可食性包装材料发展刍议

杨铄冰 杨涛

（1.江南大学化学与材料工程学院；2.江苏光辉包装材料有限公司）

可食性包装材料，顾名思义就是可以食用的用作包装的材料，是由可食性生物基物质为主原料加工制作而成的一种包装材料。多为包装膜纸类和涂层类产品，也有少量容器，主要用于食品、药品的内包装。

在当前绿色、低碳、环保的生产、生活发展背景下，可食性包装材料虽存在成本高、性能不太完备、应用局限性大等缺陷，但因其生物基属性，无废弃物污染，全自然循环等特性，以及具有较广阔的产品创新空间，已成为食品包装材料创新开发的热点之一。

1. 可食性包装材料发展现状

可食性包装材料的发展，在我国可追溯到数百年前，据史料记载，明朝郑和下西洋时已使用蜂蜡包装水果，用于长时间保鲜和贮藏。流传至今仍被广泛使用的香肠用动物肠衣，以及糖果防粘用的糯米纸，都是可食性包装材料的优秀传统代表产品。

近些年来，随着食品工业及生物提纯技术的进步与发展，包装材料制造装备和工艺的提升与完善，可食性包装材料的取材已基本脱离了初级动植物品，走向了精细化、专业化、复合化的发展道路，包装材料加工制作也更趋向于机械化、工业化，产品品种不断丰富出新，附加功能有效拓展与提升，逐渐发展成为一个绿色特征明显的食品包装材料行业分支。

1.1 可食性包装材料分类

可食性包装材料按应用方式分为包装膜（纸）、涂层和包装容器等，按主要原材料结构成分分为多糖类、蛋白质类、脂质类以及复合型四类。后者是行业中惯用的分类方式，本文也采用这种分类方式介绍可食性包装材料相关情况。

1.1.1 多糖类可食性包装材料

多糖类可食性包装材料是以多糖食品或其提取物为基料，加工制得的包装材料。根据多糖基料的品种和具体成分，又可分为淀粉类、纤维素类、普鲁兰类、壳聚糖类、海藻酸盐类等多个品种。

淀粉类多以谷物淀粉为基料，用于可食性包装材料基料的淀粉又分为直链淀粉、羟基丙醇淀粉、糊精等不同品种。可食性包装材料用的纤维素类基料多来源于果蔬、果蔬加工下脚料、秸秆等，按照成分又分为甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和果胶等。普鲁兰类是以苕干、土豆、木薯碎米等农副产品经发酵后产生的生物高分子化合物茁霉多糖为基料。海藻酸盐类以海洋褐藻类植物提取物——海藻酸钠和/或海藻酸钾为基料。

多糖是由大于10 个的单糖通过苷键连接而成的高分子碳水化合物，一般不溶于水，但可以水解。多糖在溶解性能上的特殊性，导致其水溶液具有较大的粘度，易形成凝胶。多糖类可食性包装材料主要是利用这种特性加工制备的。由于多糖物质具有特殊的长链螺旋分子结构，由其制得的包装材料化学性质较稳定，阻油性好。但多糖分子中含有大量的羟基等极性基团，因此，此类包装材料亲水性较好，阻湿性较差。

1.1.2 蛋白质类可食性包装材料

蛋白质类可食性包装材料是以蛋白质为主原料加工而成，根据蛋白质来源不同，又分为胶原蛋白包装材料、乳基蛋白包装材料和谷物蛋白包装材料。胶原蛋白包装材料是以动物蛋白质为基料。乳基蛋白包装材料是以乳清蛋白质和乳酪蛋白质或两者组合的蛋白质为基料。谷物蛋白包装材料则分别以玉米蛋白、小麦谷蛋白、大豆蛋白、麸糠蛋白等为基料。

