淺析降解食品包裝材料及制品

向斌

摘要：本文對(duì)可降解材料依據(jù)降解機(jī)理進(jìn)行了分類；對(duì)四類全降解材料進(jìn)行了介紹；歸納了常見的降解材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：食品包裝；可降解；全降解

中圖分類號(hào)：TB48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1400 （2020） 12-0025-03

Analysis of Degradable Food Packaging Materials and Products

XIANG Bin（Jiangsu Product Quality Testing & Inspection Institute， Nanjing 210007，China）

Abstract： In this paper， the degradable materials were classified according to the degradation mechanism， four kinds of total degradable materials were introduced， and the application of common degradable materials in the field of food packaging was summarized.

Keywords： food packaging； degradable； total degradation

隨著人們環(huán)保意識(shí)的覺醒，近些年來可降解材料作為環(huán)境保護(hù)材料和包裝容器材料的研究發(fā)展十分迅速，并在食品包裝材料領(lǐng)域開始得到廣泛應(yīng)用。食品包裝領(lǐng)域的可降解材料主要以淀粉類、脂類、纖維類、蛋白類及合成塑料等食品級(jí)材料為原料，在成型加工過程中添加一定比例的可生物降解的添加劑制備而成，作為新型食品包裝材料，具有原料價(jià)格便宜、來源廣闊、再生周期短、產(chǎn)品可降解、食品安全性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。食品包裝可降解材料主要包括可食性食品內(nèi)包裝膜、食品可食性涂膜、可降解一次性食品包裝膜、可降解一次性食品包裝餐飲具等。食品包裝領(lǐng)域可降解材料的工業(yè)化發(fā)展及商業(yè)應(yīng)用的推廣，對(duì)于解決石油基資源引發(fā)的能源危機(jī)及環(huán)境污染等問題具有重大現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)，在關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的食品安全領(lǐng)域也具有引領(lǐng)性的重要意義[2-5]。

1 可降解食品包裝材料概況

降解材料按降解程度可分為部分降解材料和全降解材料。部分降解材料也稱可降解材料，是指石油基非降解塑料與可完全降解材料共混制成的一類，此類材料只可部分降解，無法降解部分對(duì)環(huán)境的污染仍然是存在的。

食品包裝用可降解材料按照降解機(jī)理可分為三類：第一類為光降解包裝材料，指受到光照作用的高分子材料發(fā)生聚合物分子鏈斷裂，而導(dǎo)致其破壞和降解的一類材料。主要是通過共聚方式，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，使得材料在光能作用下產(chǎn)生自由基，促使材料分解。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材料，指能夠被自然界中常見的細(xì)菌、真菌、藻類等微生物或分泌物在酶等物質(zhì)的侵蝕下破壞的高分子材料。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機(jī)鹽或者生成的新生物質(zhì)等。第三類為復(fù)合降解型材料，同時(shí)能為光和生物降解的高分子材料稱為復(fù)合降解。復(fù)合降解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材料的重要研究方向。

2 全降解食品包裝材料概況

全降解材料可完全降解，目前食品包裝行業(yè)用的材料有淀粉基生物降解塑料、聚乳酸樹脂、改性大豆蛋白塑料、聚己內(nèi)脂樹脂、聚丁烯琥珀酸酯、植物纖維、可降解紙、PET合成衍生的聚酯等。

2.1淀粉

淀粉是由葡萄糖組成的天然高分子鏈聚合物，其分子量可達(dá)數(shù)十萬。淀粉存在直鏈和支鏈兩種分子結(jié)構(gòu)，其中可溶于水的為直鏈淀粉，支鏈淀粉則不溶，直鏈和支鏈的含量通常與植物的來源密切相關(guān)。純熱塑性淀粉由于分子鏈上大量的羥基存在，具有吸濕的特性，且力學(xué)性能受濕度影響易大幅下降；淀粉分子鏈間易生成雙螺旋結(jié)構(gòu)，以致材料強(qiáng)度的不穩(wěn)定性等。工藝上一般對(duì)淀粉分子進(jìn)行針對(duì)性的物理改性或化學(xué)改性，或者與其它相容性較好的高分子材料共混，使其具備良好的抗?jié)櫭浶?、成膜性和物理機(jī)械性能等。在微生物作用下，淀粉材料分解為葡萄糖，最終降解為對(duì)環(huán)境無害的二氧化碳和水。

