农牧产品废料生产食品包装的技术前景

刘颖杰

摘要：食品包装材料的选择不仅要考虑到人的自身安全，同时也要考虑到环境的安全。传统食品包装材料由于大量使用塑料材质，在自然条件下很难实现降解，可降解材料的使用成为食品包装领域的一次重要技术革新。随着材料技术的发展，农牧产品废料的二次利用成为可能。以农牧产品废料生产的食品包装材料以可降解、低成本、环境零污染等优势成为其它可降解材料的替代品，其技术具有广阔的发展前景。

关键词：食品包装材料；可降解；技术；农牧产品废料

中图分类号：TB48 文献标识码：A 文章编号：1400 （2021） 11-0034-04

Technical Prospects of Food Packaging Produced from Waste of Agricultural and Animal Husbandry Products

LIU Ying-jie（School of Marxism， Shenyang Ligong University， Shenyang 110159， China）

Abstract： The choice of food packaging materials should not only take into account the safety of people， but also the safety of the environment. Traditional food packaging materials are difficult to degrade under natural conditions due to the extensive use of plastic materials. The use of degradable materials has become an important technological innovation in the field of food packaging. With the development of material technology， the secondary use of waste materials from agricultural and animal husbandry products has become possible. Food packaging materials produced from wastes of agricultural and animal husbandry products have become a substitute for other degradable materials due to their advantages of degradability， low cost， and zero environmental pollution， and their technology has broad development prospects.

Key words： food packaging materials； biodegradable； technology； agricultural and livestock product waste

随着生态文明建设的不断深入发展，人们在意识上开始逐渐关注生存环境问题。与此同时，与人们日常生活紧密相关的产品包装材料是否符合环保要求，正进入到公众的视野中。传统的产品包装材料由于早期大量使用一些非降解的塑料材质，对环境带来极大污染，对动植物乃至人类本身都产生严重的危害性。现代产品包装设计在强调包装视觉效果的同时更加注重对包装材料的选择。绿色包装材料是改善生态环境的重要方式之一，随着未来绿色材料在包装上更广泛应用，毋庸置疑会对改善生态环境起到非常重要的作用[1]。伴随消费者环保意识的提高，民众在选择产品时，除了考虑审美性，也会考虑健康性，所以绿色环保包装是满足时代发展潮流的正确方向[2]。在绿色低碳理念下，包装设计应以改善人们的生活质量为目的，将绿色环保理念贯穿产品包装的设计、生产、包装过程、运输、回收处理全过程中，使包装达到整体的“绿色化”[3]。而农产品废料处理技术的发展为生产可生物降解的产品包装提供了可能。农产品加工废料的二次利用技术极大改善了生态环境的状态，成为绿色包装材料获得的主要技术之一。

1 食品包装材料技术发展现状

1.1 传统食品包装技术的非生态性

食品包装需要多维度的技术分析设计，包装材料的选择不仅要考虑到生态环境的安全，更要考虑到使用者的安全。而包装材料的选择受制于材料本身的生产加工技术以及包装的回收处理技术水平的发展。在日常生活中，纸质和塑料材质的包装材料是食品包装中使用广泛的材料。现代包装设计中常印有食品的宣传广告和食品相关说明等内容，并且印刷的油墨往往非环保具有一定毒性。食品包装印刷技术使用不当会对食品造成污染，危害到人的身体健康。在食品包装的处理方式中，消费者通常情况下将其作为垃圾直接丢弃，由于废弃品回收技术的局限性，大量不可回收利用和不可降解的包装固体废弃物除了给人和环境带来危害，还会造成资源浪费[4]。

在传统的食品包装材料中，纸质材料属于可降解的材料，塑料包装材质则来源于石化资源，具有不可降解性。包装塑料之所以能大量流通，是因为其成本低，生产工艺简单。与此同时，由于快餐業的迅速发展，一次性塑料餐具被大量使用，这种材料的简单处理方式是垃圾填埋场直接填埋或者直接烧掉。由于填埋或直接抛弃到自然中，带来的污染遍布大陆和海洋，给多样性的生物系统带来严重的危害。