蛋白质是由α -氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，在蛋白质分子中存在着氨基和羧基，所以蛋白质为两性物质。蛋白质分子直径达到了胶体微粒的大小，所以蛋白质具有胶体性质。同时变性是蛋白质另一重要特征，其在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作用下，会发生性质上的改变而凝结起来，且这种凝结是不可逆的。利用蛋白质这种特性，通过热变性或物理化学（加入其他添加剂）变性制得蛋白质包装材料。该类型可食性包装材料的产品多为薄膜和涂层形式。蛋白质包装材料具有良好的强度、弹性、防潮性、自然降解性。胶原蛋白质膜更是具有较好的生物相容性。蛋白质类可食性包装材料具有较好的阻湿性和阻氧性，但阻氧性受环境湿度影响较大[1]。

1.1.3 脂质类可食性包装材料

脂质类即脂肪类可食性包装材料是以脂肪组织为基料加工而成的，根据不同的脂肪来源又分为植物油型、动物脂型和蜡质三类。植物油型包装材料是以桂树脂酸、亚麻油酸、棕榈油、向日葵油、椰子油、红花油和菜籽油等植物油为基料。动物脂型包装材料是以无水乳脂、猪油等材料为基料；蜡质型包装材料是以蜂蜡、小浊树脂蜡等材料为基料[2]。

脂质类物质主要有油脂、类脂和蜡三类。油脂通常具有较高的粘度，这主要来源于其长链分子间的吸引力，油脂具有触变性，当外加切应力超过某个临界值后，体系就会发生永久变形，表现出可塑性。某些油在空气中放置，表面能生成一层干燥而有韧性的薄膜，这种现象叫做干化。如桐油，不但干化快，而且形成的薄膜韧性好，可耐冷、热和潮湿。动物脂肪组织中的网状纤维很发达，结构致密，可以作为包装材料的“骨架”成型。蜡类是高碳脂肪酸与一元醇形成的脂类，高温熔融可流动塑型，低温后固化定型，其与油脂共用，可提高液态油的熔点，赋予油脂更好的触变性。由于脂质类材料有较强的疏水性，含脂质的涂层和包装材料通常具有良好的阻水性，可以调节新鲜果蔬的呼吸作用，降低果蔬的腐烂速率和损耗量。特别适用于果蔬的涂层保鲜。

1.1.4 复合型可食性包装材料

由单一类型的基料制成的可食性包装材料实际应用时往往存在一些不足，如多糖类和蛋白质类可食性包装材料，自身具有亲水性，所以制成的包装材料阻水性较差，透水率较高。而疏水性好的脂质类包装材料则具有优越的阻水性，能缓解或完全防止氧气和二氧化碳的迁移，但易发生厌氧反应，影响包装物贮藏效果。

复合型可食性包装材料是依据包装材料使用性能要求，选取蛋白质、多糖、脂质三大类型中的两种或多种基料，按照不同比例组配并加工成的一类可食性包装材料产品，如蛋白质/脂肪酸/淀粉复合膜、玉米淀粉/海藻酸钠复合膜、脂质/羟甲基纤维素复合膜、醇蛋白/蜂蜡复合型涂层液等等。通过将不同类型的基料复合使用，使可食性包装材料相关性能互补增强，克服了单一类型基料包装材料的产品缺陷。

这里所讲的复合型，是指三大类可食性包装材料基料不同类型之间或同类不同品种之间的多组分复合。如果从配方构成及相关组分具体作用看，除初期的少量可食性包装材料外，绝大多数商业化或文献披露的研制产品均应算作复合型可食性包装材料产品。

特别是近年来推出的可食性包装材料新品，不仅包装材料的综合性能越来越优异，还赋予了包材很多特殊功能，这其中很重要的原因是所使用的添加剂功效作用提升，以及加工成型技术进步。随着高效、功能化助剂品种的不断更新发展，利用助剂改善调节可食性包装材料性能，提升包装材料某项功能，变得更加方便快捷。因此，新型、高效助剂的研制和应用成为可食性包装材料重要研究内容和热点之一。但这种趋势应引起行业人士及相关监管部门的重视和关注，因为可食性包装材料是允许被食用的，所以需要特别注意这些新助剂本身及应用的安全属性问题。

