陳美玉，孫潤(rùn)軍，夏斌斌，王　珊，何彩婷

玉米苞葉可降解育果袋材料制備及其性能分析

陳美玉1,2，孫潤(rùn)軍1,2，夏斌斌1，王珊1，何彩婷1

（1. 西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710048； 2. 西安工程大學(xué)功能性紡織材料及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710048）

為了提高廢棄玉米苞葉的再利用率，降低育果袋的生產(chǎn)成本，該研究采用堿煮法將玉米苞葉脫膠后提取玉米苞葉纖維，運(yùn)用濕法成網(wǎng)技術(shù)將（5±0.5）mm的玉米苞葉纖維與廢舊書本紙屑按1.5:1的配比快速成型制備了育果袋材料樣品，并對(duì)其和市場(chǎng)具有代表性的5種育果袋的透氣、保溫、遮光性能以及水份管理能力等相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試分析。結(jié)果表明：與市場(chǎng)參比樣品相比，所制備的材料具有優(yōu)良的套袋相關(guān)性能，其透氣率和透氣量分別達(dá)到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s；熱量損失僅為265 kJ/h；可見光和紫外光范圍內(nèi)透過率分別為0.4%和0.09%；不僅如此，所制備的材料在30 min內(nèi)芯吸高度達(dá)到了31 mm，平均濕蒸發(fā)速率為0.1165 g/h，保水性能明顯優(yōu)于市場(chǎng)葡萄專用育果袋樣品。

降解；纖維素；玉米苞葉；育果袋材料；透氣性；保溫性能；遮光性能；水份管理能力

0 引 言

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，消費(fèi)者保護(hù)自我和追求高品質(zhì)生活的意識(shí)越來越強(qiáng)烈，對(duì)水果的要求轉(zhuǎn)向了高品質(zhì)和無公害。套袋水果因品相好、口感佳、無公害而贏得了消費(fèi)者的厚愛。水果套袋技術(shù)，不僅可提高果實(shí)的結(jié)果率[1]、提升果實(shí)的著色度[2-4]、減少果銹[5]、使果實(shí)免受病蟲及鳥類的侵害[6-7]、降低農(nóng)藥殘留[8-11]以及增加維C和水份含量[12]，還能在儲(chǔ)存期防止污染物和揮發(fā)物的入侵[13-14]，延長(zhǎng)果品的儲(chǔ)存期[15-16]，增加果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。早在20世紀(jì)初，日本就開始研究對(duì)葡萄和梨進(jìn)行套袋培育，70年代套袋技術(shù)在日本、韓國(guó)及美國(guó)等逐步被推廣應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，日本研究人員嘗試使用商用的雙層紙袋對(duì)黃蘋果進(jìn)行套袋，探索套袋與不套袋蘋果的果糖和有機(jī)酸含量的差異及對(duì)花青素發(fā)育的影響[17]。套袋的種類和材料可能對(duì)套袋水果產(chǎn)生巨大的影響，因此不同水果套袋推薦使用的材料可能完全不同[7,18]。目前，國(guó)外水果套袋材料品種繁多，主要包括：紙袋[19]、織物袋[20]、聚乙烯包裝袋[21]、透明聚丙烯微穿孔包裝袋[22]、尼龍袋[23]等。中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用的育果袋產(chǎn)品主要包括傳統(tǒng)的紙袋和塑料薄膜袋。研究表明：紙袋價(jià)格昂貴，雨天易打濕，袋子容易爛，導(dǎo)致果實(shí)感染病菌。塑料套袋價(jià)格低廉，可避免果品受病蟲害污染，但果品著色較差[2,24]。目前對(duì)于育果袋材料制備方面的專題研究報(bào)道并不是很多。羅英[2]對(duì)育果袋的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究，并研制了一種由硬脂酸、硼砂和純堿配制而成的石蠟乳液，作為育果袋紙張生產(chǎn)的抗水劑，以顯著加強(qiáng)育果袋材料的抗水性。王玉珍[25]對(duì)目前水果的套袋技術(shù)、果袋質(zhì)量等方面存在的問題進(jìn)行了分析探討，并結(jié)合實(shí)踐提出了合理化的建議與對(duì)策。果農(nóng)收獲水果后，果園里的廢舊育果袋滿地亂扔、隨處可見，給環(huán)境造成了極大的污染。隨著中國(guó)大力推行綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略，確保果農(nóng)收入和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有育果袋的改善和可降解育果袋材料的研發(fā)迫在眉睫。

