本發(fā)明涉及食品包裝，具體為一種高阻隔性生物降解食品包裝膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、食品包裝膜是保護(hù)食品、延長(zhǎng)保質(zhì)期、提升產(chǎn)品外觀的重要材料。

2、隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展和消費(fèi)者對(duì)食品品質(zhì)要求的提高，對(duì)食品包裝膜的需求日益增長(zhǎng)。特別是在全球化和電商興起的背景下，食品的長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)時(shí)間保存對(duì)包裝膜的性能提出了更高要求。

3、為了滿足市場(chǎng)需求和環(huán)保要求，食品包裝膜行業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。例如，開發(fā)可降解、可食性、高阻隔性等新型包裝材料，以及改進(jìn)包裝膜的制備工藝，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4、因此，本技術(shù)提出一種高阻隔性生物降解食品包裝膜及其制備方法來(lái)解決背景中的問(wèn)題是十分必要的。

5、專利文件cn114437516b公開了一種高阻隔高透光可生物降解薄膜及其制備方法，上述專利實(shí)現(xiàn)了相比于傳統(tǒng)薄膜和純pbat薄膜，本發(fā)明制備所得高阻隔高透光可完全生物降解薄膜，在果蔬食品包裝、地膜等領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，薄膜由脂族聚碳酸酯(5-30％)、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯pbat(65-90％)、擴(kuò)鏈增容劑(0.5-3％)、改性的無(wú)定形二氧化硅(0.1-3％)、抗氧劑(0.1-1％)、復(fù)合紫外線吸收劑(0.5-2％)等組成；該薄膜制備方法是通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出、切粒機(jī)造粒制得均勻混合粒料，再將混合粒料吹膜制得高阻隔高透光可生物降解薄膜，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)高阻隔高耐磨生物降解功能。

6、專利文件cn113234307b公開了一種全降解抗菌食品包裝膜及其制備方法，上述專利實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的全降解抗菌食品包裝膜具有優(yōu)異的抗菌性能、機(jī)械性能及阻隔性能，使用的抗菌劑安全性高，采用的制膜方式連續(xù)高效，該全降解抗菌食品包裝膜適用于商業(yè)化生產(chǎn)，并能夠應(yīng)用于多種食品包裝場(chǎng)景，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)包裝膜原材料延展性強(qiáng)的功能。

7、專利文件cn113354853b公開了一種可生物降解高阻隔性抗菌復(fù)合膜及其制備方法，上述專利實(shí)現(xiàn)了以納米纖維素復(fù)合聚乳酸為基底材料，加入阻隔性物質(zhì)、抗菌物質(zhì)及增塑劑，通過(guò)流延或刮膜方式制備的可生物降解高阻隔性抗菌復(fù)合膜。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單有效，所制備的可生物降解高阻隔性抗菌復(fù)合膜，阻隔性能、機(jī)械力學(xué)性能佳，抗菌性能顯著，可生物降解，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)包裝膜多層復(fù)合多功能。

8、專利文件cn114536921b公開了一種抗氧化的食品包裝膜的制備方法，上述專利實(shí)現(xiàn)了制備的包裝膜阻隔性好，透過(guò)量低，氧氣透過(guò)量為0.03-0.04cm3/（m2·24h·0.1mpa），二氧化碳透過(guò)量為0.05-0.06cm3/（m2·24h·0.1mpa），本發(fā)明制備的包裝膜水汽透過(guò)率低，水汽透過(guò)率為0.35-0.38g/(m2·24h)，但上述專利不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控包裝內(nèi)部環(huán)境的功能。

9、綜上所述，上述專利不能實(shí)現(xiàn)高阻隔高耐磨生物降解功能、包裝膜原材料延展性強(qiáng)的功能、包裝膜多層復(fù)合多功能和監(jiān)控包裝內(nèi)部環(huán)境的功能，導(dǎo)致食品在不適宜的條件下保存，加速變質(zhì)過(guò)程，保質(zhì)期縮短，消耗大量石油等不可再生資源，產(chǎn)生大量廢棄物堆積，對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中容易磨損、破裂，食品泄漏、污染，影響食品的安全性和品質(zhì)，進(jìn)而使消費(fèi)者信任度下降產(chǎn)生不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失；

10、為此，本技術(shù)提出了一種能實(shí)現(xiàn)高阻隔高耐磨生物降解功能、包裝膜原材料延展性強(qiáng)的功能、包裝膜多層復(fù)合多功能和監(jiān)控包裝內(nèi)部環(huán)境的功能的高阻隔性生物降解食品包裝膜及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高阻隔性生物降解食品包裝膜及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的不能實(shí)現(xiàn)高阻隔高耐磨生物降解功能、包裝膜原材料延展性強(qiáng)的功能、包裝膜多層復(fù)合多功能和監(jiān)控包裝內(nèi)部環(huán)境的功能，導(dǎo)致食品在不適宜的條件下保存，加速變質(zhì)過(guò)程，保質(zhì)期縮短，消耗大量石油等不可再生資源，產(chǎn)生大量廢棄物堆積，對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中容易磨損、破裂，食品泄漏、污染，影響食品的安全性和品質(zhì)的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高阻隔性生物降解食品包裝膜，包括以下主要組分及重量份：4-25份聚合雜化物、6-15份酶促降解增強(qiáng)劑、10-25份阻隔材料、55-80份生物基聚合物、30-40份智能降解調(diào)節(jié)劑、智能響應(yīng)性材料、10-15份新型淀粉衍生物、13-27份新型聚生物酯、20-40份殼聚糖-海藻酸鈉復(fù)合物；

