摘  要：本發(fā)明公開了一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層及其制備方法和應用，由黃麻纖維經剪切、球磨、均質、噴涂而得。該黃麻納米纖維本征保鮮涂層在水果或蔬菜表面成膜，具有較好的抗氧化功能和阻隔氧氣的功效，能夠有效延緩水果或蔬菜腐敗，具有優(yōu)越的水果保鮮功能。并且，制備方法簡單，成本低，實用性高，便于清洗。

 

技術領域

本發(fā)明涉及保鮮涂層技術領域，更具體地，涉及一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層及其制備方法和應用。

 

背景技術

目前，全球生產的食物有三分之一被浪費。這主要是由于易腐食品在從農場到餐桌的流通過程中很快就會過期。影響易腐食品貯藏壽命的主要因素包括失水、呼吸作用、脂質氧化和微生物感染。為了延長新鮮食品的保質期，低溫儲藏、添加化學防腐劑、使用合成殺菌劑、氣調包裝和輻射處理等技術都是有效的。然而，這些方法通常成本高昂且很可能對人體健康有害。石油基塑料因其具有優(yōu)異的阻隔性和機械性能，成為最廣泛使用的食品包裝材料。但塑料污染已嚴重威脅到自然生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。因此，亟需開發(fā)更加具有可持續(xù)性和生態(tài)友好型的包裝材料，以延長易腐食品的保質期。

納米纖維素因其出色的機械性能、極佳的生物降解性和可調的表面化學特性，作為一種綠色包裝材料受到了廣泛關注。將納米纖維素摻入生物基聚合物(淀粉、殼聚糖、海藻酸鹽等)中，不僅可以增強生物基聚合物的機械性能，還可以作為生物活性物質的載體為其提供抗菌抗氧化功能。

CN114644782A公開了一種基于玉米秸稈納米纖維素的復合精油膜，以納米纖維素、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉為成膜基材，甘油、蒙脫土、精油和硬脂酸共混，本發(fā)明復合精油膜具備良好的性能，適合于蔬菜保鮮。專利CN115281245A公開了一種生物基納米芒果復合保鮮劑，復合保鮮劑的原料組成為殼聚糖1.0％-2.0％、0.2％?1.0％的冰醋酸、甘油1％?3％、丁香精油0.5％?1.5％、纖維素納米晶0.1％?1.2wt％；制備方法如下：將殼聚糖樣品溶于冰醋酸溶液中，再加入甘油充分攪拌，再加入丁香精油攪拌，再加入纖維素納米晶，超聲均勻，即得所述的復合保鮮劑。專利CN117256672A公開了一種魔芋葡甘聚糖復合保鮮涂膜及其制備方法，由魔芋葡甘聚糖、單寧酸和羧基化納米纖維素按一定濃度混合而成，其中，輔料包括吐溫80和丙三醇。在上述納米纖維素基復合保鮮膜制備技術中，存在如下共性問題：(1)成分復雜，納米纖維素需要改性或者添加眾多功能成分；(2)制備工藝繁瑣，需要冗長的添加工藝賦予復合膜不同功能；(3)成本高昂，眾多的功能成分和繁瑣的制備工藝使其復合膜成本高昂。

 

發(fā)明內容

基于現(xiàn)有技術中存在的納米纖維素基復合保鮮膜的制備過程中成分復雜、工藝繁瑣、成本高昂等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層及其制備方法和應用，該涂層不需要任何化學改性和功能成分添加，利用黃麻纖維自身含有抗氧化活性成分，依靠黃麻納米纖維自身的膠合作用，得到具有抗氧化功能和阻隔功能的食品保鮮膜，極大降低納米纖維素基復合保鮮膜的生產成本，并且實用性高，便于清洗。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層，由黃麻纖維經剪切、球磨、均質得固含量為0.4-0.8wt％、且纖維直徑D95在100nm以下的黃麻納米纖維懸浮液，噴涂至待保鮮物品表面而得；所述待保鮮物品為水果或蔬菜。

進一步地，所述剪切后的黃麻纖維的長度為5-10mm。

進一步地，所述球磨后的黃麻纖維的直徑為50?100μm。

本發(fā)明還提供了上述的黃麻納米纖維本征保鮮涂層的制備方法，其包括如下步驟：

將干燥的黃麻纖維剪短至長度為1?2cm；高速剪切至長度為5?10mm，分散于水中，固含量為1?2wt％；球磨至直徑為50?100μm，稀釋至固含量為0.4?0.8wt％；均質得黃麻納米纖維懸浮液；噴涂至待保鮮物品表面，晾干或風干，重復至少2次，即得。

