生物可降解高分子材料地域農產品品牌包裝應用研究*

加純華，林 楓

（榆林學院,陜西榆林719000）

高分子材料的飛速發展為人類社會生產、生活帶來了極大的便捷。然而，由于大多數高分子材料耐腐蝕性能較好，導致使用高分子材料制備而成的各種物品廢棄物很難在自然條件下進行分解，在回收利用不及時情況下很容易造成嚴重的環境污染[1]。隨著現代人口劇增及資源的過度消耗以及全球環境污染、生態破壞的加劇，利用傳統高分子材料制備的產品外包裝已經逐漸對全球環境形成了較大的威脅，急需通過開發、利用可降解性的高分子材料進行傳統高分子包裝材料的替換。

榆林市作為陜西省的第二大糧倉，全市認證無公害農產品350個、綠色食品38個、有機農產品56個、地理標志農產品36個。純綠色、天然無污染優質農產品是榆林農產品的特點，榆林市農產品要打造自己的品牌，需要圍繞榆林農產品的“綠色”“天然”“無污染”特點，在包裝設計上樹立地域品牌和特色的新型產品包裝觀念，產生一批有影響力的農產品品牌。因此，利用生物可降解高分材料進行區域特色農產品品牌包裝成為該地區農產品綠色可持續發展理念下的一大突破。

1 生物可降解高分子材料分類

圖1所示為按照不同的規則對生物可降解高分子材料進行的分類。根據材料降解特性不同，可降解高分子材料主要可分為完全生物降解型以及生物破壞型高分子材料；按照高分子來源及獲取方法的區別，可分為天然、微生物合成等類型。本文將主要依據高分子材料來源及獲取方法進行論述[2-3]。

圖1 生物可降解高分子材料分類Fig. 1 Classification of biodegradable polymer materials

1.1 天然高分子材料

天然高分子材料是指以由重復單元連接成的線型長鏈為基本結構的高分子量化合物，如自然界中廣泛存在的生物體內蛋白質、甲殼素、纖維素，部分食物中的淀粉，棉、毛、天然橡膠等；非生物界內的長石、金剛石等則屬于無機高分子材料。天然高分子材料在自然界中廣泛存在，獲取難度較低且材料本身的價格較為低廉，因而被廣泛應用于人類社會生產、生活的各個場景。利用天然高分子材料制備而成的產品包裝，具有良好的生物相容性、安全無毒，且能夠在暴露于自然條件下以后形成完全降解，不會對大自然產生負面影響。尤其部分可回收利用的天然高分子材料如棉、麻、橡膠等，可以通過回收再加工等手段進行二次或多次使用，兼具環保性和資源節約雙重優勢[4]。但是，天然高分子材料通常不具備較強的熱力學性能，對于部分特殊產品的可應用價值較低。對于天然高分子材料開展共混等化學修飾，成為當前天然高分子材料應用于產品品牌包裝環節的重點和主要研究方向。

1.2 微生物合成高分子材料

微生物合成高分子材料是指利用碳源等對生物體內微生物菌進行處理加工，最終得到的一類結構特殊多變的合成高分子材料。微生物合成高分子材料的種類廣泛，主要包括微生物聚酯（如聚羥基脂肪酸酯）、微生物多糖（如黃桿菌膠）等。微生物合成高分子材料具有極為優異的完全生物降解特性，部分材料在土壤掩埋3～6個月之后即可實現CO2、H2O的完全轉變，不會對自然環境產生嚴重影響[5]。然而，當前利用該方法制備的微生物合成高分子材料包裝，多應用于醫藥、電子等產業，食品尤其農副食品之類附加值較低的行業尚無法承受高額的費用成本，因而無法廣泛使用。

1.3 化學合成高分子材料

化學合成可降解高分子材料，是指通過將分子結構中含有酯基的相對分子質量已知的各種原材料進行聚合反應，所生成的一系列聚合物等。化學合成可降解高分子材料具有良好的生物相容性和降解性。利用化學聚合反應合成高分子材料方法如圖2所示。

