禁塑”令,限制和禁止使用不可降解的一次性塑料。因此,可生物降解气调保鲜膜是未来果蔬保鲜包括食用菌保鲜的主流研究方向。而PLA作为广泛使用的生物降解材料,具有优异的力学性能、透明性及可生物降解性。但是,PLA硬而脆的特点,使其难以挤出吹塑成膜,限制了其在保鲜膜领域的应用。增加PLA的韧性,提高其延展性,是实现其吹膜成型的关键。现目前多采用聚对己二酸苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)或聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)协同增韧PLA的方法来实现PLA的吹塑成膜。
但是,传统共混增韧改性方法虽然能够实现PLA的吹塑成膜,但其气体调节能力较差,且并不能调控PLA膜的氧气透过率、二氧化碳透过率以及水蒸气透过率,也就是说,传统方法吹塑制备获得的PLA可生物降解薄膜并不具备较好的气体调节功能以及不能适应具有不同呼吸特性的食用菌保鲜的需求。因此,如何赋予PLA可生物降解膜较好的气调功能,以及使气体透过率可调控,使其适应不同呼吸强度的食用菌贮藏保鲜的需求,是同时解决食用菌保鲜和白色污染的关键。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法。本发明制得的气调膜具有气调性能好,氧气、二氧化碳和水蒸气透过率可控可调的特点,能够满足不同食用菌保鲜的需求,同时,本发明气调膜具有可生物降解的特点;此外,本发明的气调膜还具有强度和韧性好的特点。
本发明的技术方案:一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,是以聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯为原料,通过添加纳米二氧化钛和开口剂之后进行造粒,然后再利用微纳层叠共挤出设备挤出,最后用吹膜机吹膜,即可制得用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,具体步骤如下:
1)将聚乳酸、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、纳米二氧化钛和开口剂混合均匀,放入双螺杆挤出机中挤出造粒,得A品;
2)将A品投入微纳层叠共挤出设备,使聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯以纤维状存在于聚乳酸中,得B品;
3)将B品投入吹膜机中进行吹膜,即可制得用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述气调膜按重量份计,包括有聚乳酸56.5-93.9份、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯5-40份、纳米二氧化钛1-3份和开口剂0.1-0.5份。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,步骤1)所述双螺杆挤出机的各段温度依次为100℃、190℃、200℃、200℃和190℃。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述开口剂为硅藻土、滑石粉、二氧化硅、芥酸酰胺或油酸酰胺中的一种或任意两种。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述微纳层叠共挤出设备由挤出机、汇流器、层分配器和牵引辊组成,利用微纳层叠共挤出设备的剪切力使聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯在聚乳酸中变形为纤维状。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述挤出机、汇流器和层分配器的温度依次为190-200℃、190-200℃和180-190℃;所述牵引辊的转速为60-90r/min。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述挤出机、汇流器和层分配器的温度依次为190℃、190℃和180℃;所述牵引辊的转速为90r/min。
前述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,所述B品在吹塑之前,将其固定在模具中,放入145-160℃的烘箱内热退火5-10min。
一种利用前述方法制备获得的可生物降解气调膜在食用菌保鲜中的应用。
本发明的有益效果
1、本发明通过利用聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯为原料进行共混制备气调膜,使气调保鲜膜具有可生物降解的特性,解决了白色污染问题。
