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硅藻土⁃沸石⁃高锰酸钾复合填料及果蔬保鲜包装纸的制备

  • 李治强
  • 宁语萍
  • 卢冬岩
  • 李剑
  • 刘文波
东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨,150040

中图分类号: TS761.3

最近更新:2023-12-21

DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2023.12.001

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摘要

本研究将硅藻土和沸石混合均匀,在600 ℃下烧结4 h,再经高锰酸钾饱和溶液浸渍后,经过滤、干燥及研磨,制得具有保鲜功能的硅藻土-沸石-高锰酸钾复合填料(DZP),并抄造DZP果蔬保鲜包装纸。结果表明,硅藻土和沸石经高温烧结后,表面杂质脱除,出现更多微孔,比表面积有一定提高,孔径增大;沸石分散在硅藻土表面,与高锰酸钾共同建立DZP乙烯吸附-氧化系统,可提高果蔬保鲜能力。与未加填纸相比,DZP果蔬保鲜包装纸包装菠菜的质量损失率由6.42%降至2.92%,降低了54.5%;VC含量由1.67 mg/100 g提升至3.56 mg/100 g,提高了113.2%;丙二醛含量由3.92 μmol/kg降低至3.20 μmol/kg,降低了18.4%;叶绿素含量由6.24 mg/100 g提升至13.43 mg/100 g,提高了115.2%。由此可见,制备的DZP果蔬保鲜包装纸对菠菜保鲜效果明显,可以减缓果蔬受损程度,延长货架期。DZP果蔬保鲜包装纸的抗张指数为42.7 N·m/g,耐破指数为2.88 kPa·m2/g,具有良好的强度性能。

新鲜果蔬含水量较高,采摘后极易腐烂变质,在采收、分级包装、贮藏运输及到达消费者手中的整个物流过程中,如果处理不当,就会发生采摘后果蔬变质问题而造成损失。果蔬从采收到售出的整个期间内,均会不断地进行呼吸作用,进而不断地放出乙烯气体,加速果蔬的成熟甚至腐[

1],如何处理乙烯气体是果蔬保鲜研究的主要出发点。

近年来,乙烯脱除技术的研究主要集中在乙烯脱除剂、乙烯的细菌降解工艺及新型乙烯降解材料几方面。乙烯脱除剂按照工作原理可以分为物理吸附剂、化学反应脱除剂及细菌降解剂3类。物理吸附剂主要是具有多孔结构的活性炭、矿物质、分子筛及合成树脂等,其可以通过孔道的物理吸附作用对乙烯分子进行吸附,属于弱吸附,且易脱附。化学反应脱除剂主要是通过化学反应使外源乙烯转变为非乙烯类物质,从而达到脱除乙烯的目的。根据反应原理不同,化学反应脱除剂又可分为催化反应型、氧化反应型及加成反应型。细菌降解乙烯脱除法是指利用微生物来降解乙烯的技术。

硅藻土是单细胞生物(硅藻)的遗骸,其矿物成分是一种硅藻蛋白石类物质,以无定形二氧化硅(SiO2)的形式存在,其本身具有无毒无味、质轻多孔、相对密度小、孔隙率高、比表面积高、化学性质稳定、吸附性强等特性,广泛用于抑菌、保鲜等方[

2]。硅藻土的直径一般为5~100 μm,孔结构以大孔为主,含有少量介孔,几乎不含有微孔。张莉会等[3]发现,硅藻土负载丁香酚能显著抑制草莓的腐烂和质量损失;Zheng等[4]研究发现,硅藻土经600 ℃煅烧后,孔洞内的有机质及吸附水被除尽,部分堵塞表面微孔内的杂质熔化,表面大孔及微孔增多,吸附性能增强。

天然沸石是一类具有架状结构的多孔铝硅酸盐矿物。由于天然沸石内部具有较空旷的骨架结构和多种孔道,晶穴体积接近自身体积的50%,且相互连通,具有很大的比表面[

5]。这些孔道在高温煅烧脱水后会形成较大的空腔,可以吸附或储存大量小分子,具有吸附选择性高、性能高效的特[6]。但这些孔道内含有石英等杂质,堵塞沸石内部孔道,限制了沸石的应用范围。Jevremovi等[7]发现高温除了可以去除沸石表面吸附水及内部水分子外,其孔道内部的部分高分子杂质也会被分解气化,从而提高沸石内部的孔道容量。

