可食性包裝材料發(fā)展芻議

楊鑠冰 楊濤

（1.江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院；2.江蘇光輝包裝材料有限公司）

可食性包裝材料，顧名思義就是可以食用的用作包裝的材料，是由可食性生物基物質(zhì)為主原料加工制作而成的一種包裝材料。多為包裝膜紙類(lèi)和涂層類(lèi)產(chǎn)品，也有少量容器，主要用于食品、藥品的內(nèi)包裝。

在當(dāng)前綠色、低碳、環(huán)保的生產(chǎn)、生活發(fā)展背景下，可食性包裝材料雖存在成本高、性能不太完備、應(yīng)用局限性大等缺陷，但因其生物基屬性，無(wú)廢棄物污染，全自然循環(huán)等特性，以及具有較廣闊的產(chǎn)品創(chuàng)新空間，已成為食品包裝材料創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。

1. 可食性包裝材料發(fā)展現(xiàn)狀

可食性包裝材料的發(fā)展，在我國(guó)可追溯到數(shù)百年前，據(jù)史料記載，明朝鄭和下西洋時(shí)已使用蜂蠟包裝水果，用于長(zhǎng)時(shí)間保鮮和貯藏。流傳至今仍被廣泛使用的香腸用動(dòng)物腸衣，以及糖果防粘用的糯米紙，都是可食性包裝材料的優(yōu)秀傳統(tǒng)代表產(chǎn)品。

近些年來(lái)，隨著食品工業(yè)及生物提純技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，包裝材料制造裝備和工藝的提升與完善，可食性包裝材料的取材已基本脫離了初級(jí)動(dòng)植物品，走向了精細(xì)化、專(zhuān)業(yè)化、復(fù)合化的發(fā)展道路，包裝材料加工制作也更趨向于機(jī)械化、工業(yè)化，產(chǎn)品品種不斷豐富出新，附加功能有效拓展與提升，逐漸發(fā)展成為一個(gè)綠色特征明顯的食品包裝材料行業(yè)分支。

1.1 可食性包裝材料分類(lèi)

可食性包裝材料按應(yīng)用方式分為包裝膜（紙）、涂層和包裝容器等，按主要原材料結(jié)構(gòu)成分分為多糖類(lèi)、蛋白質(zhì)類(lèi)、脂質(zhì)類(lèi)以及復(fù)合型四類(lèi)。后者是行業(yè)中慣用的分類(lèi)方式，本文也采用這種分類(lèi)方式介紹可食性包裝材料相關(guān)情況。

1.1.1 多糖類(lèi)可食性包裝材料

多糖類(lèi)可食性包裝材料是以多糖食品或其提取物為基料，加工制得的包裝材料。根據(jù)多糖基料的品種和具體成分，又可分為淀粉類(lèi)、纖維素類(lèi)、普魯蘭類(lèi)、殼聚糖類(lèi)、海藻酸鹽類(lèi)等多個(gè)品種。

淀粉類(lèi)多以谷物淀粉為基料，用于可食性包裝材料基料的淀粉又分為直鏈淀粉、羥基丙醇淀粉、糊精等不同品種?？墒承园b材料用的纖維素類(lèi)基料多來(lái)源于果蔬、果蔬加工下腳料、秸稈等，按照成分又分為甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和果膠等。普魯蘭類(lèi)是以苕干、土豆、木薯碎米等農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)發(fā)酵后產(chǎn)生的生物高分子化合物茁霉多糖為基料。海藻酸鹽類(lèi)以海洋褐藻類(lèi)植物提取物——海藻酸鈉和/或海藻酸鉀為基料。

多糖是由大于10 個(gè)的單糖通過(guò)苷鍵連接而成的高分子碳水化合物，一般不溶于水，但可以水解。多糖在溶解性能上的特殊性，導(dǎo)致其水溶液具有較大的粘度，易形成凝膠。多糖類(lèi)可食性包裝材料主要是利用這種特性加工制備的。由于多糖物質(zhì)具有特殊的長(zhǎng)鏈螺旋分子結(jié)構(gòu)，由其制得的包裝材料化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，阻油性好。但多糖分子中含有大量的羥基等極性基團(tuán)，因此，此類(lèi)包裝材料親水性較好，阻濕性較差。

