生物可降解高分子材料在食品包裝中的應用

魏明華 杜延超

摘? 要：食品包裝一般被用來作為一種特定的容器來儲存食物，在人們的日常生活當中極為常見，人們?nèi)粘Ｋ璧氖澄锿茧x不開食品包裝。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與現(xiàn)代人們生活質(zhì)量的不斷提升，各類食品包裝逐漸引發(fā)了十分嚴重的污染問題，對人們的生存環(huán)境造成破壞，特別是一些由不能被降解的高分子材料制作而成的制品包裝，其對環(huán)境造成的污染尤為惡劣，生物可降解高分子材料能夠有效改善當前的污染現(xiàn)狀，有效降低高分子材料制成的食品包裝對環(huán)境造成的影響。本文將從傳統(tǒng)食品包裝所具有的危害開始進行闡述。

關(guān)鍵詞：生物可降解? 高分子材料? 食品包裝? 環(huán)境污染

中圖分類號：TS206 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0073-03

Application of Biodegradable Polymer Materials in Food Packaging

WEI Minghua? DU Yanchao

（Jinan Institute for Product Quality Inspection，Jinan， Shandong Province， 250000? China）

Abstract： Food packaging is generally used as a specific container to store things， in People's Daily life is very common， People's Daily needs of things are often inseparable from food packaging. Along with the development of social economy and the modern people to improve the quality of life， all kinds of food packaging has caused serious pollution， destruction of the living environment of people， especially some cannot be degradation of polymer materials and products packaging， they are bad to environment pollution generated by particularly， biodegradable polymer materials can effectively improve the current pollution situation， effectively reduce the high polymer material made of the impact of food packaging on the environment. The following will begin from the harm of traditional food packaging to elaborate，

Key Words： Biodegradable; Polymer materials; Food packaging; Environmental pollution

食品包裝源于人們生活水平的不斷提升和對食物提出的要求的提升，當社會發(fā)展到具有貿(mào)易和交換行為時，食品包裝就會逐漸成為食品交易過程中的重要組成部分。食品包裝在食品交易過程當中所起到的最主要的作用就是保證商品在進行交易、運輸?shù)倪^程中不會被外界因素所影響而導致品質(zhì)出現(xiàn)問題，從而保障商品所具有的原有價值。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提升，促使了現(xiàn)代高分子材料食品包裝的產(chǎn)生。隨之而來的是這些食品包裝所產(chǎn)生的污染，這些高分子材料很難在自然發(fā)展的過程當中被分解，因此會變?yōu)榇罅康墓腆w廢物，對環(huán)境產(chǎn)生極其惡劣的影響。因此，找尋一種能夠降解的材料來制作食品包裝是當前十分重要的一項任務。

1? 傳統(tǒng)食品包裝所具有的危害

1.1 環(huán)境污染

傳統(tǒng)食品包裝材料主要是塑料制品。塑料包裝雖然具有便于攜帶、運輸方便、成本低等優(yōu)點，但單靠塑料包裝在自然環(huán)境中自然降解，會導致嚴重的環(huán)境污染?，F(xiàn)階段，全球塑料制品的年產(chǎn)量遠遠高于2×108t，而且其產(chǎn)量仍在以約每年5%的速度增長。由于這些產(chǎn)品被生產(chǎn)出來之后，就必然會有一天被廢棄。無數(shù)的塑料制品在重要場所、車站和景區(qū)內(nèi)被隨意丟棄。塑料包裝的不當處理也會破壞環(huán)境，當前已有的處理方法主要是燒毀和垃圾填埋，這會對環(huán)境造成巨大的破壞[1]。

1.2 安全隱患

塑料包裝的原料主要是石油，其中還經(jīng)常會添加增塑劑、穩(wěn)定劑等，以實現(xiàn)包裝的功能。這些添加劑會對人體產(chǎn)生不良影響。例如，增塑劑可能會進入到人體的分泌系統(tǒng)，影響分泌功能的正常活動。這些有害物質(zhì)直接與食物接觸，通過食物進入人體，對人體健康造成不利影響[2]。

2? 生物可降解高分子材料在食品包裝中的應用

2.1 淀粉

淀粉是一種在谷物和馬鈴薯等植物中被存在發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，它也是一種數(shù)量較多且較為常見的多糖化合物。它在各種環(huán)境中具有完全的生物降解特性，同時成本相對較低，且容易獲取。現(xiàn)在作為一種天然的聚合物可降解材料，已受到廣泛關(guān)注。淀粉可分為兩大類，一類是天然淀粉，另一類是改性淀粉。淀粉在食品加工和食品包裝中都起著重要的作用[3]。例如，淀粉可以用作香料，以提高食品質(zhì)量，同時對食品的粘性、水分含量進行改良。

