環(huán)保型生物基食品包裝材料的開發(fā)與應(yīng)用探討

摘 要：在食品包裝行業(yè)，面對(duì)傳統(tǒng)石油基材料帶來(lái)的環(huán)境污染問題，生物基材料以其可再生、可降解的特性成為綠色包裝的新寵。然而，在其開發(fā)與應(yīng)用過程中，仍面臨著生產(chǎn)成本高、性能穩(wěn)定性不足、回收再利用體系不完善及消費(fèi)者認(rèn)知度低等一系列問題挑戰(zhàn)。基于此，文章分析了食品包裝材料的重要性及生物基包裝材料的崛起過程，介紹了生物基食品包裝材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，闡述了生物基食品包裝材料的開發(fā)過程，并針對(duì)生物基食品包裝材料開發(fā)與應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)提出了相應(yīng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：環(huán)保型；生物基；食品包裝材料；開發(fā)；應(yīng)用

Development and Application of Environmentally Friendly Bio-Based Food Packaging Materials

ZHANG Lingling

（Jiangsu Sheyang Secondary Professional School， Yancheng 224000， China）

Abstract： In the food packaging industry， in the face of environmental pollution caused by traditional petroleum-based materials， bio-based materials have become the new favorite of green packaging with their renewable and degradable characteristics. However， in its development and application process， it still faces a series of challenges such as high production cost， insufficient performance stability， imperfect recycling system and low consumer awareness. Based on this， this paper analyzes the importance of food packaging materials and the rise of bio-based packaging materials， introduces the characteristics and advantages of bio-based food packaging materials， expounds the general development process of bio-based food packaging materials， and puts forward the corresponding countermeasures to the challenges faced in the development and application of bio-based food packaging materials.

Keywords： environmental protection; bio-based; food packaging materials; develop; apply

隨著全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，環(huán)保型包裝材料的需求日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)石油基食品包裝材料在生產(chǎn)、使用及廢棄過程中對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，而生物基材料以其獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)勢(shì)逐漸成為替代選擇。生物基食品包裝材料來(lái)源于可再生資源，減少了對(duì)化石燃料的依賴，且具有良好的生物降解性，能有效降低環(huán)境污染。本文通過深入分析這些挑戰(zhàn)，并提出應(yīng)對(duì)策略，旨在為環(huán)保型生物基食品包裝材料的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 食品包裝材料的重要性及生物基包裝材料的崛起

1.1 食品包裝材料的重要性

在現(xiàn)代食品工業(yè)中，食品包裝材料作為保護(hù)食品質(zhì)量、延長(zhǎng)保質(zhì)期、促進(jìn)商品流通的重要媒介，不僅關(guān)乎食品安全，還直接影響消費(fèi)者的健康、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。①食品包裝材料是保障食品安全的第一道防線。優(yōu)質(zhì)的包裝材料能有效隔絕外部環(huán)境中的氧氣、水分、光線、微生物及化學(xué)污染物等不利因素，防止食品受到污染和變質(zhì)。例如，真空包裝和氮?dú)馓畛浒b通過減少食品與氧氣的接觸，抑制了需氧微生物的生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了食品的貨架期。此外，一些特殊的包裝材料，如含有抗菌成分的塑料薄膜，能進(jìn)一步降低食品受污染的風(fēng)險(xiǎn)，確保食品從生產(chǎn)到消費(fèi)整個(gè)過程中的安全。②食品包裝材料對(duì)提升食品品質(zhì)具有重要作用。恰當(dāng)?shù)陌b能夠保持食品原有的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分，避免其在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中發(fā)生不良變化。例如，氣調(diào)包裝能夠通過調(diào)節(jié)包裝內(nèi)的氣體成分，抑制食品呼吸作用，延緩食品老化，同時(shí)保持食品的色澤和口感。對(duì)于易碎或易變形的食品，采用具有良好防震和抗壓性能的包裝材料，可以有效防止食品在運(yùn)輸過程中發(fā)生破損和變形，保持其完整性和美觀性。③食品包裝材料在促進(jìn)商品流通和市場(chǎng)營(yíng)銷方面也發(fā)揮著重要作用。精美的包裝設(shè)計(jì)能夠吸引消費(fèi)者購(gòu)買，提升產(chǎn)品的附加值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，包裝上的標(biāo)簽、說明和條形碼等信息，為商品的識(shí)別、分類、儲(chǔ)存和銷售提供了便利。在全球化的市場(chǎng)環(huán)境下，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的食品包裝材料還能夠幫助企業(yè)突破貿(mào)易壁壘，拓展國(guó)際市場(chǎng)。④從環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，食品包裝材料的選擇和使用至關(guān)重要。傳統(tǒng)的石油基包裝材料在生產(chǎn)、使用和廢棄過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物和溫室氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，開發(fā)和使用環(huán)保型生物基包裝材料已成為行業(yè)共識(shí)。這類材料不僅可以有效減少環(huán)境污染和碳排放，還能促進(jìn)資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展[1]。