1.1.2 蛋白質(zhì)類(lèi)可食性包裝材料

蛋白質(zhì)類(lèi)可食性包裝材料是以蛋白質(zhì)為主原料加工而成，根據(jù)蛋白質(zhì)來(lái)源不同，又分為膠原蛋白包裝材料、乳基蛋白包裝材料和谷物蛋白包裝材料。膠原蛋白包裝材料是以動(dòng)物蛋白質(zhì)為基料。乳基蛋白包裝材料是以乳清蛋白質(zhì)和乳酪蛋白質(zhì)或兩者組合的蛋白質(zhì)為基料。谷物蛋白包裝材料則分別以玉米蛋白、小麥谷蛋白、大豆蛋白、麩糠蛋白等為基料。

蛋白質(zhì)是由α -氨基酸通過(guò)肽鍵構(gòu)成的高分子化合物，在蛋白質(zhì)分子中存在著氨基和羧基，所以蛋白質(zhì)為兩性物質(zhì)。蛋白質(zhì)分子直徑達(dá)到了膠體微粒的大小，所以蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)。同時(shí)變性是蛋白質(zhì)另一重要特征，其在熱、酸、堿、重金屬鹽、紫外線等作用下，會(huì)發(fā)生性質(zhì)上的改變而凝結(jié)起來(lái)，且這種凝結(jié)是不可逆的。利用蛋白質(zhì)這種特性，通過(guò)熱變性或物理化學(xué)（加入其他添加劑）變性制得蛋白質(zhì)包裝材料。該類(lèi)型可食性包裝材料的產(chǎn)品多為薄膜和涂層形式。蛋白質(zhì)包裝材料具有良好的強(qiáng)度、彈性、防潮性、自然降解性。膠原蛋白質(zhì)膜更是具有較好的生物相容性。蛋白質(zhì)類(lèi)可食性包裝材料具有較好的阻濕性和阻氧性，但阻氧性受環(huán)境濕度影響較大[1]。

1.1.3 脂質(zhì)類(lèi)可食性包裝材料

脂質(zhì)類(lèi)即脂肪類(lèi)可食性包裝材料是以脂肪組織為基料加工而成的，根據(jù)不同的脂肪來(lái)源又分為植物油型、動(dòng)物脂型和蠟質(zhì)三類(lèi)。植物油型包裝材料是以桂樹(shù)脂酸、亞麻油酸、棕櫚油、向日葵油、椰子油、紅花油和菜籽油等植物油為基料。動(dòng)物脂型包裝材料是以無(wú)水乳脂、豬油等材料為基料；蠟質(zhì)型包裝材料是以蜂蠟、小濁樹(shù)脂蠟等材料為基料[2]。

脂質(zhì)類(lèi)物質(zhì)主要有油脂、類(lèi)脂和蠟三類(lèi)。油脂通常具有較高的粘度，這主要來(lái)源于其長(zhǎng)鏈分子間的吸引力，油脂具有觸變性，當(dāng)外加切應(yīng)力超過(guò)某個(gè)臨界值后，體系就會(huì)發(fā)生永久變形，表現(xiàn)出可塑性。某些油在空氣中放置，表面能生成一層干燥而有韌性的薄膜，這種現(xiàn)象叫做干化。如桐油，不但干化快，而且形成的薄膜韌性好，可耐冷、熱和潮濕。動(dòng)物脂肪組織中的網(wǎng)狀纖維很發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)致密，可以作為包裝材料的“骨架”成型。蠟類(lèi)是高碳脂肪酸與一元醇形成的脂類(lèi)，高溫熔融可流動(dòng)塑型，低溫后固化定型，其與油脂共用，可提高液態(tài)油的熔點(diǎn)，賦予油脂更好的觸變性。由于脂質(zhì)類(lèi)材料有較強(qiáng)的疏水性，含脂質(zhì)的涂層和包裝材料通常具有良好的阻水性，可以調(diào)節(jié)新鮮果蔬的呼吸作用，降低果蔬的腐爛速率和損耗量。特別適用于果蔬的涂層保鮮。

1.1.4 復(fù)合型可食性包裝材料

由單一類(lèi)型的基料制成的可食性包裝材料實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往存在一些不足，如多糖類(lèi)和蛋白質(zhì)類(lèi)可食性包裝材料，自身具有親水性，所以制成的包裝材料阻水性較差，透水率較高。而疏水性好的脂質(zhì)類(lèi)包裝材料則具有優(yōu)越的阻水性，能緩解或完全防止氧氣和二氧化碳的遷移，但易發(fā)生厭氧反應(yīng)，影響包裝物貯藏效果。

