一種大米淀粉基可生物降解包裝膜及其制備方法
【專利摘要】一種大米淀粉基可生物降解包裝膜及其制備方法，該大米淀粉基可生物降解包裝膜由以下重量百分比的原料制成：大米淀粉15－55%、α-淀粉酶0.01－0.1%、殼聚糖5－15%、苯甲酸鈉2－10%、山梨酸鉀2－10%、丙酸酐2－10%、聚乙烯醇10－55%、交聯(lián)劑0.01－0.05%、增塑劑和蒸餾水15-30%。本發(fā)明還包括所述大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法。本發(fā)明之大米淀粉基包裝膜，抑菌性較強(qiáng)，耐水性、耐酸堿性好，強(qiáng)度較高，廢棄后可以被環(huán)境中的微生物分解成二氧化碳和水。
【專利說(shuō)明】一種大米淀粉基可生物降解包裝膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種可生物降解包裝膜及其制備方法，尤其是涉及ー種大米淀粉基可生物降解包裝膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，日常生活中人們使用的包裝膜主要是聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜，這些塑料膜，由于難于被土壌微生物分解和被植物根系吸收，長(zhǎng)期使用后大量塑料薄膜丟棄在環(huán)境中，給環(huán)境造成了不良影響。而且這些聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜無(wú)抑菌能力，采用這種膜包裝的食物很難長(zhǎng)時(shí)間保藏，給食品安全帶來(lái)隱患。一直以來(lái)，人們通過(guò)不同的辦法來(lái)改善生活包裝用塑料薄膜的性能，但都不能從根本上解決塑料薄膜的可生物降解性問(wèn)題。另一方面，在大米加工過(guò)程中，不可避免的產(chǎn)生大量節(jié)碎米，這些節(jié)碎米含有豐富的淀粉，目前由于技術(shù)的限制，這些節(jié)碎米的淀粉并沒(méi)有被充分利用，造成資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種可微生物分解的大米淀粉基可生物降解包裝膜及其制備方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:
一種大米淀粉基可生物降解包裝膜，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉15 —55% (優(yōu)選 20 — 35%,更優(yōu)選 25-30%)、a -淀粉酶 0.01 — 0.1% (優(yōu)選 0.03 一 0.06%,優(yōu)選酶活力40000-60000U/g)、殼聚糖5 — 15% (優(yōu)選7 — 11%，更優(yōu)選8_10%)、苯甲酸鈉2 —10% (優(yōu)選4 - 6%)、山梨酸鉀2 - 10% (優(yōu)選2.5 — 4.0%)、丙酸酐2 — 10% (優(yōu)選5 — 6%)、聚乙烯醇(PVA) 10 一 55% (優(yōu)選12 — 27%，更優(yōu)選17_22%)、交聯(lián)劑0.01 一 0.05% (優(yōu)選
0.02-0.04%)、增塑劑 0.8 - 10% (優(yōu)選 1-2%)和蒸餾水 15-30% (優(yōu)選 20 一 25% )。
[0005]所述殼聚糖、苯甲酸鈉和山梨酸鉀為抑菌物質(zhì)。
[0006]所述交聯(lián)劑可為こ二醛、丙二醛、戊二醛等醛類。
[0007]所述增塑劑優(yōu)選甘油、乙二醇或聚乙二醇等。
[0008]本發(fā)明之大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)配制a-淀粉酶液:將所準(zhǔn)備的蒸餾水分成兩半，在其中一份蒸餾水中加入a-淀粉酶，攪拌均勻，得a-淀粉酶液；
(2)將步驟(1)所得a-淀粉酶液加入到反應(yīng)器中，預(yù)熱到48 — 56°C，將大米淀粉加入反應(yīng)器中，一邊攪拌，ー邊加入大米淀粉；然后將反應(yīng)器置于48 — 56°C的恒溫箱中，保溫酶解4 一 6 h，待大米淀粉膠可攪動(dòng)時(shí)，將反應(yīng)器置于沸水浴內(nèi)，外浴繼續(xù)加熱過(guò)程中，大米淀粉膠進(jìn)ー步變稀，直到反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)物中心溫度93 — 98°C時(shí)，停止水浴，此時(shí)大米淀粉被a -淀粉酶酶解成水溶膠，再加入丙酸酐，在60 — 70°C酷化反應(yīng)40-50min，然后向混合溶液中添加殼聚糖、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、增塑劑，混合均勻得大米淀粉基；