1.2 生物基包裝材料的崛起

生物基包裝材料的崛起是環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)下的一個(gè)重要里程碑。隨著全球?qū)λ芰衔廴締栴}的關(guān)注加深，傳統(tǒng)石油基塑料因其難以降解的特性，正逐漸被生物基包裝材料所取代。

生物基包裝材料主要由可再生資源，如玉米淀粉、甘蔗等制成，并通過發(fā)酵和化學(xué)合成過程生產(chǎn)，如聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）和聚羥基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）等。這些材料不僅在生產(chǎn)過程中減少了對(duì)化石燃料的依賴，還顯著降低了溫室氣體排放。更重要的是，它們?cè)谑褂煤竽茉谧匀画h(huán)境中完全降解，有效避免了“白色污染”，為地球生態(tài)環(huán)境提供了有力保護(hù)。

在食品包裝領(lǐng)域，生物基材料憑借其良好的阻隔性、透明度和可降解性，已成為綠色轉(zhuǎn)型的首選材料。例如，從飲料瓶、餐具到保鮮膜，PLA等生物基材料正廣泛應(yīng)用于各類食品包裝中，并受到雀巢、星巴克等品牌的青睞。此外，它們還在農(nóng)業(yè)地膜、紡織品等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[2]。

2 生物基食品包裝材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

2.1 可降解性

生物基食品包裝材料最顯著的特點(diǎn)之一是其可降解性。與傳統(tǒng)石油基塑料相比，生物基材料在自然環(huán)境中能夠被微生物分解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無(wú)害物質(zhì)，回歸自然循環(huán)。這種特性有效解決了傳統(tǒng)塑料包裝材料難以降解、易造成環(huán)境污染的問題。在食品包裝領(lǐng)域，采用生物基材料不僅能夠減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的壓力，還能降低回收處理的成本和難度，實(shí)現(xiàn)包裝廢棄物的資源化利用。

2.2 可再生性

生物基食品包裝材料的原料主要來(lái)源于可再生的生物質(zhì)資源，如農(nóng)作物秸稈、林木廢棄物、微生物發(fā)酵產(chǎn)物等。這些資源在自然界中能夠持續(xù)再生，不會(huì)枯竭。因此，生物基材料在生產(chǎn)過程中能夠減少對(duì)石油等不可再生資源的依賴，降低資源消耗和環(huán)境破壞。同時(shí)，通過農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用，還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。

2.3 環(huán)保性

生物基食品包裝材料的環(huán)保性體現(xiàn)在多個(gè)方面。①由于其可降解性和可再生性，材料在整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響顯著降低。②生物基材料的生產(chǎn)過程通常采用較為溫和的化學(xué)反應(yīng)和物理處理方法，相比傳統(tǒng)塑料的生產(chǎn)過程，它能夠減少有害物質(zhì)的排放和能源的消耗。③生物基材料在使用過程中具有優(yōu)異的性能，如良好的阻隔性、透明度和機(jī)械強(qiáng)度等，能夠滿足食品包裝的各項(xiàng)要求，保障食品的安全和品質(zhì)。

在具體應(yīng)用上，生物基食品包裝材料在延長(zhǎng)食品保質(zhì)期、保持食品新鮮度方面表現(xiàn)出色。例如，PLA等生物基材料具有良好的透氣性和濕度控制功能，能夠有效調(diào)節(jié)包裝內(nèi)部環(huán)境，從而延長(zhǎng)食品的貨架期。此外，這些材料還可以通過添加抗菌劑等方式進(jìn)一步提升其保鮮性能，確保食品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中的安全[3]。

