生物可降解高分子材料地域农产品品牌包装应用研究*

加纯华，林 枫

（榆林学院,陕西榆林719000）

高分子材料的飞速发展为人类社会生产、生活带来了极大的便捷。然而，由于大多数高分子材料耐腐蚀性能较好，导致使用高分子材料制备而成的各种物品废弃物很难在自然条件下进行分解，在回收利用不及时情况下很容易造成严重的环境污染[1]。随着现代人口剧增及资源的过度消耗以及全球环境污染、生态破坏的加剧，利用传统高分子材料制备的产品外包装已经逐渐对全球环境形成了较大的威胁，急需通过开发、利用可降解性的高分子材料进行传统高分子包装材料的替换。

榆林市作为陕西省的第二大粮仓，全市认证无公害农产品350个、绿色食品38个、有机农产品56个、地理标志农产品36个。纯绿色、天然无污染优质农产品是榆林农产品的特点，榆林市农产品要打造自己的品牌，需要围绕榆林农产品的“绿色”“天然”“无污染”特点，在包装设计上树立地域品牌和特色的新型产品包装观念，产生一批有影响力的农产品品牌。因此，利用生物可降解高分材料进行区域特色农产品品牌包装成为该地区农产品绿色可持续发展理念下的一大突破。

1 生物可降解高分子材料分类

图1所示为按照不同的规则对生物可降解高分子材料进行的分类。根据材料降解特性不同，可降解高分子材料主要可分为完全生物降解型以及生物破坏型高分子材料；按照高分子来源及获取方法的区别，可分为天然、微生物合成等类型。本文将主要依据高分子材料来源及获取方法进行论述[2-3]。

图1 生物可降解高分子材料分类Fig. 1 Classification of biodegradable polymer materials

1.1 天然高分子材料

天然高分子材料是指以由重复单元连接成的线型长链为基本结构的高分子量化合物，如自然界中广泛存在的生物体内蛋白质、甲壳素、纤维素，部分食物中的淀粉，棉、毛、天然橡胶等；非生物界内的长石、金刚石等则属于无机高分子材料。天然高分子材料在自然界中广泛存在，获取难度较低且材料本身的价格较为低廉，因而被广泛应用于人类社会生产、生活的各个场景。利用天然高分子材料制备而成的产品包装，具有良好的生物相容性、安全无毒，且能够在暴露于自然条件下以后形成完全降解，不会对大自然产生负面影响。尤其部分可回收利用的天然高分子材料如棉、麻、橡胶等，可以通过回收再加工等手段进行二次或多次使用，兼具环保性和资源节约双重优势[4]。但是，天然高分子材料通常不具备较强的热力学性能，对于部分特殊产品的可应用价值较低。对于天然高分子材料开展共混等化学修饰，成为当前天然高分子材料应用于产品品牌包装环节的重点和主要研究方向。

1.2 微生物合成高分子材料

微生物合成高分子材料是指利用碳源等对生物体内微生物菌进行处理加工，最终得到的一类结构特殊多变的合成高分子材料。微生物合成高分子材料的种类广泛，主要包括微生物聚酯（如聚羟基脂肪酸酯）、微生物多糖（如黄杆菌胶）等。微生物合成高分子材料具有极为优异的完全生物降解特性，部分材料在土壤掩埋3～6个月之后即可实现CO2、H2O的完全转变，不会对自然环境产生严重影响[5]。然而，当前利用该方法制备的微生物合成高分子材料包装，多应用于医药、电子等产业，食品尤其农副食品之类附加值较低的行业尚无法承受高额的费用成本，因而无法广泛使用。

1.3 化学合成高分子材料

化学合成可降解高分子材料，是指通过将分子结构中含有酯基的相对分子质量已知的各种原材料进行聚合反应，所生成的一系列聚合物等。化学合成可降解高分子材料具有良好的生物相容性和降解性。利用化学聚合反应合成高分子材料方法如图2所示。

图2 化学合成高分子材料方法Fig. 2 Methods of chemical synthesis of polymer materials

化学合成高分子材料主要包括结构材料和功能材料两大类，塑料、高分子合成橡胶、纤维等材料为结构材料，在使用过程中多以材料强度、刚性等特性为主要开发优势；而高分子催化剂、感光材料等则属于功能材料[6-7]，主要使用的是材料本身的催化功能、感光功能等。合成高分子材料与一般天然高分子材料相比，具有更加灵活多变的分子链结构，能够根据不同的产品需求对高分子材料结构进行设计，从而获得更加环保、性能更为优越的材料。

1.4 掺混型高分子材料

掺混型高分子材料，指将两种或两种以上的高分子材料进行共混或共聚，进而使最终得到的高分子材料能够获得更加多种高分子材料优势的方法。对于制备生物可降解高分子材料而言，利用掺混法制备高分子材料，需要保证材料中至少有一种是能够实现生物降解的材料，如在掺混材料中加入淀粉、纤维素等高分子材料制备而成的填充型聚乙烯材料、接枝型丙烯酸甲酯材料等均属于可以部分自然降解的高分子材料。随着现代材料技术的发展，掺混型高分子材料已经逐步实现了完全生物降解，如以淀粉为基质型的生物可降解高分子材料等。

2 生物可降解高分子材料地域农产品品 牌包装应用

生物可降解高分子材料在产品包装领域的应用已极为常见，但由于农产品与其他产品之间存在一定差异，因而并非所有生物可降解高分子材料都能被应用于农产品品牌包装领域。榆林市经过多年的不断尝试，遴选出几类适合农产品品牌包装的可降解高分子材料。