2、本发明通过利用微纳层叠共挤出设备对薄膜原料进行加工处理,使聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)在聚乳酸(PLA)中原位成纤,利用纤维状的PBAT诱导周围的PLA成晶,从而提高PLA薄膜的透气性,使得气调膜具有较好的气体调节功能;并且通过改变PBAT的添加量以及控制工艺参数,可以对透气性进行调控,从而具有氧气、二氧化碳和水蒸气透过率可控可调的优点,能够满足不同食用菌对于保鲜膜透气性的要求。
3、传统工艺在PLA中添加PBAT后,虽然韧性得到了提高,但是其强度降低严重,在吹塑成薄膜后严重影响薄膜的强度。而本发明通过将PBAT在PLA中原位成纤,利用纤维状的PBAT来提高材料的强度,与传统的方法制备的PLA薄膜相比,本发明的薄膜具有强度更高的优点。
4、本发明在提高保鲜膜气调性能的基础上,还通过添加纳米二氧化钛抗菌剂,利用气调和抗菌功能相互协同的作用,进一步提高了气调膜对于食用菌的保鲜功能。
附图说明
附图1为本发明涉及的微纳层叠共挤出设备的结构示意图;
附图标记说明:1-挤出机,2-汇流器,3-层分配器,4-牵引辊。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
本发明实施例中所指微纳层叠共挤出设备如附图1所示,从左至右依次为挤出机1、汇流器2、层分配器3和牵引辊4,其中层分配器3有2组,每组三层。
实施例1
(1)将1份纳米二氧化钛、0.1份芥酸酰胺、5份PBAT和93.9份PLA混合后,投入双螺杆挤出机中挤出造粒,制备得到A品。其中双螺杆挤出机各段温度控制在100℃、190℃、200℃、200℃和190℃。
(2)将A品投入微纳层叠共挤出设备中原位微纤化,制备得到B品。其中挤出机1、汇流器2、两个三层分配器3的温度分别为200℃、200℃和190℃。牵引辊4的速度为60转/分钟。
(3)将B品投入吹膜机中按照常规工艺吹塑成气调膜。
本实施例气调膜的氧气透过系数为5.38×10-7cm3·m/m2·d·Pa,二氧化碳透过系数为7.67×10-6cm3·m/m2·d·Pa,水蒸气透过系数为2.16×10-6g·m/m2·d·Pa,金黄色葡萄球菌的抑菌率为81.9%,大肠杆菌的抑菌率为87.2%,黑曲霉菌的抑菌率为85.7%,拉伸强度61.3MPa,断裂伸长率73.8%,用该气调膜包装的平菇常温保质期为5天。
实施例2
(1)将3份纳米二氧化钛、0.5份二氧化硅、40份PBAT与56.5份PLA混合后,投入双螺杆挤出机中挤出造粒,制备得到A品。其中双螺杆挤出机各段温度控制在100℃、190℃、200℃、200℃和190℃。
(2)将A品投入微纳层叠共挤出设备中原位微纤化,制备得到B品。其中挤出机1、汇流器2和两个三层分配器3的温度分别为190℃、190℃、180℃。牵引辊(D)的速度为90转/分钟。
(3)将B品投入吹膜机中按照常规工艺吹塑成气调膜。
本实施例气调膜的氧气透过系数为2.11×10-5cm3·m/m2·d·Pa,二氧化碳透过系数为6.40×10-4cm3·m/m2·d·Pa,水蒸气透过系数为5.29×10-5g·m/m2·d·Pa,金黄色葡萄球菌的抑菌率为96.8%,大肠杆菌的抑菌率为99.2%,黑曲霉菌的抑菌率为97.9%,拉伸强度98.6MPa,断裂伸长率378.1%,用该气调膜包装的香菇常温保质期为15天。
实施例3
(1)将2份纳米二氧化钛、0.3份硅藻土、20份PBAT与77.7份PLA混合后,投入双螺杆挤出机中挤出造粒,制备得到A品。其中双螺杆挤出机各段温度控制在100℃、190℃、200℃、200℃、190℃。
(2)将A品投入微纳层叠共挤出设备中原位微纤化,制备得到B品。其中挤出机1、汇流器2、两个三层分配器3的温度分别为200℃、200℃、180℃。牵引辊4的速度为60转/分钟。
(3)将B品固定于模具中放入145℃的鼓风烘箱中,5min后取出B品,并投入吹膜机中按照常规工艺吹塑成气调膜。
本实施例增加了热退火工艺,气调膜的氧气透过系数为8.54×10-6cm3·m/m2·d·Pa,二氧化碳透过系数为4.85×10-5cm3·m/m2·d·Pa,水蒸气透过系数为9.20×10- 5g·m/m2·d·Pa,金黄色葡萄球菌的抑菌率为95.7%,大肠杆菌的抑菌率为98.3%,黑曲霉菌的抑菌率为96.4%,拉伸强度80.3MPa,断裂伸长率127.5%,用该气调膜包装的羊肚菌常温保质期为12天。
为证明本发明的效果,发明人作了如下对比例:
对比例1
将1份纳米二氧化钛、0.1份芥酸酰胺、5份PBAT与93.9份PLA混合后,投入双螺杆挤出机中挤出造粒,制备得到A品。其中双螺杆挤出机各段温度控制在100℃、190℃、200℃、200℃、190℃。将A品直接投入吹膜机中吹塑成膜。该气调膜的氧气透过系数为1.47×10- 7cm3·m/m2·d·Pa,二氧化碳透过系数为1.69×10-6cm3·m/m2·d·Pa,水蒸气透过系数为3.01×10-6g·m/m2·d·Pa,金黄色葡萄球菌的抑菌率为82.1%,大肠杆菌的抑菌率为87.4%,黑曲霉菌的抑菌率为85.9%,拉伸强度35.2MPa,断裂伸长率56.8%,用该气调膜包装的平菇常温保质期为3天。
