基本信息
- 项目名称：
- 玉米秸秆制备托盘冷鲜肉保鲜垫
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品将农业副产物玉米秸秆深加工制备了新型包装材料-冷鲜肉保鲜垫。作品先提取玉米秸杆中的纤维素并制备了纤维素基高吸水芯材，通过在纤维素上涂敷自制壳聚糖-纳米银抗菌剂并与乳胶混合制成薄膜，并在两片薄膜间夹附绿色抗菌缓释剂ClO2和纤维素基高吸水芯材，最后辊压成型。产品对致病菌具有良好的抑菌率效果且安全。保鲜垫用于托盘冷鲜肉的包装，能吸附冷鲜肉储藏中渗出的汁液，维持包装相对湿度，防止细菌繁殖，保持感官品质，并使冷鲜肉整体货架期延长3～5天，达到国外同类产品水平，为冷鲜肉向乡镇远距离配送提供了可行依据。
- 详细介绍：
- 国内冷鲜肉在鲜肉消费中所占比例逐年增大，但长时间储藏会浸出大量汁液降低冷鲜肉感官品质，使其包装微环境相对湿度过高，造成冷鲜肉表面聚集大量液体出现所谓“流汗”现象，同时，极易滋生微生物使货架期缩短，作为一级鲜肉的货架期为2～3天。因此改善包装方式，延长货架期对进一步扩大超市托盘冷鲜肉市场，保证冷鲜肉品质安全和企业利益均十分重要。针对这一普遍现象，欧美等发达国家多以鲜木浆为原料制备食品保鲜垫并置于托盘冷鲜肉包装中以达到吸附浸出汁液，维持包装相对湿度，延长货架期的目的。玉米秸杆含有大量的纤维素，可作为功能材料加以利用。我国每年的玉米秸秆产量为2.2亿吨，但未能合理利用，大多焚烧丢弃而造成环境污染。作品采用玉米秸杆中的纤维素加工托盘冷鲜肉保鲜垫，首先以化学-生物法将玉米秸杆中的半纤维素﹑木质素和胶质等成分去除，得到纯度为98%的短径纤维素纤维，再进行化学改性制备了具有一定抗盐性的纤维素高吸水芯材，其对模拟血液的最大吸附倍率可达104g/g，同时吸附速率为35g/g•min-1，并在20min可达到吸附饱和，满足对鲜肉浸出物这一复杂电解质成分的吸附要求。制备了壳聚糖-银离子抗菌剂涂覆于纤维素中，使其对致病菌的抗菌率在92%以上，并与乳胶混合制备成薄膜。在两层薄膜中夹附纤维素吸水剂和绿色抗菌缓释剂固载二氧化氯，通过辊压使产品成型。该保鲜垫用于托盘冷鲜肉的包装。可将冷鲜肉长时间存放浸出的汁液吸附，避免了相对湿度过高引起的冷鲜肉“流汗”现象，从而在一定程度上抑制了微生物的繁殖。通过对冷鲜肉新鲜度的测定，可以看出在放入保鲜垫后，托盘冷鲜肉的品质可以得到更好的维持，不会因为存放时间过长产生的浸出物而造成感官品质下降，保持货架的清洁，使其达到良好的卖相。作为一级鲜肉的时间为5～8天，当超过12天后即成为劣质肉，比未放入保鲜垫的托盘冷鲜肉作为一级鲜肉的时间延长了3～5天，达到国外同类产品水平，为其向乡镇远距离配送提供了可行依据。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计与发明目的：1.改善冷鲜肉包装方式，开发用于冷鲜肉的保鲜垫，延长其货架期。2. 以玉米秸秆为原料，制备新型包装材料-冷鲜肉保鲜垫，实现秸秆的深加工，避免焚烧污染。 基本思路：提取玉米秸秆的纤维素，并制备高吸水剂，然后在纤维素上涂敷自制壳聚糖-银离子抗菌剂并与乳胶制备成薄膜，在两片薄膜间夹附绿色抗菌剂固载ClO2和高吸水剂，辊压成型。