新闻动态
木素含量对保鲜纸中亚氯酸钠留着率的影响
2018/10/31 10:36:03
    随着人们对水果品质要求的提高,果蔬供应与人们需求之间的矛盾日益扩大。采后果蔬贮存时间短、腐败快、浪费严重,造成巨大的经济损失。因此,保鲜技术成为主要研究领域之一,果蔬保鲜手段主要有气调保鲜、冷藏保鲜、保鲜膜保鲜和保鲜纸保鲜等。保鲜纸保鲜因其特有的低能耗、易推广、无公害、易降解等优点,从而成为研究的热点。
    文中基于实验室条件下制备出的具有缓释功能的二氧化氯缓释保鲜纸,其缓释周期可达2周。该保鲜纸以木质剩余物为原料制备A,B纸基,分别涂布上亚氯酸钠、有机酸制作成A纸和B纸,二者在较高的湿度环境下直接贴合便会释放二氧化氯,可达到保鲜果蔬的效果。鉴于较高的亚氯酸钠留着率(即亚氯酸钠在纸基上残留质量的百分比)是保证二氧化氯释放的前提条件,实验采用亚氯酸钠的留着率和二氧化氯的释放情况来表征保鲜纸的保鲜效果。在此过程中发现,即使A,B纸不贴合,A纸中的亚氯酸钠留着率也会逐渐降低,这是因为纸基是采用高木素含量的化学机械浆(CMP)制作而成[1—4],木素是具有许多活性基团的复杂化学物质,亚氯酸钠是一种强氧化剂,理论上两物质会发生化学反应,造成A纸上亚氯酸钠留着率的降低。
    为探究不同木素含量的纸基对亚氯酸钠留着率的影响[5—7],文中以 A 纸为主要研究对象,将 CMP 和化学浆按一定的配比抄造不同木素含量的纸基,采用涂布法制得保鲜纸,使用《纸浆酸不溶木素的测定》中的方法检测纸基表面的木素含量[8],通过碘量法测定A纸中亚氯酸钠的留着率[9—10],分析不同木素含量对A纸中亚氯酸钠留着率的影响,以得到木素含量对亚氯酸钠留着率的影响规律。
    1 实验
    1.1 材料与试剂
    材料:清洁去皮的桦木木片,长度为30~50 mm,厚度为15~20 mm;玉米淀粉,黑龙江龙凤玉米开发有限公司。
    试剂:硫代硫酸钠,分析纯,西陇化工股份有限公司;碘化钾,分析纯,天津市博迪化工股份有限公司;无水碳酸钠,分析纯,上海山浦化工有限公司;重铬酸钾,分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;亚氯酸钠,分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;氢氧化钠,分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司。
    1.2 仪器与设备
    仪器与设备:JJ-1 型精密电动增力搅拌器,常州市华普达教学仪器有限公司;ZSP-300型高浓盘磨机,吉林市路铭造纸机械有限公司;ZT7-01 纸样成型器,兴平市中通试验装备有限公司;真空干燥器,兴平市中通试验装备有限公司;101-3A 型电热鼓风干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公司;电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有限公司;FA-202D 全数控小型涂膜机,弗安(上海)企业发展有限公司;
    1.3 纸基的制作
    将化学浆按照一定的配比添加到CMP中,纤维经过疏解、抄造得到不同木素含量的纸基,纸基定量为200 g/m2。干燥条件:时间 9 min,真空度 0.4 MPa。干燥后按 CMP 含量从低到高依次将纸基标号为 a,b,c,d,e,f,置于干燥器中平衡24 h,待用。
    1.4 纸基中木素含量的测定方法
    纸基中木素含量按照其占纸基绝干总重的质量百分比来表示[11]。测定不同纸基中的木素含量时,每组设平行试验 2 个,取其平均值作为实验结果,参照 GBT747—2003的方法测定纸浆中酸不溶木素的含量。
