本發(fā)明涉及智能包裝，具體涉及一種多功能紙漿模塑制品及其制備方法。

背景技術：

1、隨著現(xiàn)代人們生活水平的不斷提高，人們對于食品新鮮程度的要求也隨之提高，海鮮食品由于含有豐富的營養(yǎng)物質而受到人們青睞，但是海鮮產品在儲存運輸售賣過程中易受到微生物的影響從而發(fā)生腐敗變質并產生毒性，危害人體健康，因此，海鮮產品存儲運輸售賣過程中的抗菌保鮮及監(jiān)測新鮮度的技術成為急需解決的重要問題。

2、目前有關海鮮食品抑菌保鮮延長貨架期及監(jiān)測新鮮程度方面有一定的報道研究，例如在“一種兼具抗菌和氨氣響應功能的強韌羧甲基纖維素納米復合材料及其制備方法與應用”(cn115260600a)中利用苯甲酸制備co-mof納米粒子用作抗菌檢測材料，并與羧甲基纖維素復合制備了一種智能指示蝦等肉類食品在貯藏過程中的新鮮度變化情況，但納米粒子工藝制備復雜，分散性差，導致監(jiān)測和抗菌效果不佳，在發(fā)明專利“一種抗菌兼指示薄膜的制備方法和應用”(cn118146546a)中，將細菌纖維素與普魯蘭多糖膜作為殺菌保鮮膜的基底，將竹紅菌乙素、花青素與茜素負載到細菌纖維素膜表面，應用于光催化抑菌，細菌纖維素和多糖的結合使薄膜底物具有良好的力學性能，光敏劑竹紅菌乙素具有良好的抑菌效果，但其制備工藝復雜，成本較高導致應用受限，在“一種兼具抗菌與ph響應功能的淀粉/聚乙烯醇基高性能復合材料及其制備方法與應用”(cn115260603a)中，利用淀粉、聚乙烯醇、甘油、大黃酸、棒狀氧化鋅納米粒子制備成具有抗菌和ph響應特性的復合材料，用于食品包裝領域，但大黃酸具有一定的生物毒性，在用于食品檢測方面可能危害人體健康。

3、可見，在已經公開的專利中，針對海鮮產品的抑菌和監(jiān)測包裝材料，面臨諸多挑戰(zhàn)，如制備工藝復雜、生物相容性差，對海鮮產品的品質產生不良影響且抑菌檢測功能易受環(huán)境影響，無法準確、及時地監(jiān)測海鮮產品是否腐敗，導致消費者難以判斷食品的新鮮程度，增加了食用變質海鮮的風險，因此，開發(fā)一種簡單的具有抗菌延長海鮮產品的新鮮程度及監(jiān)測食品是否腐敗的綠色包裝材料成為解決問題的關鍵。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種多功能紙漿模塑制品及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明能夠利用農作物花椒為原料，通過有機酸處理，乙醇等有機溶劑提取花椒花青素和抑菌型提取液，將花椒木纖維納米晶混合單寧酸制備抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑，將抑菌型提取液和抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑和抗菌水相材料（中草藥提取液）混合制備抑菌型pickering乳液，然后將花椒木纖維混合苧麻纖維后加入花椒花青素制備了具有監(jiān)測功能的紙漿模塑材料，再將抑菌型pickering乳液噴涂在紙漿模塑材料上，獲得兼具海鮮食品新鮮度監(jiān)測和抑菌保鮮功能的紙漿模塑制品，旨在解決市面上所售紙漿模塑制品及相關食品包裝材料功能單一、缺乏新鮮度監(jiān)測功能且抑菌效果差，同時能夠充分利用花椒原料，提升了生物質資源的高值化利用。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種多功能紙漿模塑制品的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一，制備花椒花青素和抑菌型提取液；

5、步驟二，制備抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液；

6、步驟三，通過花椒花青素、抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液制備用于新鮮度監(jiān)測的紙漿模塑材料；

7、步驟四，通過抑菌型纖維素納米晶溶液和單寧酸溶液混合攪拌處理，得到抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑；