與其他可降解薄膜材料相比，淀粉薄膜具有類似于合成聚合物薄膜的特性，如高透明度和無色無味等特征。然而，與其他聚合物相比，淀粉薄膜也存在一些缺陷，例如其相對強的親水性和較弱的機械性能，這妨礙了淀粉薄膜的實際使用。為了有效改善這一問題，擴大淀粉薄膜在食品包裝領(lǐng)域的應用，現(xiàn)階段許多專家學者將淀粉與其他物質(zhì)混合，以改變其特性。例如，淀粉和PCL通?；旌蠌亩@得淀粉/PCL薄膜，從而改善傳統(tǒng)淀粉薄膜的機械性能。也有一些研究，把高直鏈和殼聚糖進行混合，從而產(chǎn)生了可食用的復合薄膜，以提高淀粉薄膜的靈活性和彈性。

2.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是由20種蛋白原氨基酸通過酯胺鍵連接起來所共同組成的具有100多個氨基酸殘基的一種多肽化合物。一般來講，蛋白質(zhì)需要通過一定的熱處理及堿基處理等方式才能將自身進行延伸，從而形成標準的膜。與其他物質(zhì)的膜相比，蛋白質(zhì)在反應過程當中生成的膜具有一定的確定，蛋白質(zhì)膜的耐水性相對較低，其機械強度也相對較弱[4]。但蛋白質(zhì)同樣具有自己的優(yōu)勢，蛋白質(zhì)膜與其他膜相比具有極強的阻斷性，且蛋白質(zhì)膜的種類眾多，包含了葵花蛋白及大豆蛋白等多種蛋白，當前在食品加工和可降解高分子材料的包裝上應用的較多。

膠原蛋白屬于一種天然蛋白質(zhì)，它同時也是結(jié)締組織活動的過程當中十分重要的一種物質(zhì)，膠原蛋白常見于動物的骨頭、肌肉以及血管當中，呈現(xiàn)出透明的狀態(tài)。膠原蛋白一般被用于防止食品變質(zhì)或腐爛。將膠原蛋白作為香腸的腸衣能夠替代常見的天然腸衣，因此當前在香腸的制作過程當中被廣泛應用?？珊铣衫w維膜一般在被加工的過程中被當作一種粘合劑進行使用，用于包裝魚類或是肉類食品，膠原蛋白同樣也可以被應用于果脯的食品包裝當中。食用蛋白膜與其他物質(zhì)的膜相比具有自己獨特的優(yōu)勢，膠原蛋白膜的延展性相對較強，且能夠有效地阻隔氣、油與及水等物質(zhì)，在對生鮮食品與熟食的保險過程中具有重要的作用[5]。此外，乳清蛋白膜同樣能夠很好地幫助食品進行保鮮，特別是對于娃娃菜等生鮮蔬菜具有較強的保鮮作用，因此經(jīng)常能夠在蔬菜的包裝中看到乳清蛋白膜。玉米醇溶蛋白作為一種能夠進行食用的生物膜，具有較強的耐熱度，運用玉米醇溶蛋白進行包裝能夠具有較強的親和性，常見于食品包裝的內(nèi)涂層上，具有防滲透的作用。

2.3 殼聚糖

殼聚糖是從蝦、螃蟹等甲殼類海產(chǎn)品的殼當中分離出來的一種數(shù)量較為豐富的堿性氨基類多糖，殼聚糖當中不包含有毒物質(zhì)，同時與其他生物之間具有較好的相容性，能夠被自然分解，是一種具有可再生性與可降解性的新型環(huán)保材料，一般作為保鮮劑被作用于食品生產(chǎn)過程中，殼聚糖還能夠有效地進行抑菌，在這個過程當中不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。殼聚糖形成的膜又被分為可使用膜和涂膜兩種，因為殼聚糖膜本身呈現(xiàn)出透明狀態(tài)，且能夠有效隔絕外界的氧氣，因此經(jīng)常被作為食品內(nèi)部的包裝與食品直接進行接觸，從而有效達到保鮮的作用。把殼聚糖制作成溶液的形態(tài)噴灑在新鮮水果的外表，能夠形成一種沒有氣味且不容易被觀察到的透明膜狀物，經(jīng)過這樣方式處理過的水果不需要去除掉殼聚糖膜就能夠直接進行食用。

殼聚糖除了本身是一種單膜形式，能夠被應用于食品保鮮的過程以外，還能夠和其他的物質(zhì)混合在一起形成復合薄膜，如可以將硼酸和三聚磷酸鹽與殼聚糖混合在一起，組成一種全新的復合膜，具有充分地透明度，同時也提升了膜在食物保鮮的過程當中所具有的阻隔水蒸氣的能力[6]。用殼聚糖以及單甘脂等物質(zhì)組成復合膜，噴灑在黃瓜上，能夠保證黃瓜維持良好的品質(zhì)以及較為合適的硬度，同時能夠有效地緩解黃瓜的失重反應，以及加強空氣中進行的呼吸活動。用殼聚糖發(fā)改性聚丙烯薄膜，組成果膠包裝，噴灑在西紅柿的外表，能夠有效地讓西紅柿保鮮更長的時間。把殼聚糖直接噴灑在新鮮的蓮藕切面上，能夠有效避免蓮藕的切面因為長時間接觸空氣變色，從而保存更長的時間。將殼聚糖與聚乳酸、淀粉等物質(zhì)進行混合也能夠形成復合膜，從中也能夠看出殼聚糖本身具有極其良好的成膜性。

