张冬玉 王彩艳 张谭昊 沈子栋 许士玉

摘要：通过培养白腐菌得到成片的白腐菌菌丝，对菌丝进行碱处理后用高速分散均质机打散得到白腐菌纤维，将白腐菌纤维添加到植物纤维中混合抄造食品包装纸，研究白腐菌纤维对纸张性能的影响。结果表明，白腐菌纤维与植物纤维混合抄造的纸张物理强度明显提高，当白腐菌纤维添加量为048 g/2 g绝干浆时，纸张的物理强度提高最大，其中抗张指数提高了796%，耐破指数提高了1489%；白度稍有下降；纸张具有一定的疏水性。白腐菌纤维含有疏水蛋白，且在植物纤维间起到搭桥和填充的作用，可以作为食品包装纸的增强纤维。

关键词：白腐菌纤维；混合抄片；疏水蛋白；食品包装纸

中图分类号：TS722文献标识码：ADOI：1011980/jissn0254508X201807006

Abstract：Through cultivation of white rot fungi the flaky fungal hyphae was obtained， the fungal hyphae was separated with a high speed homogenizer after alkali treatment then mixed with the pulp to prepared a sheet The effect of fungal fiber on the properties ofthe sheet was studied The physical strength of the paper obtained by mixing the fungal fiber with the vegetable fiber increased significantly， and the physical strength of the paper increased the most when the fungal fiber was added 048 g （oven dried） based on 2 g oven dried pulp Tensile index of the paper increased by 796% percent， bursting index increased by 1489%， whiteness decreased slightly， and the paper showed a certain hydrophobicity mainly due to the fungal fiber which contains hydrophobic protein and played a bridging and filling role between plant fibers

Key words：fungal fiber； mixed sheet； hydrophobin； food wrapping paper

近年来，随着人们环保意识的提高和对食品安全的重视，“绿色包装”的概念得到了大众的普遍认可。尤其在食品包装领域，由于以石油为原料的食品包装材料存在难降解、受热易产生危害人体健康的物质及易造成“白色污染”的缺点，使其在包装领域的发展受到限制。纸包装制品因具备可重复使用，可回收再利用及易降解等优点获得国内外市场的认可[1]。食品包装纸作为包装材料应具备相应的机械性能和生物性能等[2]。为了满足这些性能，通常在抄纸过程中添加邻苯二甲酸酯类增塑剂。然而，邻苯二甲酸酯类增塑剂在温度较高的环境下会产生邻苯二甲酸酯类，该酯类具有毒性，若溶解到食物中去，会使食物对人体造成危害[34]。桂玉梅[5]在食品包装纸包装的食品中邻苯二甲酸酯类增塑剂测定的研究中发现，虽然邻苯二甲酸酯类的含量大部分合格，但仍有部分超标。此外，施胶剂等化学品，在给人体健康带来隐形危害的同时也不利于使用后的降解[6]。所以采用天然无害的白腐菌纤维与植物纤维配抄生产的食品包装纸来替代含有增塑剂的食品包装纸，具有很好的研究和实用价值。

有研究发现[7]，白腐菌在培养基作用下，会产生条形纤维状菌丝。白腐菌菌丝均为微米级，无毒，成纤维状且粗细均匀，故称为白腐菌纤维。白腐菌纤维结构中C的化学位移与细菌纤维素相似，含有Iα、Iβ晶型纤维素和非晶体化合物，白腐菌纤维的结晶程度与杨木纤维相似，菌丝形態呈现纤维状并具有清晰精细的三维网状结构和结晶度使其在增强聚合物方面有一定的应用。由于其无毒、可降解，又具有增强聚合物功能，或许可以作为食品包装纸的增强纤维。

本实验通过用液体培养方法培养白腐菌菌丝，该方法与普通固体培养方法相比，具有培养时间快、得率高、便于处理、可以根据需要控制其生长期而得到不同特征菌丝的优点。将培养得到的菌丝分散后的白腐菌纤维与针叶木混合抄纸，探究白腐菌纤维在食品包装纸制备方面的研究价值。

1实验材料与方法

11材料

白腐菌，购自广东微生物菌种保藏中心；马铃薯葡萄糖琼脂粉末（PDA），购自北京奥博星生物技术有限责任公司；真菌液体培养基粉末，购自北京奥博星生物技术有限责任公司；漂白针叶木浆板，取自牡丹江恒丰纸业有限公司；乙醇，分析纯；氢氧化钾（KOH），分析纯。

