天然高分子食品包裝材料的性能及應(yīng)用

1、中國包裝報(bào)/2007年/8月/21日/第003版綜合 服務(wù)資訊天然高分子食品包裝材料的性能及應(yīng)用原份天然生物材料是指可以再生的自然資源如淀粉、蛋白、植物纖維、生物來源的單體等為基礎(chǔ)制得的材料。這些材料來源豐富、可再生、可降解、污染小，是具有發(fā)展?jié)摿Φ木G色包裝材料。近年來，由于環(huán)保意識(shí)的提高，天然生物包裝材料受到了人們的重視。如國內(nèi)開發(fā)的以農(nóng)作物秸稈、稻草為原料的聚苯乙烯泡沫餐盒代用品，蒲葉經(jīng)熱定型、漂白、殺菌制造的一次性餐皿已受到國外進(jìn)口商的青睞。一股來說，從生物材料中得到的可再生多聚物主要有3類：(1)直接從天然資源中提取的多聚物，例如多糖(淀粉、纖維素等)、蛋白質(zhì)(酪蛋白與小麥面筋蛋白等)

2、及其他多聚物；(2)用可再生生物來源的單體化學(xué)合成多聚物，如聚乳酸(PLA)；(3)直接從轉(zhuǎn)基因型的微生物體中獲得的多聚物。許多微生物具有有機(jī)化合物作為碳源合成生物降解脂肪族聚酯的能力，因此可通過生物發(fā)酵技術(shù)合成聚酯生物降解塑料。第一類材料天然多聚物一般是親水性的，存在性能和加工的問題；第二、三類材料一般有非常好的性能及良好的加工特性，能以普通的塑料加工工藝成膜，但成本也相對(duì)較高?，F(xiàn)分別介紹如下：淀粉基綠色包裝材料近年來，改性淀粉的生物降解或可溶性的降解塑料，已成為淀粉基材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)。淀粉基材料可用作油炸快餐食品的包裝、一次性食品用袋和紙包裝的外層膜等。淀粉基聚乙烯醇塑料是其典型代表。它

3、在制膜前對(duì)淀粉進(jìn)行處理，也就是在擠壓機(jī)中進(jìn)行“無序和塑化”或進(jìn)行化學(xué)改性，加入一定量的增塑劑淀粉，再與聚乙烯醇或聚乙酸內(nèi)酯共混可得到透明的膜。膜中的淀粉部分會(huì)生物降解，剩余部分在堆積過程中降解。淀粉聚乙烯醇膜有中等的阻氣性能，機(jī)械性能比合成多聚物的膜差一些，可在食品一次性用袋方面代替低密度聚乙烯(LDP)包裝。試驗(yàn)表明，淀粉基材料對(duì)微生物的生長沒有促進(jìn)作用，并且包裝外的細(xì)菌不會(huì)透過而進(jìn)入包裝內(nèi)，說明淀粉基材料有用作食品長期包裝的潛力。淀粉的化學(xué)改性可以提高膜性能，淀粉比纖維價(jià)格低，更易加工和生物降解，但淀粉改性的成本也較高。纖維素合成材料纖維素是地球上最豐富的可再生資源，每年通過光合作用可合成

4、約1000×106噸，而且具有價(jià)廉、可降解和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。纖維素是多羥基葡萄糖聚合物，經(jīng)過特定的物理和化學(xué)改性后具有不同的功能特性，可以粉狀、片狀、膜、纖維以及溶液等不同形式出現(xiàn)，因此用纖維素開發(fā)的功能材料極具靈活性并有廣泛的應(yīng)用性。用纖維素可以合成各種生物降解材料。由于其大分子鏈上有許多羥基，具有較強(qiáng)的反應(yīng)性能和相互作用性能，因此，這類材料加工工藝比較簡單，成本低，加工過程無污染；能夠被微生物完全降解；纖維素材料本身無毒，可得到廣泛應(yīng)用。由于纖維素分子間有強(qiáng)氫鍵，取向度、結(jié)晶度高，不溶于一般溶劑，因此不能直接用來制作生物降解材料，必須對(duì)其改性。纖維素改性的方法主要有酯化、醚化及

