一种大米淀粉基可生物降解包装膜及其制备方法
【专利摘要】一种大米淀粉基可生物降解包装膜及其制备方法，该大米淀粉基可生物降解包装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%、壳聚糖5－15%、苯甲酸钠2－10%、山梨酸钾2－10%、丙酸酐2－10%、聚乙烯醇10－55%、交联剂0.01－0.05%、增塑剂和蒸馏水15-30%。本发明还包括所述大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法。本发明之大米淀粉基包装膜，抑菌性较强，耐水性、耐酸碱性好，强度较高，废弃后可以被环境中的微生物分解成二氧化碳和水。
【专利说明】一种大米淀粉基可生物降解包装膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种可生物降解包装膜及其制备方法，尤其是涉及ー种大米淀粉基可生物降解包装膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，日常生活中人们使用的包装膜主要是聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜，这些塑料膜，由于难于被土壌微生物分解和被植物根系吸收，长期使用后大量塑料薄膜丢弃在环境中，给环境造成了不良影响。而且这些聚乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜无抑菌能力，采用这种膜包装的食物很难长时间保藏，给食品安全带来隐患。一直以来，人们通过不同的办法来改善生活包装用塑料薄膜的性能，但都不能从根本上解决塑料薄膜的可生物降解性问题。另一方面，在大米加工过程中，不可避免的产生大量节碎米，这些节碎米含有丰富的淀粉，目前由于技术的限制，这些节碎米的淀粉并没有被充分利用，造成资源的浪费。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供ー种可微生物分解的大米淀粉基可生物降解包装膜及其制备方法。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
一种大米淀粉基可生物降解包装膜，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉15 —55% (优选 20 — 35%,更优选 25-30%)、a -淀粉酶 0.01 — 0.1% (优选 0.03 一 0.06%,优选酶活力40000-60000U/g)、壳聚糖5 — 15% (优选7 — 11%，更优选8_10%)、苯甲酸钠2 —10% (优选4 - 6%)、山梨酸钾2 - 10% (优选2.5 — 4.0%)、丙酸酐2 — 10% (优选5 — 6%)、聚乙烯醇(PVA) 10 一 55% (优选12 — 27%，更优选17_22%)、交联剂0.01 一 0.05% (优选
0.02-0.04%)、增塑剂 0.8 - 10% (优选 1-2%)和蒸馏水 15-30% (优选 20 一 25% )。
[0005]所述壳聚糖、苯甲酸钠和山梨酸钾为抑菌物质。
[0006]所述交联剂可为こ二醛、丙二醛、戊二醛等醛类。
[0007]所述增塑剂优选甘油、乙二醇或聚乙二醇等。
[0008]本发明之大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法，包括以下步骤:
(1)配制a-淀粉酶液:将所准备的蒸馏水分成两半，在其中一份蒸馏水中加入a-淀粉酶，搅拌均匀，得a-淀粉酶液；
(2)将步骤(1)所得a-淀粉酶液加入到反应器中，预热到48 — 56°C，将大米淀粉加入反应器中，一边搅拌，ー边加入大米淀粉；然后将反应器置于48 — 56°C的恒温箱中，保温酶解4 一 6 h，待大米淀粉胶可搅动时，将反应器置于沸水浴内，外浴继续加热过程中，大米淀粉胶进ー步变稀，直到反应容器内的反应物中心温度93 — 98°C时，停止水浴，此时大米淀粉被a -淀粉酶酶解成水溶胶，再加入丙酸酐，在60 — 70°C酷化反应40-50min，然后向混合溶液中添加壳聚糖、苯甲酸钠、山梨酸钾、增塑剂，混合均匀得大米淀粉基；
(3)PVA胶液的制备:将步骤(1)所得另一半水煮沸，将沸水加入PVA中，并在沸水浴内继续加热煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA胶液；
(4)将PVA胶液倾入步骤(2)所得大米淀粉胶液中，向ー个方向搅拌混均后加入交联剂，在50 — 60°C恒温交联反应1.5 — 2.5h，反应结束后经160目筛网过滤后，滤液再保温50 一 60°C，在脱泡罐内真空脱泡40 — 50 min，得大米淀粉基/PVA胶液，再向脱泡罐内加压
0.15 一 0.35 MPa，将大米淀粉基/PVA胶液经过90 — 94°C的预热管、计量泵、喷唇，均匀涂布在预先加热到98 — 1020C以4-6m/min的速度移动的流延机钢带上，钢带上的胶液膜通过升温至116 — 124°C的烘道干燥，揭膜，即得大米淀粉基可生物降解包装膜。