高锰酸钾(KMnO4)是一种强氧化剂型乙烯脱除剂,通常以结晶的颗粒形态存在,比表面积小,吸附能力弱,单独使用时,其脱除乙烯效率较低,通常将其负载在比表面积较大的惰性载体上(如活性炭、氧化铝、沸石、硅藻土等),以提高其乙烯脱除效[

8-10]。KMnO4是目前应用最普遍的商业化乙烯脱除剂,已广泛应用于猕猴桃、苹果、香蕉、胡萝卜等果蔬的保鲜,该类吸附剂具有遇水不降低其脱除乙烯能力的优点。研究表明,盛放在含有KMnO4和Ca(OH)2包装袋中的香蕉,放置16天仍然不发生变化。KMnO4主要通过式(1)~式(3)所示反应脱除乙烯。

(1)

3CH3CHO+2KMnO4+H2O3CH3COOH+2MnO2+2KOH (2)
         3CH3COOH+8KMnO46CO2+8MnO2+8KOH+2H2O (3)

本研究通过将硅藻土(Diatomaceous earth)和沸石(Zeolite)混合均匀后,在600 ℃下烧结4 h,再经KMnO4饱和溶液浸渍4 h,经过滤、干燥及研磨后,制得具备果蔬保鲜功能的硅藻土-沸石-高锰酸钾复合填料,简称DZP,然后抄造具有保鲜功能的DZP果蔬保鲜包装纸。利用硅藻土含有的大孔与沸石含有的微孔及介孔,形成丰富的孔结构,从而提高乙烯吸附量;高温烧结使得硅藻土与沸石表面杂质基本去除,孔隙增大,有利于吸附更多乙烯;同时,KMnO4对其均匀浸渍和分散,协同建立DZP乙烯吸附-氧化系统,解决了单纯使用KMnO4存在的分散和依存问题,全面提升果蔬保鲜品质。

1 实验

1.1 实验原料与仪器

1.1.1 原料与试剂

硅藻土购自上海山浦化工有限公司,沸石购自天津市河东区红岩试剂厂(硅藻土及沸石基本性能见表1),阳离子淀粉、聚乙烯亚胺均为分析纯,由牡丹江恒丰纸业股份有限公司提供,KMnO4为分析纯,购自国药化学试剂有限公司。

表1  硅藻土及沸石基本性能
Table 1  Basic properties of diatomaceous earth and zeolite
原料密度/g·cm-3粒径/μm比表面积/m2·g-1SiO2/%LOI/%
硅藻土 2.23 15~25 1~5 85.60 4.51
沸石 2.16 1~5 10~20 67.95 10.59

注   LOI表示极限氧指数。

1.1.2 实验仪器

马弗炉(SX-4-10,上海博讯实业有限公司医疗设备厂),扫描电子显微镜(SEM,QUANTA200,美国FEI公司),X射线衍射仪(XRD,D/Max2200,日本理学株式会社),电热鼓风干燥箱(GZX-9146MBE,上海博讯实业有限公司医疗设备厂),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,frontier,PerkinElmer公司),比表面积和孔径分析仪(ASAP2020,美国Micromeritics仪器公司),万用电炉(DK-II,1000 W单联,天津天泰仪器有限公司),耐破度测定仪(S18564,德国FRANK-PTI公司),微电脑抗张强度测试仪(IMT-202F,东莞市英特耐森精密仪器有限公司),纸页成型器(AT-CZ-2,山东安尼麦特仪器有限公司),气动式纸样压榨机(PL8-B,咸阳泰斯特设备有限公司),数显恒速搅拌器(S-212,上海申胜生物技术有限公司),不锈钢电热板(DB-3B,天津市泰斯特仪器有限公司),纤维标准解离器(GBJ-A,山东泰斯特仪器有限公司)。