12实验方法

121培养基的处理

称取适量的PDA和真菌液体培养基粉末分别与一定量的蒸馏水混合，分装进锥形瓶，瓶口加塞棉塞并包上牛皮纸，在121℃、01 MPa的高压灭菌锅中灭菌20～25 min，备用。

122菌种的活化

将保存的白腐菌菌种接种到PDA平板培养基上，于28℃下培养6天，挑取强壮菌丝的前端，再次接种于PDA平板培养基上，28℃下培养6天。

123菌种的接种

取一支装有白腐菌的斜面试管，使用灭过菌的接种环沾取一环白腐菌接种于培养基上，塞上棉塞。按照上述操作再分别接种9只锥形瓶。

124菌种的培养

将接种好的液体培养基置于恒温培养箱中28℃培养9～13天[8]，待长出一层白色菌丝后，置于冰箱中使其休眠，保存备用。

125白腐菌纤维的制备

将生长成熟的白腐菌取出浸泡于04 mol/L的KOH溶液中15天左右，期间更换3次碱液。直到菌丝成乳白色，碱液不再变黄则可结束浸泡。将浸泡好的白腐菌纤维用去离子水洗至中性，将大片的白腐菌纤维膜撕成小块用FJ200高速分散均质机在20000 r/min下均质30 min后备用。分散后的菌液成乳状液，在显微镜下可看到分散的细长纤维状的菌丝。

126紙张的抄造

将漂白针叶木浆板撕成小块后在水中浸泡一定时间，然后进行疏解、打浆、脱水（打浆度175°SR），置于冰箱中平衡水分 24 h 后，测定纸浆水分，待用。

将分散成浆的白腐菌纤维按不同比例与2 g绝干针叶木浆混合抄片（使用ZCX200纸页成型器），定量（60±3）g/m2。

13 分析方法

131物理性能的检测

纸张各项物理性能均按国家标准方法进行测定。定量测定按GB/T 4512—2002进行；白度测定按GB/T 89402—2002进行；抗张强度测定按GB/T 12914—2008（恒速拉伸法）进行；耐破指数测定按GB/T 454—2002进行。

132扫描电子显微镜（SEM）分析

采用美国FEI公司的QUANTA200型扫描电子显微镜观察添加白腐菌纤维纸张与未添加白腐菌纤维纸张的微观形貌结构。试样进行喷铂处理。

133红外光谱测定

用美国尼高力公司的MAGNA560傅里叶红外光谱仪测定添加白腐菌纤维纸张的红外光谱图。采用溴化钾压片法（试样与溴化钾的质量比为1∶100），波数范围为400～4000 cm-1。

134接触角测量

采用Data Physics公司的OCA20型视频光学接触角测量仪测量添加白腐菌纤维纸张的接触角，以表征纸张的疏水性。

2结果与讨论

21白腐菌纤维添加量对纸张白度的影响

纸张白度是纸张的一个重要技术指标。在2010年12月1日实施的GB/T 24999—2010《纸和纸板亮度（白度）最高限量》中，对相关纸和纸板亮度（白度）的最高限量进行了规定，其中食品包装纸和纸板的亮度（白度）最高限量为85%。

从图1可以看出，随着白腐菌纤维添加量的增多，纸张白度逐渐降低。这是因为白腐菌纤维中含有蛋白质，在纸张干燥过程中，蛋白质受热变性发黄造成纸张白度的降低。有研究提出，纸张白度只要符合使用功能即可。因此，这种白度的降低不影响食品包装纸的白度需求。