8、步驟五，將抑菌型提取液、抗菌水相材料和抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑混合后進行超聲乳化，得到o/w型pickering乳液；

9、步驟六，將o/w型pickering乳液噴涂在用于新鮮度監(jiān)測的紙漿模塑材料上后進行干燥，得到用于新鮮度監(jiān)測和抑菌保鮮的紙漿模塑制品；

10、進一步地，所述制備花椒花青素和抑菌型提取液，具體包括：

11、將曬干的花椒籽和花椒果皮分離，將曬干的花椒果皮研磨得到花椒果皮粉末；

12、將花椒果皮粉末與酸性甲醇混合攪拌后進行一次過濾，分別得到一次濾液和一次濾渣，將一次濾渣以相同條件與酸性甲醇混合攪拌后進行二次過濾，分別得到二次濾液和二次濾渣，然后將一次濾液和二次濾液進行濃縮蒸發(fā)得到濃縮液，將濃縮液進行冷凍干燥得到花椒花青素；

13、將曬干的花椒籽加入有機溶劑中進行反應，得到反應產物，將反應產物過濾分別得到產物濾液和產物濾渣，將產物濾液靜置分層，得到上層有機物，將上層有機物進行減壓蒸餾后得到抑菌型提取液；

14、進一步地，所述花椒果皮粉末的粒徑為60~120目；花椒果皮粉末和酸性甲醇的質量比為1：（20~30）；酸性甲醇為將有機羧酸與甲醇以體積比為5:1混合獲得，其中，有機羧酸包括酒石酸、乙酸、三氟乙酸中的一種；混合攪拌的溫度為50~60?℃，時間為1~2?h；冷凍干燥的溫度為-50?℃，時間為48?h；

15、花椒籽和有機溶劑的質量比為1:（5~8）；有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮中的一種或幾種的混合溶液；進行反應的溫度為40~50?℃，時間為2?h；減壓蒸餾的溫度為50?℃，時間為1?h；

16、進一步地，所述制備抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液，具體包括：

17、將漂白花椒木纖維和漂白苧麻纖維加入水中進行混合，得到抑菌型纖維混合液；

18、將抑菌型纖維混合液與鹽酸溶液混合攪拌后加入去離子水進行離心洗滌，得到懸濁液，調節(jié)懸濁液的ph值直至中性，得到抑菌型纖維素納米晶溶液；

19、進一步地，所述漂白花椒木纖維、漂白苧麻纖維和水的質量比為10:（1~5）：（100~150）；抑菌型纖維混合液和鹽酸溶液的質量比為1:（10~20）；鹽酸溶液的質量濃度為50~70%；混合攪拌的溫度為40?℃，時間為1~2?h；離心洗滌的轉速為3000~4000?rpm，時間為10~20?min；

20、進一步地，所述通過花椒花青素、抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液制備用于新鮮度監(jiān)測的紙漿模塑材料，具體包括：

21、將花椒花青素、抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液混合得到混合溶液，向混合溶液添加飽和碳酸氫鈉溶液獲得混合漿料；

22、向混合漿料中通入二氧化碳和空氣的混合氣后產生氣泡，然后采用階梯式脈沖熱壓工藝進行干燥后得到用于新鮮度監(jiān)測的紙漿模塑材料；

23、進一步地，所述花椒花青素、抑菌型纖維混合液和抑菌型纖維素納米晶溶液的質量比為（0.005~0.01）:?1:（0.1~0.5）；抑菌型纖維混合液和飽和碳酸氫鈉溶液的質量比為1：（5~8）；

24、每千克混合漿料中通入的混合氣的體積為400~800?ml；混合氣中二氧化碳和空氣的體積比為1:5；階梯式脈沖熱壓工藝進行干燥包括第一階段、第二階段和第三階段，其中，第一階段的熱壓溫度為40~60?℃，熱壓壓力為5?mpa，熱壓時間為1~2?min，第二階段的熱壓溫度為65~85?℃，熱壓壓力為2?mpa，熱壓時間為5~10?min，并且每經過1?min，進行1次泄壓，第三階段的熱壓溫度為90~110?℃，熱壓壓力為常壓，熱壓時間為2~5?min；