1.2 DZP填料制备

以硅藻土和沸石为原料,按质量比1∶1混合,放入烧杯中,加入蒸馏水后,磁力搅拌4 h,使其混合均匀,放入烘箱中,在100 ℃下干燥3 h,研磨后将粉末放入马弗炉中,600 ℃下烧结4 h,取出降至室温后,将其置于KMnO4饱和溶液中,磁力搅拌4 h后,经过滤、干燥及再研磨,制得DZP填料。另取适量硅藻土、沸石及硅藻土-沸石混合物置于马弗炉中,600 ℃下烧结4 h,采取相同实验方法,制得相应对照组填料。

1.3 果蔬保鲜包装纸制备

果蔬保鲜包装纸的定量为60 g/m2。首先称取一定量的漂白硫酸盐针叶木浆,加入40%的DZP填料,并均匀混合,疏解后加入1%的阳离子淀粉和0.1%聚乙烯亚胺(均相对于纸浆绝干质量),使用纸页成型器进行抄纸,将得到的湿纸幅在0.5 MPa的压力下压榨5 min,放入105 ℃的数显控温不锈钢电热板中干燥,正、反面分别干燥5 min,干燥完成后,即得到DZP果蔬保鲜包装纸,记作DZP纸;不添加填料重复上述操作得到空白样,记作KB纸;另取烧结沸石、烧结硅藻土、烧结硅藻土-沸石,重复上述步骤,得到烧结沸石包装纸、烧结硅藻土包装纸、烧结硅藻土-沸石包装纸,分别记作SF纸、SG纸、SFG纸。

1.4 填料理化结构表征

用导电胶将填料固定在金属圆台上,经过喷金处理,在5 kV的加速电压下,使用SEM分析填料的表面形貌及孔径大小。

将填料放入玻片圆槽中,用玻片轻压使其表面光滑,使用Cu靶作为发射源,扫描范围2θ=5°~90°,在40 kV电压下,使用XRD分析填料的物相结构和结晶度。

将填料与干燥的KBr共同研磨并制成压片,利用FT-IR扫描改性填料在500~4000 cm-1波数范围内的谱图,分析样品的化学结构变化。

将填料在300 ℃下真空脱气12 h,在液氮及77 K温度下由比表面积和孔径分析仪测得N2等温吸附-脱附曲线。

1.5 果蔬包装纸保鲜性能测定

菠菜营养价值较高,但其采摘后代谢旺盛,呼吸速率较高,易失水萎蔫,品质下[

11],不利于贮藏、保鲜与运输。本研究选取一批质量良好的菠菜,并剔除枝叶折断、有病虫害的不良品,使用制得的5种包装纸(DZP纸、KB纸、SF纸、SG纸、SFG纸)对菠菜进行包装,并进行对比实验。将所有包装好的菠菜置于室温下避光贮藏,测试菠菜6天内的质量损失率、VC含量、丙二醛(MDA)含量及叶绿素含量等参数的变化。

1.5.1 质量损失率

采用质量法测定菠菜的质量损失[

12]。使用分析天平称量菠菜初始质量。储藏过程中,每隔1天称量菠菜样品的质量,根据式(4)计算质量损失率。

W=m0-mnm0×100% (4)

式中,W表示质量损失率,%;m0表示菠菜初始质量,g;mn表示菠菜储藏n天后的质量,g。

1.5.2 VC含量

VC含量使用2,6-二氯靛酚滴定法测[

13]。称取10 g菠菜样品,用少量20 g/L草酸溶液在冰浴中研磨,用20 g/L草酸溶液定容至100 mL,摇动并过滤。取10 mL滤液用2,6-二氯苯酚-靛酚滴定至红色,草酸溶液作对照。根据式(5)计算菠菜中VC的含量(C,mg/100 g)。

C=V·(V1-V0)·ρVS·m×100 (5)

式中,V表示样品提取物总体积,mL;V1表示样品滴定消耗的染料体积,mL;V0表示空白滴定中消耗的染料体积,mL;ρ表示1 mL染料溶液中VC的质量,mg/mL;VS表示滴定过程中样品溶液的体积,mL;m表示样品质量,g。