研究表明：玉米苞葉中不僅纖維含量豐富，纖維柔韌性好[26-28]，且成本低，環(huán)境效益好。目前，已有研究表明將少量玉米苞葉纖維與棉混紡，可以制備粗特混紡紗線[29]。此外，玉米苞葉可用作編織工藝品[30-31]、現(xiàn)代環(huán)保餐具[32]或?qū)⒂衩装~纖維制備混凝土[33]、農(nóng)用可降解膜[34]等。但整體來說玉米苞葉再利用率仍然很低，目前主要被焚燒、掩埋或作為飼料[30]。

本文通過對(duì)玉米穗的天然育果袋——玉米苞葉脫膠提取纖維，與廢舊書本紙張中的木漿纖維一起制備育果袋用非織造織物。所用原料均來自于植物纖維，不僅具有生物相容性和可降解特性[35]，而且是對(duì)廢舊書本和玉米苞葉的再利用，降低了育果袋的生產(chǎn)成本。使用后可直接在果園粉碎，作為肥料埋入土壤，使果園整體環(huán)境優(yōu)美，將玉米苞葉變廢為寶，做到“以農(nóng)養(yǎng)農(nóng)”，研究結(jié)果可為育果袋的生產(chǎn)及研發(fā)提供重要的設(shè)計(jì)思路和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米苞葉收集于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，廢舊書本紙張少許；NaClO、NaOH、聚氧化乙烯（PEO）分散劑和Na2SiO3均為國(guó)產(chǎn)市售的分析純。

為了將所制備的育果袋材料與市場(chǎng)育果袋做對(duì)比，特選取具有代表性的塑料薄膜育果袋A、葡萄專用育果袋B以及單層、雙層和三層的育果袋C、D和E產(chǎn)品作為對(duì)照樣品，表1為市場(chǎng)育果袋參比樣品的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。

表1 市場(chǎng)育果袋參比樣品的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 玉米苞葉育果袋材料制備

1.2.1 玉米苞葉纖維的提取

玉米苞葉的組成與麻相似，因此采用堿煮法來提取玉米苞葉纖維。通過玉米苞葉煮練優(yōu)化工藝的綜合分析[28,36]以及預(yù)試驗(yàn)，確定玉米苞葉纖維的脫膠工藝如下：首先配置濃度為10 %的NaClO溶液500 g，加入40 g玉米苞葉進(jìn)行浸泡預(yù)處理10 min后，取出玉米苞葉進(jìn)行清洗。再將NaOH、Na2SiO3分別按12和20 g/L的濃度依次加入到1 600 mL水中，加熱到90 ℃后加入預(yù)處理過的玉米苞葉，在90 ℃恒溫煮練150 min后，經(jīng)水洗后并放入90 ℃烘箱中恒溫烘干3 h，獲得脫膠后的干燥玉米苞葉纖維，經(jīng)稱量質(zhì)量為18.2 g，纖維的制成率為45.5%。通過對(duì)脫膠后的纖維隨機(jī)分析200根，獲得玉米苞葉纖維長(zhǎng)度分布如表2所示，結(jié)果表明長(zhǎng)度在>7～13 mm范圍的玉米苞葉纖維占整個(gè)纖維的67.5 %。

表2 脫膠后玉米苞葉纖維長(zhǎng)度分布

1.2.2 育果袋材料的制備

采用902201濕法成網(wǎng)快速成型儀（德國(guó)HG公司）對(duì)玉米苞葉纖維和廢舊紙張打漿后進(jìn)行濕法成網(wǎng)，制備可降解育果袋用的非織材料試驗(yàn)樣品。廢舊書本紙張剪碎后，因其中的木漿纖維較短，所以打漿均勻，但成網(wǎng)后拉伸應(yīng)力較低，加入玉米苞葉短纖維可以使成網(wǎng)拉伸應(yīng)力得以提高。然而，如果加入的玉米纖維長(zhǎng)度過長(zhǎng)，會(huì)使得纖維分散性能下降，從而導(dǎo)致成網(wǎng)均勻性和拉伸應(yīng)力變差。為使制備的育果袋非織材料中纖維分布均勻，且具有一定的拉伸應(yīng)力，預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明玉米苞葉纖維與紙張的質(zhì)量比為1.5:1，且玉米苞葉的纖維長(zhǎng)度為（5±0.5）mm時(shí)，確保纖維均勻分散的同時(shí)，成網(wǎng)后拉伸應(yīng)力最優(yōu)。

試驗(yàn)時(shí)首先把1.6 g紙張剪碎后放入燒杯中，加水沒過紙屑，倒入打漿機(jī)中完全打散（打漿度為51叩解度（°SR）。將2.4 g玉米苞葉纖維剪成長(zhǎng)度為（5±0.5）mm加入紙漿中，并用清水將PEO分散劑進(jìn)行稀釋后加入到混合的紙漿中，PEO的加入量為0.2%，采用HD2010W電動(dòng)攪拌器（上海司樂儀器有限公司）進(jìn)行充分?jǐn)嚢枞诤?，形成均一、分散的漿液，然后將玉米苞葉纖維和紙漿的混合漿液倒入到902201濕法成網(wǎng)快速成型儀（德國(guó)HG公司）中。整個(gè)纖維網(wǎng)成型過程包括：液體填充-氣泡攪拌-纖維靜置-溶液沉降-真空抽吸。最后將制備好的試樣放置202-3A烘箱（中國(guó)萊州電子儀器有限公司）中，90 ℃烘干2 h，從而獲得直徑為20 cm的育果袋材料試樣F，試樣厚度為0.35 mm，面密度為110 g/m2。

1.3 育果袋材料的相關(guān)性能測(cè)試與表征

1）力學(xué)性能測(cè)試

將可降解育果袋材料試樣F裁剪成100 mm×50 mm的試樣各4條，將其中2條試樣浸入水中，待試樣完全潤(rùn)濕后取出，去除多余的水份。采用INSTRON5565萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣F進(jìn)行干、濕狀態(tài)的力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試條件：溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為36%，夾持距離為50 mm，拉伸速度為50 mm/min，測(cè)試結(jié)果取2次試樣的平均值。

2）微觀結(jié)構(gòu)

采用JCM-5000電鏡掃描儀（日本電子株式會(huì)社）對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察和分析，加速電壓為10 kV。

3）透氣性能

采用YG461E/II型數(shù)字式透氣量?jī)x（寧波紡織儀器廠）進(jìn)行測(cè)試，因育果袋沒有統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，故參照GB/T 5453-1997進(jìn)行測(cè)量，樣品測(cè)試面積為20 cm2，壓差為100 Pa，每個(gè)樣品測(cè)試10次，取其平均值作為最終結(jié)果。

4）保溫性能

由于試驗(yàn)樣品尺寸限制，樣品的保溫性能試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境條件為：溫度（28±2）℃，相對(duì)濕度為（55±5）%，由于本次試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室完成，不考慮風(fēng)速對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

在1 600 mL的燒杯，加入1 400 mL的沸水，并測(cè)量其初始溫度。然后，將測(cè)試樣品套在燒杯的頂端，由上往下緩慢套上，并用橡皮筋將育果袋扎緊，防止熱量散失。每隔10 min測(cè)量一次燒杯中的溫度，每個(gè)樣品測(cè)試5次，最終取平均值。采用熱量損失來表征樣品的保溫性能，計(jì)算公式如式（1）所示。

=Δ（1）

式中為熱量，J；為水的比熱容，4.2 kJ/kg·℃；為燒杯中水的質(zhì)量，kg；Δ為一定時(shí)間內(nèi)燒杯內(nèi)水溫下降的溫度值，℃。

5）遮光性能

采用UV-1600/UV-1800/V-1600/V-1800紫外/可見分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)儀器有限公司）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試樣品裁剪為28 mm×8 mm的長(zhǎng)條，波長(zhǎng)掃描范圍設(shè)置為600.0～200.0 nm，掃描間隔設(shè)置為1.0 nm。

6）水分管理能力

a. 芯吸高度

使用YG(B) 871毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀（溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠）進(jìn)行測(cè)試，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ZBW04019-90《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》。試驗(yàn)樣品裁剪為200 mm× 25 mm的長(zhǎng)條，使用重鉻酸鉀作為測(cè)試的特定溶液。

b. 水分干燥速率

使用M290DR水分干燥速率測(cè)試儀（SDL Atlas Ltd.）進(jìn)行測(cè)試，將待測(cè)樣品裁剪為8 cm×8 cm的方塊，在待測(cè)樣品上用注射器均勻注射1 mL蒸餾水，注水完畢后進(jìn)行測(cè)試，觀察并記錄一定時(shí)間內(nèi)水分質(zhì)量的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能測(cè)試

