MIT防霉聚乙烯保鮮膜研究

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(1.天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457;2.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院,山東濟南 250014)

PE(聚乙烯)是塑料中產量最大、用途極廣的熱塑性塑料。目前,市場上銷售的保鮮膜大多是以PE為原料制造的保鮮膜,這種保鮮膜由于不添加任何增塑劑,被公認是最安全的。聚乙烯的優點是具有抗震性能和耐腐蝕性能。

蔬菜水果用保鮮膜包裝時,果蔬產生的水蒸氣在膜內面結露時,不僅使其透明性變差,而且水滴聚集,使得霉菌增殖快,造成果蔬腐敗。要解決這個問題,通常要進行各種處理,如對PE表面改性或交聯、對PE接枝改性、低溫等離子輻射、電子束發射、紫外線照射等。但是這些方法工藝復雜、成本較高,實現困難。MIT能有效殺滅藻類、細菌和真菌,可廣泛用于工業冷卻水、油田回罐水、造紙行業、管道、涂料等多種工業行業。MIT在低濃度下能有效殺滅多種細菌,抑菌效果顯著,添加量少,無毒,無污染,極易混合在各類配方(配方的pH范圍廣泛)中,很容易被生物降解為無毒無污染物質。并且其毒性低,無殘留,與各種乳化劑、表面活性劑及蛋白質成份配伍性好[1]。聚乙烯保鮮膜配方中添加具有防霉功能的MIT分子,減少微生物增殖造成的果蔬腐敗,以達到保鮮的目的。

本論文研究了MIT防霉聚乙烯保鮮膜的防霉效果,同時研究了MIT防霉聚乙烯保鮮膜的機械性能、熱合強度、膜的透光率以及膜的保鮮性能等。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

LLDPE(線性低密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯) 中國石化北京燕化石油化工股份有限公司;油菜 天津金元寶農貿市場;MIT 濰坊拓達化工有限公司。

SJSZ-8B型微型錐形同向雙螺桿擠出機 武漢市瑞鳴塑料機械制造公司;FYC-25型小型實驗吹膜機 佛山市順德區均富機電設備有限公司;CH-1-S千分手式薄膜測厚儀 上海六菱儀器廠;SRJX-4-9型馬弗爐 天津市繼紅五金機電廠;CMT4503型微機控制電子萬能實驗機 深圳新三思材料檢測有限公司;UV-2550PC型紫外可見分光光度計 日本島津公司;SU-1510型掃描式電子顯微鏡 日本日立公司。

1.2 實驗方法

將LLDPE和LDPE樹脂以3∶1的比例與不同添加量(0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%)的MIT充分混合,將混合好的物料用雙螺桿擠出機熔融共混(五段溫度分別為195、200、200、200、195℃)、擠出造粒,將母粒加入到小型吹膜機中吹塑成膜,四段溫度分別為145、150、150、145℃,制成厚度為0.016～0.017mm,灰分含量為0.20%～0.24%的薄膜[2]。

添加MIT的防霉聚乙烯保鮮膜樣品生產工藝流程見圖1。

圖1 保鮮膜的制備工藝流程 Fig.1 The technological process of the preparation of cling film

1.3 測定方法

1.3.1 防霉性能 將0.3g MIT固體顆粒溶于100g無水乙醇中,溶解完全后(濃度為0.3%)注入接滿灰霉菌培養基的牛津杯中,觀察其抑菌情況[3]。

保鮮膜的防霉性能的測試按照QB/T2591-2003[4]進行,并略作修改,樣品長霉等級如表1所示。將樣品裁成30mm×30mm的正方形,按0.5%氯化汞、75%乙醇、無菌水的順序分別浸泡保鮮膜1h進行滅菌,在接滿灰霉菌的培養基上覆蓋上膜,觀察其抑菌情況。

表1 樣品長霉等級Table 1 The mildew level of samples

1.3.2 機械性能 MIT防霉聚乙烯保鮮膜樣品的拉伸實驗在電子拉力機上進行,拉伸強度和斷裂伸長率按GB/T1040.2-2006[5]進行。用長(100±1)mm×寬(15±0.1)mm的長方形模具裁膜,環境溫度為(23±2)℃,相對濕度為45%～55%,拉伸速度為150mm·min-1。

1.3.3 熱合強度 MIT防霉聚乙烯保鮮膜樣品的熱合強度在電子拉力機上進行,熱合強度按QB/T2358-1998進行[6]。裁取長(100±1)mm×寬(15±0.1)mm的試樣,在環境溫度為(23±2)℃,相對濕度為45%～55%中調節狀態不少于4h,拉伸速度為(300±20)mm·min-1。