1.5.3 MDA含量

采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定MDA含[

14]。取2 g菠菜样品加入2 mL 10%三氯乙酸和少量石英砂,研磨后加入8 mL三氯乙酸,进一步研磨,将匀浆液置于离心机中,以4000 r/min离心10 min。取2 mL上清液,加入质量分数0.6%硫代巴比妥酸,在沸水中煮15 min,冷却后再次离心,取上清液测定450、532和600 nm波长下的吸光度值(A)。按式(6)式(7)计算菠菜中MDA含量(M,μmol/g)。

c=6.452(A532-A600)-0.56A450 (6)
M=c·Vm·V2×1000V'·m (7)

式中,c表示反应混合物中MDA的浓度,μmol/LVm表示提取液总体积,mL;V'表示测定所取样品提取液体积,mL;V2表示反应液体积,mL;m表示样品质量,g。

1.5.4 叶绿素的含量

叶绿素含量用分光光度法测[

15]。称取适量菠菜样品,使用研钵捣碎制成匀浆,准确称取0.5 g匀浆于锥形瓶中,加入10 mL体积比为1∶1的无水乙醇和丙酮混合液,锥形瓶用封口膜密封,室温下避光静置5 h,过滤,取滤液分别于波长645 nm和663 nm下测定A,重复3次,根据式(8)计算菠菜中叶绿素含量。

Y=(8.05A663+20.29A645)·ν·100m×105 (8)

式中,Y表示叶绿素含量,mg/100 g;ν表示混合液体积,mL;m表示菠菜样品质量,g。

1.6 包装纸强度性能测定

本研究分别参照GB/T 12914—2018《纸和纸板抗张强度的测定》和GB/T 454—2020《纸耐破度的测定》,对KB纸、SF纸、SG纸、SFG纸及DZP纸的抗张强度及耐破度进行测定。

1.7 果蔬保鲜包装纸填料留着率测定

将1.3中制备好的果蔬保鲜包装纸剪碎,放入质量恒定的坩埚,在万用电炉上碳化至无烟后,放入500 ℃马弗炉中进行焙烧,保持4 h,称量灰分,根据式(9)计算填料留着率。

x=m1-m2m3 (9)

式中,x表示填料留着率,%;m1表示果蔬保鲜包装纸经焙烧后得到的灰分总质量,g;m2表示KB纸经焙烧后得到的灰分总质量,g;m3表示加入的填料总质量,g。

2 结果与讨论

2.1 填料物理性能分析

2.1.1 微观形貌

利用SEM可以观察到填料的晶粒尺寸、晶粒生长情况和孔径大小等微观形貌。图1为6种填料的SEM图。由图1(a)和图1(b)可知,硅藻土经高温烧结后,表面除去了部分杂质,出现了更多孔隙,有利于沸石在其表面的均匀分布和吸附更多的乙烯;由图1(c)和图1(d)可知,高温烧结后的沸石团聚现象减弱,颗粒更加分散,脱除了表面杂质,说明硅(铝)氧四面体结构发生改变,孔道扩大,有利于其在硅藻土表面的分散和对乙烯吸附效率的提高;由图1(e)和图1(f)可知,沸石颗粒比较均匀地分散在硅藻土表面,经KMnO4处理后,混合填料体系表面更为光滑,伴有网络状的微孔,利于KMnO4进入硅藻土和沸石孔道内部,提高其对乙烯的脱除效率。结合Nano measurer软件分析填料粒径,硅藻土、烧结硅藻土、烧结硅藻土-沸石及DZP的平均粒径均在21.5~23.5 μm范围内,沸石及烧结沸石的平均粒径在1~2 μm范围内,满足纸张填料粒径要求。

图1  填料的SEM图

Fig. 1  SEM images of filler samples

2.1.2 结晶结构

图2(a)为600 ℃烧结后的沸石、硅藻土、硅藻土-沸石及DZP的XRD谱图。从图2(a)中可以看出,烧结硅藻土在2θ=21.75°、35.96°等处出现方石英特征衍射峰;烧结沸石在2θ=20.89°、26.49°等处出现方石英特征衍射峰,在2θ=23.70°处出现ZSM-5型沸石特征衍射峰,在2θ=26.97°、27.78°等处出现硅线石衍射峰;烧结硅藻土-沸石在2θ=21.75°、26.60°等处出现方石英特征衍射峰,在2θ=26.04°处出现低温相石英特征衍射峰,可能是由于高温下,硅藻土与沸石通过煅烧,元素相互扩散,与方石英发生反应,产生了新的物相低温相石英;经过KMnO4处理形成的DZP波形变化较大,低温相石英衍射峰消失,方石英衍射峰减弱,说明KMnO4分子进入硅藻土-沸石结构内,破坏了硅藻土-沸石的晶型结构及结晶度,并使更多的孔穴露出,有利于乙烯吸附反应的进行。