圖2 化學合成高分子材料方法Fig. 2 Methods of chemical synthesis of polymer materials

化學合成高分子材料主要包括結構材料和功能材料兩大類，塑料、高分子合成橡膠、纖維等材料為結構材料，在使用過程中多以材料強度、剛性等特性為主要開發優勢；而高分子催化劑、感光材料等則屬于功能材料[6-7]，主要使用的是材料本身的催化功能、感光功能等。合成高分子材料與一般天然高分子材料相比，具有更加靈活多變的分子鏈結構，能夠根據不同的產品需求對高分子材料結構進行設計，從而獲得更加環保、性能更為優越的材料。

1.4 摻混型高分子材料

摻混型高分子材料，指將兩種或兩種以上的高分子材料進行共混或共聚，進而使最終得到的高分子材料能夠獲得更加多種高分子材料優勢的方法。對于制備生物可降解高分子材料而言，利用摻混法制備高分子材料，需要保證材料中至少有一種是能夠實現生物降解的材料，如在摻混材料中加入淀粉、纖維素等高分子材料制備而成的填充型聚乙烯材料、接枝型丙烯酸甲酯材料等均屬于可以部分自然降解的高分子材料。隨著現代材料技術的發展，摻混型高分子材料已經逐步實現了完全生物降解，如以淀粉為基質型的生物可降解高分子材料等。

2 生物可降解高分子材料地域農產品品 牌包裝應用

生物可降解高分子材料在產品包裝領域的應用已極為常見，但由于農產品與其他產品之間存在一定差異，因而并非所有生物可降解高分子材料都能被應用于農產品品牌包裝領域。榆林市經過多年的不斷嘗試，遴選出幾類適合農產品品牌包裝的可降解高分子材料。

2.1 淀粉薄膜

淀粉是一種自然界廣泛存在、易加工提取、具有完全生物降解性的多糖化合物。淀粉的獲取成本極低，利用淀粉進行摻混制備高分子包裝材料逐漸成為當前最受歡迎的一種包裝材料制備形式。與傳統的可降解膜材料相比，利用淀粉材料為基礎原料摻混制備的高分子材料具有透明、無色無味等特征，這一物理特性與某些合成高分子材料薄膜的特性極為類似。且由于淀粉薄膜對CO2半透性及其對O2的半透性，能夠為農產品提供良好的防腐蝕性能。然而，淀粉材料具有較強的親水性和低機械性能，無法在農產品品牌包裝領域進一步應用。因此，部分企業開始嘗試利用聚己內酯等高分子聚合物與淀粉材料進行共混制備新型農產品品牌包裝材料，在充分利用淀粉可完全生物降解的基礎上提升了材料的延展性和柔韌性[8]。

2.2 蛋白質薄膜

蛋白質薄膜與合成薄膜相比，具有較差的耐水性和較低的機械強度。但是，得益于蛋白質薄膜自身特殊的立體網絡結構，又使其具備了較為良好的阻隔性。例如，膠原蛋白是一種構成生物體內結締組織的重要天然結構蛋白質，利用膠原蛋白制備而成的農產品蛋白質包裝薄膜，具有極為優異的保險和防腐功能。將膠原蛋白與纖維進行合成，可以制備農副食品包裝紙，為農產品提供食物黏合劑的功效。可食用性膠原蛋白薄膜具有良好的拉伸性能、熱穩定性、阻隔性，在農產品保鮮領域擁有極強的性能優勢和使用前景。

2.3 殼聚糖

殼聚糖是一種從動物（如螃蟹、蝦類等）甲殼中提取出的堿性氨基類多糖。殼聚糖具有無毒、生物相容性好等性能優勢，可以廣泛應用于農產品包裝保鮮領域。利用殼聚糖制備而成的農產品包裝，能夠為農產品提供極為優異的抑菌作用，部分殼聚糖制備的農產品包裝還可以食用，在噴涂于農產品表面以后往往不需要清除便可以直接食用。而利用殼聚糖制備的包裝薄膜，還可以與其他材料進行共混生成新的復合薄膜，使包裝材料具有良好的透明度、隔絕水汽功能等。

