生物可降解高分子材料地域農(nóng)產(chǎn)品品牌包裝應(yīng)用研究*

加純?nèi)A，林 楓

（榆林學(xué)院,陜西榆林719000）

高分子材料的飛速發(fā)展為人類社會生產(chǎn)、生活帶來了極大的便捷。然而，由于大多數(shù)高分子材料耐腐蝕性能較好，導(dǎo)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(yán)重的環(huán)境污染[1]。隨著現(xiàn)代人口劇增及資源的過度消耗以及全球環(huán)境污染、生態(tài)破壞的加劇，利用傳統(tǒng)高分子材料制備的產(chǎn)品外包裝已經(jīng)逐漸對全球環(huán)境形成了較大的威脅，急需通過開發(fā)、利用可降解性的高分子材料進行傳統(tǒng)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(rèn)證無公害農(nóng)產(chǎn)品350個、綠色食品38個、有機農(nóng)產(chǎn)品56個、地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品36個。純綠色、天然無污染優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品是榆林農(nóng)產(chǎn)品的特點，榆林市農(nóng)產(chǎn)品要打造自己的品牌，需要圍繞榆林農(nóng)產(chǎn)品的“綠色”“天然”“無污染”特點，在包裝設(shè)計上樹立地域品牌和特色的新型產(chǎn)品包裝觀念，產(chǎn)生一批有影響力的農(nóng)產(chǎn)品品牌。因此，利用生物可降解高分材料進行區(qū)域特色農(nóng)產(chǎn)品品牌包裝成為該地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品綠色可持續(xù)發(fā)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(guī)則對生物可降解高分子材料進行的分類。根據(jù)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(qū)別，可分為天然、微生物合成等類型。本文將主要依據(jù)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(fù)單元連接成的線型長鏈為基本結(jié)構(gòu)的高分子量化合物，如自然界中廣泛存在的生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、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(nèi)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(yīng)用于人類社會生產(chǎn)、生活的各個場景。利用天然高分子材料制備而成的產(chǎn)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(chǎn)生負(fù)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(huán)保性和資源節(jié)約雙重優(yōu)勢[4]。但是，天然高分子材料通常不具備較強的熱力學(xué)性能，對于部分特殊產(chǎn)品的可應(yīng)用價值較低。對于天然高分子材料開展共混等化學(xué)修飾，成為當(dāng)前天然高分子材料應(yīng)用于產(chǎn)品品牌包裝環(huán)節(jié)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(nèi)微生物菌進行處理加工，最終得到的一類結(jié)構(gòu)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(yōu)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(xiàn)CO2、H2O的完全轉(zhuǎn)變，不會對自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響[5]。然而，當(dāng)前利用該方法制備的微生物合成高分子材料包裝，多應(yīng)用于醫(yī)藥、電子等產(chǎn)業(yè)，食品尤其農(nóng)副食品之類附加值較低的行業(yè)尚無法承受高額的費用成本，因而無法廣泛使用。

1.3 化學(xué)合成高分子材料

化學(xué)合成可降解高分子材料，是指通過將分子結(jié)構(gòu)中含有酯基的相對分子質(zhì)量已知的各種原材料進行聚合反應(yīng)，所生成的一系列聚合物等?；瘜W(xué)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(xué)聚合反應(yīng)合成高分子材料方法如圖2所示。

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

化學(xué)合成高分子材料主要包括結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料，在使用過程中多以材料強度、剛性等特性為主要開發(fā)優(yōu)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(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)不同的產(chǎn)品需求對高分子材料結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，從而獲得更加環(huán)保、性能更為優(yōu)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(yōu)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?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展，摻混型高分子材料已經(jīng)逐步實現(xiàn)了完全生物降解，如以淀粉為基質(zhì)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(nóng)產(chǎn)品品 牌包裝應(yīng)用

生物可降解高分子材料在產(chǎn)品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用已極為常見，但由于農(nóng)產(chǎn)品與其他產(chǎn)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(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品牌包裝領(lǐng)域。榆林市經(jīng)過多年的不斷嘗試，遴選出幾類適合農(nóng)產(chǎn)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(dāng)前最受歡迎的一種包裝材料制備形式。與傳統(tǒng)的可降解膜材料相比，利用淀粉材料為基礎(chǔ)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(nóng)產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品品牌包裝領(lǐng)域進一步應(yīng)用。因此，部分企業(yè)開始嘗試?yán)镁奂簝?nèi)酯等高分子聚合物與淀粉材料進行共混制備新型農(nóng)產(chǎn)品品牌包裝材料，在充分利用淀粉可完全生物降解的基礎(chǔ)上提升了材料的延展性和柔韌性[8]。

