浅析生物基复合材料在食品包装中的应用

王博 于雪婷 胡岷桐

吉林省产品质量监督检验院 吉林长春 130000

目前市场中的大多数食品包装生物基复合材料源于不可降解的化石燃料。迄今为止，塑料的生产量已经超过91亿吨，中国每年平均产生300万余吨的废弃塑料。目前，一般采取焚烧或填埋方法处理这些废弃包装生物基复合材料，造成了严重的水质、土壤污染，燃烧产生的二噁英是强烈致癌物质。并且，化石燃料是不可再生资源，终将面临资源枯竭的窘境。此外，传统的塑料包装中着色剂、增塑剂等化学物质迁入到食品中，带来食品安全隐患。因此，利用天然可降解生物聚合物替代不可降解化学生物基复合材料成为食品包装领域的前沿研究方向。

1 可降解食品包装生物基复合材料概况

降解生物基复合材料按降解程度可分为部分降解生物基复合材料和全降解生物基复合材料。部分降解生物基复合材料也称可降解生物基复合材料，是指石油基非降解塑料与可完全降解生物基复合材料共混制成的一类，此类生物基复合材料只可部分降解，无法降解部分对环境的污染仍然是存在的。食品包装用可降解生物基复合材料按照降解机理可分为三类：第一类为光降解包装生物基复合材料，指受到光照作用的生物基复合材料发生聚合物分子链断裂，而导致其破坏和降解的一类生物基复合材料。主要是通过共聚方式，在高分子链中引入羰基等光敏基团，或者在传统塑料中引入萘、蒽等光敏剂或光引发剂，使得生物基复合材料在光能作用下产生自由基，促使生物基复合材料分解。光降解的降解机理是在紫外光和热的环境中，高分子链上的光敏基团发挥作用，发生高分子链断裂，分子量降低，降解碎片被各类微生物吞噬，最终实现降解。第二类为生物降解包装生物基复合材料，指能够被自然界中常见的细菌、真菌、藻类等微生物或分泌物在酶等物质的侵蚀下破坏的生物基复合材料。微生物的降解是一个复杂的生物物理作用或生物化学作用过程，降解速率与降解环境密切相关，最终代谢产物以二氧化碳和水为主，以及原料本身所含的矿化无机盐或者生成的新生物质等。第三类为复合降解型生物基复合材料，同时能为光和生物降解的生物基复合材料称为复合降解。复合降解生物基复合材料综合了光降解及生物降解的共同作用，实现了最终产物在自然环境中的完全降解。这是食品包装用可降解生物基复合材料的重要研究方向。

2 生物基复合材料在食品包装中的应用

2.1 由硬质包装逐渐走向更轻、更环保的软包装

现代食品包装不仅为食品及内容物提供物理保护，还可帮助延长食品的保质期，提供产品信息并展示品牌形象，更加方便消费者日常使用。相较于其他包装材质和形式，如玻璃、金属及硬塑包装等，软塑包装更加环保，节省原生物基复合材料和运输成本，从而更好地满足了现代包装工业的需求。有预测表示，亚太地区未来将成为增长最快的消费品软包装市场。

2.2 聚乙烯生物基复合材料

聚乙烯（PE）是乙烯单体经聚合制得的一种热塑性树脂，根据分子量的高低分为HDPE（高密度聚乙烯），LDPE（低密度聚乙烯），LLDPE（线性低密度聚乙烯）等，其化学稳定性好，耐低温，在食品相关应用中，主要在食品袋、保鲜膜中应用。聚乙烯的使用温度在-100至70℃，由聚乙烯生产的食品袋在常温下和日常零下环境中是安全的，若用聚乙烯制品袋包裹食物加热，高温以及食物中的油脂容易将PE塑料中的有害物质溶出，在2017年，世界卫生组织将聚乙烯制品列在了3类致癌物的榜单之中。

2.3 纤维素衍生物制备抑菌包装生物基复合材料

纤维素的衍生物主要包括纤维素醚、纤维素酯以及接枝纤维素，工业中常用的有醋酸纤维素和羧甲基纤维素等。因为对纤维素进行了改性，新引入新型基团赋予了纤维素衍生物优异性质，促使其更易于加工应用。纤维素衍生物溶液黏度较低，将制备好的成膜溶液浇铸至平滑模具中，溶液可自然延流，利用溶液浇铸法制膜操作简便、成膜效果好。羧甲基纤维素（Carboxymethyl Cellulose，CMC）是纤维素在食品包装、食品加工中应用最广泛的一类衍生物，CMC具有优良的成膜性能、良好的气体阻隔性与亲水性以及稳定的内部网络结构，适合用于改善食品包装膜的综合性能，延长食品货架期。

3 结语

上世纪九十年代以来，各类降解生物基复合材料及制品在工农业、日常生活方面已发挥重要作用，尤其是近年来以PLA、PHA、PBAT、PBS、PHBV等生物基复合材料为代表的降解产业工业化的成功推广及应用，让我们看到了降解生物基复合材料及制品广阔的前景和社会需求。但行业仍然存在突出问题，降解生物基复合材料在一些重要领域，特别是快递绿色包装行业，由于原料单价导致产品价格高，应用程度仍然较低；在食品包装等行业，依然存在产品性能和用途的限制，需要继续研究如何缩小与传统生物基复合材料的性能差距。同时，应着力研发推广绿色环保产品、探索回收和循环利用、减少包装污染的新业态新模式；加强包装废弃物分类回收清运，规范废弃物资源化利用和无害化处置。摆脱“塑”缚的道路任重道远。生物基复合材料