图2  填料的结构表征分析图

Fig. 2  Characterization of the packing plot structure

2.1.3 化学结构

图2(b)为600 ℃烧结后的沸石、硅藻土、硅藻土-沸石及DZP的FT-IR谱图。从图2(b)中可以看出,4种材料的FT-IR谱图没有较大变化,均在792 cm-1和1066 cm-1左右显示出相似的吸收峰,分别对应非晶态蛋白石中的Si—O—Si的对称伸缩振动峰和Si—O或Al—O不对称拉伸振动吸收峰,烧结硅藻土、烧结硅藻土-沸石及DZP均在615 cm-1左右含有SiO4四面体中Si—O—Si的反对称弯曲振动吸收峰,表明KMnO4负载并没有改变硅藻土及沸石的主要成分SiO2;4种材料在2987 cm-1处均含有C—H伸缩振动吸收峰,可能是硅藻土和沸石含有的少量有机质,DZP在此处的峰强度与另外3组相比有所减弱,说明KMnO4处理去除了硅藻土-沸石表面的部分有机质,有利于吸附乙烯。

2.1.4 比表面积与孔结构分析

6种填料的N2吸附-脱附等温曲线结果如图2(c)所示。从图2(c)中可以看出,参照IUPAC的分类,硅藻土和烧结硅藻土的N2吸附-脱附曲线属于Ⅱ型等温线,其微弱的H3型回滞环表明硅藻土和烧结硅藻土中含有少量介孔,低压区(P/P0≤0.1)极低的N2吸附量表明其孔结构中几乎不含微孔,而高压区(P/P0≈1.0)N2吸附量的快速增加反映出其具有丰富的大孔结构,其中烧结硅藻土较硅藻土变化更为明显,经过烧结,硅藻土的大孔结构增加;沸石、烧结沸石、烧结硅藻土-沸石及DZP的N2吸附-脱附曲线属于Ⅳ型等温线,均有明显的H3型回滞环,其中沸石和烧结沸石的毛细管凝聚段比烧结硅藻土-沸石及DZP的更为陡峭,说明由于沸石颗粒的集中分布产生的介孔的分布更为均匀,由于N2快速填充进入沸石颗粒的微孔内,因此在低压区(P/P0≤0.1)N2吸附量呈现出快速增长趋势,并且此时烧结沸石的吸附量大于对应的沸石颗粒,说明经过烧结沸石的微孔增多,此外,在纳米尺寸效应和颗粒集中分布共同作用下,沸石颗粒发生强烈的外表面吸附,高压区(P/P0≈1.0)N2吸附量几乎呈直线上升的趋势;烧结硅藻土-沸石和DZP的N2吸附-脱附等温曲线与沸石相比,由于引入了微孔、介孔含量较少的硅藻土,提高了沸石的分散程度,使吸脱附曲线在低压区和毛细管凝聚段的增长趋势有所缓和。

微/介孔径分布图如图2(d)所示。从图2(d)中可以看出,沸石、烧结沸石、烧结硅藻土-沸石及DZP均存在微孔与介孔,且微孔部分有着相对较高的孔容积,介孔分布范围较广;烧结沸石与沸石相比,存在更高的孔容积,同时由于硅藻土的引入,减缓了沸石颗粒的团聚现象,使烧结硅藻土-沸石及DZP的微/介孔孔体积有所降低。结合Nano measurer软件分析,硅藻土、烧结硅藻土、烧结硅藻土-沸石及DZP的大孔平均孔径分别为270、450、440、470 nm,说明高温烧结可以有效增加硅藻土的大孔孔径,经过KMnO4处理,可以在一定程度上提高硅藻土的平均孔径。

烧结硅藻土的BET比表面积(SBET)与硅藻土相比,从1.90 m2/g提升到3.29 m2/g,烧结沸石的SBET与沸石相比,由19.18 m2/g提升到23.54 m2/g,说明高温烧结可以提高硅藻土和沸石的孔径尺寸及数量,进而提高其比表面积,这也与SEM图和孔径分布图相对应;烧结硅藻土-沸石和DZP的SBET分别为12.46 m2/g和13.05 m2/g,进一步证明了沸石负载在硅藻土上,沸石、硅藻土、KMnO4三者相互分散,可以提高脱除乙烯的能力。

2.2 包装纸保鲜性能分析

2.2.1 质量损失率

菠菜组织含水量高,但采摘后菠菜因水分极易蒸发,导致菠菜容易发生质量损失和萎缩,对菠菜的品质影响较[

16]图3(a)为不同果蔬保鲜包装纸所包装菠菜质量损失率的变化。由图3(a)可见,菠菜的质量损失率在储藏期间不断增加。储藏第6天时,使用KB纸包装的菠菜质量损失率最高,为6.42%,而加填填料后制备的包装纸的菠菜质量损失率明显低于KB纸,其中使用DZP纸包装的菠菜质量损失率最低,为2.92%,与KB纸相比,降低了54.5%。由此可见,DZP纸对抑制菠菜质量损失具有明显的作用。

图3  包装纸的保鲜性能分析

Fig. 3  Analysis of preservation performance of wrapping paper samples

2.2.2 VC含量

VC是一种水溶性强抗氧化剂,能抑制或减少水果和蔬菜的氧化损伤。图3(b)为不同果蔬保鲜包装纸所包装菠菜VC含量的变化。观察图3(b)可知,菠菜样品的VC含量初始值为6.03 mg/100 g,VC含量在储存过程中逐渐降低。储藏第6天后,KB纸包装的菠菜VC含量已经降低至1.67 mg/100 g,加填填料后制备的包装纸包装菠菜的VC含量均明显高于KB纸,其中DZP纸包装的菠菜VC含量最高,为3.56 mg/100 g,与KB纸相比,提高了113.2%,说明使用DZP纸包装对提高菠菜VC保留率起到了显著作用。

2.2.3 MDA含量

MDA是衡量植物氧化胁迫程度的常用指标之一,能够反映植物细胞膜脂过氧化的程[

17]。生物体内,自由基作用于脂类发生过氧化反应,氧化最终产物为MDA,会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合,且具有细胞毒性,它的产生还能加剧细胞膜的损伤。MDA含量越高,植物细胞膜脂过氧化的程度越高,细胞膜受到的伤害越严重。图3(c)为不同果蔬保鲜包装纸所包装菠菜MDA含量的变化。如图3(c)所示,不同处理组的菠菜在储藏期间MDA的含量均逐渐上升,当储藏第6天时,KB纸包装的菠菜MDA含量已经增长至3.92 μmol/g,加填填料后制备的包装纸包装菠菜的MDA含量均低于KB纸,其中DZP纸包装的菠菜MDA含量最低,为3.20 μmol/g,与KB纸相比,降低了18.4%,说明DZP包装纸具有较低的透氧率,减少菠菜组织细胞脂质过氧化,从而减少MDA的产生和积累。

2.2.4 叶绿素含量

采摘后菠菜在常温储藏下,叶绿素会不断降解,菠菜绿叶逐渐减少甚至黄绿现象,因此叶绿素含量是评价菠菜储藏效果的重要指标之一。图3(d)为不同果蔬保鲜包装纸所包装菠菜叶绿素含量的变化。观察图3(d)可知,菠菜样品的叶绿素初始值为20.44 mg/100 g,叶绿素含量在储藏过程中逐渐降低。储藏第6天后,KB纸包装的菠菜叶绿素含量已经降低至6.24 mg/100 g,加填填料后制备的包装纸包装的菠菜叶绿素含量均明显高于KB纸,其中DZP纸包装的菠菜叶绿素含量最高,为13.43 mg/100 g,与KB纸相比,提高了115.2%,这说明DZP纸可以明显延缓菠菜中叶绿素的降解速率,保持菠菜的良好色泽。

