含林蛙皮微粉紙張的制備及性能研究

王逸龍++楊悅++侯歡釗++李蕊++鄭苗++張梅

摘 要：在食品包裝材料領(lǐng)域，紙質(zhì)包裝材料被廣泛使用。紙類包裝材料除需要具備良好的物理性能外，應(yīng)用在食品包裝領(lǐng)域還需要具有優(yōu)良的防霉抑菌特性。以林蛙皮微粉作為紙質(zhì)添加劑，可利用林蛙皮微粉含有的膠原纖維與植物纖維結(jié)合以增強(qiáng)紙張的物理強(qiáng)度。林蛙皮內(nèi)含有天然的抑菌物質(zhì)，可用以改善紙張的抑菌性能。該文將林蛙干皮制成微粉，研究了林蛙皮微粉含量對(duì)紙張拉伸強(qiáng)度、吸水性、降解性和抑菌性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：林蛙皮微粉含量在一定范圍內(nèi)可增強(qiáng)紙張強(qiáng)度，降低吸水性能，同時(shí)提高紙張的降解速率和抑菌能力，使其在食品包裝材料上具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：食品包裝 林蛙皮微粉 紙張 抑菌 降解

中圖分類號(hào)：TB48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0101-03

為倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)，紙質(zhì)材料已被廣泛應(yīng)用在食品包裝材料領(lǐng)域。紙質(zhì)材料具有良好的降解性能，對(duì)自然環(huán)境無污染。然而紙張的強(qiáng)度較低，易潮濕生菌。對(duì)于食品包裝紙類的開發(fā)，可通過施膠、涂布、浸漬、改性等方法以改變紙張力學(xué)強(qiáng)度差等問題，獲得高強(qiáng)度、抑菌、易降解的新型食品包裝紙材。

東北林蛙因其卵、油等藥用功效大量養(yǎng)殖，廢棄的林蛙皮造成了浪費(fèi)的同時(shí)，污染環(huán)境。林蛙皮中含有大量膠原纖維，目前已有研究表明，膠原纖維與植物纖維中的纖維素大分子以氫鍵、離子鍵、共價(jià)鍵的形式結(jié)合，使纖維間的結(jié)合力增大，鍵能升高，從而使紙張的機(jī)械強(qiáng)度增高。林蛙皮中還含有有效的抑菌成分并具有易降解特性。該實(shí)驗(yàn)從環(huán)保角度出發(fā)，將林蛙皮廢物利用，以提高其附加值。將林蛙干皮通過物理研磨獲得微粉，與植物纖維混合制成復(fù)合紙張。通過測(cè)試，探究林蛙皮微粉含量對(duì)紙張的拉伸斷裂強(qiáng)度、吸水性、可降解性以及抑菌性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紙張、林蛙干皮、無水乙醇、土壤。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

QM-3SP2行星式球磨儀（南京萊步科技實(shí)業(yè)有限公司），LLY-06ED電子單纖維強(qiáng)力儀（萊州市電子儀器），JJ-1型定時(shí)攪拌機(jī)（江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠），GZX-DH·400-BS-Ⅱ型電熱恒溫箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 含林蛙皮微粉復(fù)合紙張制備

稱取林蛙干皮10 g，置于QM-3SP2行星式球磨儀中研磨10 h，研磨頻率為35 Hz。將研磨后的林蛙皮粉末過篩，得到褐色林蛙皮微粉。稱取碎紙30 g，加入蒸餾水50 mL，混合后置于QM-3SP2行星式球磨儀中研磨4 h，研磨頻率為35 Hz，得到紙漿。在烘干紙屑中分別加入0%、5%、10%、15%、20%、25%含量的林蛙皮微粉，加蒸餾水至20 mL，形成紙漿蛙粉混合液。磁力攪拌2 h后用直徑為10 cm的圓形模具平攤混合液，晾干后獲得紙張。

1.3.2 紙張拉伸斷裂性能測(cè)試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、15%、25%的4組樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品規(guī)格為0.5 mm×5 cm。使用LLY-06ED電子單纖維強(qiáng)力儀測(cè)定樣品的拉伸斷裂強(qiáng)度，其中隔距為20 mm，拉伸速度為5 mm/min，環(huán)境溫度為20 ℃，濕度為65%。

1.3.3 吸水性測(cè)試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、10%、15%、20%、25%的6組樣品，樣品規(guī)格為1 cm×1 cm，稱重。在玻璃皿中加入50 mL無水乙醇，將實(shí)驗(yàn)樣品置入無水乙醇中浸泡1 min，后緩速取出，于空氣中水平靜置30 s后稱重。吸水率的計(jì)算方式為：P=（W1-W0）/W0（其中W0為樣品實(shí)驗(yàn)前重量，W1為樣品實(shí)驗(yàn)后重量）。

1.3.4 土壤降解實(shí)驗(yàn)

室外取3～10 cm深度土層土壤500 g，篩除雜物后備用。稱取土壤250 g倒入燒杯中，加入蒸餾水定容置500 mL，磁力攪拌制得土壤懸濁液。0.1%HCl和0.1%NaOH調(diào)節(jié)土壤懸濁液pH值至7.0～7.6。

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、10%、15%、20%、25%的6組樣品，樣品規(guī)格為1 cm×2 cm，稱量。將紙張樣品放入玻璃器皿中，加入土壤懸濁液40 mL，確保實(shí)驗(yàn)樣品都被包覆在土壤懸濁液中。