1.3.4 透明性 MIT防霉聚乙烯保鮮膜樣品的透明性通過紫外可見分光光度計進行全波長掃描(波長范圍為200～800nm),其中可見光范圍為350～770nm,測定其折射率,折射率越高,其透明度就越高。

1.3.5 形態結構分析 MIT防霉聚乙烯保鮮膜樣品在液氮中冷凍、脆斷,斷面表面噴金,在放大2000倍下用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察其斷面形貌,加速電壓為10kV[7]。

1.3.6 保鮮性能測定 利用MIT防霉聚乙烯保鮮膜對油菜進行包裝。測定油菜的黃化率[8]和腐爛率[9],分析其外觀變化等。貯藏環境溫度8℃,時間為12d[10]。定期隨機取樣測定油菜的黃化率和腐爛率,計算公式如下:

黃化率(%)=油菜葉黃化面積/油菜葉總面積×100

式(1)

腐爛率(%)=油菜葉腐爛個數/油菜葉總個數×100

式(2)

1.4 數據統計與分析

用Excel2003,SPSS13.0,Origin8.5等軟件對測試數據進行制圖與統計分析,做三個平行,在p<0.05的條件下進行差異顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 MIT對防霉聚乙烯保鮮膜樣品防霉性能的影響

從圖2可以看出,注有濃度為0.3%MIT溶液的培養基僅在培養基的邊緣有少量灰霉菌生長,空白對照培養基上幾乎布滿了灰霉菌。由此可以看出,MIT分子具有明顯的抑菌效果[11]。

圖2 MIT防霉效果圖 Fig.2 The anti-mildew effect of MIT

MIT防霉聚乙烯保鮮膜防霉情況如圖3所示,MIT防霉聚乙烯保鮮膜長霉等級如表2所示。以表1為標準,從圖3和表2中可以看出,在添加MIT防霉聚乙烯保鮮膜覆蓋下的培養基上有少量灰霉菌的生長,達到QB/T2591-2003標準的1級水平;對照膜下的培養基上的灰霉菌超過覆蓋面積的10%,達到QB/T2591-2003標準的2級水平。說明將MIT加入到聚乙烯樹脂中能夠達到明顯抑菌效果。從圖3中還可以看出,隨添加量的增多,抑菌效果越明顯。主要是因為MIT分子與細胞外膜進行接觸并被吸附,通過細胞膜進入到原生質內,干擾霉菌細胞膜的通透性,阻礙細胞膜對氨基酸的吸收,進入細胞內的MIT分子,抑制微生物細胞內的呼吸酶系的活性,從而起到抑菌作用[12]。

圖3 PE保鮮膜防霉效果圖 Fig.3 The anti-mildew effect picture of PE film

表2 PE保鮮膜長霉等級Table 2 The mildew level of PE films

2.2 MIT對防霉聚乙烯保鮮膜樣品機械性能的影響

MIT防霉聚乙烯保鮮膜機械性能如圖4所示。由圖4可知,隨著MIT含量的增加,聚乙烯保鮮膜的拉伸強度升高,斷裂伸長率降低。空白保鮮膜的拉伸強度和斷裂伸長率分別為20.22MPa和481.19%,當添加0.30%MIT后,聚乙烯保鮮膜的拉伸強度和斷裂伸長率分別為23.94MPa和306.87%,分別變化了18.41%和36.23%。由此表明,添加了MIT分子能夠有效的改善聚乙烯保鮮膜的機械性能,增加了保鮮膜的韌性[13]。

圖4 MIT防霉聚乙烯保鮮膜的機械性能 Fig.4 The mechanical properties of the anti-mildew PE films with MIT

2.3 MIT對防霉聚乙烯保鮮膜樣品熱合強度的影響

MIT防霉聚乙烯保鮮膜熱合強度如圖5所示。由圖5可知,隨著MIT含量的增加,聚乙烯保鮮膜的熱合強度呈不同強度的增加。空白保鮮膜的熱合強度為5.05N/15mm,添加0.10%的MIT的熱合強度(6.71N/15mm)比空白保鮮膜的熱合強度明顯增加32.87%,而添加0.15% MIT和0.20% MIT的聚乙烯保鮮膜熱合強度(分別為6.80N/15mm和6.87N/15mm)較0.10% MIT防霉聚乙烯保鮮膜的熱合強度分別增加幅度僅為1.34%和2.38%;當MIT的添加量達到0.25%時,其熱合強度(7.67N/15mm)較空白保鮮膜高51.88%。說明MIT分子對聚乙烯的熱合強度有明顯的加強作用,加強了聚乙烯保鮮膜的熱封性能[14]。

圖5 MIT防霉聚乙烯保鮮膜的熱合強度 Fig.5 The heat seal strength of anti-mildew PE films with MIT