    具体测量方法:将纸浆撕成3 mm×3 mm的碎块,称取2 g(精确至0.0001 g)试样利用苯醇混合液在索氏抽提器中抽提6 h,从而除去纸浆中的脂肪酸以及各种萜烯类化合物。将抽提后纸浆置于250 mL锥形瓶中,加入 10~15 ℃的质量分数为 72%的硫酸 40 m L,将锥形瓶置入(20±1)℃恒温水浴锅中保温2 h。到达规定时间后,将250 mL锥形瓶中的内容物移入2000 m L的锥形瓶中,并用蒸馏水漂洗250 mL的锥形瓶以使所有残渣全部洗入 2000 mL 的锥形瓶中,然后加水稀释使硫酸体积分数为 3%,且锥形瓶中的溶液总体积为1540 mL。将锥形瓶装上回流冷凝器煮沸4 h,静置,使不溶物沉积下来。4 h后,先用已恒重的定量滤纸过滤锥形瓶中的试样,再用热蒸馏水洗涤,直至洗液用质量分数为 10%氯化钡溶液测试时不显浑浊,且用 pH试纸检查滤纸边缘时不呈酸性。将滤纸连同残渣移入称量瓶中,置于(105±3)℃ 的烘箱中烘干至恒重,即得到酸不溶木素。酸不溶木素含量X1(%)的测定利用公式(1)计算:
    (1)
    式中:m 为烘干后木素残渣的质量(g);m1为绝干试样的质量(g)。
    1.5 A纸的制作
    利用氧化法制备氧化淀粉胶[12—14],质量分数为15%,再将亚氯酸钠和氢氧化钠加入到氧化淀粉胶中,45 ℃水浴搅拌20 min,即可制得涂液。利用涂布机均匀涂布在纸基上,每张纸基液体亚氯酸钠涂布量为 1.0 g,涂布完成后在干燥箱中进行干燥,干燥温度为65 ℃,时间为7 min。干燥后得A纸,贮存于干燥器中检测备用。6组不同木素含量的纸基,每组设平行试验3个。
    1.6 亚氯酸钠留着率的检测
    采用碘量法测定 A 纸上亚氯酸钠留着率与时间的关系,将干燥后的A纸裁成规格为1 cm×1 cm的试样,称取(0.3000±0.0030)g 的试样进行测定,每张 A纸平行测定3次,亚氯酸钠留着率按照公式(2)计算:
     (2)
    式中:C为硫代硫酸钠的物质的量浓度(mol/L);V为滴定用硫代硫酸钠的体积(L);M 为亚氯酸钠的相对分子质量,M=90.44;m 为 A 纸总质量(g);m0为测定时所取得的纸张质量(g);n为硫代硫酸钠和亚氯酸钠的化学计量数之比,n=4;m1为每张纸上亚氯酸钠的涂布量(g),m1=1.0 g。
    2 结果与分析
    2.1 不同纸基木素含量测定结果
    木素是木质部细胞壁的主要成分之一,主要起到粘结和加固纤维,增加木材的机械强度,保证植物体内水分的顺利运输,使木化植物挺拔直立的作用[15—17]。研究表明,不同树种其木素含量存在较大差别,一般针叶木中的木素质量分数为 25%~35%,阔叶木的为20%~25%,禾本科的为 15%~25%。文中所用木质剩余 物 为 桦 木 ,实 验 测 得 CMP 中 木 素 质 量 分 数 为25.28% ,2 次 平 行 试 验 测 定 结 果 分 别 为 24.73% 和25.82%,平均偏差为0.049%。
    文中通过改变浆料中化学浆和CMP的比例,控制纸基中的木素含量,进而探讨不同纸基对亚氯酸钠留着率的影响,具体配比及木素含量见表1。
    利用Origin8.0软件作图并进行直线拟合,拟合准确 度 为 0.987 56。 拟 合 直 线 方 程 为 y=0.255 01x +0.497 62。随着 CMP 在浆料中比例的增加,纸基中木素含量呈线性增加,见图1。
    2.2 不同纸基中亚氯酸钠留着率与时间的关系