5、氧化成醛、酮、酸等。如日本四國技術(shù)試驗(yàn)所以天然聚合物多糖(如纖維素和纖維素衍生物)為原料制成半透明的塑料切片，其拉伸強(qiáng)度和彎曲性能與常用塑料相似；以交聯(lián)淀粉、活性碳酸鈣和纖維素為主要原料制成的生物降解片材，力學(xué)強(qiáng)度和耐熱水性能好，可代替聚苯乙烯作快餐盒或其它包裝材料，對(duì)降低環(huán)保成本、消除“白色污染”，具有十分重要的使用價(jià)值。纖維素還可制成各種高吸附性纖維素材料，如高吸水性纖維材料、高吸附重金屬材料、高吸第1頁 共2頁附油脂材料等，可用于相應(yīng)的新鮮食品和植物的包裝及廢水的處理等方面。蛋白質(zhì)膜材料用植物蛋白制得的膜盡管不是完全疏水的，但有較好的阻濕性能和阻氧性能，并可擠壓成型；其阻氧性受環(huán)境濕度影

6、響較大，可在成膜時(shí)與脂質(zhì)復(fù)合，提高阻氧穩(wěn)定性，以應(yīng)用于高含油量食品的儲(chǔ)藏。小麥面筋膜已用來涂布油炸花生和炸雞，這種膜有合適的阻氧性能，但對(duì)二氧化碳卻有充分的通透性，適合于需呼吸作用的新鮮產(chǎn)品，并且對(duì)芳香物質(zhì)透過率是低密度聚乙烯膜的110，有利于食品風(fēng)味的保存。玉米醇溶蛋白已在商業(yè)上用于可食性包裝及涂層，有較好的阻隔性、良好的保濕性及抗氧化性，也作為藥物的緩釋劑使用。大豆分離蛋白膜可以減少葡萄干和干豌豆中的水分遷移。動(dòng)物來源的蛋白用于制膜的主要有膠原蛋白、乳清蛋白和酪蛋白。膠原蛋白膜是應(yīng)用較多的可食性蛋白膜，低濕度下阻氧性好，以作為香腸的腸衣廣泛使用；乳清蛋白膜可減少氧氣的透過，與乙酚單甘油酯復(fù)

7、合涂布于冷凍大馬哈魚與焙烤花生上可明顯降低其氧化速度，也可以減少谷類早餐食品中的水分遷移；酪蛋白與脂質(zhì)的復(fù)合膜可應(yīng)用于新鮮蔬菜、干果、凍魚的保藏，能夠減少水分遷移和油脂氧化。微生物多聚物微生物聚酯聚羥基鏈烷酸(PHAs)有極好的成膜和涂層性能，以此為原料制成的產(chǎn)品可與聚乙烯、聚丙烯、聚酯相媲美。這些產(chǎn)品熔點(diǎn)低、結(jié)晶度低、抗水性高，可在土壤中生物降解，可用普通的塑料加工工藝加工成型，其中以BioPol為典型代表。通過改變微生物菌種、碳源及碳源組成比率來調(diào)節(jié)羥基丁酸酯(HV)和羥基戊酸酯(HB)比率即可獲得不同結(jié)構(gòu)與性能的產(chǎn)品，聚羥基戊酸酯(PH)賦予材料強(qiáng)度與剛性，聚羥基丁酸酯(PH)使材料有彈性、韌性。這種材料與淀粉基材料相比，有較強(qiáng)的耐水性，但阻氣性差一些，可用于瓶裝飲料、牛奶紙包裝涂層材料、快餐包裝、餐用杯及一次性食品用袋中。目前因?yàn)閺奈⑸矬w中提取多聚物成本很高而不能廣泛使用，如果能通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、改變工藝，來降低成本，這將是一種很具潛力的多聚物。聚乳酸類材料聚乳酸(PIA)是最重要的乳酸衍生品。聚乳酸類高分子材料具有無毒、無刺激性、強(qiáng)度高、生物相容性好、可塑性好強(qiáng)、膜彈性好等優(yōu)點(diǎn)。聚乳酸類高分子材料易被自然界中的多種微生物或動(dòng)植物