材料的力學(xué)性能是其基本性能之一。育果袋材料首先需要具有一定的抗拉伸能力，確保育果袋能承受果品套袋時(shí)的外力作用，以及套袋果品在生長(zhǎng)過程由于果品質(zhì)量而產(chǎn)生的對(duì)育果袋的拉伸作用力。尤其是連綿陰雨天氣，育果袋材料完全被雨水浸泡，但其仍需要具有一定的承載能力，為此需要測(cè)試分析育果袋材料干、濕態(tài)的力學(xué)性能。圖1為育果袋材料干態(tài)和濕態(tài)的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，可以看出育果袋材料干態(tài)、濕態(tài)能承受的最大載荷分別為20.02和13.79 N。按照一般正常水果的質(zhì)量不超過0.25 kg（相當(dāng)于2.45 N）計(jì)算，育果袋材料作為一次性使用材料完全能夠滿足育果袋的基本力學(xué)性能要求。

目前，市場(chǎng)的紙質(zhì)育果袋由于結(jié)構(gòu)密實(shí)，雖然具有卓越的拉伸強(qiáng)力，但其延伸性能較差，所以在套袋的時(shí)候育果袋容易破裂。而本課題所制備的可降解育果袋材料F屬于非織材料，其與紙張相比，結(jié)構(gòu)蓬松，且具有一定的延伸性能（如圖2所示），這樣在給果品套袋的時(shí)候就不會(huì)出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖2為制備的育果袋材料F與市場(chǎng)參比樣品的掃描電鏡對(duì)比圖。可以看出，參比樣品A、B、C都為單層袋，表面都具有不均勻分布的微小孔隙。參比樣品D的外層有一定的孔隙、但內(nèi)層幾乎看不到微孔的存在。參比樣品E其外層和中層均可見不均勻分布的微孔，其內(nèi)層為非常稀薄的非織造布，孔徑較大，因此參比樣品E雖然是3層結(jié)構(gòu)，但其透氣性能主要取決于外層和中層，里層的非織造布對(duì)其透氣率幾乎沒有影響。本課題制備的育果袋材料F中玉米苞葉纖維鋪層均勻，證明在制備育果袋材料時(shí)玉米苞葉短纖分散均勻。且纖維之間具有一定的孔隙，這些孔隙的存在確保育果袋材料具有優(yōu)良的透氣性能。

2.3 透氣性能

透氣性是衡量育果袋是否優(yōu)質(zhì)的一個(gè)重要參考依據(jù)。水果在成熟前期，需要生長(zhǎng)在一個(gè)相對(duì)密閉的小環(huán)境當(dāng)中。因此，育果袋必須要具有一定的透氣性，這樣果實(shí)可以與外界進(jìn)行正常的物質(zhì)交換，確保新陳代謝正常進(jìn)行，有益于果實(shí)的成長(zhǎng)。有研究表明育果袋的透氣性對(duì)蘋果的黑點(diǎn)病、重金屬鉛（Pb）以及總酸含量均具有顯著的影響[37]。

表3為育果袋材料試驗(yàn)樣品F與市場(chǎng)育果袋參比樣品的透氣性測(cè)試結(jié)果，需要說明的是塑料薄膜參比樣品A于微孔太小，其透氣性能指標(biāo)無法測(cè)出。表3結(jié)果表明：與市場(chǎng)育果袋參比樣品相比，育果袋材料F具有較高的透氣率和透氣量，分別達(dá)到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s，而市場(chǎng)上育果袋參比樣品中透氣率最大值為2.5 mm/s，透氣量最大值為0.3 L/m2·s。育果袋材料F的結(jié)構(gòu)屬于非織造織物，其結(jié)構(gòu)與紙張相比較為蓬松，纖維與纖維之間的縫隙孔洞較多，與市場(chǎng)育果袋參比樣品相比（見表1），育果袋材料F的厚度雖然較厚，但其透氣性與透氣量均遠(yuǎn)大于市場(chǎng)育果袋參比樣品。需要說明的是，育果袋材料F的透氣率和透氣量測(cè)量值的離散性稍大，究其原因是在于試樣在濕法成型制備時(shí)，玉米苞葉纖維是人工剪成短纖維的，纖維長(zhǎng)度控制不是均勻一致的，長(zhǎng)度稍長(zhǎng)纖維的加入會(huì)導(dǎo)致纖維分散均勻性下降，進(jìn)而導(dǎo)致育果袋材料試樣F中纖維分布不是非常均勻。