(3)PVA膠液的制備:將步驟(1)所得另一半水煮沸，將沸水加入PVA中，并在沸水浴內(nèi)繼續(xù)加熱煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA膠液；
(4)將PVA膠液傾入步驟(2)所得大米淀粉膠液中，向ー個(gè)方向攪拌混均后加入交聯(lián)劑，在50 — 60°C恒溫交聯(lián)反應(yīng)1.5 — 2.5h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)160目篩網(wǎng)過(guò)濾后，濾液再保溫50 一 60°C，在脫泡罐內(nèi)真空脫泡40 — 50 min，得大米淀粉基/PVA膠液，再向脫泡罐內(nèi)加壓
0.15 一 0.35 MPa，將大米淀粉基/PVA膠液經(jīng)過(guò)90 — 94°C的預(yù)熱管、計(jì)量泵、噴唇，均勻涂布在預(yù)先加熱到98 — 1020C以4-6m/min的速度移動(dòng)的流延機(jī)鋼帶上，鋼帶上的膠液膜通過(guò)升溫至116 — 124°C的烘道干燥，揭膜，即得大米淀粉基可生物降解包裝膜。
[0009]進(jìn)ー步，在干燥的大米淀粉基可生物降解包裝膜表面再均勻涂敷ー層聚乳酸膜，聚乳酸用量為所述大米淀粉基可生物降解包裝膜的原料的I 一 3%，即制得進(jìn)ー步改進(jìn)的大米淀粉基可生物降解包裝膜。
[0010]本發(fā)明之大米淀粉基包裝膜，抑菌性較強(qiáng)，耐水性、耐酸堿性好，強(qiáng)度較高，廢棄后可以被環(huán)境中的微生物分解成二氧化碳和水。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]實(shí)施例1
本實(shí)施例之大米淀粉基可生物降解包裝膜，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉35%、a -淀粉酶0.03%、殼聚糖10%、苯甲酸鈉4%，山梨酸鉀2.95%，丙酸酐6%、聚乙烯醇(PVA) 20%、戊二醛0.02%、乙二醇2%，蒸餾水20%，原料總計(jì)lKg。
[0013]本實(shí)施例之大米淀粉`基可生物降解包裝膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)配制a-淀粉酶液:將所準(zhǔn)備的200ml蒸餾水分成兩份，每份100ml，在其中100ml蒸餾水中加入0.3g a-淀粉酶，攪拌均勻，得a-淀粉酶液；另ー份備用；
(2)將步驟(1)所得a-淀粉酶液加入燒杯中，預(yù)熱到52°C并置于52°C恒溫水浴鍋中，一邊攪拌，ー邊加入大米淀粉；然后將裝有混合物的燒杯置于52°C恒溫水浴鍋中，保溫酶解5 h，待大米淀粉膠可攪動(dòng)時(shí)，將燒杯置于沸水浴內(nèi)，外浴繼續(xù)加熱過(guò)程中，大米淀粉膠進(jìn)ー步變稀，直到燒杯中的反應(yīng)物中心溫度達(dá)95°C時(shí)，停止水浴，此時(shí)大米淀粉被a -淀粉酶酶解制成水溶膠，再加入丙酸酐，在65°C酯化反應(yīng)45 min，然后向混合溶液添加殼聚糖、苯甲酸鈉、山梨酸鉀和增塑劑乙二醇，混合均勻得大米淀粉基；
(3)PVA膠液的制備:將步驟(1)所得另ー份100ml水煮沸，將沸水加入PVA中，并在沸水浴內(nèi)繼續(xù)加熱煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA膠液；
(4)將PVA膠液傾入步驟(2)所得大米淀粉膠液中，向ー個(gè)方向攪拌混均后加入交聯(lián)劑戊二醛，在55で恒溫交聯(lián)反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)160目篩網(wǎng)過(guò)濾后，濾液再保溫55°C，在脫泡罐內(nèi)真空脫泡45 min，得大米淀粉基/PVA膠液，再向罐內(nèi)加壓0.25 MPa，將大米淀粉基/PVA膠液經(jīng)過(guò)92°C的預(yù)熱管、計(jì)量泵、噴唇，均勻涂布在預(yù)先加熱到100 0C以5m/min的速度移動(dòng)的的流延機(jī)鋼帶上，鋼帶上的膠液膜通過(guò)升溫至118°C的烘道干燥，揭膜，再在干燥的表面均勻涂ー層聚乳酸膜，使用聚乳酸量為保鮮膜原料的2% (是在干燥后的大米淀粉基/PVA膠薄膜表面再敷ー層聚乳酸膜)，即制得大米淀粉基可生物降解包裝膜。
