CN117343363B - 一种基于多酚改性的环保型食品包装膜生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多酚改性的环保型食品包装膜生产方法，属于食品包装材料领域。其特征在于以小麦麸皮为主要原料，经阿拉伯木聚糖（AX）提取、铸膜，得到AX基膜；通过多酚与金属离子配位、多酚氧化交联，以及纳米二氧化硅固定构筑微纳结构，实现表面疏水修饰，制得一种环保型食品包装膜。本发明生产的包装膜具有可降解、疏水性强、机械强度高、阻隔性高、制备简单、成本低的特点，应用于多种食品包装。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多酚改性的环保型食品包装膜生产方法，属于食品包装材料领域。
背景技术
其中可降解包装膜是目前低碳发展的方向之一，它是以生物降解多糖、蛋白质等为基质制备的一类包装材料，天然绿色无污染，具有广阔的应用前景。但多糖类的可降解材料存在机械性能差、亲水性较强等问题。多糖基可降解材料较强的亲水性，易与食品发生粘连或外表面沾染污渍导致食品污染，且其在高湿度环境下吸收水蒸气而发生水解，甚至出现破损，限制了其在食品包装领域的应用。因此，制备具有良好疏水性能和强度较高的多糖膜材料，可拓宽多糖膜材料在食品包装膜中的应用。
小麦麸皮中富含阿拉伯木聚糖（AX），是一种具有良好应用前景的可降解多糖，具有产量大、成本低等优点。多酚是一种具有多个酚羟基结构的化合物，邻位的酚羟基可以与金属离子发生络合反应，形成稳定的多酚/金属离子螯合物，且多酚结构相互交联后具有一定的表面粘附性，可以固定在目标材料的表面，提高膜表面粗糙度。此外，通过多酚氧化交联时产生的粘附性可将纳米二氧化硅固定在膜材料表面，则可以形成纳米至微米级的粗糙结构，形成类似“荷叶表面”的疏水结构，进一步用于膜表面疏水性的精准调控。
专利（公开号CN111958958A，公开日2020年11月20日）公开了“一种超疏水食品包装材料及其制备模具和制备方法”，其用模具在材料表面加工出微凹陷结构从而制备超疏水食品包装材料。该项技术需要模具进行机械加工，费时耗能。本发明则通过简单的表面修饰构建了有良好疏水性的粗糙结构表面，极大增加了水接触角，具有绿色环保、制作流程简单等优点。专利（公开号CN112647356A，公开日2021年4月13日）公开了“一种应用于食品包装纸的疏水抗菌涂层的制备方法”，其用聚乳酸颗粒制备了应用于食品包装纸的疏水抗菌涂层，相较于前者本发明减少了喷涂步骤，且多酚交联的方式构筑的疏水表面更加稳定。
本发明以小麦麸皮中提取的AX为主要原料，经提取、铸膜得到基膜；通过多酚与金属离子配位、多酚氧化交联，以及纳米二氧化硅固定构筑微纳结构实现表面疏水修饰，制得一种环保型食品包装膜。本产品生产的包装膜具有可降解、疏水性强、机械强度高、阻隔性高、制备简单、成本低的特点，应用于多种食品包装。
发明内容
技术问题
本发明目的在于提供一种基于多酚改性的环保型食品包装膜生产方法，经AX基膜制备、多酚金属离子配位、多酚氧化交联及纳米二氧化硅固定，制得一种环保型食品包装膜。
技术方案
本发明的技术方案概述如下：以小麦麸皮中提取的AX为主要原料，经提取、铸膜，得到基膜；通过多酚与金属离子配位、多酚氧化交联以及纳米二氧化硅固定构筑微纳结构实现表面疏水修饰，制得一种环保型食品包装膜，具体步骤包括：
（1）AX基膜制备：按公知方法，小麦麸皮经粉碎、脱淀粉、脱蛋白、碱提取、酶处理、透析后，依次加入无水乙醇至体系乙醇浓度为30%～60%，离心得到体系乙醇浓度为30%、40%、50%、60%时的AX沉淀物，优选AX醇沉浓度为40%，此时AX具有最佳的成膜性能；将AX溶于纯水中配置为质量体积浓度为1%～2%的溶液，与增塑剂甘油混合均匀，体系中甘油质量体积浓度为0.4%～0.6%，优选AX与甘油质量体积浓度分别为2%和0.6%，此时所铸AX膜的机械性能最佳，最大抗拉强度可达30 MPa，最大伸长率可达28%；室温下400 rpm搅拌15 min，充分混匀后超声脱气30 min至气泡完全消除后，缓慢倒入30 cm×20 cm×3 cm的塑料模具中，在40～60℃下干燥6～8 h，得到AX基膜；