    木素是苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键连接而成的具有三度空间的高分子聚合物[8—9]。木素分子中存在多种活性基团,如甲氧基(—OCH3)、酚羟基(—OH)、羰基(—C=O)、碳碳双键(—C=C)等。亚氯酸钠是一种强氧化剂,会和木素上的活性基团反应,造成其在纸基中的留着率降低。文中将不同木素含量的 a,b,c,d,e 和 f 纸基中亚氯酸钠留着率与时间的关系数据进行直线拟合,结果见图2。
    不同纸基中的浆料配比及其直线拟合的结果具体见表2。各组拟合相似度均在0.9以上,因此,图2中的拟合直线可用来表示实际贮存过程中不同木素含量纸基中的亚氯酸钠留着率随时间的变化趋势。
    2.3 不同纸基中亚氯酸钠留着率的下降程度
    实验开始时,各组纸中亚氯酸钠的留着率为(78±1)%,即每张 A 纸上亚氯酸钠的含量经涂布、干燥过程损失了 0.2 g 左右。这可能是因为涂液中水的质量分数约为70%,水会和空气中的二氧化碳反应生成碳酸,碳酸能够电离出氢离子,具体见方程式(3)和(4),固体亚氯酸钠和氢离子反应生成二氧化氯,造成自身含量的降低。干燥时,较高的反应温度使亚氯酸钠在被氧化淀粉胶和纸基包覆的环境中发生某些复杂的化学反应,也会造成自身含量的降低。
    H2CO3⇌HCO3-+H+(3)
    HCO3-⇌CO32-+H+(4)
    实验共进行16 d,实验结束时,各组亚氯酸钠留着率出现不同程度的变化,以CMP在浆料中所占比例为横坐标,以各组亚氯酸钠留着率的下降程度为纵坐标作图,变化情况见图3。
    从图 3 可以看出,随着 CMP 比例的增加,各组亚氯酸钠留着率下降程度表现出明显的差异性。纸基中CMP含量高时,亚氯酸钠留着率下降幅度增加。由碘量法滴定结果可得,纸基a,b,c,d,e,f中亚氯酸钠留着 率 下 降 程 度 分 别 为 12.38% ,41.28% ,45.32% ,49.65%,56.75%和 65.92%,说明木素含量的增加会导致亚氯酸钠留着率的显著下降。
    2.4 不同纸基中亚氯酸钠留着率的下降速率
    从表2中的拟合直线方程可以看出,其斜率均为负值,表明亚氯酸钠留着率随着时间的延长而降低,斜率的大小反映出亚氯酸钠留着率的不同下降速率。以CMP配比为横坐标,以各拟合直线斜率的绝对值为纵坐标,亚氯酸钠留着率下降速率与CMP配比的关系见图4。
    由图 4 可知,随着 CMP 在浆料中比例的增加,直线斜率的绝对值出现明显的上升趋势,说明较高的木素含量会导致亚氯酸钠留着率下降速率的增加。将实验数据进行处理并按式(5)计算下降速率。
    (5)
    式中:W0为实验开始时亚氯酸钠留着率(%);W1为实验结束时亚氯酸钠留着率(%);t为实验持续的时间(d)。
    通过计算可得,纸基a,b,c,d,e,f中亚氯酸钠每日分 别 下 降 0.77% ,2.58% ,2.83% ,3.10% ,3.55% 和4.12%。木素含量高时,亚氯酸钠留着率下将速率增大,这是因为纸张中木素含量高时,亚氯酸钠和木素的接触面积增加,反应面积加大,进一步说明木素是导致保鲜纸 A 纸中的亚氯酸钠留着率降低的主要原因之一。
    由图3—4可知,在化机浆质量分数为0和20%时亚氯酸钠留着率下降速率和下降程度的差异性尤为明显,但是当木素质量分数由 20%增加到 40%,60%,80%和100%时,亚氯酸钠留着率下降速率和下降程度却不太显著,这可能是因为亚氯酸钠只和基材表面的少量木素发生反应或者是亚氯酸钠和木素反应后的产物抑制了二者的后续反应。
    3 结语
    1)随着 CMP 在纸基中所占比重的增加,纸基中木素含量增加,二者呈正相关性。纸基中木素含量的增加导致 A 纸中亚氯酸钠留着率下降程度和速率的增加,二者亦呈正相关性。
    2) 涂布和干燥过程亦会导致亚氯酸钠留着率降低,但二者对亚氯酸钠留着率影响的大小有待于进一步验证。


亚氯酸钠相关产品推荐: