可生物降解材料在食品包装中的应用研究

【摘要】本文通过对传统非降解材料引发的社会问题进行深度剖析，对可生物降解食品包装材料的内容进行概述，并通过进一步对可生物降解食品包装材料的深入研究，有效降低由于不可降解材料引发的环境污染等问题。以期通过本文论述，为相关研究提供参考。

【关键词】可生物降解材料；食品包装；环境污染

【DOI编码】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

隨着我国社会经济的不断发展，人们对于物质生活的标准也在不断提升。食品包装材料作为食品交易流通过程中必不可少的组成部分，在食品运输的过程中发挥着重要的保鲜作用。食品包装材料涉及环境安全、食品安全等社会性问题。因而对于可生物降解料在食品包装中的应用研究迫在眉睫。通过对可生物降解食品包装材料的研究，不仅可以有效减少一次性难降解材料造成的环境污染，还能更好地促进食品安全问题的有效解决，为社会生态环境的良好发展以及人们的生命健康提供坚实保障。本文结合工作实际，对国内关于可生物降解食品包装材料进行分析总结，以便于更好地实现食品包装材料对环境零污染的发展目标。

1.1生态环境污染问题日益凸显

国家统计局相关数据表明，2022年国内初级形态塑料、塑料包装专用设备的产量达到11，953.95万吨、36.29万台。塑料生产规模逐年递增，而因其不可降解性而引发的生态环境污染问题也日趋严重。塑料产品作为国内食品包装材料的主力军，以其质地轻、不易损坏、方便携带运输、成本低等优势在包装材料行业得到广泛应用。与金属玻璃包装材料的可回收性相对比，塑料产品在自然环境中不能有效分解，对生态环境造成了不可逆的危害。近年来，关于海洋动物因误食塑料垃圾而死亡的案例屡见不鲜，这些触目惊心的反面案例更是印证了由于传统非降解材料在使用过程中引发的一系列环境问题，值得社会各界广泛关注和思考。因此，这种“白色污染”不仅严重影响了城市的美观和经济发展，还对海洋环境及更多生物的生存构成巨大威胁。

1.2食品安全隐患严重存在

传统非降解材料中的塑料包装材料主要以石油作为原材料进行加工制作而成，同时在塑料制品的制作过程中，为了改善产品的性能及稳定性，通常会在塑料制品中加入增塑剂和润滑剂。原料中的各种化学物质会通过人们与食品包装材料的频繁接触被误食入口中，对人体的各项器官及分泌系统产生不良影响。长此以往，塑料类食品包装材料就会对我们的身体健康造成不同程度的损害。因此，对于食品包装材料引发的严重的食品安全问题，亟须科研人员对可降解食品包装材料作出进一步的研究和改善。

相关统计数据表明，2023年中国生物可降解材料市场规模将达到230.72亿元。由此说明，可生物降解材料作为一种原料来源更加绿色、降解产物污染性更小的优质可降解材料，目前正在被积极应用到食品包装材料领域，可以有效解决由于传统不可降解材料引发的一系列环境和食品安全问题。可生物降解材料是以天然的可降解材料为主要原料，并采用国内较为先进的工艺、设备制作而成，通过微生物可以完全降解，对环境非常友好。

可生物降解材料降解的第一阶段是对于不同材料、结构、温度等条件的材料，由不同种类的微生物分泌水解酶附着在材料表面。第二阶段，在水解酶的作用下，可生物降解材料会在水解和氧化的过程中形成小分子量的化合物。第三阶段，微生物将小分子量化合物进行吸收，并通过代谢转化为二氧化碳和水，最终完成降解过程。正因为可生物降解材料的自然降解过程对生态环境的发展更加有益，减少了白色污染，因而被称为更加绿色环保的生态材料。

3.1淀粉原料应用

通常状态下，淀粉是在谷物以及马铃薯等植物中被发现存在的一种物质。同时，淀粉具有可生物降解性、成本较低、获取方式更加便捷等天然优势。因此，无论是天然淀粉还是改性淀粉，都被作为可生物降解食品包装材料的主要原料种类之一。

英国诺丁汉大学的一项关于食品包装材料的研究表明，以淀粉、魔芋粉、纤维素以及蛋白质等物质为原材料，可以研发出一种食品包装薄膜，这种食品包装薄膜不仅可以接触食品进行食用，还能有效进行生物降解，对于环境非常友好。同时，为了更好地改善淀粉薄膜的特性，很多国内的著名专家学者对淀粉与其他物质的混合做出了深入研究。如通过将淀粉与PCL（聚己内酯）进行混合从而获得淀粉/PCL薄膜，这种混合材料薄膜可以更好地改善传统淀粉薄膜的塑性和韧性。还有一些实验将高直链与壳聚糖进行混合，最后生产出一种可使用的复合淀粉薄膜，更好地改善了淀粉薄膜在灵活性和弹性等方面的性能，让食品包装材料的发展得到进一步的创新。

3.2蛋白质原料应用

从生物学角度分析，蛋白质是一种由蛋白原氨基酸通过酯胺键连接起来的具有100多种氨基酸残基的多肽化合物。作为可生物降解食品包装材料的主要原料之一，蛋白质一般需要通过热处理、碱基处理才能形成标准的膜，进而在食品包装材料中使用。蛋白质不能在自然环境下自发降解，但是它可以通过蛋白酶等物质进行酶促降解。同其他可降解材料相比，蛋白质膜的耐水性和机械强度较弱，但是蛋白质膜具备较强的阻断性，并且种类繁多，包含多种蛋白。因此，蛋白质原料在食品加工和可降解高分子材料的包装中应用较为广泛。