1.2 可食性包装材料应用情况

可食性包装材料具有保护和保持食品品质、绿色环保、可一同食用的特点，有些可食性包装材料还具有优良的阻气、阻水、抗菌等不同的特殊包装保护功能，在食品、药品包装工业中已有一定市场应用，主要用于果蔬包装与保鲜，禽蛋类、糕点、干货、调味料、冷冻食品以及肉类保鲜等产品的包装上。随着可食性包装材料综合性能的提升，可食性包装材料在食品及药品包装领域应用不断拓展，并展现出了较好的发展前景。一些研究已开始尝试让可食性材料在其他领域发挥作用。

各类型可食性包装材料的特性及应用情况汇总，如表1 所示。

表1 可食性包装材料的分类、特性及应用（续表）

表1 可食性包装材料的分类、特性及应用[3-8]

2. 可食性包装材料发展瓶颈和问题

可食性包装材料虽经过近些年，特别是近几年的快速发展，已有几十种甚至上百种不同类型的新品被研发出来，一些产品还实现了工业化和市场化，但确切地讲可食性包装材料行业仍处于发展的初级阶段，仍有很多问题阻碍着该类包装材料快速、全面地应用发展。

2.1 可食性包装材料包装性能需进一步提升

可食性包装材料是由食品工业衍生出来的一个行业分支，随着食品多样化、精制化、绿色化的发展而不断壮大，逐渐形成了如今的一个小的包装行业类型。由于其脱胎于食品工业并以服务食品包装为主，所以可食性包装材料的研制更偏向于“可食”性，而对“包装”功用重视度不足。

另外，可食性包装材料所用主原料来源于生物基物质，以多糖、蛋白质、脂质等物质为主，受限于当前所选取原材料性能以及加工成型技术，目前所开发的可食性包装材料虽通过各种主原料有机组合，以及功能助剂的性能改善增强，其机械、阻隔等综合包装性能有很大改观，但和通用的塑料、纸质包装材料相比，多数性能方面仍有一定差距。

此外，可食性包装材料产品基本以涂层和包装膜、纸为主，并有少量容器类包装盒、杯等制品，而其他形式的包装制品则比较匮乏，这也不利于可食性包装材料全面应用发展。

2.2 可食性包装材料工业化进程有待加强

目前对各种可食性包装材料加工成型机理，以及产品分子结构特性等方面的研究较少。可食性包装材料产品的研发多为简单的有关性能的改善与提升，缺乏整体全面的产品功能化设计及制备技术研究。

新品研制基本停留在实验室小样制备和小批量生产上，不仅缺乏原理方面的理论支持，更缺乏相关产品工业化生产的加工技术参数。这导致了可食性包装材料虽看起来新品不少，但很多产品的性能重合，而该类包装材料的一些核心缺陷问题却迟迟没能很好解决。

此外，小批量生产导致了产品生产成本虚高，再叠加高的原材料成本，更推高了可食性包装材料的成本与价格，阻碍该类材料在食品包装行业的广泛应用。

2.3 可食性包装材料产品多功能化问题待解，市场接受度存疑

可食性包装材料由于其具有可食特性，所以在该包材外面还需要增加一层保护包装，否则可食性包装被污染，将无法与包装的食品一同食用。这无形中给被包装商品增加了一层包装，与当前提倡的包装减量、减薄的绿色发展理念不太符合。这是很多专业人士不太认可可食性包装材料的主要原因。

可食性包装材料的“食品”性质，还会导致其存在易吸水、发霉、腐烂变质，以及虫、鼠动物侵害等缺陷问题，这些问题也成为其作为包装材料的一大弱势。

此外，被包装物品的性能千差万别，对包装材料性能要求也各不相同，一些特定物品还有某些特殊要求，这就需要包装材料能较好满足这种差异化包装需求。但当前的可食性包装材料在这方面是比较欠缺的，尚不能全面满足这种需求。

因此，可食性包装材料虽成为当今食品工业和包装材料的研究热点之一，但其全面发展之路依旧任重道远，有很多问题需要解决与完善，有些问题还需要改变传统的产品设计理念和观念来突破。