（2）多酚与金属离子配位：配置体积浓度为 60%～80%的乙醇/水溶液，加入多酚与金属离子，体系中二者质量体积浓度分别为0.2%～0.4%和0.3%～0.5%，其中多酚可为原儿茶酸、咖啡酸、没食子酸，金属离子可为Fe3+、Cu2+，优选乙醇/水溶液、原儿茶酸和Fe3+质量体积浓度分别为60%、0.4%、0.4%，此时多酚金属离子螯合效果最佳；将制备好的AX基膜浸入溶液中，在40～60℃下以200 rpm的速度搅拌40～60 min使多酚与金属离子充分螯合并沉积在膜表面；
（3）多酚氧化交联与纳米二氧化硅固定：将质量体积浓度为0.05%～0.10%的70～200 nm的二氧化硅加入上述溶液中，超声15 min使其混合均匀，加入质量体积浓度为0.2%～0.4%的30%过氧化氢，优选粒径为100 nm的二氧化硅，其与过氧化氢质量体积浓度分别为0.8%和0.4%，此时二氧化硅固定效果最佳，膜表面疏水角可达120°；在40～60℃下以200rpm的速度搅拌1～3 h，使多酚在氧化交联时产生的粘附性将纳米二氧化硅固定在膜表面，用80%乙醇将基膜冲洗2～3次，置于50℃烘箱中干燥7～8 h，制得环保型食品包装膜材料。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）通过多酚与金属离子配位、多酚氧化交联后增加AX膜表面疏水性，提高膜在高湿度环境下的强度及阻隔性能；
（2）通过多酚氧化交联固定纳米二氧化硅可在膜表面形成微纳结构，进一步用于膜表面疏水性的精准调控。
具体实施方式
实施例1
小麦麸皮经粉碎、脱淀粉、脱蛋白、碱提取、酶处理、透析后加入无水乙醇，至体系乙醇浓度为40%，离心得到麦麸AX沉淀；将AX溶于纯水中，配置为质量体积浓度为2%的溶液后与甘油混合均匀，体系中甘油质量体积浓度为0.6%，室温下400 rpm搅拌15 min，充分混匀后超声脱气30 min至气泡完全消除后，缓慢倒入30 cm×20 cm×3 cm的塑料模具中，在40～60℃下干燥6～8 h，得到AX基膜。配置体积浓度为60%的乙醇/水溶液，加入原儿茶酸和Fe3+，体系中二者质量体积浓度分别为0.4%和0.4%，将制备好的AX基膜浸入溶液中，在40～60℃下以200 rpm的速度搅拌40～60 min使多酚与金属离子充分螯合，并沉积在膜表面。将质量体积浓度为0.08%的100 nm的二氧化硅加入上述溶液中，超声15 min使其混合均匀，加入质量体积浓度为0.4%的30%过氧化氢，在40～60℃以200 rpm的速度搅拌1～3 h，使多酚金属离子螯合物在氧化交联过程中将纳米二氧化硅固定在膜表面，用80%乙醇将基膜冲洗2～3次，置于50℃烘箱中干燥7～8 h，制得环保型食品包装膜材料。该膜表面的水接触角可达120°，最大抗拉强度可达30 MPa，最大伸长率可达28%，水蒸气透过率为0.08 ng·m-1s- 1Pa-1。
实施例2
小麦麸皮AX提取同实施例1。其中乙醇体系浓度为30%，AX质量体积浓度为2%，混合、脱气、铸膜、干燥过程同实施例1。配置体积浓度为70%的乙醇/水溶液，加入质量体积浓度分别为0.2%和0.3%的咖啡酸和Fe3+，混合、螯合配位步骤同实施例1。将质量体积浓度为0.05%的70 nm二氧化硅加入上述溶液中，超声15 min使其混合均匀，加入质量体积浓度为0.2%的30%过氧化氢，交联固定、清洗、干燥同实施例1。该膜表面的水接触角可达108°，最大抗拉强度可达25 MPa，最大伸长率可达20%，水蒸气透过率为0.15 ng·m-1s-1Pa-1。
