CN115109286A - 一种可降解多功能食品保鲜包装膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可降解多功能食品保鲜包装膜的制备方法，具有高气体阻隔、高韧性、抗菌、抗紫外、自愈合等特色，属于食品包装领域。采用的技术方案是：将一定质量的羧甲基纤维素钠(CMC)和聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯亚胺(PEI)和天然抗菌因子混合液通过流延法制备CMC基薄膜，通过低温冷冻方法促使高分子链间生成氢键增强分子间作用力，室温融化，即可获得多功能水果保鲜膜材料。本发明能耗低，工艺流程简单，易于批量化、大面积生产，产品批次间重复性好，有效降低了气体分子渗透率，增强了薄膜抗菌性、韧性，具有良好的自愈合能力，有望在食品保鲜领域得到广泛应用。

Description

一种可降解多功能食品保鲜包装膜的制备方法
技术领域
本发明属于食品保鲜包装领域，尤其是涉及一种开发具有多功能特色(例如：高气体阻 隔、抗菌、高韧性、抗紫外、自愈合等)的水果保鲜包装膜的方法。
背景技术
随着生活水平和生活质量的提高，人们对食品的质量与安全的意识也在不断地增强。在 食品生产过程中，包装材料的性能对食品的货架期有较大的影响。开发以天然高分子为基质 的绿色可降解包装材料延长食品货架期已成为当前一个热点研究领域。
纤维素作为地球储量最丰富的可再生、可降解自然资源，在不同领域具有重要作用。作 为纤维素重要衍生物之一，羧甲基纤维素钠是一种常见的食品添加剂，作为食品里的增稠剂 和稳定剂，鉴于羧甲基纤维素钠良好的安全可食用性以及成膜性，科研人员常常采用羧甲基 纤维素制备绿色可降解食品包装膜的基材。因含有丰富的极性官能团(羧基和羟基)，导致羧 甲基纤维素钠薄膜具有较强的亲水性和较差的机械性能，这在一定程度上限制了羧甲基纤维 素钠包装膜的实际应用。受到外力作用，包装薄膜破损后无法继续使用，会造成一定程度的 资源浪费。此外，在食品保鲜过程中，食物表面微生物新陈代谢加速食品腐败，薄膜内部果 蔬呼吸作用产生的水分如果不及时排出，包装内部产生高湿环境会加速果蔬腐败。在太阳光 照射下，紫外线穿过包装薄膜，加速食品(特别是蛋白质类食物)的腐败降解。因此，使用 具有较高机械强度的保鲜膜防止产品受到微生物的污染和创造利于储藏的保鲜环境对延长食 品货架期非常重要作用。综上所述，在实际应用中，食品包装薄膜往往同时需要较高的机械 强度、抗菌性、抗紫外、自愈合性能以及气体选择透过性，以达到延长货架期的目的。尽管 目前已经报道了羧甲基纤维素钠基的食品保鲜膜材料中，但这些材料功能比较单一，通常只 是提高了薄膜的气体阻隔性或机械强度或抗菌，然而将上述所需多种功能集结到一种包装薄 膜中仍存在挑战，这限制了其在实际生活中的应用前景。因此，开发一种可降解具有多功能 特色的食品保鲜包装膜材料对食品保鲜领域具有重要应用意义。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种开发具有多功能特色的果蔬保鲜抑菌包装膜材料的方 法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备可降解多功能食品保鲜包装膜的方法，包括如下步骤：
1)将一定质量的羧甲基纤维素钠(CMC)和聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯亚胺(PEI)以及天 然抗菌因子混合液通过流延法制备羧甲基纤维素钠(CMC)基薄膜；
2)将羧甲基纤维素钠基薄膜通过低温冷冻处理的方法促使高分子链间生成氢键增强分子 间作用力，之后在室温融化进行解冻，即可获得具有可降解多功能食品(例如水果)保鲜包 装膜材料，即掺杂天然抗菌因子的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(1)羧甲基纤维素钠的质量分数为1～8wt％，优 选为3～4wt％；聚乙烯醇的质量分数为5～12wt％，优选7～8wt％，聚乙烯亚胺的质量分数为 1～7wt％，优选4～5wt％，天然抗菌因子的质量分数为0.1～2wt％，优选0.5wt％。
基于以上技术方案，优选地，所述聚乙烯醇的分子量为110000～130000g/mol，所述聚 乙烯亚胺的分子量为1800～10000g/mol。
基于以上技术方案，优选地，所述步骤(1)羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和 天然抗菌因子混合溶液的配置方法为：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和天然抗 菌因子分散在水中，搅拌均匀。
基于以上技术方案，优选地，将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和天然抗菌因 子混合溶液通过流延法制备羧甲基纤维素钠基薄膜，采用流延原料(混合溶液)的配置过程 为：按照质量分数为3～8wt％的羧甲基纤维素钠、质量分数为5～12wt％的聚乙烯醇和质量分 数为0.1～2wt％的天然抗菌因子分散在蒸馏水中，搅拌均匀；流延法制备的羧甲基纤维素钠基 薄膜的厚度为70-110μm。
基于以上技术方案，优选地，所述天然抗菌因子为单宁酸、姜黄素、壳聚糖、芥末精油 等其中一种或多种。
基于以上技术方案，优选地，所述将流延法制备的薄膜放入到制冷系统中，冷冻处理的 温度为-5℃～-40℃，冷冻处理的时间为4h～48h，将薄膜取出，室温解冻即可。
本发明还涉及保护上述方法所制备的可降解多功能食品保鲜包装膜材料。
本发明还涉及保护上述方法所制备的包装膜材料在食品(例如水果)保鲜领域中的应用。