保鲜垫用于冷鲜肉包装，吸附其渗出液，维持相对湿度，防止细菌繁殖，延长货架期。 创新点：1.发达国家的保鲜垫多利用鲜木浆为原料制备，造成森林破坏。本作品从玉米秸秆提取纤维素进行功能化改造制备食品保鲜垫。2.采用绿色抗菌剂二氧化氯赋予保鲜垫缓释抗菌性，将冷鲜肉货架期延长3～5天，达到国外同类产品水平，为其向乡镇远距离配送提供了可行依据。 技术关键和主要指标： 1. 以化学-生物法脱去玉米秸秆的半纤维素等成分，得到纯度为98%的天然纤维素。 2. 纤维素以悬浮法制备高吸水剂，对去离子水吸水倍率200～240倍，对模拟血吸附倍率90～100倍。 3. 制备了涂敷于纤维素表面的壳聚糖-银离子抗菌剂，对肉毒杆菌﹑枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率达到92%以上。 4. 玉米秸秆纤维素涂覆抗菌剂后与乳胶通过辊压制成薄膜，且在两层薄膜中夹附高吸水剂和自制的固载ClO2（有效ClO2含量26%），使保鲜垫具有吸附性和缓释抗菌性且ClO2释放量在125ppm的安全范围内。 5. 保鲜垫使冷鲜肉作为一级鲜肉货架期延长3～5天。
科学性、先进性
- 食品保鲜垫主要应用于生鲜食品：在收获后还继续保持生命的“活物”，如蔬菜﹑水果等，及鲜肉﹑鱼类﹑海鲜等加工食品之类的“死物”。发达国家的商品性保鲜垫的基本结构是在两片薄纸﹑纤维素薄膜（无纺布）或者树脂薄膜之间夹着吸附性高分子聚合物。鸡肉﹑鱼类﹑鲜肉在低温下从产地运到消费地时，特别以切片形式包装出售时，保鲜垫可吸收肉中的浸出物，维持湿度范围，延长货架期，这对防止品质下降很重要。日本便利店中购买油炸食品在带回家的过程中，将其放入包装内，为防止结露也使用保鲜垫。 保鲜垫在蔬菜水果保鲜中，除控制以吸水为中心的代谢活动外，还防止因挥发引起的水分损失。因其一旦失去水分就萎缩﹑失去光泽﹑起皱，降低商品价值。只是简单的封入塑料薄膜袋或气密性箱，会因相对湿度过高，产生内部结露，而造成细菌的繁殖与腐败。因此，在包装箱放入保鲜垫，可吸附水分，内部高分子聚合物凝胶化，不但起到了固定水分的作用，而且一旦包装环境过于干燥时，又能散发水蒸汽维持适当的湿度状态，防止蔬菜水果的枯萎和损耗。
获奖情况及鉴定结果
- 作品经过江苏雨润食品产业集团的效果鉴定，使用结论如下: 1：使用期间，未放入保鲜垫的托盘冷鲜肉包装环境相对湿度范围在96.0%～98.6%，放入保鲜垫的包装环境相对湿度范围86.6%～91.3%，且冷鲜肉表面不会聚集大量水分能较好的避免“流汗”现象。 2：感官评定，冷鲜肉肌肉红色均匀有光泽，表面微湿润且不沾手，切面结构致密，手指按压可迅速恢复。 3：按GB/T5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》测定挥发性盐基氮TVB-N值为14mg/100g. 4：按GB/T4789.22-2003测定微生物菌落总数在1×10000个/g以下。 5：整体使用看，该食品保鲜垫能将冷鲜肉货架期延长三天以上，具有明显的效果，综合效益显著。
作品所处阶段
- 作品目前在实验室进行小量生产，使用效果佳，其成套生产线暂无，正通过改装薄膜材料生产设备加以实现。