25、進一步地，所述抑菌型纖維素納米晶溶液和單寧酸溶液的質量比為1:（0.1~1）；混合攪拌處理的時間為1～2?h；

26、抗菌水相材料的質量濃度為0.1~0.3%，抗菌水相材料包括茶樹提取液、迷迭香提取液、金銀花提取液中的一種；抑菌型提取液、抗菌水相材料和抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑的質量比為1:（2~4）:（0.004~0.006）；超聲乳化的功率為200~400?w，轉速為12000?rpm，時間為3~5?min；

27、進一步地，所述噴涂的厚度為5-10?μm；干燥的溫度為40?℃，時間為1~2?h。

28、第二方面，本發(fā)明還提供了一種多功能紙漿模塑制品，基于上述的一種多功能紙漿模塑制品的制備方法得到。

29、上述技術方案具有如下優(yōu)勢或者有益效果：

30、第一方面，本發(fā)明提供了一種多功能紙漿模塑制品的制備方法，通過利用常見的花椒作為主要原料，將花椒果實和花椒木分別經過一系列處理獲得紙漿模塑制品用于食品的監(jiān)測和抑菌保鮮，利用花椒監(jiān)測和保護食品新鮮度，實現(xiàn)了資源的高值化利用；本發(fā)明先利用花椒籽獲得抑菌型提取液，花椒果皮制備成具有監(jiān)測功能的花椒花青素，再將花椒花青素、花椒木纖維混合苧麻纖維采用泡沫成型工藝制備出具有高松厚度的紙漿模塑材料，后將纖維混合液處理獲得納米晶，制備的pickering乳液具有三相抗菌，最終將乳液噴涂在紙漿模塑材料上，與傳統(tǒng)食品包裝材料相比提高了抗菌效果和安全性，降低了食品腐敗對人體健康的潛在危險，適用范圍廣泛，該紙漿模塑制品充分利用了花椒原料，提高了花椒的高值化利用，不但可以將紙漿模塑制品作為食品運輸過程的緩沖材料，還可以用于監(jiān)測食品新鮮度，同時還具有優(yōu)異的抗菌保鮮效果，延長了食品的貯藏時間和貨架期。

31、進一步地，本發(fā)明利用花椒果皮提取成分-花青素作為食品新鮮度檢測用的指示劑，花椒果皮中所含的花青素-3-o-蕓香苷和花青素-3-o-葡萄糖苷是呈現(xiàn)花椒果皮顏色最關鍵的化合物，利用有機溶劑浸漬花椒果皮獲得花椒花青素，隨著外界酸堿環(huán)境的變化，花椒花青素結構發(fā)生改變，從而產生不同顏色響應，達到肉眼可識別的比色效果；同時利用花椒籽來獲得抑菌型提取液，主要利用花椒籽中萜烯類化合物和烴類含氧有機化合物，通過破壞細菌的細胞壁和抑制細胞呼吸代謝從而導致細菌死亡達到抑菌效果。

32、進一步地，本發(fā)明采用漂白花椒木纖維和漂白苧麻纖維來制備抑菌型纖維混合液，其中花椒木纖維自身含有花椒素等生物堿成分，苧麻纖維含有叮嚀、嘌呤、嘧啶等微量元素，具有天然抗菌性，利用苧麻纖維混合花椒纖維，實現(xiàn)對于食品儲存時間的延長；通過在花椒木纖維中添加一定量的苧麻纖維，主要是利用苧麻纖維來控制通入混合氣的氣泡穩(wěn)定性并提高紙漿模塑材料的內結合強度和環(huán)壓強度，由于苧麻纖維的長度長且質量輕，在通入混合氣時，產生的氣泡可以支撐起纖維，使纖維可以更好地分散，并且氣泡推進了纖維與纖維之間的距離，增加纖維之間氫鍵結合，提高了紙漿模塑材料的內結合強度和環(huán)壓強度，此外，苧麻纖維表面存在微孔有助于捕獲和穩(wěn)定氣泡，為氣泡提供物理屏障，減少氣泡的合并和破裂。