2.3 强度性能

纸张的抗张强度是指试样断裂时每单位长度纸张承受的最大张力,耐破度指一定面积的纸和纸板承受垂直于纸面的均匀顶压直至破裂时的最大压力。图4显示了5种包装纸的抗张指数和耐破指数。观察图4可知,加填包装纸相比于KB纸,抗张指数与耐破指数均有所降低,表明改性填料的加入使纸张强度有一定损伤,其中DZP纸较于KB纸抗张指数由45.3 N·m/g降低至42.7 N·m/g,耐破指数由3.17 kPa·m2/g降低至2.88 kPa·m2/g,DZP纸强度性能满足使用要求。

图4  5种包装纸的抗张指数和耐破指数

Fig. 4  Tensile index and burst resistance index of five types of wrapping paper samples

2.4 填料留着率

图5显示了加填包装纸的填料留着率。如图5所示,4种加填包装纸中,SG纸的填料留着率最大,为69.2%,SF纸的填料留着率最低,为62.6%。分析原因可知,是因为硅藻土的粒径比沸石大,相较而言不易于在抄纸过程中流失,同时DZP纸的填料留着率为65.5%,说明抄造过程中没有损失过多的填料。

图5  加填包装纸的填料留着率

Fig. 5  Filler retention rate for filled wrapping paper samples

3 结论

本研究以硅藻土和沸石为原料,经高温烧结和饱和高锰酸钾溶液浸渍后,制得具有果蔬保鲜功能的硅藻土-沸石-高锰酸钾复合填料(DZP),采用浆内添加法制备DZP果蔬保鲜包装纸,并对其保鲜性能进行研究。

3.1 对DZP填料进行性能表征分析,发现硅藻土和沸石表面部分杂质去除,出现更多微孔,比表面积增大,孔径增大,沸石颗粒团聚现象减弱,分散在硅藻土表面,为吸附乙烯提供了有利条件。

3.2 硅藻土-沸石与高锰酸钾构建了对乙烯的DZP吸附-氧化系统,DZP复合填料利用硅藻土与沸石较大的比表面积,使高锰酸钾得到了很好的分散和依存。三者相互分散、负载,对乙烯吸附、氧化的协同关系,可以有效提高脱除乙烯的能力,全面提升了保鲜果蔬的品质。

3.3 选择菠菜为保鲜试样,制得的DZP果蔬保鲜包装纸与未加填纸对比,对于延缓菠菜变质,延长菠菜货架期具有明显作用。储藏6天后,与未加填纸相比,菠菜质量损失率降低了54.5%,VC含量提高了113.2%,丙二醛含量降低了18.4%,叶绿素含量提高了115.2%。同时,DZP纸的抗张指数与耐破指数满足保鲜包装纸性能要求。

参 考 文 献

1

闵甜甜. 多功能抗菌活性包装材料的设计及其在果蔬保鲜中的应用[D]. 北京北京科技大学2022. [百度学术] 

MIN T T. Design of Multifunctional Antibacterial Active Packaging Materials and Their Application in Fruit and Vegetable Preservation[D]. BeijingBeijing University of Science and Technology2022. [百度学术] 

2

尚尉于海辉张晓君. 聚乙烯亚胺改性硅藻土的制备与表征[J]. 中国造纸20173612): 51-55. [百度学术] 

SHANG WYU H HZHANG X J. Preparation and Characterization of Polyethy Lenimi Modified Diatomite[J]. China Pulp & Paper20173612): 51-55. [百度学术] 

3

张莉会吕亭逸乔宇. 超声结合超高压预处理对冻干草莓片品质的影响[J]. 食品工业科技20204114): 15-21,28. [百度学术] 

ZHANG L HLYU T YQIAO Yet al. Effect of Ultrasound and Ultrahigh Pressure Pretreatment on Quality of Freeze-dried Strawberry Slices[J].Science and Technology Food Industry20204114): 15-21,28. [百度学术] 

4

Zheng RRen ZGao Het al. Effects of Calcination on Silica Phase Transition in Diatomite[J]. Journal of Alloys and Compounds2018757364-371. [百度学术] 