技术转让方式
- 可以以专利形式转让。
作品可展示的形式
- 作品以实物展示，并有介绍原理的效果动画以及作品在实际应用时的效果展示录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品技术特点和优势： 保鲜垫原料95%以上来源于玉米秸秆的纤维素，价格低廉，生物可降解性好；具备吸附性、缓释抗菌性；延长冷鲜肉制品货架期效果明显。 作品适用范围： 产品主要应用于冷鲜肉制品包装，延长货架期并维持良好的卖相，同时可针对鱼肉海鲜类产品保鲜。 市场前景与经济效益： 参考《2006年冷鲜肉行业预测报告》，若只按我国猪肉鲜肉的消费统计为例，其中2006年的4600万吨猪肉消费量并以每年3%的增长进行保守估计，由于地域差异冷鲜肉市场目前至少占猪肉鲜肉消费的10%。若每500g冷鲜肉需要1片食品保鲜垫计算（包装规格为2000片/箱，100箱/吨），则需求量约为500万箱。若投资400万元建设年产600吨玉米秸秆的保鲜垫的项目实施，年可处理废弃玉米秸秆1800吨，保鲜垫销售价格为300元/箱，可实现年平均销售收入180万元，静态投资回收期为5年左右。
同类课题研究水平概述
- 国内现状：随着超市逐年增加，购买带包装的鲜肉食物已经成为消费主流。尽管目前中国冷链已趋于完善和规范，但冷鲜肉在0～4℃的冷藏温度并不能完全抑制一些嗜冷微生物的生长繁殖。因此国内冷鲜肉作为一级鲜肉的货架期较短普遍约为2～3天，长时间存放后表面褐变及汁液流失较为严重。由于冷鲜肉的保鲜期较短，色泽很难长期保持，而要向乡镇市场拓展并实现远距离配送，解决托盘中浸出汁液问题是关键所在，因此不少企业对此望而却步。国内托盘冷鲜肉的普遍问题在于存放20小时左右，就会有大量血水的渗出，由于无法及时清除，造成托盘环境相对湿度高，微生物滋长，肉品表面出现“流汗”现象，感官品质明显降低。目前国内暂未出现自主研发的食品保鲜垫，且当前少数高档超市用于冷鲜肉储藏的保鲜垫属于进口产品，故开发具有自主知识产权的食品保鲜垫可以广泛应用于国内鲜肉﹑鱼肉等食物而具有极大的市场前景。 国外现状：针对冷鲜肉长时间存放时汁液浸出而影响货架期这一突出问题。目前欧美多家公司，像美国瑞安公司采用不同种类纤维素和高吸水树脂进行实验研究，重点开发功能纤维材料，其中一个主要平台是开发用于液体持留功能性纤维材料。采用气流成网技术使用纤维和吸水树脂与热粘接剂制成保鲜材料，其结构分为内外层并覆PE膜的三层结构。保鲜垫应用于托盘包装的肉类、鲜鱼、蔬菜、水果等食物的保鲜中，可将食物由于长时间存放时浸出的液体由外层的毛细结构吸入内部，并由高吸水芯材吸附，在一定程度上抑制了微生物的繁殖，防止浸出液体与食物表面接触，维持产品良好的感官卖相同时延长货架期。据业内行家估算，从2000年以来到现在，粕浆气流成网制备的保鲜垫用于食品包装的生产量已增长10倍，特别是对比过去的多层层压纸材独霸天下的肉食盛盘和吸液性垫材生产方面更为突出。 同时，日本椿本兴业公司研究开发出一种具有吸附功能的食品保鲜垫，采用此新兴的保鲜垫包装鱼肉时，其渗出的液体会被薄膜表面的微孔吸收，抑制细菌繁殖，为了增强保鲜的效果，该垫中还添加了功能纤维和能抑制腐败的酶制剂，特别适于封装熟食品。
