可生物降解材料在食品包裝中的應用研究

【摘要】本文通過對傳統非降解材料引發的社會問題進行深度剖析，對可生物降解食品包裝材料的內容進行概述，并通過進一步對可生物降解食品包裝材料的深入研究，有效降低由于不可降解材料引發的環境污染等問題。以期通過本文論述，為相關研究提供參考。

【關鍵詞】可生物降解材料；食品包裝；環境污染

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.028

Research on the Application of Biodegradable Materials in Food Packaging

CHEN Wen

（Liaoning Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Shenyang 110036， China）

Abstract： This article provides an in-depth analysis of the social issues caused by traditional non-degradable materials， outlines the content of biodegradable food packaging materials， and further studies on biodegradable food packaging materials to effectively reduce environmental pollution caused by non-degradable materials， in order to provide reference for relevant research through this article’s discussion.

Keywords： biodegradable materials； food packaging； environmental pollution

隨著我國社會經濟的不斷發展，人們對于物質生活的標準也在不斷提升。食品包裝材料作為食品交易流通過程中必不可少的組成部分，在食品運輸的過程中發揮著重要的保鮮作用。食品包裝材料涉及環境安全、食品安全等社會性問題。因而對于可生物降解料在食品包裝中的應用研究迫在眉睫。通過對可生物降解食品包裝材料的研究，不僅可以有效減少一次性難降解材料造成的環境污染，還能更好地促進食品安全問題的有效解決，為社會生態環境的良好發展以及人們的生命健康提供堅實保障。本文結合工作實際，對國內關于可生物降解食品包裝材料進行分析總結，以便于更好地實現食品包裝材料對環境零污染的發展目標。

1.1生態環境污染問題日益凸顯

國家統計局相關數據表明，2022年國內初級形態塑料、塑料包裝專用設備的產量達到11，953.95萬噸、36.29萬臺。塑料生產規模逐年遞增，而因其不可降解性而引發的生態環境污染問題也日趨嚴重。塑料產品作為國內食品包裝材料的主力軍，以其質地輕、不易損壞、方便攜帶運輸、成本低等優勢在包裝材料行業得到廣泛應用。與金屬玻璃包裝材料的可回收性相對比，塑料產品在自然環境中不能有效分解，對生態環境造成了不可逆的危害。近年來，關于海洋動物因誤食塑料垃圾而死亡的案例屢見不鮮，這些觸目驚心的反面案例更是印證了由于傳統非降解材料在使用過程中引發的一系列環境問題，值得社會各界廣泛關注和思考。因此，這種“白色污染”不僅嚴重影響了城市的美觀和經濟發展，還對海洋環境及更多生物的生存構成巨大威脅。

1.2食品安全隱患嚴重存在

傳統非降解材料中的塑料包裝材料主要以石油作為原材料進行加工制作而成，同時在塑料制品的制作過程中，為了改善產品的性能及穩定性，通常會在塑料制品中加入增塑劑和潤滑劑。原料中的各種化學物質會通過人們與食品包裝材料的頻繁接觸被誤食入口中，對人體的各項器官及分泌系統產生不良影響。長此以往，塑料類食品包裝材料就會對我們的身體健康造成不同程度的損害。因此，對于食品包裝材料引發的嚴重的食品安全問題，亟須科研人員對可降解食品包裝材料作出進一步的研究和改善。

相關統計數據表明，2023年中國生物可降解材料市場規模將達到230.72億元。由此說明，可生物降解材料作為一種原料來源更加綠色、降解產物污染性更小的優質可降解材料，目前正在被積極應用到食品包裝材料領域，可以有效解決由于傳統不可降解材料引發的一系列環境和食品安全問題?？缮锝到獠牧鲜且蕴烊坏目山到獠牧蠟橹饕?，并采用國內較為先進的工藝、設備制作而成，通過微生物可以完全降解，對環境非常友好。

可生物降解材料降解的第一階段是對于不同材料、結構、溫度等條件的材料，由不同種類的微生物分泌水解酶附著在材料表面。第二階段，在水解酶的作用下，可生物降解材料會在水解和氧化的過程中形成小分子量的化合物。第三階段，微生物將小分子量化合物進行吸收，并通過代謝轉化為二氧化碳和水，最終完成降解過程。正因為可生物降解材料的自然降解過程對生態環境的發展更加有益，減少了白色污染，因而被稱為更加綠色環保的生態材料。