2.4 MIT對防霉聚乙烯保鮮膜樣品透明性能的影響

MIT防霉聚乙烯保鮮膜透明性能如圖6所示。由圖6可知,0.10% MIT/PE、0.15% MIT/PE和0.20% MIT/PE的透明度明顯高于0.25%MIT/PE和0.30%MIT/PE的透明度。由此可知,添加MIT分子降低了聚乙烯保鮮膜的透明性能,MIT的添加量在0.20%以內對聚乙烯保鮮膜的透明性影響較小,但添加量在0.25%以上明顯降低了聚乙烯保鮮膜的透明性能。

圖6 MIT防霉聚乙烯保鮮膜的透明性能 Fig.6 The transparent performance of anti-mildew PE films with MIT

2.5 MIT防霉聚乙烯保鮮膜形態結構分析

MIT防霉聚乙烯保鮮膜斷面形態結構如圖7所示。由圖7可知,在放大2000倍的情況下,添加MIT分子的聚乙烯保鮮膜的斷面均平整均勻,沒有明顯的顆粒聚集情況。說明MIT分子在高溫下與聚乙烯樹脂熔融充分,混合均勻,MIT分子與聚乙烯樹脂完美結合,聚乙烯保鮮膜的防霧分子MIT分布均勻。

圖7 MIT防霉聚乙烯保鮮膜的形態結構 Fig.7 The morphology of anti-mildew PE films with MIT

2.6 MIT對防霉聚乙烯保鮮膜樣品保鮮性能的影響

2.6.1 黃化率 在8℃條件下貯藏12d后,MIT防霉聚乙烯保鮮膜對油菜黃化率的影響如圖8所示。由圖8可知,隨著MIT含量的增加,油菜的黃化率不斷降低。空白保鮮膜的黃化率為13.2%,顯著高于添加MIT分子的防霉聚乙烯保鮮膜(p<0.05);添加0.10% MIT的保鮮膜包裝的油菜的黃化率為10.5%,比空白保鮮膜包裝的油菜的黃化率顯著降低了20.45%(p<0.05);同時,添加0.15% MIT的保鮮膜包裝的油菜的黃化率(8.8%)顯著低于0.10% MIT防霉聚乙烯保鮮膜包裝的油菜,降低了16.19%。說明添加MIT分子能夠有效地降低包裝油菜的黃化率,且當添加量高于0.15%后效果更顯著。

圖8 MIT對聚乙烯保鮮膜的黃化率的影響 Fig.8 The effect of MIT polyethylene plastic wrap on rate of etiolation

2.6.2 腐爛率 在8℃條件下貯藏12d內,MIT防霉聚乙烯保鮮膜對油菜腐爛率的影響如圖9所示。由圖9可知,隨著MIT含量的增加,油菜的腐爛率不斷降低;隨著貯藏時間的延長,油菜的腐爛率不斷升高。空白保鮮膜貯藏3d后開始出現腐爛,并且貯藏9d后腐爛率顯著加快,貯藏12d時油菜的腐爛率(1.36%)比貯藏9d時油菜的腐爛率(0.57%)高1.4倍;0.10% MIT/PE、0.15% MIT/PE、0.20%MIT/PE和0.25% MIT/PE包裝的油菜在貯藏6d后開始出現腐爛,0.30%MIT/PE包裝的油菜在貯藏9d后才開始出現腐爛,貯藏12d時,0.30%MIT/PE包裝油菜的腐爛率(0.56%)比空白保鮮膜包裝油菜的腐爛率(1.36%)顯著降低,降低了58.82%(p<0.05)。本研究表明聚乙烯保鮮膜中添加MIT分子能明顯的降低所包裝保鮮的油菜的腐爛率,且添加量為0.30%時效果最顯著。

圖9 MIT對聚乙烯保鮮膜腐爛率的影響 Fig.9 The effect of MIT polyethylene plastic wrap on rate of decay

3 結論

本文通過向聚乙烯樹脂中添加MIT分子,實現了聚乙烯保鮮膜的防霉效果。通過對保鮮膜的防霉性能、機械性能、熱合強度、透光率及保鮮效果等的研究,得出如下結論:

a. MIT防霉聚乙烯保鮮膜對灰霉菌的防霉效果均達到QB/T2591-2003標準的1級水平,效果顯著。

b. 隨著MIT添加量的增多,拉伸強度不斷增加,斷裂伸長率不斷降低。

c. 隨著MIT添加量的增多,熱合強度增強,透明度反而降低。

d. MIT防霉聚乙烯保鮮膜對油菜的保鮮效果顯著,油菜葉片的黃化率和腐爛率均顯著降低(p<0.05)。

e. 當MIT濃度為0.30%時,MIT防霉聚乙烯保鮮膜的物理性能和應用效果最佳。

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