2.2聚乳酸

聚乳酸（PLA）是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的一種生物基降解材料，由乳酸聚合而成。聚合的方式一般有兩種：一是由玉米、秸稈等可再生資源為原料，直接在溶液狀態(tài)進(jìn)行乳酸單體聚合；二是由乳酸制得環(huán)狀二聚體丙交酯，再縮聚成聚乳酸，也稱兩步法，相較而言工藝更為成熟。聚乳酸除了具有很好的生物降解性及生物相容性，還具有良好的物理機(jī)械性能，如強(qiáng)度、光澤度、透明度及耐熱性等，同時(shí)，還具有防霉、抑菌等特性。降解后最終生成二氧化碳和水，屬于公認(rèn)的環(huán)境友好型材料，甚至人體內(nèi)也含單體狀態(tài)的乳酸成分。

2.3植物纖維

植物纖維在食品包裝領(lǐng)域中，常用于制作一次性植物纖維餐飲容器。利用廢棄農(nóng)作物秸稈等天然植物纖維為原料，添加符合食品包裝材料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的安全無毒成型劑，經(jīng)獨(dú)特工藝和成型方法制造可完全降解的綠色環(huán)保產(chǎn)品。該產(chǎn)品耐油、耐酸堿、耐冷凍。強(qiáng)度優(yōu)于泡沫塑料和紙制餐具。該產(chǎn)品不僅杜絕了白色污染，還為秸稈等植物纖維的綜合利用提供了有效途徑。

2.4聚己內(nèi)酯

聚己內(nèi)酯（PCL）是合成降解高分子材料脂肪族，是唯一不溶于水而能被水降解的塑料，它是一種半結(jié)晶聚合物，力學(xué)性能與聚烯烴相似，并可以完全生物降解?？梢苑纸獾奈⑸飶V泛分布于喜氧和厭氧條件下的各種環(huán)境。常作為共混材料與淀粉、聚丁烯琥珀酸酯、聚乳酸或通用塑料等復(fù)合共混，制成完全生物降解材料。

3 降解材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

食品包裝對(duì)于食品安全有著雙重意義，一是合適的包裝方式和材料可以保護(hù)食品不受外界的污染，保持食品本身的成分、品質(zhì)等特性不發(fā)生改變；二是嚴(yán)控食品包裝材料在與食品接觸的過程中，食品包裝材料本身（包括各種添加劑）可能會(huì)有少量未知物質(zhì)向食品中發(fā)生遷移，這些遷移物中如果含有了某些危害成分，或者遷移的量超過一定界限，則易造成人體健康隱患，不同包裝材料所含的不安全因素各不相同。

降解食品包裝材料作為一種相對(duì)安全、綠色、無污染的包裝材料，在食品領(lǐng)域有巨大的市場(chǎng)需求。但同時(shí)，該類材料普遍存在耐熱性、耐水性、機(jī)械強(qiáng)度差等性能缺陷及產(chǎn)品保質(zhì)期短等不足，限制了其應(yīng)用。降解材料針對(duì)性的加以改性，提升其機(jī)械強(qiáng)度及阻隔性能等，并賦予一定的特殊功能屬性，例如抗菌、可食、智能顯示等，將是未來降解食品包裝的研究和發(fā)展趨勢(shì)。

目前，降解材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用主要有兩類形式，一種是膜袋類，另一種是容器工具類。常見的幾類降解材料在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用見表1。

4 結(jié)論

上世紀(jì)九十年代以來，各類降解材料及制品在工農(nóng)業(yè)、日常生活方面已發(fā)揮重要作用，尤其是近年來以PLA、PHA、PBAT、PBS、PHBV等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)仍然存在突出問題，降解材料在一些重要領(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)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害化處置。擺脫“塑”縛的道路任重道遠(yuǎn)。

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