3. 对可食性包装材料发展的思考及建议

针对当前可食性包装材料发展面临的诸多问题，结合当前包装材料“绿色、低碳、环保、循环”的发展理念，提出如下一些建议，供参考。

3.1 加强可食性包装材料功能化发展，精准、科学产品定位，破解—双层‖包装问题

可食性包装材料因其“可食”特性，作为食品包装时需要用一层外包装进行整体保护，这无疑将增加食品包装物的层数和成本，如果内包装——可食性包装材料能有效提供食品包装物所需的阻隔、阻水、保香、抗菌、保护等功能。外包装仅提供一种防尘保护及宣传等常规包装作用。这样就可实现食品包装的单一化，因为作为内包装的可食性包装材料将会与食品一同被食用，而真正产生的包装废弃物只有外层包装。即使内包装材料没有被一同食用，其也可自然降解，不会带来环境污染问题。

因此，采用这种可食性内包装形式，便于食品包装材料废弃物的回收处理、循环利用，可有效解决软包装材料回收率过低的行业难题，更利于包装绿色化发展。当然这需要大幅提升可食性包装材料的相关功能性，并进行科学的包装产品设计和定位。

3.2 深入研究、利用可食性包装材料的结构性能特点，拓展其应用领域

较全面系统地研究各种类型、各种形式的可食性包装材料的物理、化学、加工性能，综合分析、设计各种可食性包装材料的产品结构和形式，最大限度地提升该类材料的包装使用功能。在此基础上，结合当前食品保存和食用过程中的一些痛点，进行有针对性的开发设计，使其更好地满足食品等包装物对包装材料的具体需求。

首先，做好涂层和膜纸类可食性包装材料产品的整合及新品开发，推出一批综合性能优异的工业化可食性包装材料产品，开发出一系列针对具体问题而研制的新品，比如，麻花等酥脆型点心，在食用过程中易出现掉渣问题，造成浪费与污染，可开发一种具有酥脆口感又有很好韧性及包覆能力的可食性改性果蔬膜纸作为内包装，来解决这个问题。

其次，通过可食性包装材料综合性能的提升，使其向涂层和膜纸外食品包装产品领域发展，研制并生产出更多的容器、瓶、盒、板材等类型的可食性包装产品。比如，已经市场化的澳大利亚炸土豆片包装容器[9]，肯德基scoffee cup 咖啡杯等[10]。

最后，利用可食性包装材料的相关特性，向食品外包装行业及其他应用领域发展。如，包药片用的特色糯米纸；可食性包装材料助食用香精或香料的微胶囊化技术；几丁质多糖膜可作为人工皮肤或手术用线，并可肌体降解吸收；再生纤维素膜可用于血液透析、血浆分离和消除病毒。

来自德国哥廷根大学的科学家 Alireza Kharazipour 教授研发出一种用玉米爆米花制作的缓冲、绝缘材料[11]，用于替代膨胀的聚苯乙烯(EPS)泡沫。玉米爆米花泡沫不仅有聚苯乙烯耐热，保温，可降解等一系列特点，更重要的是成本便宜。

3.3 利用农业和食品工业废弃物资源加工制作高品质可食性包装材料是一个重要发展方向

食品下脚料、劣质农产品作为食品工业和农业的废弃物，产量巨大，利用率低，在造成资源浪费，经济损失的同时，还会带来一定的环境污染。这些废弃物如甘蔗渣、果蔬加工下脚料等，其中含有大量的有机物、纤维素或蛋白质等多种有用成分，经再加工可用于生物降解薄膜如微生物共聚酯PHB、PHA 等的制备，也可作为可食性包装材料的基料直接使用。

利用这些废弃物加工制作可食性包装材料，即节约了资源又降低了成本，同时借助生物发酵技术和生物降解原料制备与加工技术，还能有效提升可食性包装材料的性能，使可食性包装材料能更好满足包装市场需求。