3 榆林市地域農產品生物可降解包裝開 發實踐

“包裝的結構是包裝設計中最核心，也最能打動消費者的部分”。生物可降解包裝倡導使用健康、無污染、資源消耗率低、可再生或可循環利用的材料為介質，在滿足農產品不受損害和呈現商品的基本信息的基本設計需求的同時，還要兼顧到環保、健康、人文、審美等多重功能，低碳環保材料的選擇是原生態包裝的關鍵要素之一。

榆林市地域農產品包裝領域所使用的可生物降解的材料主要包括：可降解的塑料制品、紙制品、陶瓷制品、布匹等。這些材料具有人為加工的特點，環保性不及純天然的材料，但是大多也無毒無害，結束自己的使用壽命后，當受到陽光紫外線的作用和土壤中水分的影響，能在一定的環境中發生降解現象，最終以無污染的形態進入人們的生活環境中。可降解材料由于有人為加工的過程，形式更加普遍多樣，可以根據人們的需求制作成各種形狀、各種顏色的農品產包裝。同時，由于純天然包裝材料受到結構和材質的限制，往往還需要這種低碳環保人工材料的輔助才能完美發揮自己的功能。如“安康農場”土雞蛋的內包裝是軟質的柴草，外包裝則是硬質的紙盒（圖3）[9]，這樣的包裝設計一方面體現了天然無污染的特點，另一方面也兼顧到了美觀大氣的市場需求。

圖3 “安康農場”土雞蛋內包裝Fig. 3 Inner packing of "Ankang Farm" native eggs

榆林農產品以蘋果、羊子、紅棗、馬鈴薯、中藥材、小雜糧為主，這些農產品的輔料如植物的枝干以及根莖葉、動物的毛皮等都可以作為農產品的包裝材料。榆林的紅棗的藥用價值高，精品藥用棗可以用棗木做的盒子來裝，小米可以用精心設計的布袋來裝，甜葉菊可以用葫蘆或者蘋果木盒子來裝。同時，材料的選擇僅僅是包裝的起步工作，對材料的圖案、文字等關聯設計也至關重要，農產品的包裝設計要與農產品傳遞的理念、功能融為一體，要既具有實用性，還要具有審美性，甚至具備娛樂、收藏等其他延伸的價值[10]。例如，臺灣的“掌聲谷粒”用雙星牡丹印花布作為包裝材質，這種布在舊時的臺灣是常見之物，人們冬天暖被窩，出門背孩子，包東西甚至防雨都經常用到，既有歷史感也有鄉土感，可以作為現代人收藏的東西，很受市場歡迎。

4 結語

現階段，商品市場產生了較大的變化，許多商品涌入到市場當中，傳統的市場競爭也變成了品牌的競爭。農產品的包裝設計是塑造農產品品牌的重要手段之一，產品包裝需要突破以往保護商品和方便攜帶等功能，向自覺展示美、健康、人文的方向發展。榆林農產品在產品認證、質量追溯、公共品牌打造方面取得了顯著成績，“米脂小米”“子州黃芪”“大明綠豆”等品牌在全國產生了較大影響力。但是生態化的包裝理念并未得到普遍的體現，普通塑料仍然是榆林農產品主流的包裝材料。包裝形式大多雷同化，生態化的生產過程僅僅在網銷產品的網頁上有所涉及，并未在產品包裝上得到體現，榆林生態故事也沒有涉及。因此，榆林農產品包裝應該由政府引導和推動，在公共品牌農產品和認證農產品中大力推廣生物可降解包裝設計理念，充分融入榆林自然生態和人文生態元素，打造既具有鮮明個性特征，又具有顯著地域特色的農產品品牌。