对比例2
将0.1份芥酸酰胺、5份PBAT与94.9份PLA混合后,投入双螺杆挤出机中挤出造粒,制备得到A品。其中双螺杆挤出机各段温度控制在100℃、190℃、200℃、200℃、190℃。将A品投入微纳层叠共挤出设备中原位微纤化,制备得到B品。其中挤出机1、汇流器2、两个三层分配器3的温度分别为200℃、200℃、190℃。牵引辊4的速度为60转/分钟。将B品投入吹膜机中吹塑成膜。该气调膜的氧气透过系数为4.70×10-7cm3·m/m2·d·Pa,二氧化碳透过系数为6.28×10-6cm3·m/m2·d·Pa,水蒸气透过系数为2.54×10-6g·m/m2·d·Pa,金黄色葡萄球菌的抑菌率为0,大肠杆菌的抑菌率为0,黑曲霉菌的抑菌率为0,拉伸强度59.1MPa,断裂伸长率68.2%,用该气调膜包装的平菇常温保质期为2天。
通过对比例1和2的实验结果可以看出,在没有经过微纳层叠共挤出设备加工或者没有添加抗菌剂的前提下,其食用菌保质期均非常短。也就是说,本发明的微纳层叠共挤出工艺的应用以及与纳米二氧化钛的联合使用能够极大的延长食用菌的保质期。
以上所述,仅为本发明创造较佳的具体实施方式,但本发明创造的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内,根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:是以聚乳酸和聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯为原料,通过添加纳米二氧化钛和开口剂之后进行造粒,然后再利用微纳层叠共挤出设备挤出,最后用吹膜机吹膜,即可制得用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜。
2.根据权利要求1所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)将聚乳酸、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、纳米二氧化钛和开口剂混合均匀,放入双螺杆挤出机中挤出造粒,得A品;
2)将A品投入微纳层叠共挤出设备,使聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯以纤维状存在于聚乳酸中,得B品;
3)将B品投入吹膜机中进行吹膜,即可制得用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜。
3.根据权利要求1或2所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述气调膜按重量份计,包括有聚乳酸56.5-93.9份、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯5-40份、纳米二氧化钛1-3份和开口剂0.1-0.5份。
4.根据权利要求2所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:步骤1)所述双螺杆挤出机的各段温度依次为100℃、190℃、200℃、200℃和190℃。
5.根据权利要求1或2所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述开口剂为硅藻土、滑石粉、二氧化硅、芥酸酰胺或油酸酰胺中的一种或任意两种。
6.根据权利要求1或2所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述微纳层叠共挤出设备由挤出机、汇流器、层分配器和牵引辊组成。
7.根据权利要求6所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述挤出机、汇流器和层分配器的温度依次为190-200℃、190-200℃和180-190℃;所述牵引辊的转速为60-90r/min。
8.根据权利要求7所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述挤出机、汇流器和层分配器的温度依次为190℃、190℃和180℃;所述牵引辊的转速为90r/min。
9.根据权利要求2所述的用于食用菌保鲜的可生物降解气调膜的制备方法,其特征在于:所述B品在吹塑之前,将其固定在模具中,放入145-160℃的烘箱内热退火5-10min。
10.一种利用权利要求1-9任何一项所述方法制备获得的可生物降解气调膜在食用菌保鲜中的应用。
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