復(fù)合型可食性包裝材料是依據(jù)包裝材料使用性能要求，選取蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)三大類(lèi)型中的兩種或多種基料，按照不同比例組配并加工成的一類(lèi)可食性包裝材料產(chǎn)品，如蛋白質(zhì)/脂肪酸/淀粉復(fù)合膜、玉米淀粉/海藻酸鈉復(fù)合膜、脂質(zhì)/羥甲基纖維素復(fù)合膜、醇蛋白/蜂蠟復(fù)合型涂層液等等。通過(guò)將不同類(lèi)型的基料復(fù)合使用，使可食性包裝材料相關(guān)性能互補(bǔ)增強(qiáng)，克服了單一類(lèi)型基料包裝材料的產(chǎn)品缺陷。

這里所講的復(fù)合型，是指三大類(lèi)可食性包裝材料基料不同類(lèi)型之間或同類(lèi)不同品種之間的多組分復(fù)合。如果從配方構(gòu)成及相關(guān)組分具體作用看，除初期的少量可食性包裝材料外，絕大多數(shù)商業(yè)化或文獻(xiàn)披露的研制產(chǎn)品均應(yīng)算作復(fù)合型可食性包裝材料產(chǎn)品。

特別是近年來(lái)推出的可食性包裝材料新品，不僅包裝材料的綜合性能越來(lái)越優(yōu)異，還賦予了包材很多特殊功能，這其中很重要的原因是所使用的添加劑功效作用提升，以及加工成型技術(shù)進(jìn)步。隨著高效、功能化助劑品種的不斷更新發(fā)展，利用助劑改善調(diào)節(jié)可食性包裝材料性能，提升包裝材料某項(xiàng)功能，變得更加方便快捷。因此，新型、高效助劑的研制和應(yīng)用成為可食性包裝材料重要研究?jī)?nèi)容和熱點(diǎn)之一。但這種趨勢(shì)應(yīng)引起行業(yè)人士及相關(guān)監(jiān)管部門(mén)的重視和關(guān)注，因?yàn)榭墒承园b材料是允許被食用的，所以需要特別注意這些新助劑本身及應(yīng)用的安全屬性問(wèn)題。

1.2 可食性包裝材料應(yīng)用情況

可食性包裝材料具有保護(hù)和保持食品品質(zhì)、綠色環(huán)保、可一同食用的特點(diǎn)，有些可食性包裝材料還具有優(yōu)良的阻氣、阻水、抗菌等不同的特殊包裝保護(hù)功能，在食品、藥品包裝工業(yè)中已有一定市場(chǎng)應(yīng)用，主要用于果蔬包裝與保鮮，禽蛋類(lèi)、糕點(diǎn)、干貨、調(diào)味料、冷凍食品以及肉類(lèi)保鮮等產(chǎn)品的包裝上。隨著可食性包裝材料綜合性能的提升，可食性包裝材料在食品及藥品包裝領(lǐng)域應(yīng)用不斷拓展，并展現(xiàn)出了較好的發(fā)展前景。一些研究已開(kāi)始嘗試讓可食性材料在其他領(lǐng)域發(fā)揮作用。

各類(lèi)型可食性包裝材料的特性及應(yīng)用情況匯總，如表1 所示。

表1 可食性包裝材料的分類(lèi)、特性及應(yīng)用（續(xù)表）

表1 可食性包裝材料的分類(lèi)、特性及應(yīng)用[3-8]

2. 可食性包裝材料發(fā)展瓶頸和問(wèn)題

可食性包裝材料雖經(jīng)過(guò)近些年，特別是近幾年的快速發(fā)展，已有幾十種甚至上百種不同類(lèi)型的新品被研發(fā)出來(lái)，一些產(chǎn)品還實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和市場(chǎng)化，但確切地講可食性包裝材料行業(yè)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，仍有很多問(wèn)題阻礙著該類(lèi)包裝材料快速、全面地應(yīng)用發(fā)展。

2.1 可食性包裝材料包裝性能需進(jìn)一步提升

可食性包裝材料是由食品工業(yè)衍生出來(lái)的一個(gè)行業(yè)分支，隨著食品多樣化、精制化、綠色化的發(fā)展而不斷壯大，逐漸形成了如今的一個(gè)小的包裝行業(yè)類(lèi)型。由于其脫胎于食品工業(yè)并以服務(wù)食品包裝為主，所以可食性包裝材料的研制更偏向于“可食”性，而對(duì)“包裝”功用重視度不足。