22白腐菌纤维添加量对纸张抗张强度和耐破度的影响

纸张抗张强度和耐破度受纤维自身性质以及纤维间结合强度的影响[11] 。图2和图3分别是白腐菌纤维添加量与纸张抗张指数和耐破指数的关系。

图2白腐菌纤维添加量与抗张指数的关系图3白腐菌纤维添加量与耐破指数的关系从图2和图3可以看出，纸张抗张指数和耐破指数随着白腐菌纤维添加量的改变其变化趋势基本相同：均先随着白腐菌纤维添加量的增加先增加，达到最大值后呈下降的趋势。这可能是因为过多的白腐菌纤维会引起纤维的聚集，从而使纤维与纤维之间的结合变得不紧密，故而产生纸张强度出现下降的现象。但下降后的纸张强度仍比未添加白腐菌纤维的纸张强度要高，因此，在总体上说白腐菌纤维的添加有利于提高纸张的物理强度。在图2中最大抗张指数为343 N·m/g，图3中最大耐破指数为260 kPa·m2/g，高于食品包装纸国家标准QB/T 1014—2010中Ⅱ型普通食品包装纸中一等品要求的抗张指数（314 N·m/g）和耐破指数（200 kPa·m2/g）；此时，纸张抗张指数为未添加白腐菌纤维纸张的180倍，提高了796%；耐破指数为未添加白腐菌纤维纸张的249倍，提高了1489%。因此，白腐菌纤维的最佳添加量为048 g白腐菌纤维/2 g绝干纸浆。

23SEM分析

与白腐菌纤维对比（×3000）从图4、图5可以看出，未加白腐菌纤维的纸张表面纤维稍微松散，孔隙较多，而添加白腐菌纤维的纸张表面纤维交织较为细密，孔隙较少。这是因为白腐菌纤维本身很细小，填充在植物纤维之间，填补了纤维之间的孔洞（图5中圈1所示）；或者吸附在植物纤维表面，因其形态相对细长、比表面积大、吸附能力强，起到了搭桥的作用（图5中圈2所示）。白腐菌纤维上的氢键被打开后，其分子链上游离的羟基就会被暴露出来，再将其添加到植物纤维中，重新与植物纤维之间形成氢键，增强纤维之间的结合力，提高成纸的物理强度[12]。同时，从图6中可以更直观地看出，微米级的白腐菌纤维与植物纤维形态大小对比明显，白腐菌纤维填充在植物纤维之间，使纤维间的孔隙减小，也有利于提高成纸的物理强度[13]。因此可以推断，白腐菌纤维添加到植物纤维中后，一部分与植物纤维形成氢键结合，存在于纤维与纤维之间，另外一部分则吸附在植物纤维表面，相互缠绕，在植物纤维表面形成三维网状结构。由于白腐菌纤维本身很细小（与植物纤维相比），所以当白腐菌纤维用量达到一定程度时，就像在植物纤维表面覆盖了一层细小纤维形成的薄膜。这说明加入白腐菌纤维后，纸张强度的增加是由于添加物使纤维结合更紧密。

24红外光谱分析

图7为添加白腐菌纤维与未添加白腐菌纤维的纸张红外光谱图。由图7可以看出，添加白腐菌纤维与未添加白腐菌纤维的两条曲线既有相似之处，也有不同之处。相似之处为，在3330 cm-1附近均有一个非常宽的强吸收峰，由于该吸收峰很宽，所以推测是由分子间氢键和分子内氢键共同引起的羟基的伸缩振动峰；在2900 cm-1附近的吸收峰为C—H键的伸缩振动峰；1420 cm-1附近的吸收峰是由于—CH2的对称弯曲振动引起的；1650 cm-1附近的吸收峰推测为蛋白质酰胺Ⅰ；131594 cm-1附近的吸收峰是C—H键的弯曲振动峰；1160 cm-1附近的吸收峰推测为多聚糖中C—O（H）键；105225 cm-1和102777 cm-1、102246 cm-1附近的吸收峰主要是葡聚糖间的糖苷键和C—O—C的伸缩振动以及伯醇、仲醇C—O键的伸缩振动，基本符合葡聚糖的特征吸收[14-15]。896 cm-1附近的吸收峰是由于葡萄糖结构单元中C1—H的变形振动引起的，可以作为葡聚糖间糖苷键链接的表征[16]。不同之处在于，图7中154337 cm-1附近可能为N—H的边角振动峰，推测为蛋白质酰胺Ⅱ。添加白腐菌纤维与未添加的对比，在1800 cm-1至1420 cm-1区间上吸收峰变化强烈，推断该现象可能是由于白腐菌纤维中含有部分蛋白质物质造成的（因为该白腐菌纤维实际为纤维状的白腐菌菌丝，并非由纯纤维素组成，其中含有部分蛋白质物质）。由以上分析可知，白腐菌纤维中可能出现的除了有—OH、—CH2、—C—O—C、乙酰胺基等与纤维素分子结构式中所包含的有机化合物基团相似的基团外，还含有部分氨基等蛋白质组成基团。这部分蛋白质类物质来自于白腐菌菌丝，白腐菌在生长过程中为了克服气液屏障形成气生结构，气生菌丝会分泌出疏水蛋白，在菌丝表面自我组装成薄膜，其亲水朝向细胞壁而疏水面暴露在空气中，因此气生菌丝表现为疏水性[17]。疏水蛋白在固体表面性能的改性和胶体稳定性有潜在研究价值[18]。将其打散后添加到植物纤维中混抄，这些菌丝附着在植物纤维表面使纸张具备了疏水性。