本發(fā)明中，所述高速剪切的設備、參數(shù)不做限制，例如，可以使用高速剪切機以15000?30000r/min的轉速研磨黃麻纖維1?3min。

本發(fā)明中，所述球磨的設備、參數(shù)不做限制，例如，可以使用球磨機以800?1500r/min的轉速對懸浮液進行1?2h的球磨。

進一步地，所述均質得到的黃麻納米纖維懸浮液中，黃麻纖維的粒徑D95 (寬度)在100nm以下。

本發(fā)明中，所述均質的設備、參數(shù)不限制，例如，可以使用高壓均質機在60?100MPa的壓力下均質10?20次。

本發(fā)明中，黃麻纖維是指黃麻剝離黃麻桿后的表皮，沖洗后45℃烘干即得干燥后的黃麻纖維。

進一步地，所述噴涂的設備、參數(shù)不做限制，只需能將黃麻納米纖維懸浮液均勻地噴涂在待保鮮物品表面即可。例如，所述噴涂具體為：使用具有口徑≥0.8mm噴嘴的霧化噴霧器，在15?25MPa的泵壓下將黃麻納米纖維懸浮液噴滿待保鮮物品整個表面。

本發(fā)明還提供了上述的黃麻納米纖維本征保鮮涂層或上述的制備方法在水果或蔬菜保鮮工藝中的應用。

本發(fā)明中黃麻纖維本身含有獨特的抗氧化功能成分，賦予了黃麻納米纖維獨特的抗氧化功能；另一方面，黃麻納米纖維中含有纖維素、半纖維素、木質素等組分，各組分之間存在強有力的氫鍵作用，賦予了黃麻納米纖維自身的膠合作用。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的黃麻納米纖維本征保鮮涂層，不需要任何化學改性和功能成分添加，利用黃麻納米纖維獨特的抗氧化功能及本身的膠合作用，能夠阻隔空氣中的氧氣，得到具有抗氧化功能和阻隔功能的低成本保鮮涂層，并且非常便于清洗。

本發(fā)明提供的黃麻納米纖維本征保鮮涂層的制備方法，工藝步驟簡單，所需設備均為常用設備，原料簡單易得，成膜過程簡單，具有較高的經濟價值和實用價值。

 

附圖說明

圖1為不同來源納米纖維的抗氧化活性。

  

圖1

圖2為不同來源納米纖維薄膜的正表面的SEM圖像。

  

圖2

圖3為不同來源納米纖維薄膜的橫截面的SEM圖像。

  

圖3

圖4為不同來源納米纖維涂層對水果腐敗的影響；

  

圖4

其中，(a)香蕉在同處理(無涂層對照、濾紙涂層、苧麻涂層、亞麻涂層、紅麻涂層和黃麻涂層)下的外觀變化；

 (b)芒果在同處理(無涂層對照、濾紙涂層、苧麻涂層、亞麻涂層、紅麻涂層和黃麻涂層)下的外觀變化；

 (c)香蕉在儲存(0?10天)期間的質量損失；

 (d)芒果在儲存(0?10天)期間的質量損失。

 

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其他方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

實施例1

一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層的制備方法，其步驟如下：

將黃麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1-2cm；使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨黃麻纖維1min，黃麻纖維長度為5?10mm；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨，黃麻纖維直徑為50?100μm；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到黃麻納米纖維懸浮液，其中黃麻纖維的直徑D95在100nm以下；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層黃麻納米纖維本征保鮮涂層。

實施例2

將黃麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1? 2cm；使用高速剪切機以15000r/min的轉速研磨黃麻纖維3min，黃麻纖維長度為5?10mm；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為1wt％)，然后用球磨機以800r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨，黃麻纖維直徑為50?100μm；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.4wt％，然后使用高壓均質機在60MPa的壓力下均質20次，得到黃麻納米纖維懸浮液，其中黃麻纖維的直徑D95在100nm以下；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層黃麻納米纖維本征保鮮涂層。

實施例3

將黃麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1? 2cm；使用高速剪切機以30000r/min的轉速研磨黃麻纖維1min，黃麻纖維長度為5?10mm；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為2wt％)，然后用球磨機以1500r/min的轉速對懸浮液進行1h的球磨，黃麻纖維直徑為50?100μm；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.8wt％，然后使用高壓均質機在100MPa的壓力下均質10次，得到黃麻納米纖維懸浮液，其中黃麻纖維的直徑D95在100nm以下；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層黃麻納米纖維本征保鮮涂層。

