生物可降解高分子材料在食品包裝中的應用研究

徐玉瑩

（中南民族大學，湖北 武漢 430074）

現如今的食品包裝需要在做到保障食品不遭到外界不良環境因素影響的同時，具備良好的生態適應性，換言之，食品包裝的材料不會對環境產生不良影響。在這種要求下，傳統的聚乙烯之類的塑料食品包裝完全不符合生態適應的要求。本文研究生物可降解高分子材料在食品包裝中的應用及關鍵技術，對今后這類材料的創新、應用普及有著一定的現實價值。

1 食品包裝中生物來源可降解高分子材料的應用

1.1 淀粉材料

谷類以及薯類等植物的根部、莖部和種子中廣泛存在著淀粉，這一物質是自然界中一種取之不盡的多糖化合物。同時淀粉在各種環境中均具備完全的生物降解性，再加之其價格較低，再生周期較短，成為目前應最為廣泛的一類天然性質的生物可降解高分子材料[1]。目前天然和改性淀粉作為淀粉的兩個重要組成分類，在食品包裝和加工領域中均得到了十分廣泛的應用。這一材料與當前現存的可降解成膜材料相對比，以淀粉作為基礎制備的薄膜具有與合成高分子材料薄膜較為相似的物理性質。但同樣的這一物質也存在著強親水性以及低機械性能的缺陷，這也就使得淀粉膜在食品包裝中的廣泛應用受到限制。

1.2 蛋白質材料

一般而言，蛋白質必須要通過熱、酸、堿等多步處理之后，方可保障其結構的延伸結果和成膜的結構標準完全一致。蛋白質膜與之前的合成膜相對比，其耐水和機械強度相對較差，但同樣其自身較為優秀的阻隔性能，也使其被廣泛地應用在食品加工行業中的可食用性食品薄膜和生物可降解包裝膜生產制造中。膠原作為天然蛋白質的一種，也是人體結締組織構成極為重要的結構蛋白質，其主要存在于動物的蛋白質、骨頭以及血管等肌體組織中。食品保鮮和防腐就是膠原蛋白在食品包裝領域的主要應用范圍，可以將之制造成人造腸衣應用于香腸制品中，同時也可以以膠原蛋白作為基礎合成纖維膜，用作肉類和魚類的包裝紙[2]。

2 食品包裝中人工合成生物可降解高分子材料的應用

2.1 聚乳酸材料

以乳糖作為原料生產出來的新型聚酯材料之一，便是聚乳酸，通常又可以分為左旋和右旋、外消旋和內消旋等多種的光學異構對映聚乳酸材料，其中最為常用的便是左旋異構的聚合體（PLA）。這一物質在完全生物降解性、生態友好性等方面有著較為顯著的優勢，也是目前生物可降解高分子材料領域中最具備發展前途的材料之一。這一材料因為具備著較好的氣體阻隔以及阻濕性，得以在乳制品的包裝行業中廣泛應用。就目前的情況看來，PLA這一材料已經在國內的食品包裝薄膜、包裝袋和包裝盒等領域得到了十分廣泛的應用。

2.2 聚乙烯醇材料

聚乙烯醇本質上屬于一種乙烯系聚合物，其主鏈僅通過碳-碳鍵進行連接。也正因為如此，這一物質具備著較為有效的黏度、乳化性質和分散力優勢。就目前看來，在食品工業的制模和包裝過程中，聚乙烯醇這一材料得到了較為廣泛的應用，其最為主要的價值便是具備良好的溶解性以及生物可降解性，完全符合當前食品包裝生態環境友好方面的具體要求。但由于這一物質的結構分子中存在著為數較多的羥基，結晶溫度數值相對較高，導致其熔融溫度顯著高于分解溫度，無法進行熱塑成型的處理。除以有效彌補其結構分子缺陷的考慮，目前都是將這一物質和其他物質進行共同混用改性。例如可以通過使用聚乙烯醇、殼聚糖以及脂肪酶成功制備出相應的食品包裝薄膜，以此來提高其拉伸應力和斷裂伸長率。

3 食品包裝中對生物可降解高分子材料的要求

3.1 良好的生物降解性

在食品包裝中所使用的生物可降解高分子材料，其首要的性能要求便是具備良好的生物降解性。這類材料本身的生物降解性水平不但與高分子自身的結構形態有著一定的關聯，也與材料所處的外部環境有著一定的關系，比如外部環境中的微生物種類、環境的溫濕度、pH值等，都會對高分子材料自身的生物降解性產生一定的影響。而在這些條件中，環境濕度是最為基礎的條件，只有在高分子材料處于一定濕度的環境下，微生物才能對高分子材料進行侵蝕，就目前的情況看來，還有國際ISO、德國的DIN等組織都針對生物可降解高分子塑料的評價標準給出了明確的規定，用于這類材料生物降解性檢驗的主要方式包括了堆肥實驗、環境微生物實驗等。

3.2 良好的阻隔性能

在評估食品貨架期的過程中，包裝材料自身的阻隔性能水平是決定性因素，食品包裝體系對于材料自身阻隔性的要求與產品的特性和預期的終端應用之間有著較為緊密的關聯。高分子材料往往可以被水蒸氣等小分子滲透，生物可降解高分子材料能夠提供較為廣泛的物質傳遞途徑，且這一材料本身的阻隔性能可以提前進行設計，在食品包裝行業中有著極為重要的地位。

4 食品包裝中生物可降解高分子材料關鍵技術類型

4.1 分子材料改性技術

目前高分子設計方法的持續發展，逐漸提高了高分子材料的改性速度，目前相關人員通過有效使用高分子改性方法對淀粉基的生物大分子材料、PLA等常用的生物可降解高分子材料進行了成功的改性處理。但從目前的情況看來，因為對于高分子材料的使用掌握尚未達到全面，缺乏對其微觀結構以及深層的性能研究，導致目前的改性方法無法得到有效的發展。

4.2 分子材料合成技術

在合成高分子材料的過程中，往往會應用多種類型的溶劑和催化劑，促使原材料發生對應的合成化學反應，但這些所運用的溶劑和催化劑都會對生態環境產生一定的污染，且很難在生態環境中自行進行降解，這也就導致這些物質使用之后會在環境中留存較長的時間，最終通過不斷的累積，形成較為嚴重的環境污染問題。除此之外，在這些原材料的多樣合成反應過程中，也會出現帶有毒性的副產物。

4.3 低成本合成技術

食品包裝中所運用的生物可降解高分子材料，必須在經過處理之后，在生態環境中以最快的速度進行生物分解，且因分解反應而產生的各種副產物，不會對環境產生任何的污染和毒害。一般而言，這些可降解的材料需要在經過分解反應之后形成碳水化合物，但這也同樣是目前的技術研發難點所在，必須在專業技術的引導下，才能實現這一目標，這也就造成了部分生物可降解高分子材料的生產成本相對較大，直接影響到這類材料的推廣利用。

5 總結

目前的食品包裝領域中所運用到的各項材料都要求具備較為良好的生態友好性，生物可降解高分子材料的應用恰好符合了這一需求。生物來源和人工合成的生物可降解高分子材料是目前食品包裝領域中應用最廣泛的兩類材料。在這一材料今后的研發應用過程中，相關的研究人員必須要在全面遵循食品包裝對生物科技高分子材料性能要求的前提下，對改性技術、合成技術以及低成本技術進行深層的研究，在降低這類材料生產研發成本的同時，提升其利用率。