到目前为止，不可降解的塑料材料在回收处理上仍具一定的技术难度。制造现代一次性食品包装的聚合物材料实际上与环境不相容，因为它们在自然条件下要经过数十年分解，在此过程中不断释放出有害物质，破坏土壤的平衡和生态。塑料分解过程中的衍生物，会破坏人身体的荷尔蒙平衡，是导致过敏和癌症的毒素来源。而燃烧同样危害性较大，一次性塑料餐具在燃烧时会向大气中释放大量有害物质，这些有毒有害化合物渗透到食物中，会对人体健康造成严重危害。

1.2 食品包装可降解材料的应用

随着包装材料技术的发展，可降解的食品包装材料应运而生。依据目前可降解包装材料的性质一般可以分为三大类：可降解材料、纸质材料和可食性材料[5-6]。可降解材料是在塑料的基础上添加一些改性剂，降低塑料的稳定性，实现一定程度的降解，但是仍具有一定程度的环境污染。纸质材料具有降解快、便于回收和应用范围广泛的优势，而且纸质材料来源也比较广泛，如木、竹、一些草本植物等都可以成为纸质材料的来源，因此，它也是应用最为广泛的绿色包装材料。可食性材料主要有多糖膜、蛋白质膜、脂质膜和复合膜等[7]。多糖膜主要以壳聚糖、纤维素衍生物、果胶、海藻酸盐、淀粉等为基材，不仅具有透明性高和力学性能好等优点，还可与其它活性物质混合，赋予膜新的性能，如抗菌性、抗氧化性和保鲜性等[8]。蛋白质膜的主要形式有两种：纤维蛋白和球状体。纤维蛋白不具有水溶性，而球状蛋白具有水溶性，广泛溶于酸、碱、盐等溶液中，蛋白质膜具有较好的阻湿性和阻氧性。脂质膜一般以高级脂肪酸、米糠酯和脂肪酸甲酯等为原料制备而成。由于脂质膜对于水具有排他性，所以能够很好地保护食品的质量安全。复合膜是由不同的膜原料复合而成，具有其它膜质没有的一些优点，如防渗性更强，抗拉伸能力强等[9]。

在可降解食品包装材料中，可食性食品包装材料具有其他材料不可比拟的安全性和零废弃等优点，正成为食品包装材料研究的热点。随着食品包装材料技术的发展，未来几年可食性包装材料用于食品包装的增加将会成为食品包装市场发展的主流趋势。

2 利用农牧产品废料生产可降解食品包装材料的技术发展

2.1 传统农牧产品加工技术的局限性

诸如啤酒谷物、甜菜浆、酒糟、油粕、骨头等农牧产品属于无危险性资料，它们可以而且应该被回收利用。在农牧产品的传统处理过程中，应用的加工技术从肉类加工厂修剪肉类后剩余的骨头中获取骨胶，从甜菜浆中获取果胶，从油粕、啤酒谷物、酒糟中获取牲畜饲料是一种常见的做法。然而，由于地理或者季节性因素，距离农牧产品加工企业遥远或者在夏季，农牧民购买很少或不购买饲料添加剂，因此，农产品加工废料作为牲畜饲料饲喂能力迅速丧失（废料必须在24小时内处理，因为微生物开始在其中发酵导致作为饲料功能的丧失）。并且由于制备果胶和骨胶的技术设备往往都很昂贵，一些小企业无法承担成本，大部分废料以固定费用处理方式运至垃圾填埋场，在那里腐烂产生一氧化碳、甲烷，进而破坏臭氧层并导致全球变暖。因此，可以得出结论：农牧产品企业的传统废料处理方法在工业中没有得到充分的实际应用，大部分废料没有被回收利用而是白白浪费掉了。

2.2 农产品废料生产可降解包装材料技术应用的价值

为了提高食品企业的盈利能力，减少食品行业技术活动对生态环境影响，获得可生物降解包装的技术对企业可持续发展尤为重要。这些技术来源于低浪费和无浪费的农产品生产的次生物质资源材料的处理。如，对啤酒谷物、甜菜浆、酒糟、油粨和骨胶和一些水果加工废料处理过程中相关技术的运用。从农产品加工产生的二次物质资源中获取可生物降解材料的技术工艺包括：脱水、研磨、混合、煮沸、成型等。它的优点是由于使用二次材料资源和完全的天然性，包装成本低，在自然条件下利用堆肥方式可短期内完全降解。在堆肥中分解时能够获得促进土壤肥力增加的元素。这种技术的应用在经济、生态和社会三个方面产生了积极的作用，体现了技术应用的重要价值。