5

CHAI Y CDAI W LWU G Jetal. Confinement in a Zeolite and Zeolite Catalysis[J]. Accounts of Chemical Research20215413): 2894-2904. [百度学术] 

6

Sun QHu XZheng Set al. Influence of Calcination Temperature on the Structural, Adsorption and Photocatalytic Properties of TiO2 Nanoparticles Supported on Natural Zeolite[J]. Powder Technology201527488-97. [百度学术] 

7

Jevremovi AVasiljevi B NPopa Aet al. The Environmental Impact of Potassium Tungstophosphate/ZSM-5 Zeolite: Insight into Catalysis and Adsorption Processes[J]. Microporous and Mesoporous MaterialsDOI:10.1016/j.micromeso.2021.110925. [百度学术] 

8

Lieve VFrank DMvan Bet al. Developments in the Active Packaging of Foods[J]. Trends in Food Science & Technology2004103): 77-86. [百度学术] 

9

徐昊天黄小雷王立军. 水果保鲜纸基复合材料技术研究进展[J]. 中国造纸2019381): 60-64. [百度学术] 

XU H THUANG X LWANG L Jetal. Research Progress of Fruit Fresh Keeping Paper Based Composite Material and Its Preparation Technology[J]. China Pulp & Paper2019381): 60-64. [百度学术] 

10

Martínez R DBailen GSerrano M. Tools to Maintain Postharvest Fruit and Vegetable Quality Through the Inhibition of Ethylene Action: A Review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition2007476): 543-560. [百度学术] 

11

SUN S JHAN X JLI W Xetal. Effects of Licorice or Hance Ginger and Its Complex Extract on the Fresh-keeping of Spinach[J]. Journal of Food Science and Biotechnology2012315): 537-542. [百度学术] 

12

王忠良袁亚东葛红岩. 载银壳聚糖涂布纸对樱桃番茄保鲜包装效果的影响[J]. 中国造纸2016357): 30-34. [百度学术] 

WANG Z LYUAN Y DGE H Yet al. Fresh Preservation Effect of Silvercarried Chitosan Coated Paper on Cherry Tomato[J]. China Pulp & Paper2016357): 30-34. [百度学术] 

13

刘庚玫张琛倪永浩. 半纤维素基复合保鲜膜的制备及其性能研究[J]. 中国造纸2022416):8-12. [百度学术] 

LIU G MZHANG CNI Y Hetal. Investigation on Preparation and Properties of Hemicellulose-based Composite Cling Film[J]. China Pulp & Paper2022416): 8-12. [百度学术] 

14

李桂琼赵鹏宇赵昶灵. 遮阴和露地栽培条件下蜘蛛香叶片的抗氧化酶比活力和丙二醛含量[J]. 中国农学通报2021376): 111-116. [百度学术] 

LI G QZHAO P YZHAO C Let al. Specific Activities of Antioxidases and Malondialdehyde Contents of Valeriana Jatamansi Jones Leaves Under Shading and Open Field Cultivation[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin2021376): 111-116. [百度学术] 

15

张仁凤. 半纤维素基果蔬保鲜膜制备及绿芦笋保鲜性能研究[D]. 昆明昆明理工大学2020. [百度学术] 

ZHANG R F. Study on Preparation of Hemicellulose⁃based Fruit and Vegetable Cling Film and Preservation Performance of Green Asparagus[D]. KunmingKunming University of Science and Technology2020. [百度学术] 

16

徐冬颖史君彦郑秋丽. 臭氧处理对菠菜采后保鲜效果的影响[J]. 北方园艺201812): 125-130. [百度学术] 

XU D YSHI J YZHENG Q Let al. Effect of Ozone Treatment on Postharvest Preservation Effect of Spinach[J]. Northern Horticulture201812): 125-130. [百度学术] 

17

熊子璇吴志蒙黄华. 不同保鲜袋包装对采后油桃果实贮藏品质的影响[J]. 包装工程2022433): 78-86. [百度学术] 

XIONG Z XWU Z HHUANG Het al. Effects of Different Plastic Bags on Storage Quality of Postharvest Nectarine Fruits[J]. Packaging Engineering2022433): 78-86. [百度学术] 

CPP [百度学术]