3 生物基食品包裝材料的開發(fā)過程

生物基食品包裝材料的開發(fā)是一個(gè)涉及多學(xué)科、多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，它要求在保證材料性能的同時(shí)，充分體現(xiàn)其環(huán)保性和可持續(xù)性。生物基食品包裝材料的開發(fā)過程主要包括以下幾個(gè)步驟。

3.1 原材料選擇

原材料的選擇是生物基食品包裝材料開發(fā)的首要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到材料的性能、成本以及環(huán)境影響。理想的生物基原材料應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)。①可再生性，即原材料來(lái)源于可持續(xù)的自然資源，如農(nóng)作物、林木廢棄物、微生物發(fā)酵產(chǎn)物等。②生物相容性，即原材料對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)與食品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。③易于加工，即能夠通過現(xiàn)有的或經(jīng)改良的生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)化為所需的包裝材料。在原材料選擇上，通常會(huì)進(jìn)行廣泛的調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，篩選出幾種具有潛力的原材料進(jìn)行深入研究。這些研究包括原材料的化學(xué)成分分析、物理性能測(cè)試、生物降解性能評(píng)估等，以確保所選原材料能夠滿足生物基食品包裝材料的各項(xiàng)要求。

3.2 設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝

設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝是生物基食品包裝材料開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。在這一階段，需要根據(jù)所選原材料的特性，設(shè)計(jì)合理的配方和生產(chǎn)工藝，以制備出性能優(yōu)良、成本合理的包裝材料。①設(shè)計(jì)過程包括材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和功能化改性等方面。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮材料的層次結(jié)構(gòu)和界面相互作用，以提高材料的阻隔性、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。性能優(yōu)化則通過調(diào)整配方中的添加劑種類和用量，改善材料的加工性能、降解速率和生物相容性等。功能化改性則是指賦予材料特殊的功能，如抗菌、抗氧化、智能監(jiān)測(cè)等，以滿足不同食品包裝的需求。②在生產(chǎn)工藝方面，生物基食品包裝材料的生產(chǎn)通常采用熔融擠出、注塑成型、吹膜等傳統(tǒng)的塑料加工技術(shù)。然而，由于生物基材料的特殊性質(zhì)，如較高的熔融溫度和較低的加工黏度，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝往往需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。例如，采用共混改性技術(shù)提高材料的加工性能，或采用特殊的模具設(shè)計(jì)來(lái)控制產(chǎn)品的尺寸和形狀。

3.3 質(zhì)量及性能測(cè)試

質(zhì)量及性能測(cè)試是生物基食品包裝材料開發(fā)過程中不可或缺的一環(huán)。通過對(duì)材料進(jìn)行全面的性能測(cè)試，可以評(píng)估其是否滿足食品包裝的各項(xiàng)要求，并為后續(xù)的生產(chǎn)和應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

性能測(cè)試主要包括以下幾個(gè)方面。①物理性能測(cè)試，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、熱變形溫度等，用于評(píng)估材料的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。②阻隔性能測(cè)試，如氧氣透過率、水蒸氣透過率等，用于評(píng)估材料對(duì)食品的保護(hù)性能。③生物降解性能測(cè)試，如降解速率、降解產(chǎn)物分析等，用于評(píng)估材料的環(huán)保性能。④安全性測(cè)試，如重金屬含量、遷移物檢測(cè)等，用于確保材料對(duì)人體無(wú)害。此外，為了更全面地評(píng)估生物基食品包裝材料的性能，還需要進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。這包括將材料制成包裝制品后，進(jìn)行食品模擬實(shí)驗(yàn)、貨架期實(shí)驗(yàn)等，以驗(yàn)證其在實(shí)際使用過程中的性能表現(xiàn)[4]。

4 環(huán)保型生物基食品包裝材料的應(yīng)用挑戰(zhàn)與策略

4.1 生產(chǎn)成本高

生產(chǎn)成本高是環(huán)保型生物基食品包裝材料推廣的主要障礙之一。以PLA為例，盡管PLA作為一種生物基可降解塑料，在食品包裝領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其生產(chǎn)成本顯著高于傳統(tǒng)石油基塑料。這主要是因?yàn)镻LA的原料主要來(lái)自農(nóng)作物，如玉米、甘蔗等，而這些原料的種植、收割、加工等環(huán)節(jié)均需要大量投入。此外，PLA的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較高，這也增加了其生產(chǎn)成本。