从经济上看，农牧产品二次材料资源的技术处理提高了酿造、榨油、酒精、糖和肉类加工食品企业的盈利能力。由于企业将废料作为可生物降解材料的原材料用于再生产过程，则不需要支再付废料处理费用，节省了企业运营成本。企业通过废料加工处理获得可生物降解材料的食品包装成品，因其成本较低，市场前景好，给企业带来较高的利润。

从环境上看，通过减少向环境中排放一氧化碳和甲烷减少人类活动的碳排放，保护臭氧层并减缓全球变暖进程。在自然条件下，食品包装的回收会进行堆肥处理获得额外的土壤肥料，增强土壤有机肥质。同时可以减少垃圾填埋场的数量和体积，节约了土地资源。

从社会影响上看，农牧产品废料的二次处理制备的食品包装作为环保产品向人们宣传了可持续发展理念，为了子孙后代生存需要保护地球生态的重要性。也促进了社会发展向低废物和无废物技术过渡理念的形成，有利于形成“绿色经济”发展战略。

2.3 农牧产品加工生产的二次物质资源的技术创新

这种技术创新的意义在于通过使用二次材料来贯彻发展低废无废产业的理念，使实际资源（废料）得到有效利用，处理的技术周期性缩短减少人为对环境的影响。在绿色食品包装材料领域，利用农牧产品二次材料资源获得可生物降解包装材料，在包装材料的类别上虽然属于可食性材料范畴，但是它在原料获得上具有其它可食性材料不具备的竞争优势：不使用转基因生物、无需专门种植原材料、低成本、完全自然。

目前国际上利用农牧产品加工残渣制备可降解的食品包装取得了重要进展。现在技术上已经制备出作为聚合物可生物降解薄膜的替代品的可食性薄膜。其中一种是在明胶的基础上添加20%和25%的甘油增塑获得的，有两种方式：在110°C和120°C的温度下浇铸和挤出，然后压制[10]。研究结果表明，从薄膜的强度特性上看挤出膜优于流延膜。还有研究者开发出基于开心果球蛋白（PGP）的可食性薄膜，添加了硬脂酸（C16）和棕榈酸（C18）以及乳化剂T-80[11]，这种可用于食品包装的薄膜很坚固且很有弹性，获得了最好的强度特性。另一种薄膜是在大豆分离蛋白的基础上获得的[12]。研究者研究了在PH值1.5-12，温度在20°C-80°C下薄膜的拉伸强度、弹性、对酸和碱影响的抵抗力，发现碱性薄膜更具彈性和耐用性，更适合于食品的包装。伊朗科学家研究了使用来自车前草种子的水胶体的可能性，并在原料中添加15%、25%和35%的甘油，以获得可生物降解的可食性薄膜[13]。研究表明，甘油含量的增加导致水蒸气渗透性、弹性增加，以及在水中的溶解度降低，但同时极限强度降低。葡萄牙科学家[14]开发了一种基于壳聚糖并添加咖啡酸和精氨酸的具有抗氧化作用的可食用薄膜的生产技术。通过分光光度法ABTS研究其抗氧化活性，他们发现咖啡酸增加了薄膜的抗氧化性能，但使用精氨酸的薄膜强度特性和弹性更高。还有一种植物蛋白薄膜，由脯氨酸组成，含多种酚类化合物：P-羟基苯甲酸、黄酮、儿茶素等[15]，它们显示出拉伸强度特性、抗氧化和抗菌性能，现已用于食品包装。

国内在农牧产品废料制备可降解食品包装材料研究上也取得了进展。王玥等人[16]采用流延成膜法，利用玉米淀粉、柠檬烯及甘油制备一种新型可降解复合包装膜——柠檬烯-玉米淀粉复合膜。通过测试复合膜的力学性能、水蒸气透过率、吸水率等指标来分析复合膜的综合性能表明，相比纯玉米淀粉膜，柠檬烯的加入使复合膜的透光率降低，力学性能和阻湿性能均得到改善，尤其是极大提高了复合膜的抗拉强度。

