摘  要：本发明公开了一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层及其制备方法和应用，由黄麻纤维经剪切、球磨、均质、喷涂而得。该黄麻纳米纤维本征保鲜涂层在水果或蔬菜表面成膜，具有较好的抗氧化功能和阻隔氧气的功效，能够有效延缓水果或蔬菜腐败，具有优越的水果保鲜功能。并且，制备方法简单，成本低，实用性高，便于清洗。

 

技术领域

本发明涉及保鲜涂层技术领域，更具体地，涉及一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层及其制备方法和应用。

 

背景技术

目前，全球生产的食物有三分之一被浪费。这主要是由于易腐食品在从农场到餐桌的流通过程中很快就会过期。影响易腐食品贮藏寿命的主要因素包括失水、呼吸作用、脂质氧化和微生物感染。为了延长新鲜食品的保质期，低温储藏、添加化学防腐剂、使用合成杀菌剂、气调包装和辐射处理等技术都是有效的。然而，这些方法通常成本高昂且很可能对人体健康有害。石油基塑料因其具有优异的阻隔性和机械性能，成为最广泛使用的食品包装材料。但塑料污染已严重威胁到自然生态系统和人类健康。因此，亟需开发更加具有可持续性和生态友好型的包装材料，以延长易腐食品的保质期。

纳米纤维素因其出色的机械性能、极佳的生物降解性和可调的表面化学特性，作为一种绿色包装材料受到了广泛关注。将纳米纤维素掺入生物基聚合物(淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等)中，不仅可以增强生物基聚合物的机械性能，还可以作为生物活性物质的载体为其提供抗菌抗氧化功能。

CN114644782A公开了一种基于玉米秸秆纳米纤维素的复合精油膜，以纳米纤维素、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠为成膜基材，甘油、蒙脱土、精油和硬脂酸共混，本发明复合精油膜具备良好的性能，适合于蔬菜保鲜。专利CN115281245A公开了一种生物基纳米芒果复合保鲜剂，复合保鲜剂的原料组成为壳聚糖1.0％-2.0％、0.2％?1.0％的冰醋酸、甘油1％?3％、丁香精油0.5％?1.5％、纤维素纳米晶0.1％?1.2wt％；制备方法如下：将壳聚糖样品溶于冰醋酸溶液中，再加入甘油充分搅拌，再加入丁香精油搅拌，再加入纤维素纳米晶，超声均匀，即得所述的复合保鲜剂。专利CN117256672A公开了一种魔芋葡甘聚糖复合保鲜涂膜及其制备方法，由魔芋葡甘聚糖、单宁酸和羧基化纳米纤维素按一定浓度混合而成，其中，辅料包括吐温80和丙三醇。在上述纳米纤维素基复合保鲜膜制备技术中，存在如下共性问题：(1)成分复杂，纳米纤维素需要改性或者添加众多功能成分；(2)制备工艺繁琐，需要冗长的添加工艺赋予复合膜不同功能；(3)成本高昂，众多的功能成分和繁琐的制备工艺使其复合膜成本高昂。

 

发明内容

基于现有技术中存在的纳米纤维素基复合保鲜膜的制备过程中成分复杂、工艺繁琐、成本高昂等问题，本发明的目的在于提供一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层及其制备方法和应用，该涂层不需要任何化学改性和功能成分添加，利用黄麻纤维自身含有抗氧化活性成分，依靠黄麻纳米纤维自身的胶合作用，得到具有抗氧化功能和阻隔功能的食品保鲜膜，极大降低纳米纤维素基复合保鲜膜的生产成本，并且实用性高，便于清洗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层，由黄麻纤维经剪切、球磨、均质得固含量为0.4-0.8wt％、且纤维直径D95在100nm以下的黄麻纳米纤维悬浮液，喷涂至待保鲜物品表面而得；所述待保鲜物品为水果或蔬菜。

进一步地，所述剪切后的黄麻纤维的长度为5-10mm。

进一步地，所述球磨后的黄麻纤维的直径为50?100μm。

本发明还提供了上述的黄麻纳米纤维本征保鲜涂层的制备方法，其包括如下步骤：

将干燥的黄麻纤维剪短至长度为1?2cm；高速剪切至长度为5?10mm，分散于水中，固含量为1?2wt％；球磨至直径为50?100μm，稀释至固含量为0.4?0.8wt％；均质得黄麻纳米纤维悬浮液；喷涂至待保鲜物品表面，晾干或风干，重复至少2次，即得。