本发明所制备产品具有工艺流程简单，能耗低，易于批量化、大面积生产，产品批次间 重复性好等优势，有效降低了气体分子渗透率，增强了薄膜机械强度，延长了果蔬保鲜期。
相对于现有技术，本发明所提供的制备方法具有以下优势：
1、本发明所制备薄膜具有高气体阻隔、高机械强度、抗菌、抗紫外线、自愈合等特色的 多功能，有望在果蔬保鲜领域具有广泛应用前景。
2、本发明所涉及制备的天然高分子基薄膜的生产工艺流程简单，能耗低，易于批量化、 大面积生产，产品批次间重复性好等优势。
附图说明
图1为实施例1和对比例制备包装薄膜的抗紫外线特性。图中：CMC/PVA/PEI/TA0代表 对比例中没有单宁酸掺杂的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜，CMC/PVA/PEI/TA3代表实施例1中掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
图2为实施例1制备薄膜的自愈合特性。
图3为施例1和对比例制备薄膜的机械强度。图中：CMC/PVA/PEI/TA0代表对比例中没 有单宁酸掺杂的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。CMC/PVA/PEI/TA3代表实施例1 中掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
图4为实施例1制备薄膜的水果保鲜效果评价。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对 本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术 的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件，均按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的 操作或条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂。
下述实施例中聚乙烯醇的分子量为110000～130000g/mol，PEI的分子量为1800g/mol。
实施例1
(1)准确称取2g醋酸纤维素钠溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌2h 至CMC完全溶解。于此同时，将8g聚乙烯醇溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使得 两种溶液充分混匀。随后加入0.5g单宁酸在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，再加入4g PEI于上述溶液中，在60℃的水浴中磁力搅拌14h，将获得的膜液使用流延法获得薄膜。
(2)将薄膜放置到制冷系统中，-20℃冷冻处理12h，随后在25℃室温下解冻即可获得 多功能包装薄膜材料，即掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
实施例2
(1)准确称取4g羧甲基纤维素钠溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌 2h至CMC完全溶解。于此同时，将10g聚乙烯醇溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅 拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h， 使得两种溶液充分混匀。随后加入1.0g单宁酸在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，再加入 3gPEI于上述溶液中，在60℃的水浴中磁力搅拌14h，将获得的膜液使用流延法获得薄膜。
(2)将薄膜放置到制冷系统中，-30℃冷冻处理20h，随后在25℃室温下解冻即可获得 多功能包装薄膜材料，即掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
实施例3
(1)准确称取3g羧甲基纤维素钠溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌 2h至CMC完全溶解。于此同时，将7g聚乙烯醇溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使 得两种溶液充分混匀。随后加入0.4g单宁酸在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，再加入2gPEI于上述溶液中，在60℃的水浴中磁力搅拌14h，将获得的膜液使用流延法获得薄膜。
(2)将薄膜放置到制冷系统中，-40℃冷冻处理8h，随后在25℃室温下解冻即可获得多 功能包装薄膜材料，即掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
实施例4
(1)准确称取3g羧甲基纤维素钠溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌 2h至CMC完全溶解。于此同时，将8g聚乙烯醇溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使 得两种溶液充分混匀。随后加入0.6g单宁酸在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，再加入1gPEI于上述溶液中，在60℃的水浴中磁力搅拌14h，将获得的膜液使用流延法获得薄膜。
