食品包装材料的研究及应用

食品包装能起到丰富食品观感和保护食品品质的作用，选择性能优异的食品包装材料不仅能够延长食品的保质期，防止食品被外界环境中的微生物污染，而且有利于增强食品的附加值和产品品牌市场竞争力。如今，食品包装产品已成为人们日常生活中不可或缺的一部分，其产业规模和发展速度较其他工业领域也相对迅速，针对食品包装产品的科学研究也如火如荼。当前，食品包装材料中塑料高分子制品占据主要地位，随着市场需求的不断提高，新型食品包装高阻隔材料、抗菌材料、可降解材料等的应用也越来越广泛。

新型食品包装高分子材料

随着功能化学、有机生物学、材料学等学科的交叉融合，新型食品包装高分子材料目前发展迅速。与传统食品包装高分子材料相比, 具有以下特性：①脱离单一材质限制：不局限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺等传统包装材质，而是选择新型功能材料或者将功能材料与传统高分子材料取长补短，优化组合，得到性能更为优异的复合材料。②利用天然产物或工业生产过程的副产物开发出环境友好、生态绿色的食品包装高分子材料，有效节约资源与能源的同时满足人们对健康环保的期望。③创新合成策略，从分子尺度设计调控，精准针对高阻隔、抗菌、可降解等靶向功能，全面改善包装材料性能。

高阻隔材料由于外界环境（水蒸气、氧气、光照、微生物等）复杂多变，食品包装材料必须具备良好的阻隔性以对抗外部条件对包装内产品的影响，起到保障产品品质，延长储藏时间的作用。因此具有优异阻隔性的食品包装材料一直是研究热点，传统食品包装材料中的纸质材料由于其疏松多孔的纤维结构导致其阻隔性较差；金属、玻璃、陶瓷因其具有致密的物质结构而具有较好的阻隔性，但受限于其成本、加工特性限制了应用范围；目前得到广泛使用的塑料包装原料易得，加工步骤较少，因此新型高阻隔食品包装材料的研发也围绕塑料材质为核心进行，主要技术手段有结构调控、多层复合、表面涂覆、掺杂改性等。

结构调控。塑料高分子聚合物的构型特点决定了其表观物理性能，进而影响其应用场景。因此聚合物在分子尺度上的聚集状态（如结晶和无序状态），将显著影响其阻隔性，通过提高结晶度，使分子链减少离散将增强高分子聚合物的阻隔性能。例如通过双向拉伸工艺使高分子聚合物薄膜在纵横向上同时取向，提高分子链排布有序程度，缩短链间距，从而使小分子气体和水蒸气难以通过，改善阻隔性能。李婷等利用微层共挤出技术制备了具有交替层状结构的(PP+EVOH) /PP 复合材料， 结果表明，通过微层共挤出技术，PP 层和(PP+EVOH) 层沿挤出方向交替排列，EVOH在PP 基体中的的分散形态由零维球形变为一维纤维状，进而演变为二维片状。这些形态导致微层共挤出材料的氮气渗透系数和断裂伸长率较普通共混物分别下降了两个数量级和提高了27 倍，并且显著影响其结晶行为。

多层复合。 复合膜加工中将BOPP( 双向拉伸聚丙烯) 或BOPET（双向拉伸聚酯）作外层，将具有较好阻湿与阻氧能力的PA（聚酰胺）、EVOH（ 乙 烯- 乙 烯 醇 共 聚 物 ）、PVDC（聚偏二氯乙烯）、金属Al 箔作内层，热封层为CPP（流延聚丙烯）或PE，得到兼有避光性能的高阻隔材料应用于对环境要求苛刻的熟制肉制品或药品包装，极大增强了产品的保鲜度。利用聚醋酸乙烯酯的水解物聚乙烯醇（PVA）阻氧怕湿的特点，将PVA 水溶胶作为具有良好阻湿能力的PP( 聚丙烯) 或者PE（聚乙烯）的夹层，既便于加工，又增强了成膜阻隔性。

抗菌材料微生物在较适宜的条件下可迅速繁殖，引起食品腐败变质，并使食物成为细菌污染源和疾病传播源，危害人类健康。食品包装产品是食品保质保鲜的第一道屏障，因此对于抗菌包装材料的研究显得尤为重要；一方面，抗菌包装材料可以保护内容物免受微生物污染；另一方面也可以减少包装表面微生物的传播。目前抗菌食品包装高分子材料的研发路径主要有添加抗菌剂和附着表面抗菌涂层。

抗菌剂。抗菌剂在抗菌材料中可以起到抑制微生物核酸复制或者直接杀灭微生物的效果。目前使用的抗菌剂主要分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂3 类。无机抗菌剂根据作用机理可分为为金属型抗菌剂和光催化型抗菌剂；金属型抗菌剂通过Ag+，Zn2+，Cu2+等金属离子接触式杀菌、催化式杀菌、抑制ATP 合成酶的活性等过程抗菌，光催化型抗菌剂通过纳米二氧化钛颗粒、二氧化钛/ 金属钠、二氧化钛纳米管等受激发产生光电子跃迁，生成羟基自由基（OH-）氧化杀菌。Panea 等将质量分数5%和 10% 的氧化锌和银复合纳米粒子与低密度聚乙烯（LDPE）混合制备成膜用来包装肉制品，观察并研究了21 天包装内气体浓度、脂质氧化指数及微生物生长状况等指标变化，发现该膜杀死接种微生物的抗菌率高达99.99%，具有优异的抗菌性。

抗菌涂层。Shankar 等使用溶液浇铸的方法制备了光滑且致密的PLA（ 聚乳酸）/ 纳米ZnO 复合薄膜，复合膜在不降低透明度的前提下兼具阻挡紫外线的功能，添加质量分数为0.5% 的ZnO 后，ZnO/PLA 薄膜的拉伸强度比PLA 单层膜增加了27.5%，水蒸气透过率降低了30.5%，对大肠杆菌和单增李斯特菌有抑制作用。Buonocore 等将溶菌酶和聚乙烯醇共混为抗菌内层，聚乙烯醇为涂布外层，研究表明，通过多层复合结构可以控制溶菌酶从PVA 中的释放速率，达到持续抗菌的作用。段华伟[5] 等制成由外向内的PE/EVOH/PE/EVOH/ 纳米MgO 聚乙烯抗菌复合膜，相关研究数据表明此结构能有效控制活性物质的释放，对大肠杆菌的杀灭率可达90%。

可降解材料可降解即包装材料的环境分解性，传统食品包装塑料材质用量大、不易自然分解，其造成的白色污染损害生态环境，是环保监管的重点。为有效降低食品包装对于生态环境的污染，可降解性成为新型食品包装材料研究的重要分支。可降解包装材料根据不同的降解原理分为光降解材料、生物降解材料、热降解材料。光降解材料是指材料吸收不同波长的光波后，光能量促使链引发，使分子键能减弱，长链断开成短链，被自然界氧气氧化，发生自由基重构化反应，进一步分解成能被微生物消化的小分子化合物。生物降解材料是指在一定的温湿度下，材料能被微生物利用进行自体生化反应，代谢最终产物为二氧化碳和水。热降解材料是指材料在相应温度区间热解成对环境无负担的低分子。依据可降解材料的种类，大致可分天然生物分子可降解材料和生物/ 通用合成分子可降解材料。