2.2 蛋白質(zhì)薄膜

蛋白質(zhì)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(zhì)薄膜自身特殊的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，又使其具備了較為良好的阻隔性。例如，膠原蛋白是一種構(gòu)成生物體內(nèi)結(jié)締組織的重要天然結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，利用膠原蛋白制備而成的農(nóng)產(chǎn)品蛋白質(zhì)包裝薄膜，具有極為優(yōu)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(nóng)副食品包裝紙，為農(nóng)產(chǎn)品提供食物黏合劑的功效?？墒秤眯阅z原蛋白薄膜具有良好的拉伸性能、熱穩(wěn)定性、阻隔性，在農(nóng)產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域擁有極強的性能優(yōu)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(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品包裝保鮮領(lǐng)域。利用殼聚糖制備而成的農(nóng)產(chǎn)品包裝，能夠為農(nóng)產(chǎn)品提供極為優(yōu)異的抑菌作用，部分殼聚糖制備的農(nóng)產(chǎn)品包裝還可以食用，在噴涂于農(nóng)產(chǎn)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(fù)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(nóng)產(chǎn)品生物可降解包裝開 發(fā)實踐

“包裝的結(jié)構(gòu)是包裝設(shè)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(dǎo)使用健康、無污染、資源消耗率低、可再生或可循環(huán)利用的材料為介質(zhì)，在滿足農(nóng)產(chǎn)品不受損害和呈現(xiàn)商品的基本信息的基本設(shè)計需求的同時，還要兼顧到環(huán)保、健康、人文、審美等多重功能，低碳環(huán)保材料的選擇是原生態(tài)包裝的關(guān)鍵要素之一。

榆林市地域農(nóng)產(chǎn)品包裝領(lǐng)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(huán)保性不及純天然的材料，但是大多也無毒無害，結(jié)束自己的使用壽命后，當(dāng)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(huán)境中發(fā)生降解現(xiàn)象，最終以無污染的形態(tài)進入人們的生活環(huán)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(jù)人們的需求制作成各種形狀、各種顏色的農(nóng)品產(chǎn)包裝。同時，由于純天然包裝材料受到結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的限制，往往還需要這種低碳環(huán)保人工材料的輔助才能完美發(fā)揮自己的功能。如“安康農(nóng)場”土雞蛋的內(nèi)包裝是軟質(zhì)的柴草，外包裝則是硬質(zhì)的紙盒（圖3）[9]，這樣的包裝設(shè)計一方面體現(xiàn)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(nóng)場”土雞蛋內(nèi)包裝Fig. 3 Inner packing of "Ankang Farm" native eggs

榆林農(nóng)產(chǎn)品以蘋果、羊子、紅棗、馬鈴薯、中藥材、小雜糧為主，這些農(nóng)產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)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(shè)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(guān)聯(lián)設(shè)計也至關(guān)重要，農(nóng)產(chǎn)品的包裝設(shè)計要與農(nóng)產(chǎn)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?！庇秒p星牡丹印花布作為包裝材質(zhì)，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(jīng)常用到，既有歷史感也有鄉(xiāng)土感，可以作為現(xiàn)代人收藏的東西，很受市場歡迎。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，商品市場產(chǎn)生了較大的變化，許多商品涌入到市場當(dāng)中，傳統(tǒng)的市場競爭也變成了品牌的競爭。農(nóng)產(chǎn)品的包裝設(shè)計是塑造農(nóng)產(chǎn)品品牌的重要手段之一，產(chǎn)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(fā)展。榆林農(nóng)產(chǎn)品在產(chǎn)品認(rèn)證、質(zhì)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(chǎn)生了較大影響力。但是生態(tài)化的包裝理念并未得到普遍的體現(xiàn)，普通塑料仍然是榆林農(nóng)產(chǎn)品主流的包裝材料。包裝形式大多雷同化，生態(tài)化的生產(chǎn)過程僅僅在網(wǎng)銷產(chǎn)品的網(wǎng)頁上有所涉及，并未在產(chǎn)品包裝上得到體現(xiàn)，榆林生態(tài)故事也沒有涉及。因此，榆林農(nóng)產(chǎn)品包裝應(yīng)該由政府引導(dǎo)和推動，在公共品牌農(nóng)產(chǎn)品和認(rèn)證農(nóng)產(chǎn)品中大力推廣生物可降解包裝設(shè)計理念，充分融入榆林自然生態(tài)和人文生態(tài)元素，打造既具有鮮明個性特征，又具有顯著地域特色的農(nóng)產(chǎn)品品牌。