本发明中，所述高速剪切的设备、参数不做限制，例如，可以使用高速剪切机以15000?30000r/min的转速研磨黄麻纤维1?3min。

本发明中，所述球磨的设备、参数不做限制，例如，可以使用球磨机以800?1500r/min的转速对悬浮液进行1?2h的球磨。

进一步地，所述均质得到的黄麻纳米纤维悬浮液中，黄麻纤维的粒径D95 (宽度)在100nm以下。

本发明中，所述均质的设备、参数不限制，例如，可以使用高压均质机在60?100MPa的压力下均质10?20次。

本发明中，黄麻纤维是指黄麻剥离黄麻杆后的表皮，冲洗后45℃烘干即得干燥后的黄麻纤维。

进一步地，所述喷涂的设备、参数不做限制，只需能将黄麻纳米纤维悬浮液均匀地喷涂在待保鲜物品表面即可。例如，所述喷涂具体为：使用具有口径≥0.8mm喷嘴的雾化喷雾器，在15?25MPa的泵压下将黄麻纳米纤维悬浮液喷满待保鲜物品整个表面。

本发明还提供了上述的黄麻纳米纤维本征保鲜涂层或上述的制备方法在水果或蔬菜保鲜工艺中的应用。

本发明中黄麻纤维本身含有独特的抗氧化功能成分，赋予了黄麻纳米纤维独特的抗氧化功能；另一方面，黄麻纳米纤维中含有纤维素、半纤维素、木质素等组分，各组分之间存在强有力的氢键作用，赋予了黄麻纳米纤维自身的胶合作用。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明提供的黄麻纳米纤维本征保鲜涂层，不需要任何化学改性和功能成分添加，利用黄麻纳米纤维独特的抗氧化功能及本身的胶合作用，能够阻隔空气中的氧气，得到具有抗氧化功能和阻隔功能的低成本保鲜涂层，并且非常便于清洗。

本发明提供的黄麻纳米纤维本征保鲜涂层的制备方法，工艺步骤简单，所需设备均为常用设备，原料简单易得，成膜过程简单，具有较高的经济价值和实用价值。

 

附图说明

图1为不同来源纳米纤维的抗氧化活性。

  

图1

图2为不同来源纳米纤维薄膜的正表面的SEM图像。

  

图2

图3为不同来源纳米纤维薄膜的横截面的SEM图像。

  

图3

图4为不同来源纳米纤维涂层对水果腐败的影响；

  

图4

其中，(a)香蕉在同处理(无涂层对照、滤纸涂层、苎麻涂层、亚麻涂层、红麻涂层和黄麻涂层)下的外观变化；

 (b)芒果在同处理(无涂层对照、滤纸涂层、苎麻涂层、亚麻涂层、红麻涂层和黄麻涂层)下的外观变化；

 (c)香蕉在储存(0?10天)期间的质量损失；

 (d)芒果在储存(0?10天)期间的质量损失。

 

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层的制备方法，其步骤如下：

将黄麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1-2cm；使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨黄麻纤维1min，黄麻纤维长度为5?10mm；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨，黄麻纤维直径为50?100μm；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到黄麻纳米纤维悬浮液，其中黄麻纤维的直径D95在100nm以下；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层黄麻纳米纤维本征保鲜涂层。

实施例2

将黄麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1? 2cm；使用高速剪切机以15000r/min的转速研磨黄麻纤维3min，黄麻纤维长度为5?10mm；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为1wt％)，然后用球磨机以800r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨，黄麻纤维直径为50?100μm；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.4wt％，然后使用高压均质机在60MPa的压力下均质20次，得到黄麻纳米纤维悬浮液，其中黄麻纤维的直径D95在100nm以下；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层黄麻纳米纤维本征保鲜涂层。

实施例3

将黄麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1? 2cm；使用高速剪切机以30000r/min的转速研磨黄麻纤维1min，黄麻纤维长度为5?10mm；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为2wt％)，然后用球磨机以1500r/min的转速对悬浮液进行1h的球磨，黄麻纤维直径为50?100μm；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.8wt％，然后使用高压均质机在100MPa的压力下均质10次，得到黄麻纳米纤维悬浮液，其中黄麻纤维的直径D95在100nm以下；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层黄麻纳米纤维本征保鲜涂层。

