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：在食品包裝材料領域，紙質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，應用在食品包裝領域還需要具有優良的防霉抑菌特性。以林蛙皮微粉作為紙質添加劑，可利用林蛙皮微粉含有的膠原纖維與植物纖維結合以增強紙張的物理強度。林蛙皮內含有天然的抑菌物質，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紙張拉伸強度、吸水性、降解性和抑菌性的影響。實驗結果表明：林蛙皮微粉含量在一定范圍內可增強紙張強度，降低吸水性能，同時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用前景。

關鍵詞：食品包裝 林蛙皮微粉 紙張 抑菌 降解

中圖分類號：TB48 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0101-03

為倡導環境保護，紙質材料已被廣泛應用在食品包裝材料領域。紙質材料具有良好的降解性能，對自然環境無污染。然而紙張的強度較低，易潮濕生菌。對于食品包裝紙類的開發，可通過施膠、涂布、浸漬、改性等方法以改變紙張力學強度差等問題，獲得高強度、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殖，廢棄的林蛙皮造成了浪費的同時，污染環境。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、共價鍵的形式結合，使纖維間的結合力增大，鍵能升高，從而使紙張的機械強度增高。林蛙皮中還含有有效的抑菌成分并具有易降解特性。該實驗從環保角度出發，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合紙張。通過測試，探究林蛙皮微粉含量對紙張的拉伸斷裂強度、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 實驗儀器與設備

QM-3SP2行星式球磨儀（南京萊步科技實業有限公司），LLY-06ED電子單纖維強力儀（萊州市電子儀器），JJ-1型定時攪拌機（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠），GZX-DH·400-BS-Ⅱ型電熱恒溫箱（上海躍進醫療機械廠）。

1.3 實驗方法

1.3.1 含林蛙皮微粉復合紙張制備

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試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、15%、25%的4組樣品進行實驗，樣品規格為0.5 mm×5 cm。使用LLY-06ED電子單纖維強力儀測定樣品的拉伸斷裂強度，其中隔距為20 mm，拉伸速度為5 mm/min，環境溫度為20 ℃，濕度為65%。

1.3.3 吸水性測試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、10%、15%、20%、25%的6組樣品，樣品規格為1 cm×1 cm，稱重。在玻璃皿中加入50 mL無水乙醇，將實驗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。吸水率的計算方式為：P=（W1-W0）/W0（其中W0為樣品實驗前重量，W1為樣品實驗后重量）。

1.3.4 土壤降解實驗

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調節土壤懸濁液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，確保實驗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次后放入無水乙醇中浸泡1 min去除雜質，置于空氣中晾干，空氣濕度為65%。根據其重量變化計算降解率，降解率為P=（W0-W1）/W0（其中W0為樣品實驗前重量，W1為樣品實驗后重量）。

1.3.5 紙張抑菌性能測定

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

2 結果與討論

2.1 紙張力學性能測試

選取含林蛙皮微粉含量為0%、5%、15%、25%共4組紙張樣品進行試驗，測定蛙粉含量對紙張的拉伸斷裂性能的影響，結果如表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據表。從表1結果可以看出，0%和25%微粉含量的紙張的斷裂伸長率較低，5%和15%微粉含量的紙張斷裂伸長率較高。表明加入林蛙皮微粉之后的紙張拉伸斷裂性能發生變化，當林蛙皮微粉含量在5%左右伸長率和斷裂強度增大，林蛙皮微粉含量達到15%左右，拉伸斷裂強度達到最大。當微粉含量達到25%，伸長率和斷裂強度均呈減弱趨勢。

2.2 吸水性測試

實驗結果以每份紙張試樣的平均吸水率作為指標。從表2可以看出，與第一組對照組相比較，隨著紙張樣品中林蛙皮微粉含量增加，吸水率逐漸降低。這表明在該實驗中，林蛙皮微粉對于紙張的吸水率產生影響，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 土壤降解實驗

從表3可以看出，當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，加速紙張在自然環境中的降解速率，使紙張具有良好的環保性能。

2.4 抑菌性能

對加入林蛙皮微粉的紙張試樣進行抑菌性能檢測，菌種選擇常見的金黃色葡萄球菌，設置空白對照組。抑菌率的測試方法為：（菌液中原有細菌數-現有細菌數）/菌液中原有細菌數量。結果如表4所示。

實驗結果如表4所示，0號培養基經恒溫培養24 h后，金黃色葡萄球菌的數量為2 600個/mL，在培養皿中均勻分布，數量較多。菌液與含蛙粉的紙張在常溫狀態下接觸后，當接觸時間為6 h，其細菌數量降為400個/mL；當接觸時間為12 h后，其細菌數量降低為300個/mL；當接觸時間為24 h后，其細菌數量降低為100個/mL。可見當接觸時間增加后，其抑菌率也增強，當接觸時間為24 h，抗菌率達到96.2%。

3 結語

該實驗從環保角度出發，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合紙張，利用林蛙皮中所含有的膠原纖維對紙張性能進行改善。對復合紙張進行了拉伸斷裂、吸水性、土壤降解及抑菌性能測試。實驗結果表明，含有林蛙皮微粉的紙張在一定程度上可以增強紙張的拉伸斷裂強度，降低吸水性，提高可降解性和抑菌特性。該實驗所得產品可用于實際生產，在生產過程中，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，得到生物性能更優的食品紙質包裝材料。

參考文獻

[1] 朱艷靜，李爽，李寧.紙和紙制品防霉抗菌效果檢測方法[J].造紙化學品，2004（3）：57-59.

[2] 郭恒斌，曾慶祝，王亞卿.食品包裝材料的安全性及其對策[J].現代食品科技，2006，22（3）：193-196.

[3] 楊建華.膠原纖維/植物纖維復合材料的研制[D].福建農林大學，2007.

[4] 付麗紅，張銘讓.再生膠原纖維與植物纖維復合材料的發展前景[J].中國皮革，2001，30（7）：15-17.

[5] 組若夫.微生物學實驗教程[M].上海：復旦大學出版社，1993.

[6] 周小凡，皮成忠，王慧麗，等.新型高吸水性高濕強度的表層紙的研究[J].林產化學與工業，2011，20（4）：44-48.

[7] 羅以喜.可生物降解織物的降解性能測試[J].產業用紡織品，2001，19（135）：39-41.