如胶原蛋白膜作为一种食用蛋白膜，其延展性能较强，同时能有效隔断气、油和水等物质，在生鲜类食品以及熟食的保鲜过程中发挥了极其重要的作用。还有一些研究表明，乳清蛋白膜对于娃娃菜等生鲜蔬菜具有较强的保鲜作用，在可生物降解食品包装材料中，应用较为广泛。还有一些由蛋白质材料作为主要原料的食品包装材料，不但可以直接食用，而且具备较强的耐热度和亲和性，作为食品包装材料的外包装和内涂层都具备良好的防渗透作用，比传统食品保鲜膜更耐水，可以直接用于包装奶酪和糖果。

3.3壳聚糖原料应用

壳聚糖作为天然碱性氨基类多糖物质，之所以能够应用在食品包装材料领域，是因其本身具备良好的抗菌、保鲜、易成膜、可降解等优势，这些优势也让更多科研人员将其列为食品包装材料的重要原料之一展开试验和研究。壳聚糖原料不包含有毒物质，同时能够被自然分解，是一种具有可再生性、可降解性的新型环保材料。

在食用包装材料领域，壳聚糖主要是作为保鲜剂被应用在对水果、蔬菜以及肉类等生鲜食品的保鲜过程中，同时针对生鲜类食品在抗菌、保鲜等特性方面优于其他可生物降解材料。另外，壳聚糖还可以与其他聚合物进行混合制备成复合薄膜，根据国内的一项研究数据表明，将壳聚糖与单甘脂、甲基纤维素进行混合制作成复合涂膜材料，不仅可以保持黄瓜的新鲜程度，还能有效降低黄瓜的呼吸强度，为黄瓜的品质提供新鲜保障。将壳聚糖与结冷胶可食膜进行研究，制备出的壳聚糖/结冷胶复合膜在生鲜猪肉的保鲜方面有着良好的作用。如果把壳聚糖制作成溶液喷洒在食物上，也可以形成一种无色无味的透明状薄膜，对食物进行保鲜的同时可直接进行食用，非常方便。因此，壳聚糖在这方面的优势非常明显。

3.4聚羟基脂肪酸酯和聚羟基丁酸酯原料应用

聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸酯是由细菌组合而成的生物性降解性聚酯。通过研究表明，这两种物质对环境非常友好，因而，也常被应用在食品包装材料领域中。

聚羟基脂肪酸酯作为一种碳源或帮助能量储存的物质存在于人或动物体内。同时，它是由300多类细菌组合而成的胞内聚酯，其主要特点是具备生物相容性以及可降解性。另外，聚羟基脂肪酸酯无论是单独存在还是与其他物质混合在一起，都能制备成具备良好特性的薄膜，但是在实际的应用过程中，聚羟基脂肪酸酯的成本比较昂贵，同时在脆弱性和阻气性方面不够强大。由此可见，聚羟基脂肪酸酯可作为可生物降解材料应用在食品包装材料领域，但是受限于成本、性能等方面的问题，无法得到大范围的推广和应用。因此，聚羟基脂肪酸酯和聚羟基丁酸酯原料在实际应用的过程中，要切实考虑原料的各种属性，强化优势，在可降解性以及成本等方面与其他原料做好对比分析，更好地实现原料自身价值。

3.5其他生物可降解高分子材料应用

在食品包装材料中，还存在一些可生物降解的原材料，如纤维素及甲壳素等，因其具备良好的物理特性及强大优势，被广泛应用在食品包装材料的制作当中，对环境保护有着良好的作用。

纤维素作为植物细胞壁的重要组成部分，与其他可生物降解材料相比，具备良好的生物相容性、可降解性、安全性及稳定性，这些优势都为其进一步成为生物降解材料的首选原材料奠定良好基础。纤维素成本较低，原料众多，一般能从绝大部分植物中被提取，同时，不会产生毒素，不会危害到人体的健康，在安全性和稳定性方面非常强大。有研究表明，利用草浆作为主要原材料可以制作出一次性餐具中的纸板；将甲基纤维素、琼脂、蜂蜡等物质进行混合制作薄膜，可以形成一种半透明状态、质地柔软的可食用膜，这为食品包装材料在原料种类的选择上提供了更多有益的参考。

甲壳素是一种高聚物，可以从虾、螃蟹等甲壳类生物的外壳中提取出来，也可在藻类生物的细胞壁中提取，甲壳素在食品包装材料领域应用价值较高。一方面，甲壳素同其他可生物降解材料相比，具备良好的透气性和吸水性，同时，耐药性也较强。另一方面，无论外界环境的温度如何，过低或过高，甲壳素都将会充分发挥出其耐寒、耐光的特性。因此，甲壳素也常作为一种性能稳定的可生物降解的原材料，应用在不同类型的食品包装材料中进行加工成膜，更好地发挥出其自身的价值。

当前，随着社会各界对可降解材料研究的逐渐深入，大量试验数据显示，塑料制品等传统不可降解材料的大量使用，其物理性质、化学性质等方面的影响为环境保护带来了巨大的压力。而可生物降解材料不仅可以满足塑料的性能，还可以在一定时间保持性质的稳定性，最后可以在自然环境中降解为无毒无害成分，在推动绿色环保、节约能源等方面有着良好的作用。

本文对可生物降解材料的内容进行了概述，对可生物降解的原材料在食品包装材料中的应用进行了研究和对比，使得不同类型的可生物降解原料都能合理地运用在食品包装材料的制作和加工过程中，真正实现了资源的高效运用。于未来，希望随着社会的不断进步以及生产技术的不断创新发展，会有越来越多的可降解材料被应用到食品包装材料领域，让食品包装材料更加绿色、环保、安全。

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【作者简介】

陈文，男，1989年出生，工程師，研究方向为室内环境检测。

（编辑：李钰双）