[0009]进ー步，在干燥的大米淀粉基可生物降解包装膜表面再均匀涂敷ー层聚乳酸膜，聚乳酸用量为所述大米淀粉基可生物降解包装膜的原料的I 一 3%，即制得进ー步改进的大米淀粉基可生物降解包装膜。
[0010]本发明之大米淀粉基包装膜，抑菌性较強，耐水性、耐酸碱性好，强度较高，废弃后可以被环境中的微生物分解成二氧化碳和水。
【具体实施方式】
[0011]以下结合具体实施例对本发明作进ー步详细说明。
[0012]实施例1
本实施例之大米淀粉基可生物降解包装膜，由以下重量百分比的原料制成:大米淀粉35%、a -淀粉酶0.03%、壳聚糖10%、苯甲酸钠4%，山梨酸钾2.95%，丙酸酐6%、聚乙烯醇(PVA) 20%、戊二醛0.02%、乙二醇2%，蒸馏水20%，原料总计lKg。
[0013]本实施例之大米淀粉`基可生物降解包装膜的制备方法，包括以下步骤:
(1)配制a-淀粉酶液:将所准备的200ml蒸馏水分成两份，每份100ml，在其中100ml蒸馏水中加入0.3g a-淀粉酶，搅拌均匀，得a-淀粉酶液；另ー份备用；
(2)将步骤(1)所得a-淀粉酶液加入烧杯中，预热到52°C并置于52°C恒温水浴锅中，一边搅拌，ー边加入大米淀粉；然后将装有混合物的烧杯置于52°C恒温水浴锅中，保温酶解5 h，待大米淀粉胶可搅动时，将烧杯置于沸水浴内，外浴继续加热过程中，大米淀粉胶进ー步变稀，直到烧杯中的反应物中心温度达95°C时，停止水浴，此时大米淀粉被a -淀粉酶酶解制成水溶胶，再加入丙酸酐，在65°C酯化反应45 min，然后向混合溶液添加壳聚糖、苯甲酸钠、山梨酸钾和增塑剂乙二醇，混合均匀得大米淀粉基；
(3)PVA胶液的制备:将步骤(1)所得另ー份100ml水煮沸，将沸水加入PVA中，并在沸水浴内继续加热煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA胶液；
(4)将PVA胶液倾入步骤(2)所得大米淀粉胶液中，向ー个方向搅拌混均后加入交联剂戊二醛，在55で恒温交联反应2h，反应结束后经160目筛网过滤后，滤液再保温55°C，在脱泡罐内真空脱泡45 min，得大米淀粉基/PVA胶液，再向罐内加压0.25 MPa，将大米淀粉基/PVA胶液经过92°C的预热管、计量泵、喷唇，均匀涂布在预先加热到100 0C以5m/min的速度移动的的流延机钢带上，钢带上的胶液膜通过升温至118°C的烘道干燥，揭膜，再在干燥的表面均匀涂ー层聚乳酸膜，使用聚乳酸量为保鲜膜原料的2% (是在干燥后的大米淀粉基/PVA胶薄膜表面再敷ー层聚乳酸膜)，即制得大米淀粉基可生物降解包装膜。
[0014]实施例2
本实施例之大米淀粉基可生物降解包装膜，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%壳聚糖、4.9%的苯甲酸钠，4%的山梨酸钾，5%的丙酸酐、17%的PVA、0.04%的丙二醛、1%的甘油、20%的蒸馏水。本实施例之大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法与实施例1相同。
[0015]实施例3
本实施例之大米淀粉基可生物降解包装膜，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%壳聚糖、5.9%的苯甲酸钠，3%的山梨酸钾，5%的丙酸酐、22%的PVA、0.04%的こ二醛、1%的聚乙二醇、25%的蒸馏水。本实施例之大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法与实施例1相同。
[0016]实施例4大米淀粉基可生物降解包装膜性能评价
1、物理性质
实施例1制得的包装膜，经过物性仪器測定，其拉伸强度25 — 30 MPa，伸长率100%，拉伸強度和伸长率按照GB/T13022-91 “塑料薄膜拉伸性能试验方法”进行測定，根据测试得到的拉伸强度和断裂伸长率的数据，可计算出薄膜的弹性模量，结果为100 MPa;实际物理性质检测中，断裂伸长率表示薄膜的韧性，在pH〈3或者pH> 11溶液中长时间浸放15 h，仍能保持较强的韧性，即伸长率100%。
[0017]2、抑菌能力
2.1菌种母液的培养
本实施例选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌作抗菌实验。在无菌环境下，挑取ー环经斜面培养复壮后的 待测菌到经事先灭菌的150mL普通营养肉汤培养基内，37°C振荡培养24h后供接种，此即菌种母液。
[0018]2.2抑菌性能分析
将33.3g营养琼脂培养基溶解于1000 mL蒸馆水中，调节pH至7.2，煮沸lOmin，冷却后的pH值为7.2±0.2，115°C灭菌30min即得普通营养琼脂培养基。