對比例1

將普通圓形濾紙(純纖維素)剪至1?2cm(長條狀)，使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨濾紙1min；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到濾紙納米纖維懸浮液；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層濾紙納米纖維素基復合保鮮膜。

對比例2

將苧麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1? 2cm；使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨苧麻纖維1min；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到苧麻納米纖維懸浮液；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層苧麻納米纖維素基復合保鮮膜。

對比例3

將亞麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1? 2cm；使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨亞麻纖維1min；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量為1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量為0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到亞麻納米纖維懸浮液；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層亞麻納米纖維素基復合保鮮膜。

對比例4

將紅麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1? 2cm；使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨紅麻纖維1min；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到紅麻納米纖維懸浮液；使用0.8mm口徑噴嘴的霧化噴霧器，在20MPa的泵壓下將所得納米纖維懸浮液噴滿水果整個表面，然后晾干或風干5?10min，這一過程重復兩次，即可在水果表面得到一層紅麻納米纖維素基復合保鮮膜。

對比例5

將黃麻纖維從麻稈剝下，用自來水沖洗后在45℃下烘干，干燥后的樣品剪短至1?2cm；使用高速剪切機以26000r/min的轉速研磨黃麻纖維1min；將研磨后的纖維樣品分散在純凈水中(固含量1.5wt％)，然后用球磨機以1100r/min的轉速對懸浮液進行2h的球磨；用純凈水將球磨得到的混合物稀釋至固含量0.6wt％，然后使用高壓均質機在70MPa的壓力下均質15次，得到黃麻納米纖維懸浮液；將香蕉或芒果浸沒黃麻納米纖維懸浮液中2min，而后提起香蕉或芒果，部分黃麻納米纖維懸浮液從水果表面流下，黃麻納米纖維和水果表面的粘附性能欠佳，本黃麻納米纖維涂層不適宜浸涂工藝。

 

性能測試

采用DPPH(1,1?二苯基?2?三硝基苯肼)法測定上述實施例1和對比例1?4中不同來源納米纖維的抗氧化活性，從圖1可以看出，黃麻納米纖維的DPPH自由基清除率明顯高于其他種類納米纖維，證明了黃麻納米纖維獨特的和優(yōu)異的抗氧化功能，黃麻纖維本身含有獨特的抗氧化功能成分，黃麻纖維可以用來開發(fā)食品保鮮涂層。需要說明的是，實施例2和實施例3所得黃麻納米纖維本征保鮮涂層的性能與實施例1相當。

利用SEM(掃描電子顯微鏡)觀察了不同來源納米纖維薄膜的表面相貌，從圖2和圖3可以看出，相比其他種類納米纖維薄膜，黃麻納米纖維膜的表面更加平整、光滑、密實，證明了黃麻納米纖維膜更好的阻隔性能；另外測定了不同薄膜的氧氣透過率(國家標準GB/T19789?2021包裝材料塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗庫侖計檢測法)和機械性能(國家標準GB/T 1040.1?2018塑料拉伸性能的測定第1部分：總則)，從表1可以看出，黃麻納米纖維膜的氧氣透過率最低，也證明了黃麻納米纖維膜更好的阻隔性能；黃麻納米纖維膜的機械性能雖然比其他種類納米纖維膜的稍弱，但也完全優(yōu)于食品包裝要求；根據(jù)國家標準(GB/T 30768?2014食品包裝用紙與塑料復合膜、袋)，食品包裝膜拉伸強度大于30MPa、氧氣透過率小于12cm3·m?2day?1bar?1即可。

表1 不同來源納米纖維薄膜的氧氣透過率和機械性能

  

最后觀察了不同來源納米纖維薄膜的食品保鮮效果。如圖4所示，相比其他來源納米纖維涂層，黃麻納米纖維涂層顯著延緩了香蕉和芒果的腐敗進程，同時黃麻納米纖維涂層處理的香蕉和芒果的質量損失也是最小?？偟膩碚f，由于黃麻納米纖維涂層具有獨特的抗氧化功能和優(yōu)異的阻隔性能，使其具有優(yōu)越的食品保鮮功能，而其他來源納米纖維涂層并沒有好的保鮮效果。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。

 

文章摘自國家發(fā)明專利，一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層及其制備方法和應用，發(fā)明人：余旺，譚志堅，易永健，曾糧斌，汪洪鷹，楊媛茹，邢忱，黃榮，郭旭虹；申請?zhí)枺?/font>202410534280.8；申請日：2024.04.30