另外，可食性包裝材料所用主原料來(lái)源于生物基物質(zhì)，以多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)為主，受限于當(dāng)前所選取原材料性能以及加工成型技術(shù)，目前所開(kāi)發(fā)的可食性包裝材料雖通過(guò)各種主原料有機(jī)組合，以及功能助劑的性能改善增強(qiáng)，其機(jī)械、阻隔等綜合包裝性能有很大改觀，但和通用的塑料、紙質(zhì)包裝材料相比，多數(shù)性能方面仍有一定差距。

此外，可食性包裝材料產(chǎn)品基本以涂層和包裝膜、紙為主，并有少量容器類(lèi)包裝盒、杯等制品，而其他形式的包裝制品則比較匱乏，這也不利于可食性包裝材料全面應(yīng)用發(fā)展。

2.2 可食性包裝材料工業(yè)化進(jìn)程有待加強(qiáng)

目前對(duì)各種可食性包裝材料加工成型機(jī)理，以及產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)特性等方面的研究較少?？墒承园b材料產(chǎn)品的研發(fā)多為簡(jiǎn)單的有關(guān)性能的改善與提升，缺乏整體全面的產(chǎn)品功能化設(shè)計(jì)及制備技術(shù)研究。

新品研制基本停留在實(shí)驗(yàn)室小樣制備和小批量生產(chǎn)上，不僅缺乏原理方面的理論支持，更缺乏相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的加工技術(shù)參數(shù)。這導(dǎo)致了可食性包裝材料雖看起來(lái)新品不少，但很多產(chǎn)品的性能重合，而該類(lèi)包裝材料的一些核心缺陷問(wèn)題卻遲遲沒(méi)能很好解決。

此外，小批量生產(chǎn)導(dǎo)致了產(chǎn)品生產(chǎn)成本虛高，再疊加高的原材料成本，更推高了可食性包裝材料的成本與價(jià)格，阻礙該類(lèi)材料在食品包裝行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

2.3 可食性包裝材料產(chǎn)品多功能化問(wèn)題待解，市場(chǎng)接受度存疑

可食性包裝材料由于其具有可食特性，所以在該包材外面還需要增加一層保護(hù)包裝，否則可食性包裝被污染，將無(wú)法與包裝的食品一同食用。這無(wú)形中給被包裝商品增加了一層包裝，與當(dāng)前提倡的包裝減量、減薄的綠色發(fā)展理念不太符合。這是很多專(zhuān)業(yè)人士不太認(rèn)可可食性包裝材料的主要原因。

可食性包裝材料的“食品”性質(zhì)，還會(huì)導(dǎo)致其存在易吸水、發(fā)霉、腐爛變質(zhì)，以及蟲(chóng)、鼠動(dòng)物侵害等缺陷問(wèn)題，這些問(wèn)題也成為其作為包裝材料的一大弱勢(shì)。

此外，被包裝物品的性能千差萬(wàn)別，對(duì)包裝材料性能要求也各不相同，一些特定物品還有某些特殊要求，這就需要包裝材料能較好滿足這種差異化包裝需求。但當(dāng)前的可食性包裝材料在這方面是比較欠缺的，尚不能全面滿足這種需求。

因此，可食性包裝材料雖成為當(dāng)今食品工業(yè)和包裝材料的研究熱點(diǎn)之一，但其全面發(fā)展之路依舊任重道遠(yuǎn)，有很多問(wèn)題需要解決與完善，有些問(wèn)題還需要改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念和觀念來(lái)突破。

3. 對(duì)可食性包裝材料發(fā)展的思考及建議

針對(duì)當(dāng)前可食性包裝材料發(fā)展面臨的諸多問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前包裝材料“綠色、低碳、環(huán)保、循環(huán)”的發(fā)展理念，提出如下一些建議，供參考。