3、所述聚合雜化物為改性石墨烯，所述酶促降解增強(qiáng)劑采用纖維素酶、淀粉酶、金屬離子和輔酶，所述阻隔材料采用聚乙烯醇酸酯、聚乙烯醇醚、聚己內(nèi)酯、微藻膜和高分子納米纖維，所述生物基聚合物采用植物纖維和聚羥基丁酯；

4、所述食品包裝膜具有納米層間結(jié)構(gòu)。

5、優(yōu)選的，所述智能響應(yīng)性材料為0.5-2份自組裝微膠囊，響應(yīng)性單體為n-異丙基丙烯酰胺，微膠囊殼體為聚乳酸-聚乙二醇共聚物，交聯(lián)劑為巰基丙酸；

6、響應(yīng)濕度聚合物為聚乙烯醇，光敏聚合物為苯乙烯，光交聯(lián)劑為二硝基苯酚；

7、酸堿響應(yīng)的聚合物為聚丙烯酸類化合物，聚丙烯酸類化合物為鈉聚丙烯酸和丙烯酸-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物。

8、優(yōu)選的，所述智能降解調(diào)節(jié)劑包括緩慢降解劑、酸堿調(diào)節(jié)劑；

9、緩慢降解劑采用聚乳酸酶和光敏劑，光敏劑采用二苯甲酮類化合物、過(guò)渡金屬化合物和新型的可降解近紅外光敏劑；

10、二苯甲酮類化合物分子結(jié)構(gòu)上具有酮基能夠很容易地被光激發(fā)，二苯甲酮類化合物選自苯乙酮、六氯丙酮、四甲基-4,4-二氨基甲酮、二硫化四丁基秋芝酮、二苯基胺；

11、過(guò)渡金屬化合物選自n,n-二烷基二硫代氨基甲酸的過(guò)渡金屬鹽、水楊酸的過(guò)渡金屬鹽、銳鈦型二氧化鈦、氧化鈣、二烷基二硫代氨基甲酸鎳及鋅類，zn、mn、ni、co金屬離子絡(luò)合物、羧酸鈰、月桂酸鈰和硬脂酸鈰；

12、酸堿調(diào)節(jié)劑使用0.1-0.7份檸檬酸、0.2-0.4份納米氫氧化鎂和0.1-0.3份磷酸三鈉。

13、優(yōu)選的，所述新型的可降解近紅外光敏劑為卟啉類化合物及其衍生物，卟啉類化合物及其衍生物在光照產(chǎn)生活性氧的同時(shí)發(fā)生降解，當(dāng)光照結(jié)束后，光敏劑完全轉(zhuǎn)化為不具有光活性的低毒物質(zhì)。

14、優(yōu)選的，所述食品包裝膜還包括以下組分及重量份：

15、0.5-2份增韌劑、1-3份納米纖維增強(qiáng)劑、0.3-0.6份控濕劑、抗菌劑、2-7份聚合物封閉劑、0.6-1.8份涂層改性劑、0.5-0.9份酶解劑、1-5份微生物降解劑、1-9份消光劑；

16、增韌劑采用生物基增韌劑，所述生物基增韌劑為淀粉聚合物與琥珀酸混合物；

17、控濕劑采用改性硅膠類和竹炭類；

18、抗菌劑采用0.3份葡甘露聚糖、9份蘆薈大黃素和15份甘露糖-6-磷酸；

19、聚合物封閉劑采用聚氨酯；

20、涂層改性劑采用水性聚氨酯、水性丙烯酸；

21、微生物降解劑采用復(fù)合微生物菌劑、假單胞菌屬、假絲酵母屬和紅酵母屬；

22、消光劑采用帶有環(huán)氧基的聚丙烯酸酯樹脂，軟化點(diǎn)在120-130℃之間，粘度在400-600cps之間。

23、優(yōu)選的，所述聚羥基丁酯熔點(diǎn)為175℃，聚羥基丁酯由微生物發(fā)酵劑制造。

24、優(yōu)選的，所述聚己內(nèi)酯由ε-己內(nèi)酯在金屬有機(jī)化合物四苯基錫做催化劑，二羥基/三羥基做引發(fā)劑條件下開環(huán)聚合，熔點(diǎn)為60～63℃，密度為1.021g/cm3。

25、優(yōu)選的，所述淀粉聚合物與琥珀酸混合物由淀粉聚合物和琥珀酸/琥珀酸衍生物通過(guò)酯化反應(yīng)結(jié)合而成，淀粉聚合物作為主鏈，琥珀酸/琥珀酸衍生物作為側(cè)鏈，通過(guò)酯鍵連接在一起。

