含林蛙皮微粉纸张的制备及性能研究

王逸龙++杨悦++侯欢钊++李蕊++郑苗++张梅

摘 要：在食品包装材料领域，纸质包装材料被广泛使用。纸类包装材料除需要具备良好的物理性能外，应用在食品包装领域还需要具有优良的防霉抑菌特性。以林蛙皮微粉作为纸质添加剂，可利用林蛙皮微粉含有的胶原纤维与植物纤维结合以增强纸张的物理强度。林蛙皮内含有天然的抑菌物质，可用以改善纸张的抑菌性能。该文将林蛙干皮制成微粉，研究了林蛙皮微粉含量对纸张拉伸强度、吸水性、降解性和抑菌性的影响。实验结果表明：林蛙皮微粉含量在一定范围内可增强纸张强度，降低吸水性能，同时提高纸张的降解速率和抑菌能力，使其在食品包装材料上具有良好的应用前景。

关键词：食品包装 林蛙皮微粉 纸张 抑菌 降解

中图分类号：TB48 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0101-03

为倡导环境保护，纸质材料已被广泛应用在食品包装材料领域。纸质材料具有良好的降解性能，对自然环境无污染。然而纸张的强度较低，易潮湿生菌。对于食品包装纸类的开发，可通过施胶、涂布、浸渍、改性等方法以改变纸张力学强度差等问题，获得高强度、抑菌、易降解的新型食品包装纸材。

东北林蛙因其卵、油等药用功效大量养殖，废弃的林蛙皮造成了浪费的同时，污染环境。林蛙皮中含有大量胶原纤维，目前已有研究表明，胶原纤维与植物纤维中的纤维素大分子以氢键、离子键、共价键的形式结合，使纤维间的结合力增大，键能升高，从而使纸张的机械强度增高。林蛙皮中还含有有效的抑菌成分并具有易降解特性。该实验从环保角度出发，将林蛙皮废物利用，以提高其附加值。将林蛙干皮通过物理研磨获得微粉，与植物纤维混合制成复合纸张。通过测试，探究林蛙皮微粉含量对纸张的拉伸断裂强度、吸水性、可降解性以及抑菌性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

纸张、林蛙干皮、无水乙醇、土壤。

1.2 实验仪器与设备

QM-3SP2行星式球磨仪（南京莱步科技实业有限公司），LLY-06ED电子单纤维强力仪（莱州市电子仪器），JJ-1型定时搅拌机（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂），GZX-DH·400-BS-Ⅱ型电热恒温箱（上海跃进医疗机械厂）。

1.3 实验方法

1.3.1 含林蛙皮微粉复合纸张制备

称取林蛙干皮10 g，置于QM-3SP2行星式球磨仪中研磨10 h，研磨频率为35 Hz。将研磨后的林蛙皮粉末过筛，得到褐色林蛙皮微粉。称取碎纸30 g，加入蒸馏水50 mL，混合后置于QM-3SP2行星式球磨仪中研磨4 h，研磨频率为35 Hz，得到纸浆。在烘干纸屑中分别加入0%、5%、10%、15%、20%、25%含量的林蛙皮微粉，加蒸馏水至20 mL，形成纸浆蛙粉混合液。磁力搅拌2 h后用直径为10 cm的圆形模具平摊混合液，晾干后获得纸张。

1.3.2 纸张拉伸断裂性能测试

选取含林蛙皮微粉含量为0%、5%、15%、25%的4组样品进行实验，样品规格为0.5 mm×5 cm。使用LLY-06ED电子单纤维强力仪测定样品的拉伸断裂强度，其中隔距为20 mm，拉伸速度为5 mm/min，环境温度为20 ℃，湿度为65%。

1.3.3 吸水性测试

选取含林蛙皮微粉含量为0%、5%、10%、15%、20%、25%的6组样品，样品规格为1 cm×1 cm，称重。在玻璃皿中加入50 mL无水乙醇，将实验样品置入无水乙醇中浸泡1 min，后缓速取出，于空气中水平静置30 s后称重。吸水率的计算方式为：P=（W1-W0）/W0（其中W0为样品实验前重量，W1为样品实验后重量）。

1.3.4 土壤降解实验

室外取3～10 cm深度土层土壤500 g，筛除杂物后备用。称取土壤250 g倒入烧杯中，加入蒸馏水定容置500 mL，磁力搅拌制得土壤悬浊液。0.1%HCl和0.1%NaOH调节土壤悬浊液pH值至7.0～7.6。