2.4 聚羥基脂肪酸酯和聚羥基丁酸酯

聚羥基脂肪酸酯在人體與動物體內(nèi)能夠作為一種碳源或是一種幫助進行能量儲存的物質(zhì)而存在，聚羥基脂肪酸酯的本質(zhì)是一種聚合物，它是由300多類細菌組合而成的胞內(nèi)聚酯。聚羥基脂肪酸酯不僅具有與人工合成的高分子材料類似的特征，且具有大部分人工合成的高分子材料所沒有的特征。如聚羥基脂肪酸酯具有可降解的特征，具有生物相容性等。所以，聚羥基脂肪酸酯經(jīng)常被用來制作各類綠色包裝或是盛放食物的器皿。聚羥基脂肪酸酯無論是單獨進行使用或是與其他物質(zhì)融合在一起，都能夠合成效果較為良好的薄膜，這是由聚羥基脂肪酸酯所具有良好成膜特性以及圖層特性決定的，但在實際的應用過程當中，聚羥基脂肪酸酯受到其高昂的價格、較為脆弱及阻氣性等特征的限制，無法被大范圍應用。

聚羥基丁酸酯與聚羥基脂肪酸酯一樣是由多種細菌組合而成的一種生物性降解性聚酯，由于其所具有的環(huán)境友好性，被人們應用于食品包裝當中。然而聚羥基丁酸酯本身所具有的結(jié)晶度相對較強，本身較為脆弱，無法抵抗強烈的沖擊，這也使得聚羥基丁酸酯不能和其他的材料一樣被正常應用在食品包裝當中。將聚羥基丁酸酯和其他物質(zhì)混合在一起形成復合膜后，能夠有效提升聚羥基丁酸酯的堅韌性，同時能夠幫助提高聚羥基丁酸酯在食品包裝中應用的可能性。

2.5 其他生物可降解高分子材料

纖維素是植物細胞壁當中的一個重要組成部分，纖維素是一種天然有機物，具有極強的可降解性、生物相容性，且纖維素能夠從大部分植物當中獲取，提取所需成本較低，原料眾多，且具有較強的安全穩(wěn)定性，纖維素當中不具有毒素，不會對人體造成損害，因此經(jīng)常成為制造生物可降解高分子材料的一種主要原材料。有國內(nèi)學者運用常見的草漿為主要原材料制作出了可以在一次性餐具當中使用的紙板，利用甲基纖維素作為主要原材料，加入瓊脂與蜂蠟等物質(zhì)使得纖維素整體呈現(xiàn)出半透明狀態(tài)，表現(xiàn)為一種較為柔軟的可食用膜。

甲殼素是一種純天然的高聚物，同時也是世界上數(shù)量最多的多糖之一，甲殼素可以在蝦與螃蟹等甲殼類生物的外殼當中提取，也可以在菌類或是水藻類的細胞壁當中提取出來。用甲殼素來制作食品包裝，具有透氣性強、吸水性良好、耐藥性強與耐低溫等優(yōu)勢。

3? 結(jié)語

生物可降解高分子材料由于其獲取方式較為容易，且能夠在自然環(huán)境下被降解，能夠有效地避免不必要的環(huán)境污染，因此受到社會各界與食品包裝生產(chǎn)者的廣泛歡迎。當前，生物可降解高分子材料逐漸朝著更加商業(yè)化的方向發(fā)展，尤其是在食品包裝方面被廣泛應用。但這種材料本身存在著加工所需成本較高、工藝復雜以及性能不強等缺點，限制了其進一步普及，有待未來進一步的研究與發(fā)展，不斷探索，尋找真正能夠符合現(xiàn)代社會要求的生物可降解高分子材料。

參考文獻

[1] 瞿詩瑜，劉瑩.食品包裝中的生物可降解高分子材料運用[J].當代化工，2018，47（10）：2105-2108.

[2] 包桂娟.淺述可降解高分子材料在食品包裝上的應用[J].建材與裝飾，2019（21）：200-201.

[3] 許世星.生物可降解高分子材料在食品包裝中的利用研究[J].消費導刊，2018（18）：42.

[4] 王蕾蕾.基于條件隨機場與深度學習的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預測[D].濟南：齊魯工業(yè)大學，2019.

[5] 張文華.食品包裝安全鏈的系統(tǒng)化設計方法研究[D].株洲：湖南工業(yè)大學，2018.

[6] 楊華.殼聚糖/納米TiO_2復合涂膜對芒果致腐霉菌抑制效果研究[D].成都：西華大學，2020.