对比例1

将普通圆形滤纸(纯纤维素)剪至1?2cm(长条状)，使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨滤纸1min；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到滤纸纳米纤维悬浮液；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层滤纸纳米纤维素基复合保鲜膜。

对比例2

将苎麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1? 2cm；使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨苎麻纤维1min；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到苎麻纳米纤维悬浮液；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层苎麻纳米纤维素基复合保鲜膜。

对比例3

将亚麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1? 2cm；使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨亚麻纤维1min；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量为1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量为0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到亚麻纳米纤维悬浮液；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层亚麻纳米纤维素基复合保鲜膜。

对比例4

将红麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1? 2cm；使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨红麻纤维1min；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到红麻纳米纤维悬浮液；使用0.8mm口径喷嘴的雾化喷雾器，在20MPa的泵压下将所得纳米纤维悬浮液喷满水果整个表面，然后晾干或风干5?10min，这一过程重复两次，即可在水果表面得到一层红麻纳米纤维素基复合保鲜膜。

对比例5

将黄麻纤维从麻秆剥下，用自来水冲洗后在45℃下烘干，干燥后的样品剪短至1?2cm；使用高速剪切机以26000r/min的转速研磨黄麻纤维1min；将研磨后的纤维样品分散在纯净水中(固含量1.5wt％)，然后用球磨机以1100r/min的转速对悬浮液进行2h的球磨；用纯净水将球磨得到的混合物稀释至固含量0.6wt％，然后使用高压均质机在70MPa的压力下均质15次，得到黄麻纳米纤维悬浮液；将香蕉或芒果浸没黄麻纳米纤维悬浮液中2min，而后提起香蕉或芒果，部分黄麻纳米纤维悬浮液从水果表面流下，黄麻纳米纤维和水果表面的粘附性能欠佳，本黄麻纳米纤维涂层不适宜浸涂工艺。

 

性能测试

采用DPPH(1,1?二苯基?2?三硝基苯肼)法测定上述实施例1和对比例1?4中不同来源纳米纤维的抗氧化活性，从图1可以看出，黄麻纳米纤维的DPPH自由基清除率明显高于其他种类纳米纤维，证明了黄麻纳米纤维独特的和优异的抗氧化功能，黄麻纤维本身含有独特的抗氧化功能成分，黄麻纤维可以用来开发食品保鲜涂层。需要说明的是，实施例2和实施例3所得黄麻纳米纤维本征保鲜涂层的性能与实施例1相当。

利用SEM(扫描电子显微镜)观察了不同来源纳米纤维薄膜的表面相貌，从图2和图3可以看出，相比其他种类纳米纤维薄膜，黄麻纳米纤维膜的表面更加平整、光滑、密实，证明了黄麻纳米纤维膜更好的阻隔性能；另外测定了不同薄膜的氧气透过率(国家标准GB/T19789?2021包装材料塑料薄膜和薄片氧气透过性试验库仑计检测法)和机械性能(国家标准GB/T 1040.1?2018塑料拉伸性能的测定第1部分：总则)，从表1可以看出，黄麻纳米纤维膜的氧气透过率最低，也证明了黄麻纳米纤维膜更好的阻隔性能；黄麻纳米纤维膜的机械性能虽然比其他种类纳米纤维膜的稍弱，但也完全优于食品包装要求；根据国家标准(GB/T 30768?2014食品包装用纸与塑料复合膜、袋)，食品包装膜拉伸强度大于30MPa、氧气透过率小于12cm3·m?2day?1bar?1即可。

表1 不同来源纳米纤维薄膜的氧气透过率和机械性能

  

最后观察了不同来源纳米纤维薄膜的食品保鲜效果。如图4所示，相比其他来源纳米纤维涂层，黄麻纳米纤维涂层显著延缓了香蕉和芒果的腐败进程，同时黄麻纳米纤维涂层处理的香蕉和芒果的质量损失也是最小。总的来说，由于黄麻纳米纤维涂层具有独特的抗氧化功能和优异的阻隔性能，使其具有优越的食品保鲜功能，而其他来源纳米纤维涂层并没有好的保鲜效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

 

文章摘自国家发明专利，一种黄麻纳米纤维本征保鲜涂层及其制备方法和应用，发明人：余旺，谭志坚，易永健，曾粮斌，汪洪鹰，杨媛茹，邢忱，黄荣，郭旭虹；申请号：202410534280.8；申请日：2024.04.30