选取含林蛙皮微粉含量为0%、5%、10%、15%、20%、25%的6组样品，样品规格为1 cm×2 cm，称量。将纸张样品放入玻璃器皿中，加入土壤悬浊液40 mL，确保实验样品都被包覆在土壤悬浊液中。

将玻璃器皿放入恒温箱中72 h，温度为（33±1）℃。后取出，置于蒸馏水中洗涤数次后放入无水乙醇中浸泡1 min去除杂质，置于空气中晾干，空气湿度为65%。根据其重量变化计算降解率，降解率为P=（W0-W1）/W0（其中W0为样品实验前重量，W1為样品实验后重量）。

1.3.5 纸张抑菌性能测定

取100 μL金黄色葡萄球菌原液，将菌原液稀释，使细菌数量为菌原液的10-6。吸取100 μL菌液，将菌液均匀涂布在LB培养基上，置于恒温培养箱中培养24 h，温度设定为37 ℃。24 h后观察细菌生长情况，记该培养基为0号培养基。取含有林蛙皮微粉的纸张，规格为2 cm×2 cm，紫外线灭菌。在超净实验台中吸取菌液20 μL均匀涂布在实验样品表面，并置于室温下。分别隔6 h，12 h，24 h依次取出实验样品，加入20 mL生理盐水，缓速震荡10 min。取震荡后含有细菌的生理盐水100 μL涂布在LB培养基上，分别记为1号、2号、3号培养基，置于恒温培养箱中培养24 h。

2 结果与讨论

2.1 纸张力学性能测试

选取含林蛙皮微粉含量为0%、5%、15%、25%共4组纸张样品进行试验，测定蛙粉含量对纸张的拉伸断裂性能的影响，结果如表1所示。

表1为林蛙皮微粉含量分别为0，5%，15%和25%的纸张拉伸断裂性能数据表。从表1结果可以看出，0%和25%微粉含量的纸张的断裂伸长率较低，5%和15%微粉含量的纸张断裂伸长率较高。表明加入林蛙皮微粉之后的纸张拉伸断裂性能发生变化，当林蛙皮微粉含量在5%左右伸长率和断裂强度增大，林蛙皮微粉含量达到15%左右，拉伸断裂强度达到最大。当微粉含量达到25%，伸长率和断裂强度均呈减弱趋势。

2.2 吸水性测试

实验结果以每份纸张试样的平均吸水率作为指标。从表2可以看出，与第一组对照组相比较，随着纸张样品中林蛙皮微粉含量增加，吸水率逐渐降低。这表明在该实验中，林蛙皮微粉对于纸张的吸水率产生影响，其作用为降低纸张的吸水性，从另一方面而言，加入林蛙皮微粉的紙张相比普通纸张具有良好的防水性能。

2.3 土壤降解实验

从表3可以看出，当纸张中林蛙皮微粉含量逐渐增加，纸张的重量损失逐渐增大，表明其降解率越好。这说明林蛙皮微粉的加入改变了纸张的降解性能，加速纸张在自然环境中的降解速率，使纸张具有良好的环保性能。

2.4 抑菌性能

对加入林蛙皮微粉的纸张试样进行抑菌性能检测，菌种选择常见的金黄色葡萄球菌，设置空白对照组。抑菌率的测试方法为：（菌液中原有细菌数-现有细菌数）/菌液中原有细菌数量。结果如表4所示。

实验结果如表4所示，0号培养基经恒温培养24 h后，金黄色葡萄球菌的数量为2 600个/mL，在培养皿中均匀分布，数量较多。菌液与含蛙粉的纸张在常温状态下接触后，当接触时间为6 h，其细菌数量降为400个/mL；当接触时间为12 h后，其细菌数量降低为300个/mL；当接触时间为24 h后，其细菌数量降低为100个/mL。可见当接触时间增加后，其抑菌率也增强，当接触时间为24 h，抗菌率达到96.2%。

3 结语

该实验从环保角度出发，将林蛙皮废物利用，以提高其附加值。将林蛙皮微粉添加到纸浆纤维中制得复合纸张，利用林蛙皮中所含有的胶原纤维对纸张性能进行改善。对复合纸张进行了拉伸断裂、吸水性、土壤降解及抑菌性能测试。实验结果表明，含有林蛙皮微粉的纸张在一定程度上可以增强纸张的拉伸断裂强度，降低吸水性，提高可降解性和抑菌特性。该实验所得产品可用于实际生产，在生产过程中，林蛙皮微粉还可在一定程度上替代造纸过程中施胶剂的使用，得到生物性能更优的食品纸质包装材料。

参考文献

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