[0019]參考QB/T 2591-2003《抗菌塑料-抗菌性能试验方法和抗菌效果》进行操作:取菌种母液，用灭菌的生理盐水稀释到合适浓度(即将OD值控制在0.5-1.5)作为初始菌浸液备用，将大米淀粉基可生物降解包装膜切成1X1 cm的薄片，紫外灯照射灭菌后，浸于初始菌浸液中15s，取出，于(37±1) °C、相対湿度RH > 90%条件下培养24h，再取出培养24h的膜片，分别用10 mL生理盐水，采用充分摇匀方式反复冲洗膜片，取I mL洗液接种于营养琼脂培养基(NA)中混平板，在(37±1) °C培养36 h后活菌计数，按GB 4789.2《食品卫生微生物学检验-菌落总数測定的方法》測定活菌数。
[0020]实施例3制备的大米淀粉基可生物降解包装膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌率如下表:
【权利要求】
1.一种大米淀粉基可生物降解包装膜，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%、壳聚糖5 — 15%、苯甲酸钠2 — 10%、山梨酸钾2 — 10%、丙酸酐2 — 10%、聚乙烯醇10 — 55%、交联剂0.01 - 0.05%、增塑剂0.8_10%、和蒸懼水15-30%。
2.根据权利要求1所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，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%、壳聚糖7 — 11%、苯甲酸钠4 — 6%、山梨酸钾2.5 — 4.0%、丙酸酐5 — 6%、聚乙烯醇12 — 27%、交联剂0.02-0.04%、增塑剂1_2%、蒸馏水20 — 25%。
3.根据权利要求2所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述大米淀粉为 25-30%。
4.根据权利要求2或3所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述壳聚糖8-10%。
5.根据权利要求2或3所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述聚乙烯醇 17-22%。
6.根据权利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述a -淀粉酶酶活力40000_60000U/g。
7.根据权利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述交联剂为こ二醛、丙二醛或戊二醛。
8.根据权利要求1或2或3所述的大米淀粉基可生物降解包装膜，其特征在于，所述增塑剂为甘油、乙二醇或聚乙二醇。
9.一种如权利要求1 一 8之一所述的大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)配制a-淀粉酶液:将所准备的蒸馏水分成两半，在其中一份蒸馏水中加入a-淀粉酶，搅拌均匀，得a-淀粉酶液； (2)将步骤(1)所得a-淀粉酶液加入到反应器中，预热到48 — 56°C，将大米淀粉加入反应器中，一边搅拌，ー边加入大米淀粉；然后将反应器置于48 — 56°C的恒温箱中，保温酶解4 一 6 h，待大米淀粉胶可搅动时，将反应器置于沸水浴内，外浴继续加热过程中，大米淀粉胶进ー步变稀，直到反应容器内的反应物中心温度达到93 — 98°C时，停止水浴，再加入丙酸酐，在60 — 70°C酷化反应40-50min，然后向混合溶液中添加壳聚糖、苯甲酸钠、山梨酸钾、增塑剂，混合均匀得大米淀粉基； (3)PVA胶液的制备:将步骤(1)所得另一半蒸馏水煮沸，将沸水加入PVA中，并在沸水浴内继续加热煮沸至PVA溶解成透明溶液，即得PVA胶液； (4)将PVA胶液倾入步骤(2)所得大米淀粉胶液中，向ー个方向搅拌混匀后加入交联剂，在50 — 60°C恒温交联反应1.5 — 2.5h，反应结束后经160目筛网过滤后，滤液再保温50 一 60°C，在脱泡罐内真空脱泡40 — 50 min，得大米淀粉基/PVA胶液，再向脱泡罐内加压0.15 一 0.35 MPa，将大米淀粉基/PVA胶液经过90 — 94°C的预热管、计量泵、喷唇，均匀涂布在预先加热到98 — 1020C以4-6m/min的速度移动的流延机钢带上，钢带上的胶液膜通过升温至116 — 124°C的烘道干燥，揭膜，即得大米淀粉基可生物降解包装膜。
10.如权利要求9所述的大米淀粉基可生物降解包装膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，干燥揭膜后，再在所得大 米淀粉基可生物降解包装膜表面均匀涂敷ー层聚乳酸膜，聚乳酸用量为所述原料重量的I 一 3%。
【文档编号】C12P19/14GK103554553SQ201310511057
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】孙术国, 林亲录, 杨涛, 徐友志, 丁玉琴, 罗非君, 周慧 申请人:中南林业科技大学