3.1 加強(qiáng)可食性包裝材料功能化發(fā)展，精準(zhǔn)、科學(xué)產(chǎn)品定位，破解—雙層‖包裝問(wèn)題

可食性包裝材料因其“可食”特性，作為食品包裝時(shí)需要用一層外包裝進(jìn)行整體保護(hù)，這無(wú)疑將增加食品包裝物的層數(shù)和成本，如果內(nèi)包裝——可食性包裝材料能有效提供食品包裝物所需的阻隔、阻水、保香、抗菌、保護(hù)等功能。外包裝僅提供一種防塵保護(hù)及宣傳等常規(guī)包裝作用。這樣就可實(shí)現(xiàn)食品包裝的單一化，因?yàn)樽鳛閮?nèi)包裝的可食性包裝材料將會(huì)與食品一同被食用，而真正產(chǎn)生的包裝廢棄物只有外層包裝。即使內(nèi)包裝材料沒(méi)有被一同食用，其也可自然降解，不會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。

因此，采用這種可食性內(nèi)包裝形式，便于食品包裝材料廢棄物的回收處理、循環(huán)利用，可有效解決軟包裝材料回收率過(guò)低的行業(yè)難題，更利于包裝綠色化發(fā)展。當(dāng)然這需要大幅提升可食性包裝材料的相關(guān)功能性，并進(jìn)行科學(xué)的包裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)和定位。

3.2 深入研究、利用可食性包裝材料的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域

較全面系統(tǒng)地研究各種類(lèi)型、各種形式的可食性包裝材料的物理、化學(xué)、加工性能，綜合分析、設(shè)計(jì)各種可食性包裝材料的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形式，最大限度地提升該類(lèi)材料的包裝使用功能。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前食品保存和食用過(guò)程中的一些痛點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，使其更好地滿足食品等包裝物對(duì)包裝材料的具體需求。

首先，做好涂層和膜紙類(lèi)可食性包裝材料產(chǎn)品的整合及新品開(kāi)發(fā)，推出一批綜合性能優(yōu)異的工業(yè)化可食性包裝材料產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)出一系列針對(duì)具體問(wèn)題而研制的新品，比如，麻花等酥脆型點(diǎn)心，在食用過(guò)程中易出現(xiàn)掉渣問(wèn)題，造成浪費(fèi)與污染，可開(kāi)發(fā)一種具有酥脆口感又有很好韌性及包覆能力的可食性改性果蔬膜紙作為內(nèi)包裝，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

其次，通過(guò)可食性包裝材料綜合性能的提升，使其向涂層和膜紙外食品包裝產(chǎn)品領(lǐng)域發(fā)展，研制并生產(chǎn)出更多的容器、瓶、盒、板材等類(lèi)型的可食性包裝產(chǎn)品。比如，已經(jīng)市場(chǎng)化的澳大利亞炸土豆片包裝容器[9]，肯德基scoffee cup 咖啡杯等[10]。

最后，利用可食性包裝材料的相關(guān)特性，向食品外包裝行業(yè)及其他應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。如，包藥片用的特色糯米紙；可食性包裝材料助食用香精或香料的微膠囊化技術(shù)；幾丁質(zhì)多糖膜可作為人工皮膚或手術(shù)用線，并可肌體降解吸收；再生纖維素膜可用于血液透析、血漿分離和消除病毒。

來(lái)自德國(guó)哥廷根大學(xué)的科學(xué)家 Alireza Kharazipour 教授研發(fā)出一種用玉米爆米花制作的緩沖、絕緣材料[11]，用于替代膨脹的聚苯乙烯(EPS)泡沫。玉米爆米花泡沫不僅有聚苯乙烯耐熱，保溫，可降解等一系列特點(diǎn)，更重要的是成本便宜。

3.3 利用農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)廢棄物資源加工制作高品質(zhì)可食性包裝材料是一個(gè)重要發(fā)展方向

食品下腳料、劣質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品作為食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)的廢棄物，產(chǎn)量巨大，利用率低，在造成資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，還會(huì)帶來(lái)一定的環(huán)境污染。這些廢棄物如甘蔗渣、果蔬加工下腳料等，其中含有大量的有機(jī)物、纖維素或蛋白質(zhì)等多種有用成分，經(jīng)再加工可用于生物降解薄膜如微生物共聚酯PHB、PHA 等的制備，也可作為可食性包裝材料的基料直接使用。

利用這些廢棄物加工制作可食性包裝材料，即節(jié)約了資源又降低了成本，同時(shí)借助生物發(fā)酵技術(shù)和生物降解原料制備與加工技術(shù)，還能有效提升可食性包裝材料的性能，使可食性包裝材料能更好滿足包裝市場(chǎng)需求。