表3 育果袋材料F與市場(chǎng)參比樣品的透氣性能對(duì)比

2.4 保溫性能

套袋后的水果生長(zhǎng)在一個(gè)相對(duì)密閉的空間環(huán)境中，形成了一個(gè)微氣候區(qū)。在天氣驟變的情況下，育果袋如果能給水果提供一定的保溫防護(hù)，這在一定程度上可以減緩由于氣溫驟降對(duì)果實(shí)所產(chǎn)生的惡劣影響，確保果實(shí)的品質(zhì)、口感和產(chǎn)量。為此，研究育果袋材料的保溫性能非常重要。

圖3為溫度（28±2）℃，相對(duì)濕度為（55±5）%的環(huán)境條件下育果袋材料F與市場(chǎng)育果袋參比樣品的保溫性能對(duì)比圖，可以看出：育果袋材料F具有最優(yōu)的保溫性能，其對(duì)沸水保溫60 min，沸水的熱量損失為約265 kJ，而市場(chǎng)育果袋參比樣品中熱量損失最大的為樣品C，達(dá)到了364.56 kJ。塑料薄膜袋樣品A和葡萄專用袋樣品B由于其孔隙微小，其保溫效果也不錯(cuò)，其熱量損失僅次于可降解育果袋材料F，但2.3節(jié)的研究結(jié)果表明塑料薄膜袋樣品A和葡萄專用袋樣品B透氣性較差。育果袋材料F在具有良好的透氣性能的同時(shí)還具有良好的保溫性能，究其原因在于玉米苞葉纖維具有中空結(jié)構(gòu)[26,28,38]，這樣纖維中含有一定數(shù)量的靜態(tài)空氣，使得玉米苞葉在具有良好的透氣性能的同時(shí)，還具有優(yōu)越的保暖功能。

2.5 遮光性能

水果在生長(zhǎng)過程中，日光照射起著十分重要的作用。在果實(shí)的生長(zhǎng)前期，日光的照射必須十分充足，以利于果實(shí)進(jìn)行光合作用，將外界環(huán)境中的無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，以便儲(chǔ)存糖分和一些自然界中所轉(zhuǎn)化到的能量。水果成熟前約兩個(gè)月需對(duì)其進(jìn)行套袋。水果套袋不僅可以防止鳥類的侵襲、病蟲的危害，還可以防止風(fēng)、雨和日光的損傷。在水果生長(zhǎng)后期，日光主要影響果皮的著色程度。太陽(yáng)中的藍(lán)光、紫光和青光等可以促進(jìn)水果中花青素和葉綠素的形成，影響果實(shí)表面的著色。對(duì)水果套袋后使其在遮光條件下生長(zhǎng)，可以抑制果皮葉綠素的形成，使水果表皮變?yōu)榧t色[39-41]。為此，分析探究育果袋的遮光性能十分必要。

圖4為育果袋材料F與市場(chǎng)參比樣品的遮光性能對(duì)比圖。結(jié)果表明：市場(chǎng)育果袋樣品D和E具有卓越的遮光性能，其在紫外和可見光范圍內(nèi)透光率均為0。雖然可以防護(hù)紫外光對(duì)果品的灼傷，但在可見光范圍內(nèi)完全遮光，并不利于果品的生長(zhǎng)。塑料薄膜樣品A對(duì)波段為200～600 nm范圍的光線透過率遠(yuǎn)高于可降解育果袋材料F和市場(chǎng)參比樣品，其不僅在可見光范圍內(nèi)透光率超過70%，在紫外光范圍（200～400 nm）內(nèi)也具有相當(dāng)高的透過率，紫外透過率高容易使水果灼傷，對(duì)水果生長(zhǎng)并不利。相比之下，育果袋材料F具有優(yōu)異的遮光性能，它在可見光（400～600 nm）范圍內(nèi)具有0.4%的透光率，確保水果在生長(zhǎng)的過程中進(jìn)行一定的光合作用。同時(shí)育果袋材料F在紫外光范圍（200～400 nm）內(nèi)的透過率僅為0.09%，這不僅有利于保護(hù)果品免受紫外光的灼傷，還有利于果品著色。