(2)将薄膜放置到制冷系统中，-25℃冷冻处理40h，随后在25℃室温下解冻即可获得 多功能包装薄膜材料，即掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
实施例5
(1)准确称取6g羧甲基纤维素钠溶于50mL去离子水中，在60℃的磁力搅拌器中搅拌 2h至CMC完全溶解。于此同时，将6g聚乙烯醇溶于50mL去离子水中，在95℃的磁力搅拌器中搅拌3h至PVA完全溶解。将获得的两种溶液混匀，在60℃的磁力搅拌器中搅拌1h，使 得两种溶液充分混匀。随后加入0.8g单宁酸在上述混合溶液中，60℃搅拌30min，再加入2gPEI于上述溶液中，在60℃的水浴中磁力搅拌14h，将获得的膜液使用流延法获得薄膜。
(2)将薄膜放置到制冷系统中，-10℃冷冻处理48h，随后在25℃室温下解冻即可获得 多功能包装薄膜材料，，即掺杂单宁酸的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
对比例
按照实施例1的方法制备，区别在于不添加单宁酸，最终得到多功能包装薄膜材料，即 没有单宁酸掺杂的羧甲基纤维素钠/聚乙烯醇/聚酰亚胺包装膜。
多功能保鲜包装薄膜性能测试及保鲜效果评价：
1.气体阻隔性能
气体阻隔特性评价方法：
1)根据ASTM D 3985标准，在环境温度为23±2℃和相对湿度为50±5％的条件下，用 差压气体渗透仪(BASIC201，中国)测量氧气透过率(OTR)；
2)水蒸气渗透率(WVP)由水蒸气渗透测试仪(PERMEW3/010，LABTHINK，中国) 在38±0.5℃和90±1％相对湿度下按照标准方法(ASTM E398)测定。
上述的实施例1和对比例制备的两种膜的效果比较，结果如表1。
表1实施例1和对比例的效果比较
Figure BDA0003712866020000051
由表1可见，实施例1中得到的复合薄膜的阻隔效果优于对比例，氧气和水蒸气透过率 明显低于对比例。
同样地，实施例2-5制备的复合薄膜具有良好的气体阻隔特性。
2.抗紫外特性：
采用实施例1和对比例制备的复合薄膜考查产品的抗紫外性，结果如图1所示。
由图1可见，实施例1制备的产品具有优异的抗紫外线特性(小于400nm波段)，符合食 品包装薄膜实际应用中抗紫外线需求。
同样地，实施例2-5所制备薄膜同样具备有良好的抗紫外线特性。
3.自愈合特性：
测试方法：
室温环境下，用剪刀将完整包装薄膜裁成两小块，随后将裁开两端对头放置，室温下自 愈合2小时即可。
采用实施例1制备的复合薄膜(1.5cm×5cm)考察产品的自愈合特性，结果如图2所示。
由图2可见，该产品具有良好的自愈合特性，符合食品包装薄膜实际应用中自愈合修复 功能需求。
同样地，实施例2-5所制备的薄膜均具有良好的自愈合能力。
4.机械强度：
采用实施例1和对比例制备的复合薄膜考察产品的机械强度特性，结果如图3所示。
由图3可见，实施例1制备的产品具有良好的机械强度，符合食品包装薄膜实际应用中 力学性能需求。
同样地，实施例2-5所制备的薄膜均具有良好的机械强度。
5.水果保鲜效果：
测试方法：
将购买新鲜草莓仔细清洗、擦干后，放置到灭菌培养皿中，分别用商业PE膜和本发明的 产品薄膜进行封装，定期拍照观察草莓外观的变化。
采用实施例1制备的复合薄膜和商业PE膜考察产品的水果保鲜效果，结果如图4所示。
由图4可见，实施例1制备的产品具有良好的水果保鲜效果，阻止食品变质，符合食品 包装薄膜实际应用中延长货架期需求。
同样地，实施例2-5所制备的薄膜均具有良好的食品保鲜效果。
本发明提供的一种制备具有多功能特色的食品保鲜包装膜材料的方法，属于食品保鲜包 装技术领域。实验结果表明，制备的多功能包装膜材料的综合性能全面优于同类型产品，成 本更低，易于批量大规模生产。

Claims (9)

1.一种制备可降解多功能食品保鲜包装膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和天然抗菌因子混合溶液通过流延法制备羧甲基纤维素钠基薄膜；
2)将羧甲基纤维素钠基薄膜进行冷冻处理，之后在室温解冻，即可获得可降解多功能食品保鲜包装膜材料。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠的质量分数为1～8wt％，聚乙烯醇的质量分数为5～12wt％，聚乙烯亚胺的质量分数为1～7wt％，天然抗菌因子的质量分数为0.1～2wt％。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述聚乙烯醇的分子量为110000～130000g/mol，所述聚乙烯亚胺的分子量为1800～10000g/mol。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和天然抗菌因子混合溶液的配置方法为：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和天然抗菌因子分散在水中，搅拌均匀。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)羧甲基纤维素钠基薄膜的厚度为70-110μm。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)冷冻处理的温度为-5℃～-40℃，冷冻处理的时间为4h～48h。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)天然抗菌因子为单宁酸、姜黄素、壳聚糖、芥末精油中一种或多种。
8.一种权利要求1-7任一方法所制备获得的可降解多功能食品保鲜包装膜。
9.一种权利要求8所述包装膜在食品保鲜领域中的应用。
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