接触角是指在气、液、固三相交点处所处得气液界面的切线穿过液体与固液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其接触角越小，表示亲水性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，其接触角越大，疏水性越好。θ=90°为润湿与否的分界线。

通过对不同白腐菌纤维添加量纸张的接触角测试，发现未添加白腐菌纤维的纸张在水滴下落后可完全吸收，接触角为0。随着白腐菌添加量的增多，水滴仍无法保留在纸面上，但能明显看出水滴浸润入纸张的速度在减慢。当添加量为048 g白腐菌纤维/2 g绝干纸浆时（见图8），接触角为1031°；添加096 g白腐菌纤维/2 g绝干纸浆时（见图9），接触角则能达到1196°。这说明添加白腐菌纤维的纸张具有疏水性。目前用于改善纸张疏水性的方法都是通过改变纤维表面的化学组成以降低纸张（或纤维）表面能，或者在其疏水表面构建合适的粗糙结构，如施胶、纤维素接枝疏水改性、表面涂布、溶液浸渍处理等[19]。本实验发现白腐菌纤维既具有疏水蛋白能降低纸张的表面能来改善纸张疏水性，又能通过附着在植物纤维表面成膜构建合适的粗糙结构来改善纸张的疏水性，并且只需要与植物纤维混抄，操作方便简单，且无毒环保。

3结论

将白腐菌纤维添加到植物纤维中混合抄造食品包装纸，白腐菌纤维能很好地与植物纤维结合，混抄的纸张物理强度明显提高，当白腐菌纤维添加量为048 g/2 g绝干纸浆时，纸张的物理强度提高最大，其中抗张指数提高了796%，耐破指数提高了1489%；白度稍有下降；纸张显示出一定的疏水性，其原因主要是白腐菌纤维含有疏水蛋白，在植物纤维间起到搭桥和填充的作用。

参考文献

[1] HUANG Xiuling， YANG Runan， WANG Xiaomin. New Development of Paper Food Packaging.[J]. China Pulp & Paper， 2003， 22（7）： 47.

黄秀玲， 杨汝男， 王晓敏. 纸制食品包装的新进展[J]. 中国造纸， 2003， 22（7）： 47.

[2] YU Guanghua， ZHANG Dan， LONG Zhu. Research and Development of Food Packaging Paper[J]. Jiangsu Zaozhi， 2015（3）： 34.

余光华， 张丹， 龙柱. 食品包装纸的研究及发展现状[J]. 江苏造纸， 2015（3）： 34.

[3] ZHANG Qian. Research Status of Phthalate Plasticizer in Plant Fiber Food Contact Materials[J]. China Pulp & Paper， 2017， 36（5）： 53.

張倩. 植物纤维食品接触材料中邻苯二甲酸酯类增塑剂的研究现状[J]. 中国造纸， 2017， 36（5）： 53.

[4]Triantafyllou V I， AkridaDemertzik K， Demertzis P G. A Study on the Migration of Organic Pollutants from Recycled Paperboard Packaging Materials to Solid Food Matrices[J]. Food Chemistry， 2006， 101（4）： 1759.

[5]GUI Yumei. Determination of Phthalic Acid Ester Plasticizer in Food Wrapping Paper[J]. Modern Food， 2016， 2（5）： 127.

桂玉梅. 食品包装纸中食品中邻苯二甲酸酯类增塑剂测定[J]. 现代食品， 2016， 2（5）： 127

[6] LIU Yanli， LI Jilie， LI Zhonghai， et al. Research status of Paper Food Packaging Materials[J]. Packaging Engineering， 2010， 31（7）： 108.

刘延莉， 黎继烈， 李忠海， 等. 纸质食品包装材料的研究现状[J]. 包装工程， 2010， 31（7）： 108.

[7] HUANG Zhanhua， ZHANG Bin， ZOU Li， et al. Characterization of Crystal Morphology of a Potential New Material， White Rot Fungi Fibers[J]. Journal of Functional Materials， 2012， 43（7）： 940.

