生物可降解高分子材料在食品包装中的应用研究

徐玉莹

（中南民族大学，湖北 武汉 430074）

现如今的食品包装需要在做到保障食品不遭到外界不良环境因素影响的同时，具备良好的生态适应性，换言之，食品包装的材料不会对环境产生不良影响。在这种要求下，传统的聚乙烯之类的塑料食品包装完全不符合生态适应的要求。本文研究生物可降解高分子材料在食品包装中的应用及关键技术，对今后这类材料的创新、应用普及有着一定的现实价值。

1 食品包装中生物来源可降解高分子材料的应用

1.1 淀粉材料

谷类以及薯类等植物的根部、茎部和种子中广泛存在着淀粉，这一物质是自然界中一种取之不尽的多糖化合物。同时淀粉在各种环境中均具备完全的生物降解性，再加之其价格较低，再生周期较短，成为目前应最为广泛的一类天然性质的生物可降解高分子材料[1]。目前天然和改性淀粉作为淀粉的两个重要组成分类，在食品包装和加工领域中均得到了十分广泛的应用。这一材料与当前现存的可降解成膜材料相对比，以淀粉作为基础制备的薄膜具有与合成高分子材料薄膜较为相似的物理性质。但同样的这一物质也存在着强亲水性以及低机械性能的缺陷，这也就使得淀粉膜在食品包装中的广泛应用受到限制。

1.2 蛋白质材料

一般而言，蛋白质必须要通过热、酸、碱等多步处理之后，方可保障其结构的延伸结果和成膜的结构标准完全一致。蛋白质膜与之前的合成膜相对比，其耐水和机械强度相对较差，但同样其自身较为优秀的阻隔性能，也使其被广泛地应用在食品加工行业中的可食用性食品薄膜和生物可降解包装膜生产制造中。胶原作为天然蛋白质的一种，也是人体结缔组织构成极为重要的结构蛋白质，其主要存在于动物的蛋白质、骨头以及血管等肌体组织中。食品保鲜和防腐就是胶原蛋白在食品包装领域的主要应用范围，可以将之制造成人造肠衣应用于香肠制品中，同时也可以以胶原蛋白作为基础合成纤维膜，用作肉类和鱼类的包装纸[2]。

2 食品包装中人工合成生物可降解高分子材料的应用

2.1 聚乳酸材料

以乳糖作为原料生产出来的新型聚酯材料之一，便是聚乳酸，通常又可以分为左旋和右旋、外消旋和内消旋等多种的光学异构对映聚乳酸材料，其中最为常用的便是左旋异构的聚合体（PLA）。这一物质在完全生物降解性、生态友好性等方面有着较为显著的优势，也是目前生物可降解高分子材料领域中最具备发展前途的材料之一。这一材料因为具备着较好的气体阻隔以及阻湿性，得以在乳制品的包装行业中广泛应用。就目前的情况看来，PLA这一材料已经在国内的食品包装薄膜、包装袋和包装盒等领域得到了十分广泛的应用。

2.2 聚乙烯醇材料

聚乙烯醇本质上属于一种乙烯系聚合物，其主链仅通过碳-碳键进行连接。也正因为如此，这一物质具备着较为有效的黏度、乳化性质和分散力优势。就目前看来，在食品工业的制模和包装过程中，聚乙烯醇这一材料得到了较为广泛的应用，其最为主要的价值便是具备良好的溶解性以及生物可降解性，完全符合当前食品包装生态环境友好方面的具体要求。但由于这一物质的结构分子中存在着为数较多的羟基，结晶温度数值相对较高，导致其熔融温度显著高于分解温度，无法进行热塑成型的处理。除以有效弥补其结构分子缺陷的考虑，目前都是将这一物质和其他物质进行共同混用改性。例如可以通过使用聚乙烯醇、壳聚糖以及脂肪酶成功制备出相应的食品包装薄膜，以此来提高其拉伸应力和断裂伸长率。

3 食品包装中对生物可降解高分子材料的要求

3.1 良好的生物降解性

在食品包装中所使用的生物可降解高分子材料，其首要的性能要求便是具备良好的生物降解性。这类材料本身的生物降解性水平不但与高分子自身的结构形态有着一定的关联，也与材料所处的外部环境有着一定的关系，比如外部环境中的微生物种类、环境的温湿度、pH值等，都会对高分子材料自身的生物降解性产生一定的影响。而在这些条件中，环境湿度是最为基础的条件，只有在高分子材料处于一定湿度的环境下，微生物才能对高分子材料进行侵蚀，就目前的情况看来，还有国际ISO、德国的DIN等组织都针对生物可降解高分子塑料的评价标准给出了明确的规定，用于这类材料生物降解性检验的主要方式包括了堆肥实验、环境微生物实验等。

3.2 良好的阻隔性能

在评估食品货架期的过程中，包装材料自身的阻隔性能水平是决定性因素，食品包装体系对于材料自身阻隔性的要求与产品的特性和预期的终端应用之间有着较为紧密的关联。高分子材料往往可以被水蒸气等小分子渗透，生物可降解高分子材料能够提供较为广泛的物质传递途径，且这一材料本身的阻隔性能可以提前进行设计，在食品包装行业中有着极为重要的地位。

4 食品包装中生物可降解高分子材料关键技术类型

4.1 分子材料改性技术

目前高分子设计方法的持续发展，逐渐提高了高分子材料的改性速度，目前相关人员通过有效使用高分子改性方法对淀粉基的生物大分子材料、PLA等常用的生物可降解高分子材料进行了成功的改性处理。但从目前的情况看来，因为对于高分子材料的使用掌握尚未达到全面，缺乏对其微观结构以及深层的性能研究，导致目前的改性方法无法得到有效的发展。

4.2 分子材料合成技术

在合成高分子材料的过程中，往往会应用多种类型的溶剂和催化剂，促使原材料发生对应的合成化学反应，但这些所运用的溶剂和催化剂都会对生态环境产生一定的污染，且很难在生态环境中自行进行降解，这也就导致这些物质使用之后会在环境中留存较长的时间，最终通过不断的累积，形成较为严重的环境污染问题。除此之外，在这些原材料的多样合成反应过程中，也会出现带有毒性的副产物。

4.3 低成本合成技术

食品包装中所运用的生物可降解高分子材料，必须在经过处理之后，在生态环境中以最快的速度进行生物分解，且因分解反应而产生的各种副产物，不会对环境产生任何的污染和毒害。一般而言，这些可降解的材料需要在经过分解反应之后形成碳水化合物，但这也同样是目前的技术研发难点所在，必须在专业技术的引导下，才能实现这一目标，这也就造成了部分生物可降解高分子材料的生产成本相对较大，直接影响到这类材料的推广利用。

5 总结

目前的食品包装领域中所运用到的各项材料都要求具备较为良好的生态友好性，生物可降解高分子材料的应用恰好符合了这一需求。生物来源和人工合成的生物可降解高分子材料是目前食品包装领域中应用最广泛的两类材料。在这一材料今后的研发应用过程中，相关的研究人员必须要在全面遵循食品包装对生物科技高分子材料性能要求的前提下，对改性技术、合成技术以及低成本技术进行深层的研究，在降低这类材料生产研发成本的同时，提升其利用率。