將玻璃器皿放入恒溫箱中72 h，溫度為（33±1）℃。后取出，置于蒸餾水中洗滌數(shù)次后放入無水乙醇中浸泡1 min去除雜質(zhì)，置于空氣中晾干，空氣濕度為65%。根據(jù)其重量變化計(jì)算降解率，降解率為P=（W0-W1）/W0（其中W0為樣品實(shí)驗(yàn)前重量，W1為樣品實(shí)驗(yàn)后重量）。

1.3.5 紙張抑菌性能測(cè)定

取100 μL金黃色葡萄球菌原液，將菌原液稀釋，使細(xì)菌數(shù)量為菌原液的10-6。吸取100 μL菌液，將菌液均勻涂布在LB培養(yǎng)基上，置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，溫度設(shè)定為37 ℃。24 h后觀察細(xì)菌生長(zhǎng)情況，記該培養(yǎng)基為0號(hào)培養(yǎng)基。取含有林蛙皮微粉的紙張，規(guī)格為2 cm×2 cm，紫外線滅菌。在超凈實(shí)驗(yàn)臺(tái)中吸取菌液20 μL均勻涂布在實(shí)驗(yàn)樣品表面，并置于室溫下。分別隔6 h，12 h，24 h依次取出實(shí)驗(yàn)樣品，加入20 mL生理鹽水，緩速震蕩10 min。取震蕩后含有細(xì)菌的生理鹽水100 μL涂布在LB培養(yǎng)基上，分別記為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)培養(yǎng)基，置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 紙張力學(xué)性能測(cè)試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、15%、25%共4組紙張樣品進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定蛙粉含量對(duì)紙張的拉伸斷裂性能的影響，結(jié)果如表1所示。

表1為林蛙皮微粉含量分別為0，5%，15%和25%的紙張拉伸斷裂性能數(shù)據(jù)表。從表1結(jié)果可以看出，0%和25%微粉含量的紙張的斷裂伸長(zhǎng)率較低，5%和15%微粉含量的紙張斷裂伸長(zhǎng)率較高。表明加入林蛙皮微粉之后的紙張拉伸斷裂性能發(fā)生變化，當(dāng)林蛙皮微粉含量在5%左右伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)度增大，林蛙皮微粉含量達(dá)到15%左右，拉伸斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大。當(dāng)微粉含量達(dá)到25%，伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)度均呈減弱趨勢(shì)。

2.2 吸水性測(cè)試

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以每份紙張?jiān)嚇拥钠骄首鳛橹笜?biāo)。從表2可以看出，與第一組對(duì)照組相比較，隨著紙張樣品中林蛙皮微粉含量增加，吸水率逐漸降低。這表明在該實(shí)驗(yàn)中，林蛙皮微粉對(duì)于紙張的吸水率產(chǎn)生影響，其作用為降低紙張的吸水性，從另一方面而言，加入林蛙皮微粉的紙張相比普通紙張具有良好的防水性能。

2.3 土壤降解實(shí)驗(yàn)

從表3可以看出，當(dāng)紙張中林蛙皮微粉含量逐漸增加，紙張的重量損失逐漸增大，表明其降解率越好。這說明林蛙皮微粉的加入改變了紙張的降解性能，加速紙張?jiān)谧匀画h(huán)境中的降解速率，使紙張具有良好的環(huán)保性能。

2.4 抑菌性能

對(duì)加入林蛙皮微粉的紙張?jiān)嚇舆M(jìn)行抑菌性能檢測(cè)，菌種選擇常見的金黃色葡萄球菌，設(shè)置空白對(duì)照組。抑菌率的測(cè)試方法為：（菌液中原有細(xì)菌數(shù)-現(xiàn)有細(xì)菌數(shù)）/菌液中原有細(xì)菌數(shù)量。結(jié)果如表4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，0號(hào)培養(yǎng)基經(jīng)恒溫培養(yǎng)24 h后，金黃色葡萄球菌的數(shù)量為2 600個(gè)/mL，在培養(yǎng)皿中均勻分布，數(shù)量較多。菌液與含蛙粉的紙張?jiān)诔貭顟B(tài)下接觸后，當(dāng)接觸時(shí)間為6 h，其細(xì)菌數(shù)量降為400個(gè)/mL；當(dāng)接觸時(shí)間為12 h后，其細(xì)菌數(shù)量降低為300個(gè)/mL；當(dāng)接觸時(shí)間為24 h后，其細(xì)菌數(shù)量降低為100個(gè)/mL。可見當(dāng)接觸時(shí)間增加后，其抑菌率也增強(qiáng)，當(dāng)接觸時(shí)間為24 h，抗菌率達(dá)到96.2%。

3 結(jié)語

該實(shí)驗(yàn)從環(huán)保角度出發(fā)，將林蛙皮廢物利用，以提高其附加值。將林蛙皮微粉添加到紙漿纖維中制得復(fù)合紙張，利用林蛙皮中所含有的膠原纖維對(duì)紙張性能進(jìn)行改善。對(duì)復(fù)合紙張進(jìn)行了拉伸斷裂、吸水性、土壤降解及抑菌性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含有林蛙皮微粉的紙張?jiān)谝欢ǔ潭壬峡梢栽鰪?qiáng)紙張的拉伸斷裂強(qiáng)度，降低吸水性，提高可降解性和抑菌特性。該實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)品可用于實(shí)際生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中，林蛙皮微粉還可在一定程度上替代造紙過程中施膠劑的使用，得到生物性能更優(yōu)的食品紙質(zhì)包裝材料。

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