2.6 水分管理能力

水果生長(zhǎng)周期是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，其中一定會(huì)受到連續(xù)干旱或連綿陰雨天氣的影響，這就需要育果袋具備一定的水分管理能力，即具有一定的保水和導(dǎo)水功能。目前市場(chǎng)的紙品育果袋經(jīng)過雨水的侵蝕后，雨水滲入到纖維之間的空隙當(dāng)中，纖維的溶脹作用會(huì)使纖維間的結(jié)合力下降，進(jìn)而導(dǎo)致育果袋破裂。此外，連綿陰雨天氣，如果不能及時(shí)將水分導(dǎo)出，會(huì)使水果長(zhǎng)期浸泡在雨水中，導(dǎo)致果銹或黑斑產(chǎn)生[42]，影響水果的品質(zhì)。而在連續(xù)干旱的天氣，育果袋應(yīng)該具有一定的保水能力，這樣才能確保水果在連續(xù)干旱時(shí)鎖住水分，確保水果能正常生長(zhǎng)。因此，研究水分管理能力對(duì)于套袋性能非常重要。

2.6.1 導(dǎo)水性能

織物的芯吸效應(yīng)反映了水分通過毛細(xì)效應(yīng)傳遞的能力，即材料的導(dǎo)水性能。圖5為育果袋材料F與市場(chǎng)參比樣品的芯吸效應(yīng)對(duì)比圖?？梢钥闯觯号c市場(chǎng)參比樣品相比，育果袋材料F的導(dǎo)水性能最優(yōu)，其在30 min內(nèi)芯吸高度達(dá)到了31 mm。究其原因在于：所制備的育果袋材料F為非織造織物，與紙品套袋相比，其結(jié)構(gòu)蓬松，其中的玉米苞葉纖維經(jīng)過脫膠處理，纖維表面具有許多導(dǎo)水溝槽，內(nèi)部具有毛細(xì)空腔，而且加入的紙漿具有親水基團(tuán)，因此其芯吸高度非常卓越，這樣連綿雨天育果袋中的積水能迅速排出，確保水果品質(zhì)。其次是參比樣品D也具有良好的芯吸能力，其在30 min芯吸高度達(dá)到了30 mm，原因在于樣品D是由粗紙制備而成的，紙漿中含有大量的親水性羥基。而參比樣品A為塑料制成的薄膜，不具有親水基團(tuán)，因而芯吸能力最差，芯吸高度為0。為此，在利用塑料袋對(duì)水果進(jìn)行套袋的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)看到農(nóng)戶在塑料袋的底部戳一個(gè)小洞，以免連綿雨天套袋里的積水能夠盡快排出。

2.6.2 保水性能

保水性能是水果育果袋水分管理能力的另一個(gè)重要的方面，以單位時(shí)間內(nèi)育果袋的水分蒸發(fā)質(zhì)量來表示，水份蒸發(fā)的質(zhì)量越多，保水性能越差。圖6為育果袋材料F與市場(chǎng)參比樣品的水分蒸發(fā)能力對(duì)比圖?？梢钥闯觯菏袌?chǎng)常見的育果袋中，葡萄專用套袋樣品B的濕蒸發(fā)能力最大，其保水性能最差。育果袋材料F的平均濕蒸發(fā)速率為0.1165 g/h，明顯低于單層葡萄專用套袋樣品B，即其保水性能好于葡萄專用套袋樣品B，但略低于市場(chǎng)套袋樣品D。究其原因在于市場(chǎng)育果袋樣品D為2層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為防水紙，因此其保水性能優(yōu)良。育果袋材料F雖然為單層，但厚度稍厚，其仍然具有良好的保水能力。

由此可見，課題所制備的育果袋材料F具有優(yōu)異的導(dǎo)水性能和優(yōu)良的保水性能，在連續(xù)干旱或連綿陰雨的時(shí)段具有良好的水分管理能力，有益于水果的正常生長(zhǎng)。

3 結(jié) 論

采用堿煮法對(duì)玉米苞葉進(jìn)行脫膠后提取纖維，將剪成（5±0.5）mm長(zhǎng)的玉米苞葉纖維與廢舊書本紙張碎屑按1.5:1配比，借用濕法成網(wǎng)快速成型儀進(jìn)行濕法成網(wǎng)，成功制備了育果袋材料。對(duì)制備的育果袋材料試樣及市場(chǎng)具有代表性的5種育果袋參比樣品的套袋相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試與分析，研究結(jié)論如下：