[0014]實(shí)施例2
本實(shí)施例之大米淀粉基可生物降解包裝膜，由以下重量百分比的原料制成:40%大米淀粉、0.06%的a -淀粉酶、8%殼聚糖、4.9%的苯甲酸鈉，4%的山梨酸鉀，5%的丙酸酐、17%的PVA、0.04%的丙二醛、1%的甘油、20%的蒸餾水。本實(shí)施例之大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0015]實(shí)施例3
本實(shí)施例之大米淀粉基可生物降解包裝膜，由以下重量百分比的原料制成:30%大米淀粉、0.06%的a -淀粉酶、8%殼聚糖、5.9%的苯甲酸鈉，3%的山梨酸鉀，5%的丙酸酐、22%的PVA、0.04%的こ二醛、1%的聚乙二醇、25%的蒸餾水。本實(shí)施例之大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0016]實(shí)施例4大米淀粉基可生物降解包裝膜性能評(píng)價(jià)
1、物理性質(zhì)
實(shí)施例1制得的包裝膜，經(jīng)過(guò)物性儀器測(cè)定，其拉伸強(qiáng)度25 — 30 MPa，伸長(zhǎng)率100%，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率按照GB/T13022-91 “塑料薄膜拉伸性能試驗(yàn)方法”進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)測(cè)試得到的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，可計(jì)算出薄膜的彈性模量，結(jié)果為100 MPa;實(shí)際物理性質(zhì)檢測(cè)中，斷裂伸長(zhǎng)率表示薄膜的韌性，在pH〈3或者pH> 11溶液中長(zhǎng)時(shí)間浸放15 h，仍能保持較強(qiáng)的韌性，即伸長(zhǎng)率100%。
[0017]2、抑菌能力
2.1菌種母液的培養(yǎng)
本實(shí)施例選用金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌作抗菌實(shí)驗(yàn)。在無(wú)菌環(huán)境下，挑取ー環(huán)經(jīng)斜面培養(yǎng)復(fù)壯后的 待測(cè)菌到經(jīng)事先滅菌的150mL普通營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基內(nèi)，37°C振蕩培養(yǎng)24h后供接種，此即菌種母液。
[0018]2.2抑菌性能分析
將33.3g營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基溶解于1000 mL蒸館水中，調(diào)節(jié)pH至7.2，煮沸l(wèi)Omin，冷卻后的pH值為7.2±0.2，115°C滅菌30min即得普通營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。
[0019]參考QB/T 2591-2003《抗菌塑料-抗菌性能試驗(yàn)方法和抗菌效果》進(jìn)行操作:取菌種母液，用滅菌的生理鹽水稀釋到合適濃度(即將OD值控制在0.5-1.5)作為初始菌浸液備用，將大米淀粉基可生物降解包裝膜切成1X1 cm的薄片，紫外燈照射滅菌后，浸于初始菌浸液中15s，取出，于(37±1) °C、相対濕度RH > 90%條件下培養(yǎng)24h，再取出培養(yǎng)24h的膜片，分別用10 mL生理鹽水，采用充分搖勻方式反復(fù)沖洗膜片，取I mL洗液接種于營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(NA)中混平板，在(37±1) °C培養(yǎng)36 h后活菌計(jì)數(shù)，按GB 4789.2《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)-菌落總數(shù)測(cè)定的方法》測(cè)定活菌數(shù)。