黄占华， 张斌， 邹莉， 等. 一种潜在新型材料白腐菌纤维的晶体形态表征[J]. 功能材料， 2012， 43（7）： 940.

[8] FAN Huan， LIAO Wei， LIU Wensi， et al. Study on Optimization of Liquid Fermentation Medium for White Rot Fungi[J]. Feed Prebiotics， 2010， 33（10）： 331.

范寰， 廖伟， 刘文思， 等. 白腐白腐菌液体发酵培养基的优化研究[J]. 饲料研究， 2010， 33（10）： 331.

[9] CHEN Bin， JIN Yongxiang， HUANG Xiaojun. The Significance of Reducing Pulp & Papers Brightness[J]. China Pulp & Paper， 2011， 30（1）： 71.

陈彬， 金永祥， 黄小军. 浆纸本色化和低白度化的意义与充要条件[J]. 中国造纸， 2011， 30（1）： 71.

[10] WEI Zhibin， ZHANG Ruijie. To Lower Paper Whitenes， To Realize the Harmonious Development Between Human Being and Nature[J]. China Pulp & Paper， 2011， 30（10）： 67.

危志斌， 张瑞杰. 适当降低纸张白度实现人与自然和谐发展[J]. 中国造纸， 2011， 30（10）： 67.

[11] LI Yuanhua， LIU Huanbin， TAO Jinsong， et al. Research Progress on Tensile Strength Model of Paper[J]. China Pulp & Paper， 2014， 33（1）： 65.

李远华， 刘焕彬， 陶劲松， 等. 纸张抗张强度模型的研究进展[J]. 中国造纸， 2014， 33（1）： 65.

[12] YUAN Shiju. Structure， Properties and Influencing Factors of Paper[J]. Hubei Paper， 2004（1）： 8.

袁世炬. 纸张结构、性能与影响因素[J]. 湖北造纸， 2004（1）： 8.

[13] LV Xiaohui， YANG Lu， LIU Wenbo. Porosity and Structural Properties of Paper[J]. China Pulp & Paper， 2016， 35（3）： 64.

吕晓慧， 阳路， 刘文波. 纸张的孔隙及其结构性能[J]. 中国造纸， 2016， 35（3）： 64.

[14]SUN Yanfang， LI Ziang， LIANG Zongsuo， et al. Polysaccharide from Edible Fungi and Its Infrared Spectrum Analysis[J]. Helongjiang Agricultural Sciences， 2011， 34（10）： 99.

孫延芳， 李子昂， 梁宗锁， 等. 食用菌多糖及其红外光谱分析[J]. 黑龙江农业科学， 2011， 34（10）： 99.

[15] WANG Hong， CAO Hui， CUI Xingming， et al. Identification of Several Edible Fungi by Fourier Transform Infrared Spectroscopy[J]. Acta Edulis Fungi， 2005， 12（3）： 52.

汪虹， 曹晖， 崔星明， 等. 几种食用菌的傅里叶变换红外光谱鉴别研究[J]. 食用菌学报， 2005， 12（3）： 52.

[16] ZHU Zheyan， LIU Fei， ZHANG Chu， et al. Determination of Protein Content of Lentinus Edodes Based on Midinfrared Spectroscopy[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2014， 34（7）： 1844.

朱哲燕， 刘飞， 张初， 等. 基于中红外光谱技术的香菇蛋白质含量的测定[J]. 光谱学与光谱分析， 2014， 34（7）： 1844.

[17] DING Jingzhi， YU Lei， WANG Honghui， et al. Structure and Function of White Rot Fungi Hydrophobic Proteins[J]. Journal of Biology， 2004， 21（5）： 8.

丁靖志， 于雷， 王洪辉， 等. 白腐菌疏水蛋白的结构和功能[J]. 生物学杂志， 2004， 21（5）： 8.

[18]Tucker I M， Petkov J T， Penfold J， et al. Adsorption of Hydrophobin/βcasein Mixtures at the Solidliquid Interface[J]. Journal of Colloid and Interface Science， 2016， 51（10）： 81.

[19] CHANG Yongjie， LIU Na. Research Progress on Improving Hydrophobicity of Paper[J]. China Pulp & Paper， 2014， 33（5）： 62.

常永杰， 刘娜. 改善纸张疏水性的研究进展[J]. 中国造纸， 2014， 33（5）： 62.CPP（责任编辑：常青）·木薯渣PBS复合材料·