為了解決生產(chǎn)成本高的問題，政府有關(guān)部門可以通過提供研發(fā)補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等政策支持，降低企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)成本。同時(shí)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作，加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率。此外，加強(qiáng)國(guó)際合作，共享研發(fā)資源和市場(chǎng)渠道，也有助于降低成本并擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模。目前，國(guó)內(nèi)外企業(yè)紛紛加大研發(fā)投入，通過技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低成本。例如，安徽豐原、河南龍都天仁等國(guó)內(nèi)企業(yè)已具備較大規(guī)模的PLA生產(chǎn)能力，并能通過不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。

4.2 性能穩(wěn)定性問題

環(huán)保型生物基食品包裝材料在性能穩(wěn)定性方面可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響。例如，濕度、溫度等條件的變化可能導(dǎo)致材料性能的波動(dòng)，進(jìn)而影響食品的安全性和保質(zhì)期。以PLA為例，雖然其具有良好的生物降解性和機(jī)械性能，但在高溫、高濕環(huán)境下易發(fā)生變形和降解，影響其作為食品包裝的實(shí)用性。

為了降低環(huán)境因素的影響，相關(guān)企業(yè)需要通過材料改性技術(shù)提高生物基材料的穩(wěn)定性，如添加穩(wěn)定劑、交聯(lián)劑等，以增強(qiáng)其抗?jié)?、抗熱等性能。同時(shí)，加強(qiáng)材料的環(huán)境適應(yīng)性研究，明確其在不同環(huán)境條件下的性能表現(xiàn)，為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。此外，還需建立完善的檢測(cè)體系，確保材料在使用過程中的性能穩(wěn)定可靠。

4.3 回收與再利用難題

盡管生物基材料具有可降解性，但在回收和再利用方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的垃圾分類和處理體系可能無(wú)法有效分揀和處理這些材料，導(dǎo)致它們最終被誤投或無(wú)法得到有效利用。以PLA為例，雖然其可生物降解，但在實(shí)際回收過程中，由于與其他塑料的區(qū)分難度大，往往被混入傳統(tǒng)塑料廢棄物中處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的循環(huán)利用。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，相關(guān)企業(yè)需要建立和完善生物基材料的回收與再利用體系。①可以通過加強(qiáng)公眾教育和宣傳力度，提高消費(fèi)者對(duì)生物基材料回收重要性的認(rèn)識(shí)。②可以研發(fā)高效的回收技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生物基材料的有效分揀和再利用。③政府也可以出臺(tái)相關(guān)政策措施，鼓勵(lì)和支持生物基材料的回收和再利用工作。

4.4 消費(fèi)者認(rèn)知與接受度不足

隨著生活水平的提高，消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)在不斷提升，然而其對(duì)生物基材料的認(rèn)知仍然有限。許多消費(fèi)者可能對(duì)生物基材料的性能、安全性等方面存在疑慮，從而影響其接受度。以PLA為例，雖然其在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，但仍有部分消費(fèi)者對(duì)其可降解性和安全性持懷疑態(tài)度。

為了解決這一難題，需加強(qiáng)消費(fèi)者教育，通過媒體、廣告、展會(huì)等多種渠道普及生物基材料的知識(shí)和優(yōu)勢(shì)，從而提高消費(fèi)者的認(rèn)知度和信任度。同時(shí)，鼓勵(lì)企業(yè)推出更多高質(zhì)量的生物基食品包裝產(chǎn)品，并通過實(shí)際應(yīng)用展示其優(yōu)越性能，贏得消費(fèi)者的青睞。此外，政府也可以通過出臺(tái)相關(guān)政策措施，如實(shí)施綠色采購(gòu)、給予環(huán)保產(chǎn)品認(rèn)證等，以引導(dǎo)消費(fèi)者選擇環(huán)保型包裝材料[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，環(huán)保型生物基食品包裝材料的開發(fā)與應(yīng)用成為食品包裝行業(yè)的重要趨勢(shì)。這類材料以其可再生性、可降解性和對(duì)環(huán)境的低影響性，受到廣泛關(guān)注。然而，在其開發(fā)與應(yīng)用過程中，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。隨著科技的進(jìn)步、政策的支持和消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的提升，這些挑戰(zhàn)有望逐步得到解決。未來(lái)，環(huán)保型生物基食品包裝材料將成為食品包裝行業(yè)的主流選擇，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)重要力量。

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