33、進一步地，本發(fā)明在泡沫成型工藝中使用碳酸氫鈉作為無機發(fā)泡材料，利用空氣和二氧化碳混合氣在抑菌型纖維混合液中獲得大量氣泡，后混合飽和碳酸氫鈉溶液，利用混合氣產生氣泡與纖維之間相互搭接，同時由于通入二氧化碳，使得飽和碳酸氫鈉溶液達到過飽和狀態(tài)從而在纖維與氣泡液膜之間重結晶，獲得微米或更小尺寸的碳酸氫鈉晶體，這種晶體在后續(xù)干燥過程中能夠均勻釋放二氧化碳氣體從而實現(xiàn)造孔，最終能夠實現(xiàn)紙漿模塑材料的高松厚度；本發(fā)明在干燥過程中采用階梯式脈沖熱壓工藝進行，可以防止碳酸氫鈉分解過快導致氣孔破裂，從而可以獲得孔徑較小且大小均一的紙漿模塑材料，并提高紙漿模塑制品的挺度和環(huán)壓強度，具體操作為在第一階段使飽和碳酸氫鈉全部結晶析出并在高壓下維持紙漿模塑材料結構穩(wěn)定性，第二階段使碳酸氫鈉受熱分解產生二氧化碳獲得氣孔，并且每經過一分鐘進行一次泄壓以釋放氣體的工藝，可以有效避免氣體聚集導致的纖維架橋和氣孔不均勻的問題，第三階段在高溫常壓下進行熱壓，主要目的是進行除水定型，并且此階段由于經過前兩個階段的熱壓工藝后不會發(fā)生高溫纖維坍塌現(xiàn)象，能夠在常壓下獲得紙漿模塑材料。

34、進一步地，本發(fā)明的主要抗菌性能為從花椒籽中提取的油相抑菌型提取液，抑菌型提取液具有良好的抗菌性和抗氧化性能，但易揮發(fā)，難以直接利用，因此通過利用單寧酸復合纖維素納米晶作為穩(wěn)定顆粒（即抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑）、水相利用中草藥提取液包括茶樹提取液、迷迭香提取液、金銀花提取液等制備抗菌水相材料。

35、進一步地，通過將油相抑菌型提取液、抗菌水相材料以及抑菌型pickering乳液穩(wěn)定劑復合制備o/w型pickering乳液，其中單寧酸中含有大量羥基可以與纖維素納米晶結合形成氫鍵增強穩(wěn)定作用，形成更有序的乳液網絡結構，此外，單寧酸的酚類結構具有一定的抗菌作用，因此，本發(fā)明制備的o/w型pickering乳液中的水相、油相、顆粒穩(wěn)定相均具有抑菌功能，所制備的pickering乳液具備三相抗菌性能。

36、第二方面，本發(fā)明還提供了一種多功能紙漿模塑制品，本發(fā)明結合利用造紙技術制備的高松厚度和高挺度紙漿模塑制品，具有大量孔洞結構和優(yōu)良的力學性能，并且具有可生物降解性，利用苧麻纖維和花椒木纖維作為主要材料獲得具有一定抗菌性的紙漿模塑制品，由于紙漿模塑的孔洞結構，食品一旦發(fā)生腐敗其釋放的氣體可以更好的接觸到花椒花青素響應檢測單元，使得檢測食品新鮮程度更靈敏，此外，利用花椒農作物的其他原料制備具有三相抗菌的pickering乳液，將其噴涂在紙漿模塑材料一側，由于重力和靜電吸附作用，導致pickering乳液破乳，水相材料中的抗菌成分迅速與紙漿模塑內部纖維進行結合，將抗菌物質吸附在纖維上，油相通過與纖維的羥基氫鍵結合覆蓋在紙漿模塑制品表面，獲得具有janus結構的紙漿模塑制品涂層，janus薄膜結構兩側表現(xiàn)不同的性質，噴涂有pickering乳液一側由于油相沉積在紙漿模塑材料表面表現(xiàn)為疏水性，而另一側表現(xiàn)為親水性，提高了紙漿模塑制品的應用場景和應用價值。