3.1淀粉原料應用

通常狀態下，淀粉是在谷物以及馬鈴薯等植物中被發現存在的一種物質。同時，淀粉具有可生物降解性、成本較低、獲取方式更加便捷等天然優勢。因此，無論是天然淀粉還是改性淀粉，都被作為可生物降解食品包裝材料的主要原料種類之一。

英國諾丁漢大學的一項關于食品包裝材料的研究表明，以淀粉、魔芋粉、纖維素以及蛋白質等物質為原材料，可以研發出一種食品包裝薄膜，這種食品包裝薄膜不僅可以接觸食品進行食用，還能有效進行生物降解，對于環境非常友好。同時，為了更好地改善淀粉薄膜的特性，很多國內的著名專家學者對淀粉與其他物質的混合做出了深入研究。如通過將淀粉與PCL（聚己內酯）進行混合從而獲得淀粉/PCL薄膜，這種混合材料薄膜可以更好地改善傳統淀粉薄膜的塑性和韌性。還有一些實驗將高直鏈與殼聚糖進行混合，最后生產出一種可使用的復合淀粉薄膜，更好地改善了淀粉薄膜在靈活性和彈性等方面的性能，讓食品包裝材料的發展得到進一步的創新。

3.2蛋白質原料應用

從生物學角度分析，蛋白質是一種由蛋白原氨基酸通過酯胺鍵連接起來的具有100多種氨基酸殘基的多肽化合物。作為可生物降解食品包裝材料的主要原料之一，蛋白質一般需要通過熱處理、堿基處理才能形成標準的膜，進而在食品包裝材料中使用。蛋白質不能在自然環境下自發降解，但是它可以通過蛋白酶等物質進行酶促降解。同其他可降解材料相比，蛋白質膜的耐水性和機械強度較弱，但是蛋白質膜具備較強的阻斷性，并且種類繁多，包含多種蛋白。因此，蛋白質原料在食品加工和可降解高分子材料的包裝中應用較為廣泛。

如膠原蛋白膜作為一種食用蛋白膜，其延展性能較強，同時能有效隔斷氣、油和水等物質，在生鮮類食品以及熟食的保鮮過程中發揮了極其重要的作用。還有一些研究表明，乳清蛋白膜對于娃娃菜等生鮮蔬菜具有較強的保鮮作用，在可生物降解食品包裝材料中，應用較為廣泛。還有一些由蛋白質材料作為主要原料的食品包裝材料，不但可以直接食用，而且具備較強的耐熱度和親和性，作為食品包裝材料的外包裝和內涂層都具備良好的防滲透作用，比傳統食品保鮮膜更耐水，可以直接用于包裝奶酪和糖果。

3.3殼聚糖原料應用

殼聚糖作為天然堿性氨基類多糖物質，之所以能夠應用在食品包裝材料領域，是因其本身具備良好的抗菌、保鮮、易成膜、可降解等優勢，這些優勢也讓更多科研人員將其列為食品包裝材料的重要原料之一展開試驗和研究。殼聚糖原料不包含有毒物質，同時能夠被自然分解，是一種具有可再生性、可降解性的新型環保材料。

在食用包裝材料領域，殼聚糖主要是作為保鮮劑被應用在對水果、蔬菜以及肉類等生鮮食品的保鮮過程中，同時針對生鮮類食品在抗菌、保鮮等特性方面優于其他可生物降解材料。另外，殼聚糖還可以與其他聚合物進行混合制備成復合薄膜，根據國內的一項研究數據表明，將殼聚糖與單甘脂、甲基纖維素進行混合制作成復合涂膜材料，不僅可以保持黃瓜的新鮮程度，還能有效降低黃瓜的呼吸強度，為黃瓜的品質提供新鮮保障。將殼聚糖與結冷膠可食膜進行研究，制備出的殼聚糖/結冷膠復合膜在生鮮豬肉的保鮮方面有著良好的作用。如果把殼聚糖制作成溶液噴灑在食物上，也可以形成一種無色無味的透明狀薄膜，對食物進行保鮮的同時可直接進行食用，非常方便。因此，殼聚糖在這方面的優勢非常明顯。

