淺析生物基復(fù)合材料在食品包裝中的應(yīng)用

王博 于雪婷 胡岷桐

吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 吉林長(zhǎng)春 130000

目前市場(chǎng)中的大多數(shù)食品包裝生物基復(fù)合材料源于不可降解的化石燃料。迄今為止，塑料的生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)91億噸，中國(guó)每年平均產(chǎn)生300萬(wàn)余噸的廢棄塑料。目前，一般采取焚燒或填埋方法處理這些廢棄包裝生物基復(fù)合材料，造成了嚴(yán)重的水質(zhì)、土壤污染，燃燒產(chǎn)生的二噁英是強(qiáng)烈致癌物質(zhì)。并且，化石燃料是不可再生資源，終將面臨資源枯竭的窘境。此外，傳統(tǒng)的塑料包裝中著色劑、增塑劑等化學(xué)物質(zhì)遷入到食品中，帶來(lái)食品安全隱患。因此，利用天然可降解生物聚合物替代不可降解化學(xué)生物基復(fù)合材料成為食品包裝領(lǐng)域的前沿研究方向。

1 可降解食品包裝生物基復(fù)合材料概況

降解生物基復(fù)合材料按降解程度可分為部分降解生物基復(fù)合材料和全降解生物基復(fù)合材料。部分降解生物基復(fù)合材料也稱可降解生物基復(fù)合材料，是指石油基非降解塑料與可完全降解生物基復(fù)合材料共混制成的一類，此類生物基復(fù)合材料只可部分降解，無(wú)法降解部分對(duì)環(huán)境的污染仍然是存在的。食品包裝用可降解生物基復(fù)合材料按照降解機(jī)理可分為三類：第一類為光降解包裝生物基復(fù)合材料，指受到光照作用的生物基復(fù)合材料發(fā)生聚合物分子鏈斷裂，而導(dǎo)致其破壞和降解的一類生物基復(fù)合材料。主要是通過(guò)共聚方式，在高分子鏈中引入羰基等光敏基團(tuán)，或者在傳統(tǒng)塑料中引入萘、蒽等光敏劑或光引發(fā)劑，使得生物基復(fù)合材料在光能作用下產(chǎn)生自由基，促使生物基復(fù)合材料分解。光降解的降解機(jī)理是在紫外光和熱的環(huán)境中，高分子鏈上的光敏基團(tuán)發(fā)揮作用，發(fā)生高分子鏈斷裂，分子量降低，降解碎片被各類微生物吞噬，最終實(shí)現(xiàn)降解。第二類為生物降解包裝生物基復(fù)合材料，指能夠被自然界中常見(jiàn)的細(xì)菌、真菌、藻類等微生物或分泌物在酶等物質(zhì)的侵蝕下破壞的生物基復(fù)合材料。微生物的降解是一個(gè)復(fù)雜的生物物理作用或生物化學(xué)作用過(guò)程，降解速率與降解環(huán)境密切相關(guān)，最終代謝產(chǎn)物以二氧化碳和水為主，以及原料本身所含的礦化無(wú)機(jī)鹽或者生成的新生物質(zhì)等。第三類為復(fù)合降解型生物基復(fù)合材料，同時(shí)能為光和生物降解的生物基復(fù)合材料稱為復(fù)合降解。復(fù)合降解生物基復(fù)合材料綜合了光降解及生物降解的共同作用，實(shí)現(xiàn)了最終產(chǎn)物在自然環(huán)境中的完全降解。這是食品包裝用可降解生物基復(fù)合材料的重要研究方向。

2 生物基復(fù)合材料在食品包裝中的應(yīng)用

2.1 由硬質(zhì)包裝逐漸走向更輕、更環(huán)保的軟包裝

現(xiàn)代食品包裝不僅為食品及內(nèi)容物提供物理保護(hù)，還可幫助延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，提供產(chǎn)品信息并展示品牌形象，更加方便消費(fèi)者日常使用。相較于其他包裝材質(zhì)和形式，如玻璃、金屬及硬塑包裝等，軟塑包裝更加環(huán)保，節(jié)省原生物基復(fù)合材料和運(yùn)輸成本，從而更好地滿足了現(xiàn)代包裝工業(yè)的需求。有預(yù)測(cè)表示，亞太地區(qū)未來(lái)將成為增長(zhǎng)最快的消費(fèi)品軟包裝市場(chǎng)。

2.2 聚乙烯生物基復(fù)合材料

聚乙烯（PE）是乙烯單體經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹(shù)脂，根據(jù)分子量的高低分為HDPE（高密度聚乙烯），LDPE（低密度聚乙烯），LLDPE（線性低密度聚乙烯）等，其化學(xué)穩(wěn)定性好，耐低溫，在食品相關(guān)應(yīng)用中，主要在食品袋、保鮮膜中應(yīng)用。聚乙烯的使用溫度在-100至70℃，由聚乙烯生產(chǎn)的食品袋在常溫下和日常零下環(huán)境中是安全的，若用聚乙烯制品袋包裹食物加熱，高溫以及食物中的油脂容易將PE塑料中的有害物質(zhì)溶出，在2017年，世界衛(wèi)生組織將聚乙烯制品列在了3類致癌物的榜單之中。

2.3 纖維素衍生物制備抑菌包裝生物基復(fù)合材料

纖維素的衍生物主要包括纖維素醚、纖維素酯以及接枝纖維素，工業(yè)中常用的有醋酸纖維素和羧甲基纖維素等。因?yàn)閷?duì)纖維素進(jìn)行了改性，新引入新型基團(tuán)賦予了纖維素衍生物優(yōu)異性質(zhì)，促使其更易于加工應(yīng)用。纖維素衍生物溶液黏度較低，將制備好的成膜溶液澆鑄至平滑模具中，溶液可自然延流，利用溶液澆鑄法制膜操作簡(jiǎn)便、成膜效果好。羧甲基纖維素（Carboxymethyl Cellulose，CMC）是纖維素在食品包裝、食品加工中應(yīng)用最廣泛的一類衍生物，CMC具有優(yōu)良的成膜性能、良好的氣體阻隔性與親水性以及穩(wěn)定的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合用于改善食品包裝膜的綜合性能，延長(zhǎng)食品貨架期。

3 結(jié)語(yǔ)

上世紀(jì)九十年代以來(lái)，各類降解生物基復(fù)合材料及制品在工農(nóng)業(yè)、日常生活方面已發(fā)揮重要作用，尤其是近年來(lái)以PLA、PHA、PBAT、PBS、PHBV等生物基復(fù)合材料為代表的降解產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的成功推廣及應(yīng)用，讓我們看到了降解生物基復(fù)合材料及制品廣闊的前景和社會(huì)需求。但行業(yè)仍然存在突出問(wèn)題，降解生物基復(fù)合材料在一些重要領(lǐng)域，特別是快遞綠色包裝行業(yè)，由于原料單價(jià)導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格高，應(yīng)用程度仍然較低；在食品包裝等行業(yè)，依然存在產(chǎn)品性能和用途的限制，需要繼續(xù)研究如何縮小與傳統(tǒng)生物基復(fù)合材料的性能差距。同時(shí)，應(yīng)著力研發(fā)推廣綠色環(huán)保產(chǎn)品、探索回收和循環(huán)利用、減少包裝污染的新業(yè)態(tài)新模式；加強(qiáng)包裝廢棄物分類回收清運(yùn)，規(guī)范廢棄物資源化利用和無(wú)害化處置。擺脫“塑”縛的道路任重道遠(yuǎn)。生物基復(fù)合材料