一种海藻酸钠基复合膜及其制备方法
阅读说明：本技术 一种海藻酸钠基复合膜及其制备方法 (Sodium alginate-based composite membrane and preparation method thereof ) 是由 王利强 张晨宇 马淑凤 李江阔 宋会民 王国平 沈倩如 吴依琳 刘龙飞 于 2021-03-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种海藻酸钠基复合膜及其制备方法,涉及食品包装技术领域。本发明公开的海藻酸钠基复合膜是以海藻酸钠和明胶为主要成膜材料,以水滑石和纳米氧化锌为助剂,以增塑剂、交联剂为辅料配制成溶液,再经流延成膜制得,其制备方法包括：首先将海藻酸钠加去离子水在水浴锅中搅拌糊化,然后加入明胶,与水滑石和纳米氧化米高度分散的混合液共混,再加入增塑剂和交联剂,最后定容,配制好的混合溶液再经流延成膜制得。本发明提供的海藻酸钠基复合膜无毒无污染,化学性质稳定,具有优良的机械性能和抗菌性,并具有具有良好的生物相容性、热稳定性和可降解性,可广泛应用于冷鲜肉等食品的内包装。(The invention discloses a sodium alginate-based composite membrane and a preparation method thereof, and relates to the technical field of food packaging. The sodium alginate-based composite membrane disclosed by the invention is prepared by preparing a solution by using sodium alginate and gelatin as main membrane forming materials, hydrotalcite and nano zinc oxide as auxiliary agents and plasticizer and cross-linking agent as auxiliary materials, and then performing casting membrane forming, wherein the preparation method comprises the following steps of: firstly, adding sodium alginate into deionized water, stirring and pasting in a water bath kettle, then adding gelatin, blending with a mixed solution of hydrotalcite and nano oxidized rice which are highly dispersed, then adding a plasticizer and a cross-linking agent, finally fixing the volume, and performing casting film forming on the prepared mixed solution to obtain the sodium alginate nano oxidized rice film. The sodium alginate-based composite membrane provided by the invention is nontoxic and pollution-free, has stable chemical properties, excellent mechanical properties and antibacterial properties, good biocompatibility, thermal stability and degradability, and can be widely applied to inner packaging of foods such as chilled meat.)
技术领域