实施例3
小麦麸皮AX提取同实施例1。其中乙醇体系浓度为60%，AX质量体积浓度为1%，混合、脱气、铸膜、干燥过程同实施例1。配置体积浓度为80%的乙醇/水溶液，加入质量体积浓度分别为0.4%和0.5%的没食子酸和Cu2+，混合、螯合配位步骤同实施例1。将质量体积浓度为0.10%的200 nm二氧化硅加入上述溶液中，超声15 min使其混合均匀，加入质量体积浓度为0.3%的30%过氧化氢，交联固定、清洗、干燥同实施例1。该膜表面的水接触角可达96°，最大抗拉强度可达21 MPa，最大伸长率可达18%，水蒸气透过率为0.2 ng·m-1s-1Pa-1。
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变和替换，但所有这些改变和替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于多酚改性的环保型食品包装膜的生产方法，其特征在于以小麦麸皮为主要原料，经阿拉伯木聚糖AX提取、铸膜，得到AX基膜；通过多酚与金属离子配位、多酚氧化交联，以及纳米二氧化硅固定构筑微纳结构，实现表面疏水修饰，制得所述的环保型食品包装膜，具体包括以下步骤：
（1）AX基膜制备：按公知方法，小麦麸皮经粉碎、脱淀粉、脱蛋白、碱提取、酶处理、透析后加入无水乙醇，至体系乙醇浓度为30%～60%，离心得到麦麸AX沉淀物；将AX溶于纯水中，配置为质量体积浓度为1%～2%的溶液后，与增塑剂甘油混合均匀，体系中甘油质量体积浓度为0.4%～0.6%，室温下400 rpm搅拌15 min，充分混匀后，超声脱气30 min，至气泡完全消除后，缓慢倒入模具中，在40～60℃下干燥6～8 h，得到AX基膜；
（2）多酚与金属离子配位：配置体积浓度为60%～80%的乙醇/水溶液，加入多酚与金属离子，体系中二者质量体积浓度分别为0.2%～0.4%和0.3%～0.5%，其中多酚为原儿茶酸、咖啡酸或没食子酸，金属离子为Fe3+或Cu2+；将制备的AX基膜浸入溶液中，在40～60℃下以200rpm的速度搅拌40～60 min，使多酚与金属离子充分螯合并沉积在膜表面；
（3）多酚氧化交联与纳米二氧化硅固定：将质量体积浓度为0.05%～0.10%的70～200nm的二氧化硅加入上述溶液中，超声15 min使其混合均匀，加入质量体积浓度为0.2%～0.4%的30%过氧化氢，在40～60℃下以200 rpm的速度搅拌1～3 h，使多酚在氧化交联时产生的粘附性将纳米二氧化硅固定在膜表面，用浓度为80%的乙醇将基膜冲洗2～3次，置于50℃烘箱中干燥7～8 h，制得环保型食品包装膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于多酚改性的环保型食品包装膜的生产方法，其产品特征在于，制得包装膜具有可降解、疏水性强、机械强度高、阻隔性高、制备简单、成本低的特点，应用于多种食品包装。
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| CN111961230A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-20 | 江南大学 | 一种具有pH响应性阿拉伯木聚糖水凝胶及其制备方法 |
| CN114015104A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-02-08 | 南京农业大学 | 一种具有加速冷冻功能的环保型食品包装膜生产技术 |
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2022
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