26、優(yōu)選的，所述制備方法包括以下步驟：

27、（1）稱取20g的殼聚糖，加入到500ml的1%的醋酸溶液中，使用磁力攪拌器在室溫（25°c）下攪拌4小時(shí)，直至殼聚糖完全溶解，形成均勻的透明溶液，使用naoh溶液將殼聚糖溶液的ph值調(diào)節(jié)至5.5-6.0；

28、（2）稱取20g的海藻酸鈉，加入到400ml的去離子水中，在室溫下攪拌1小時(shí)，直至完全溶解，形成均勻的黏稠溶液；

29、（3）將殼聚糖溶液、海藻酸鈉溶液和聚合雜化物懸浮液按體積比1:1:0.5混合；

30、（4）添加30ml增塑劑、20g阻隔材料、1g抗菌劑、2g智能降解調(diào)節(jié)劑、0.5g光敏劑、0.2g亞甲基藍(lán)、10ml花青素和0.2g溴甲酚綠在室溫下繼續(xù)攪拌2小時(shí)，確保所有成分均勻分散；

31、（5）將混合溶液置于真空干燥器中，在負(fù)壓下處理30分鐘，去除溶液中的氣泡；

32、（6）將脫泡后的溶液緩慢倒入涂膜器中，在潔凈、平整的膜成型模具上（特氟龍板）以恒定速度涂布溶液，調(diào)節(jié)涂膜器以控制膜的厚度（0.1-0.5毫米）；

33、（7）將涂布好的膜置于室溫下，靜置2小時(shí)，使溶劑部分揮發(fā)，將膜轉(zhuǎn)移至干燥箱中，在溫度50°c、相對(duì)濕度50%的條件下干燥12小時(shí)，干燥完成后，將膜取出，在室溫、相對(duì)濕度65%的環(huán)境中平衡24小時(shí)，將膜從模具上剝離，再將膜浸泡在2mmol/l的聚乙烯醇酸酯溶液處理30分鐘，處理后用去離子水反復(fù)洗滌膜，去除未反應(yīng)的聚乙烯醇酸酯溶液，將處理后的膜在干燥箱中，溫度40°c下干燥6小時(shí)。

34、優(yōu)選的，所述制備方法還包括以下步驟：

35、（8）制備聚羥基丁酯

36、選擇嗜酸假單胞菌/重組大腸桿菌，準(zhǔn)備發(fā)酵培養(yǎng)基,接種并在37°c左右進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)48-72小時(shí)，收集菌體并破碎細(xì)胞壁，使用有機(jī)溶劑氯仿萃取產(chǎn)物，沉淀、過(guò)濾、干燥得到純聚羥基丁酯；

37、（9）淀粉聚合物與琥珀酸混合物

38、將淀粉分散在水中,調(diào)節(jié)ph至8-9，緩慢滴加辛烯基琥珀酸酐,控制溫度在25-40℃，反應(yīng)2-4小時(shí),使辛烯基琥珀酸基團(tuán)接枝到淀粉分子上；

39、向酯化淀粉中加入氫氧化鋁溶液，攪拌均勻,反應(yīng)0.5-2小時(shí),使鋁離子與酯化淀粉結(jié)合；

40、用鹽酸/氫氧化鈉調(diào)節(jié)反應(yīng)液ph至6-7，離心分離產(chǎn)物，用水洗滌,除去未反應(yīng)的原料和副產(chǎn)物；

41、將濕產(chǎn)品在50-60℃下干燥至恒重，將干燥產(chǎn)品粉碎,過(guò)篩,得到細(xì)膩的粉末狀淀粉辛烯基琥珀酸鋁。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

43、1.本發(fā)明通過(guò)改性石墨烯，實(shí)現(xiàn)了高阻隔高耐磨生物降解功能，解決了氧氣、水蒸氣、二氧化碳等氣體，導(dǎo)致食品氧化、受潮、變質(zhì)的問(wèn)題，避免食品保質(zhì)期縮短，廢棄物堆積；

44、2.本發(fā)明通過(guò)殼聚糖-海藻酸鈉復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)了包裝膜原材料延展性強(qiáng)的功能，解決了在包裝過(guò)程中無(wú)法緊密的問(wèn)題，更容易被打開和重新密封，節(jié)約包裝膜制作成本，減少在食品運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售過(guò)程中各種外力和擠壓造成破損帶來(lái)的食品安全隱患；

45、3.本發(fā)明通過(guò)納米層間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)包裝膜多層復(fù)合多功能，解決了食品因光照而褪色或變質(zhì)、水分引起潮濕、包裝容易破損的問(wèn)題，提高了食品的新鮮度和口感，對(duì)包裝進(jìn)行個(gè)性化、產(chǎn)品信息定制，提升產(chǎn)品的品牌形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；

46、4.本發(fā)明通過(guò)泄露指示劑，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控包裝內(nèi)部環(huán)境的功能，解決了食品在不適宜的條件下保存，加速變質(zhì)過(guò)程的問(wèn)題，減少了不必要的浪費(fèi)，同時(shí)促進(jìn)智能化管理以及推動(dòng)環(huán)保與可持續(xù)性發(fā)展。