本发明属于食品包装技术领域，尤其涉及一种海藻酸钠基复合膜及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，大众的消费观念也随之改变，当前则更注重于物品的卫生安全，尤其表现在食品方面。塑料包装材料因其价格便宜和性能稳定而被广泛应用于食品包装及保鲜。然而，塑料包装在使用后遗弃在环境中不易被降解，废弃物处理困难，容易造成“白色污染”。另外，部分塑料食品包装容易产生有害物质和异味，不仅影响食品的品质，而且有毒有害物质迁移到食品中经食用后对人体健康存在潜在风险。近年来，随着人们环保意识的增强及对食品品质要求的提高，采用新型无毒无害的功能性复合包装材料替代塑料包装，将环境污染程度降到最低，并发挥其更优异的综合性能，已经成为食品包装发展的一个新趋势。
海藻酸钠基复合膜是以天然多糖海藻酸钠为主要成膜物质，与无机功能材料水滑石和无机抗菌剂纳米氧化锌实现共混，通过不同分子之间的相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜。海藻酸钠纯膜虽然具有良好的生物降解性和相容性，成本也比较低，但是纯膜机械性能较差，质脆，强度和弹性不够。为了进一步弥补纯膜的缺陷，功能性复合膜随之产生，与纯膜相比，复合膜在性能上不仅能够取长补短,而且可以相互协同，达到纯膜所不具备的优异性能。其中，复合膜的抗拉强度、断裂伸长率、水溶性、水蒸气透过率、透光率等表现的更为突出，能够满足包装的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种海藻酸钠基复合膜及其制备方法，该复合膜的原料来源广泛、价格低廉、热稳定性好、抗菌性优良、透明度高、机械性能和阻隔性好，能溶于水，可完全生物降解。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种海藻酸钠基复合膜，是以海藻酸钠和明胶为主要成膜材料，以水滑石和纳米氧化锌为助剂，以增塑剂、交联剂为辅料配制成溶液，再经流延成膜制得。
进一步的，以下重量份数计，所述海藻酸钠基复合膜的原料组成为：海藻酸钠2～4份、明胶0～2份、水滑石0.2～1.0份、纳米氧化锌0.4～1.2份、增塑剂0.4～1.2份、交联剂0.04～0.2份和去离子水200份。
进一步的，所述海藻酸钠为天然多糖海藻酸钠。
进一步的，所述水滑石为镁铝水滑石。
进一步的，所述增塑剂为甘油。
进一步的，所述交联剂为氯化钙。
一种如上述所述的海藻酸钠基复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按海藻酸钠基复合膜原料组分的重量份数称取原料；
(2)海藻酸钠糊化：将海藻酸钠加入到90～110份去离子水中，于50～70℃下水浴糊化15～25min，制得糊化溶液；
(3)将明胶加入到上述步骤(2)制得的糊化溶液中，搅拌15～25min，搅拌转速为350～450r/min，制得混合液A；
(4)将水滑石和纳米氧化锌溶于40～60份去离子中，使用超声波细胞分散剂将其高度分散，制得混合液B；
(5)将混合液A和混合液B共混，混合均匀后获得混合液C；
(6)将增塑剂和交联剂同时加入到上述步骤(5)制得的混合液C中，再加入30～70份去离子水，然后定容到200mL，搅拌10～15min，搅拌转速为350～450r/min，制得混合液D；
(7)流延成膜：将45～55mL的混合液D倒在同等大小表面干燥洁净的有机玻璃板上，流延成膜，然后置于温度为40～70℃的真空干燥箱中干燥3～6h，冷却后揭膜，即可得到所述的海藻酸钠基复合膜。
进一步的，，所述步骤(3)～(6)的搅拌共混过程中水浴温度始终保持在50～70℃。
进一步的，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(6)的搅拌过程中搅拌速率为350～450r/min。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明制备的海藻酸钠基复合膜外观为无色透明薄膜，透光率为72.51～88.73％，抗拉强度为5.16～23.72MPa，断裂伸长率为9.68～47.82％，水蒸气透过率为1.35～2.72g·mm/(m2·d·kPa)，水溶性为20.48～51.53％。
2、本发明通过加入无机功能材料水滑石和无机抗菌剂纳米氧化锌，提高了海藻酸钠基功能性复合膜的机械性能，同时也改善了复合膜的阻隔性能，使其表面光滑均匀，无孔洞和裂纹。
3、本发明制备海藻酸钠基复合膜的主要原料和助剂均为无毒无害、可降解材料，其中海藻酸钠来源广泛、价格低廉，水滑石和纳米氧化锌均为无机材料，均为对环境和人体无害的物质，则所制备的复合薄膜为环境友好型材料。