通过对上述利用农牧产品废料为主要基质来生产可降解食品包装技术发展的考察，可以发现利用农牧废料研究可食性薄膜作为其它可生物降解薄膜的替代品的制备和使用是非常有前景的。

3 结论

影响环境安全水平的因素之一是固体废物的形成，其中一部分来源于是当今的包装材料。大部分包装材料是由不可降解的合成材料形成的，这是传统食品包装的主要组成部分。食品包装直接影响自然环境的状态，因此，寻求可降解的新的食品包装材料成为食品包装材料技术创新的主要方向。农牧产品废料的利用为我们提供了解决绿色包装材料的一个途径。随着人们环保理念的增强，基于技术发展由农牧产品废料二次利用生产的可降解食品包装能够同时满足生态安全和人体健康安全，未来将成为食品包装市场的主流，并且技术前景可期。

参考文献：

[1] 文雅婷，李蕊廷.从生态环境角度浅析绿色环保包装材料的应用[J].2021，36（2）：61.

[2] 李琴.现代包装设计中绿色环保材料的选择与应用[J].绿色包装，2021，（5）：67.

[3] 黃惠玲，黄进杰.绿色低碳理念在包装设计中的应用[J].工业设计，2021，（06）：94.

[4] 李继鸿.天然材料：食品包装的未来[J].印刷工业，2020，15（06）：37.

[5] 魏明华，杜延超.关于降解食品包装材料及制品检验研究[J].轻工标准与质量，2021，（3）：68：69.

[6] 文雅婷，李蕊廷.从生态环境角度浅析绿色环保包装材料的应用[J].2021，36（2）：61.

[7] 马胜亮，刘文良等.可食性绿色包装膜的研究进展[J].包装工程2021，41（12）：91.

[8] WU S， WANG W，YAN K，et al. Electrochemical Writing on Edible Polysaccharide Films for Intelligent Food Packaging[J]. Carbohydrate Polymers， 2018，186：236-242.

[9] 曾少甫，胡长鹰等.壳聚糖--肉桂醛复合抗菌降解膜的制备及性能[J].食品科学，2016，37（10）：6-11.

[10] Zahedi Y.， Ghanbarzaden B.， Sedghat N. Physical properties of edible emulsified films based on pistachio globulin protein and fatty acids // Journal Food Engineering. 2010. Vol. 100， № 1.P.102-108.

[11] Jiang J.， Xiong Y.L.， Newman M.C.， Rrntfrow G.K. Structure-modifying alkaline and acidic pH-shifting processes promote film formation of soy proteins // Food Chemistry. 2012. Vol. 132， № 4.P.1944-1950.

[12] Ahmadi R.， Kalbasi-Astari A.， Oromiehie A.， Yarmand M.-S.， Jahandideh F. Development and characterization of a novel biodegradable edible film obtained from psyllium seed（Plantago ovate Forsk） // Journal Food Engineering. 2012. Vol. 109， № 4.P.745-751.

[13] Suppakul P.， Chalernsook B.， Ratisuthawat B.， Prapasitthi S.， Munchukangwan N. Empirical modeling of moisture sorption characteristics and mechanical and barrier properties of cassava flour film and their relation to plasticizingantiplasticizing effects // LWT – Food Science and Technology.2013. Vol. 50， № 1.P.290-297.

[14] Arcan I.， Yemenicioglu A. Incorporating phenolic compounds opens a new perspective to use zein films as flexible bioactive packaging materials // Food Research International. 2011. Vol. 44， № 2.P.550-556.

[15] Popovic S.， Pericin D.， Vastag Z.， Popovic L.， Lazic V. Evaluation of edible film-forming ability of pumpkin oil cake： effect of pH and temperature // Food Hydrocolloids. 2011. Vol. 25， № 3.P.470-476.

[16] 王玥，王建川等.柠檬烯-玉米淀粉复合膜的制备及性能研究[J].食品与机械，2019，35（3）：110-114.