2.1 淀粉薄膜

淀粉是一种自然界广泛存在、易加工提取、具有完全生物降解性的多糖化合物。淀粉的获取成本极低，利用淀粉进行掺混制备高分子包装材料逐渐成为当前最受欢迎的一种包装材料制备形式。与传统的可降解膜材料相比，利用淀粉材料为基础原料掺混制备的高分子材料具有透明、无色无味等特征，这一物理特性与某些合成高分子材料薄膜的特性极为类似。且由于淀粉薄膜对CO2半透性及其对O2的半透性，能够为农产品提供良好的防腐蚀性能。然而，淀粉材料具有较强的亲水性和低机械性能，无法在农产品品牌包装领域进一步应用。因此，部分企业开始尝试利用聚己内酯等高分子聚合物与淀粉材料进行共混制备新型农产品品牌包装材料，在充分利用淀粉可完全生物降解的基础上提升了材料的延展性和柔韧性[8]。

2.2 蛋白质薄膜

蛋白质薄膜与合成薄膜相比，具有较差的耐水性和较低的机械强度。但是，得益于蛋白质薄膜自身特殊的立体网络结构，又使其具备了较为良好的阻隔性。例如，胶原蛋白是一种构成生物体内结缔组织的重要天然结构蛋白质，利用胶原蛋白制备而成的农产品蛋白质包装薄膜，具有极为优异的保险和防腐功能。将胶原蛋白与纤维进行合成，可以制备农副食品包装纸，为农产品提供食物黏合剂的功效。可食用性胶原蛋白薄膜具有良好的拉伸性能、热稳定性、阻隔性，在农产品保鲜领域拥有极强的性能优势和使用前景。

2.3 壳聚糖

壳聚糖是一种从动物（如螃蟹、虾类等）甲壳中提取出的碱性氨基类多糖。壳聚糖具有无毒、生物相容性好等性能优势，可以广泛应用于农产品包装保鲜领域。利用壳聚糖制备而成的农产品包装，能够为农产品提供极为优异的抑菌作用，部分壳聚糖制备的农产品包装还可以食用，在喷涂于农产品表面以后往往不需要清除便可以直接食用。而利用壳聚糖制备的包装薄膜，还可以与其他材料进行共混生成新的复合薄膜，使包装材料具有良好的透明度、隔绝水汽功能等。

3 榆林市地域农产品生物可降解包装开 发实践

“包装的结构是包装设计中最核心，也最能打动消费者的部分”。生物可降解包装倡导使用健康、无污染、资源消耗率低、可再生或可循环利用的材料为介质，在满足农产品不受损害和呈现商品的基本信息的基本设计需求的同时，还要兼顾到环保、健康、人文、审美等多重功能，低碳环保材料的选择是原生态包装的关键要素之一。

榆林市地域农产品包装领域所使用的可生物降解的材料主要包括：可降解的塑料制品、纸制品、陶瓷制品、布匹等。这些材料具有人为加工的特点，环保性不及纯天然的材料，但是大多也无毒无害，结束自己的使用寿命后，当受到阳光紫外线的作用和土壤中水分的影响，能在一定的环境中发生降解现象，最终以无污染的形态进入人们的生活环境中。可降解材料由于有人为加工的过程，形式更加普遍多样，可以根据人们的需求制作成各种形状、各种颜色的农品产包装。同时，由于纯天然包装材料受到结构和材质的限制，往往还需要这种低碳环保人工材料的辅助才能完美发挥自己的功能。如“安康农场”土鸡蛋的内包装是软质的柴草，外包装则是硬质的纸盒（图3）[9]，这样的包装设计一方面体现了天然无污染的特点，另一方面也兼顾到了美观大气的市场需求。

图3 “安康农场”土鸡蛋内包装Fig. 3 Inner packing of "Ankang Farm" native eggs

榆林农产品以苹果、羊子、红枣、马铃薯、中药材、小杂粮为主，这些农产品的辅料如植物的枝干以及根茎叶、动物的毛皮等都可以作为农产品的包装材料。榆林的红枣的药用价值高，精品药用枣可以用枣木做的盒子来装，小米可以用精心设计的布袋来装，甜叶菊可以用葫芦或者苹果木盒子来装。同时，材料的选择仅仅是包装的起步工作，对材料的图案、文字等关联设计也至关重要，农产品的包装设计要与农产品传递的理念、功能融为一体，要既具有实用性，还要具有审美性，甚至具备娱乐、收藏等其他延伸的价值[10]。例如，台湾的“掌声谷粒”用双星牡丹印花布作为包装材质，这种布在旧时的台湾是常见之物，人们冬天暖被窝，出门背孩子，包东西甚至防雨都经常用到，既有历史感也有乡土感，可以作为现代人收藏的东西，很受市场欢迎。

4 结语

现阶段，商品市场产生了较大的变化，许多商品涌入到市场当中，传统的市场竞争也变成了品牌的竞争。农产品的包装设计是塑造农产品品牌的重要手段之一，产品包装需要突破以往保护商品和方便携带等功能，向自觉展示美、健康、人文的方向发展。榆林农产品在产品认证、质量追溯、公共品牌打造方面取得了显著成绩，“米脂小米”“子州黄芪”“大明绿豆”等品牌在全国产生了较大影响力。但是生态化的包装理念并未得到普遍的体现，普通塑料仍然是榆林农产品主流的包装材料。包装形式大多雷同化，生态化的生产过程仅仅在网销产品的网页上有所涉及，并未在产品包装上得到体现，榆林生态故事也没有涉及。因此，榆林农产品包装应该由政府引导和推动，在公共品牌农产品和认证农产品中大力推广生物可降解包装设计理念，充分融入榆林自然生态和人文生态元素，打造既具有鲜明个性特征，又具有显著地域特色的农产品品牌。