4、本发明制备的海藻酸钠基复合膜透明度高、有光泽、外形美观、机械性能和阻隔性能好，可根据需要制成不同厚度和机械性能的薄膜。本发明的海藻酸钠基复合膜具有优良的抗菌性，可以应用于食品内包装，适用于包装水果、牛奶、冷鲜肉、水产品等食品，可以有效提高其货架期。
5、本发明制备的海藻酸钠基复合膜在水中可溶解，在环境中可完全生物降解，不会对环境造成任何污染。
6、本发明的生产方法安全，工艺流程简单，生产成本低，可在市场上广泛推广，市场前景良好。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明制备过程中，搅拌时采用电动搅拌机进行操作，电动搅拌机采用上海标本模型厂制造的JB-200-S数字显示转速电动搅拌机；本发明搅拌反应是在水浴锅中进行的，水浴锅是采用江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司制造的YJ501超级恒温水浴锅控制。
本发明机械性能的测定是采用英国LLOYD公司制造的LRX Plus型万能电子材料试验机进行检测的；透光率的测定是采用尤尼柯(上海)仪器有限公司制造的UV-2802型紫外可见光分光光度计进行检测的。
下面结合具体实施例对本发明的海藻酸钠基复合膜做进一步说明。
实施例1
海藻酸钠基复合膜的原料组成：海藻酸钠3g、明胶1g、水滑石0.4g、纳米氧化锌1g、甘油1g、氯化钙0.08g和去离子水200mL。
上述海藻酸钠基复合膜的制备方法为：将3g海藻酸钠加入100mL去离子水中，搅拌转速设置为350～450r/min，60℃水浴糊化20min，制得糊化溶液，然后加入1g明胶搅拌20min，制得混合液A；称取0.4g水滑石和1g纳米氧化锌溶于50mL去离子水中，使用超声机细胞分散机将其高度分散，制得混合液B；将混合液A和混合液B共混，制得混合液C；称取1g甘油和0.08g氯化钙，加入混合液C中，于60℃下水浴搅拌20min，搅拌转速为350～450r/min，用去离子水定容到200ml，水浴搅拌10min，制得混合液D；将混合液D在有机玻璃板上流延成膜，将干燥箱温度设置为50℃烘干3～6h，冷却后揭膜，即得海藻酸钠基复合膜。
本实施例的流延成膜方法为：将45～55mL的混合液D倒在同等大小表面干燥洁净的有机玻璃板上，流延成膜。
通过检测可知，本实施例海藻酸钠基复合膜性能为：抗拉强度22.61MPa，断裂伸长率37.85％，水蒸气透过率1.98g·mm/(m2·d·kPa)，水溶性32.92％，透光率84.51％。
实施例2
海藻酸钠基复合膜的原料组成：海藻酸钠2.5g、明胶1.5g、水滑石0.4g、纳米氧化锌0.8g、甘油1g、氯化钙0.08g和去离子水200mL。
本实施例的海藻酸钠基复合膜制备方法为：将2.5g海藻酸钠加入100mL去离子水中，60℃水浴糊化20min，加入1.5g明胶搅拌20min；称取0.4g水滑石和0.8g纳米氧化锌溶于50mL去离子水中，使用超声机细胞分散机将其高度分散；将所得两种溶液共混；称取1g甘油和0.08g氯化钙，加入上述共混溶液中，水浴搅拌20min，用去离子水定容到200ml，水浴搅拌10min，在有机玻璃板上流延成膜，将干燥箱温度设置为50℃烘干，冷却后揭膜，即得到海藻酸钠基复合膜。
通过检测可知，本实施例海藻酸钠基复合膜性能为：抗拉强度19.71MPa，断裂伸长率32.83％，水蒸气透过率1.71g·mm/(m2·d·kPa)，水溶性28.64％，透光率85.79％。
实施例3
海藻酸钠基复合膜的原料组成：海藻酸钠3.5g、明胶0.5g、水滑石0.6g、纳米氧化锌1g、甘油1g、氯化钙0.08g。
本实施例的海藻酸钠基复合膜制备方法为：将3.5g海藻酸钠加入100mL去离子水中，60℃水浴糊化20min，加入0.5g明胶搅拌20min；称取0.6g水滑石和1g纳米氧化锌溶于50mL去离子水中，使用超声细胞分散机将其高度分散；将所得两种溶液共混；称取1g甘油和0.08g氯化钙，加入共混溶液中，水浴搅拌20min，用去离子水定容到200ml，水浴搅拌10min，在有机玻璃板上流延成膜，将干燥箱温度设置为50℃烘干，冷却后揭膜，即得到海藻酸钠基复合膜。
通过检测可知，本实施例的海藻酸钠基复合膜性能为：抗拉强度17.33MPa，断裂伸长率26.59％，水蒸气透过率1.75g·mm/(m2·d·kPa)，水溶性33.29％，透光率85.01％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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