[0020]實(shí)施例3制備的大米淀粉基可生物降解包裝膜對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑菌率如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉15 — 55%、a -淀粉酶0.01 一 0.1%、殼聚糖5 — 15%、苯甲酸鈉2 — 10%、山梨酸鉀2 — 10%、丙酸酐2 — 10%、聚乙烯醇10 — 55%、交聯(lián)劑0.01 - 0.05%、增塑劑0.8_10%、和蒸懼水15-30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉20 — 35%、a -淀粉酶0.03 一 0.06%、殼聚糖7 — 11%、苯甲酸鈉4 — 6%、山梨酸鉀2.5 — 4.0%、丙酸酐5 — 6%、聚乙烯醇12 — 27%、交聯(lián)劑0.02-0.04%、增塑劑1_2%、蒸餾水20 — 25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述大米淀粉為 25-30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述殼聚糖8-10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述聚乙烯醇 17-22%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述a -淀粉酶酶活力40000_60000U/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述交聯(lián)劑為こ二醛、丙二醛或戊二醛。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜，其特征在于，所述增塑劑為甘油、乙二醇或聚乙二醇。
9.一種如權(quán)利要求1 一 8之一所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配制a-淀粉酶液:將所準(zhǔn)備的蒸餾水分成兩半，在其中一份蒸餾水中加入a-淀粉酶，攪拌均勻，得a-淀粉酶液； (2)將步驟(1)所得a-淀粉酶液加入到反應(yīng)器中，預(yù)熱到48 — 56°C，將大米淀粉加入反應(yīng)器中，一邊攪拌，ー邊加入大米淀粉；然后將反應(yīng)器置于48 — 56°C的恒溫箱中，保溫酶解4 一 6 h，待大米淀粉膠可攪動(dòng)時(shí)，將反應(yīng)器置于沸水浴內(nèi)，外浴繼續(xù)加熱過(guò)程中，大米淀粉膠進(jìn)ー步變稀，直到反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)物中心溫度達(dá)到93 — 98°C時(shí)，停止水浴，再加入丙酸酐，在60 — 70°C酷化反應(yīng)40-50min，然后向混合溶液中添加殼聚糖、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、增塑劑，混合均勻得大米淀粉基； (3)PVA膠液的制備:將步驟(1)所得另一半蒸餾水煮沸，將沸水加入PVA中，并在沸水浴內(nèi)繼續(xù)加熱煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA膠液； (4)將PVA膠液傾入步驟(2)所得大米淀粉膠液中，向ー個(gè)方向攪拌混勻后加入交聯(lián)劑，在50 — 60°C恒溫交聯(lián)反應(yīng)1.5 — 2.5h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)160目篩網(wǎng)過(guò)濾后，濾液再保溫50 一 60°C，在脫泡罐內(nèi)真空脫泡40 — 50 min，得大米淀粉基/PVA膠液，再向脫泡罐內(nèi)加壓0.15 一 0.35 MPa，將大米淀粉基/PVA膠液經(jīng)過(guò)90 — 94°C的預(yù)熱管、計(jì)量泵、噴唇，均勻涂布在預(yù)先加熱到98 — 1020C以4-6m/min的速度移動(dòng)的流延機(jī)鋼帶上，鋼帶上的膠液膜通過(guò)升溫至116 — 124°C的烘道干燥，揭膜，即得大米淀粉基可生物降解包裝膜。
10.如權(quán)利要求9所述的大米淀粉基可生物降解包裝膜的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，干燥揭膜后，再在所得大 米淀粉基可生物降解包裝膜表面均勻涂敷ー層聚乳酸膜，聚乳酸用量為所述原料重量的I 一 3%。
【文檔編號(hào)】C12P19/14GK103554553SQ201310511057
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】孫術(shù)國(guó), 林親錄, 楊濤, 徐友志, 丁玉琴, 羅非君, 周慧 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)