3.4聚羥基脂肪酸酯和聚羥基丁酸酯原料應用

聚羥基脂肪酸酯、聚羥基丁酸酯是由細菌組合而成的生物性降解性聚酯。通過研究表明，這兩種物質對環境非常友好，因而，也常被應用在食品包裝材料領域中。

聚羥基脂肪酸酯作為一種碳源或幫助能量儲存的物質存在于人或動物體內。同時，它是由300多類細菌組合而成的胞內聚酯，其主要特點是具備生物相容性以及可降解性。另外，聚羥基脂肪酸酯無論是單獨存在還是與其他物質混合在一起，都能制備成具備良好特性的薄膜，但是在實際的應用過程中，聚羥基脂肪酸酯的成本比較昂貴，同時在脆弱性和阻氣性方面不夠強大。由此可見，聚羥基脂肪酸酯可作為可生物降解材料應用在食品包裝材料領域，但是受限于成本、性能等方面的問題，無法得到大范圍的推廣和應用。因此，聚羥基脂肪酸酯和聚羥基丁酸酯原料在實際應用的過程中，要切實考慮原料的各種屬性，強化優勢，在可降解性以及成本等方面與其他原料做好對比分析，更好地實現原料自身價值。

3.5其他生物可降解高分子材料應用

在食品包裝材料中，還存在一些可生物降解的原材料，如纖維素及甲殼素等，因其具備良好的物理特性及強大優勢，被廣泛應用在食品包裝材料的制作當中，對環境保護有著良好的作用。

纖維素作為植物細胞壁的重要組成部分，與其他可生物降解材料相比，具備良好的生物相容性、可降解性、安全性及穩定性，這些優勢都為其進一步成為生物降解材料的首選原材料奠定良好基礎。纖維素成本較低，原料眾多，一般能從絕大部分植物中被提取，同時，不會產生毒素，不會危害到人體的健康，在安全性和穩定性方面非常強大。有研究表明，利用草漿作為主要原材料可以制作出一次性餐具中的紙板；將甲基纖維素、瓊脂、蜂蠟等物質進行混合制作薄膜，可以形成一種半透明狀態、質地柔軟的可食用膜，這為食品包裝材料在原料種類的選擇上提供了更多有益的參考。

甲殼素是一種高聚物，可以從蝦、螃蟹等甲殼類生物的外殼中提取出來，也可在藻類生物的細胞壁中提取，甲殼素在食品包裝材料領域應用價值較高。一方面，甲殼素同其他可生物降解材料相比，具備良好的透氣性和吸水性，同時，耐藥性也較強。另一方面，無論外界環境的溫度如何，過低或過高，甲殼素都將會充分發揮出其耐寒、耐光的特性。因此，甲殼素也常作為一種性能穩定的可生物降解的原材料，應用在不同類型的食品包裝材料中進行加工成膜，更好地發揮出其自身的價值。

當前，隨著社會各界對可降解材料研究的逐漸深入，大量試驗數據顯示，塑料制品等傳統不可降解材料的大量使用，其物理性質、化學性質等方面的影響為環境保護帶來了巨大的壓力。而可生物降解材料不僅可以滿足塑料的性能，還可以在一定時間保持性質的穩定性，最后可以在自然環境中降解為無毒無害成分，在推動綠色環保、節約能源等方面有著良好的作用。

本文對可生物降解材料的內容進行了概述，對可生物降解的原材料在食品包裝材料中的應用進行了研究和對比，使得不同類型的可生物降解原料都能合理地運用在食品包裝材料的制作和加工過程中，真正實現了資源的高效運用。于未來，希望隨著社會的不斷進步以及生產技術的不斷創新發展，會有越來越多的可降解材料被應用到食品包裝材料領域，讓食品包裝材料更加綠色、環保、安全。

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【作者簡介】

陳文，男，1989年出生，工程師，研究方向為室內環境檢測。

（編輯：李鈺雙）