1）制備的育果袋材料具有一定的抗拉伸能力，其干、濕態(tài)的拉伸載荷分別達(dá)20.02和13.79 N，可以滿足水果套袋的力學(xué)性能基本要求。

2）制備的育果袋材料的透氣率和透氣量遠(yuǎn)高于市場(chǎng)參比樣品，分別達(dá)到了73.5 mm/s和173.7 L/m2·s；采用制備的育果袋材料對(duì)沸水保溫60 min時(shí)，沸水的熱量損失約265 kJ，保溫性能優(yōu)于市場(chǎng)參比樣品；在可見光和紫外光范圍內(nèi)光線透過率分別為0.4%和0.09%；制備的育果袋材料具有優(yōu)異的導(dǎo)水性能和良好的保水性能。

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Preparation of a degradable fruit bagging material from corn bracts and its relative performance

Chen Meiyu1,2, Sun Runjun1,2, Xia Binbin1, Wang Shan1, He Caiting1

(1.,,710048; 2.710048,)

This study aims to improve the utilization rate of abandoned corn bracts, while decreasing the production cost of the bag of fruit cultivating in sustainable agriculture. Five representative bags of fruit cultivating were collected in the market as the controlled samples, including the plastic film bag A, special bag B for grape, one-, two- and three-layered bag C, D, and E. The basic structural characteristics of controlled samples were firstly analyzed. Then, alkali cooking was used to degum the corn bracts for the extraction of fibers. Subsequently, the corn bract fibers were cut into 5±0.5 mm long, thereby mixing evenly with the waste paper scraps in a ratio of 1.5:1. The wet mesh forming was adopted to prepare the fruit-cultivating bag material F. The mechanical properties of material F were tested after fabrication. The experimental results showed that the prepared material F behaved a strong tensile resistance, where the tensile loads for the dry and wet material F were up to 20.02 and 13.79 N, respectively. Furthermore, an excellent extension performance was achieved for the high requirements of mechanical properties in the fruit bagging. A scanning electronic microscopy (SEM) was adopted to observe the microstructure of the prepared materials F and the controlled samples in the market, further to analyze the distribution of holes in the matrix. The bagging properties were also measured, including air permeability, heat-insulating property, shading property, and water management ability. The experimental data demonstrated that the fruit-cultivating bag material F presented an excellent air permeability. Specifically, the air-flow rate and permeability of material were 73.5 mm/s and 173.7 L/m2·s, respectively. In contrast to the controlled samples, the maximum air-flow rate and permeability were only 2.5 mm/s and 0.3 L/m2·s, respectively. In addition, the heat loss of boiling water was about 265 kJ, when the prepared material was used to keep the boiling water for 60 min. The transmittance of the material F was about 0.4 % in the visible light range, and 0.09% in the ultraviolet light range. The shielding properties showed that the prepared material ensured the photosynthesis of fruits during the growth process. Meanwhile, material F was expected to protect the fruit from ultraviolet light burning. Excellent ability of water conductivity was also achieved, where the core suction height reached 31 mm within 30 min. As such, the water in the fruit-cultivating bag during rainy days discharged quickly to enhance the quality of fruit products. Low wet evaporation indicated that the water retention performance was obviously better than that of the special bag B for the grape in the market. Most significantly, the thermal insulation performance of the new fabricated material was better than that of the controlled samples in the market.

degradation; cellulose;corn bracts; fruit cultivating bag material; air permeability; heat-insulating property; shading property; water management ability

陳美玉，孫潤(rùn)軍，夏斌斌，等. 玉米苞葉可降解育果袋材料制備及其性能分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(5)：248-255.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029 http://www.tcsae.org

Chen Meiyu, Sun Runjun, Xia Binbin, et al. Preparation of a degradable fruit bagging material from corn bracts and its relative performance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(5): 248-255. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029 http://www.tcsae.org

2020-09-20

2020-12-08

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（201810709005）；陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃（2020PT-043）；國(guó)家自然科學(xué)基金（No.52073224）

陳美玉，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣δ苄圆牧?。Email：yuanshijidi@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.05.029

X505

A

1002-6819(2021)-05-0248-08