食品包装材料

食品包装材料——生物可降解塑料

摘要：食品包装业是包装工业的重要组成部分，它带来的环境污染问题也日益严重。简述了能应用于食品包装中几种生物降解高分子材料。对生物降解塑料的降解机理、特点，国内外研究现状和进展及存在的问题和发展前景进行了介绍。阐述了可降解塑料面临的问题，对其发展的趋势进行了展望。

关键词：食品包装材料 生物降解塑料

Abstract:Food packaging is one of the most important parts in packaging industry，which leads to increasingly serious environment pollution．Application of some kinds of biodegradable polymer materials in food packaging is discussed. This paper summarizes defintion，kinds，characteristics，degradation mechanism，the presert status and the deveiopment trend of the novei packaging materiai，biodegradabie piastics in domestic and foreign countries and briefiy introduce the present probiems and prospects. Finally，the article de- scribed the problem that biodegradable plastics were facing and the trend of its development． Key words：Food packaging materiai Biodegradabie piastics

现代社会的包装装潢设计日新月异，要求也日趋严格，食品作为一类特殊商品，其包装应有特殊的要求。作为传达食品信息功能的载体，装潢设计已经成为食品包装的重要组成部分，它担负着对食品的信息传达和宣传的重任，同时，它也是食品与消费者的心理、生理需求相结合的一门艺术。未来的包装理念就应是将自然生态的长远价值融会于人性化的科学设计理念中，倡导实用包装、绿色包装、安全包装、科学包装等。我国人口众多，食品消费总量巨大，用于食品包装的非降解材料造成的环境污染比其他国家更加严重。虽然全降解包装材料完全取代非降解包装材料还需要大量的研究和开发工作，但在食品包装领域，全降解食品包装材料代替非降解食品包装在不久的将来即可实现。本文就国内外全降解食品包装材料的研究、开发现状与趋势进行综述，以期为我国全降解食品包装材料的研究与工业化生产提供借鉴。

一、食品塑料包装现状

塑料在食品包装中大受青睐，有资料显示，塑料用于食品包装的量占塑料总产量的1/4，可以这样说，用于食品包装的塑料一出现，就有垃圾产生。在超市及商场，很多食品包装均是塑料做的。膨化食品的塑料充气包装防潮，防氧化，保香气，阻隔阳光照射，防止受挤压，但那么大的包装在资源上是极大的浪费。包装作为现代食品不可分割的一部分，在保护食品，延续食品货架期，促进食品销售等方面起到了至关重要的作用。

目前塑料处理主要有填埋、焚烧和回收利用几种方法。对予占塑料制最总量约10％的塑料废弃物因其应用领域广，使用分散，且废弃物质量轻、体积小，所以回收处理是不现实穗不经济的，两这些制品是城市环境中自色污染的主要源头。塑料地膜、垃圾袋、败物袋、餐具、食品包装和工业包装材料等一次性塑料废弃物污染农田、旅游胜地、海安港口、生物误食等环境闻题日益严重，引起了全社会的极大关注和强烈反响，每年超过800亿个塑料袋使用后，基本都变成了废弃物充塞在自然中，造成的环境污染确实非常严重。

我国塑料包装材料进过了十几年的发展，已经成为我国塑料工业中发展最为迅速的领域之一，在包装市场中占有重要地位，对国民经济的建设起了积极的作

用。随着行业装备水平的不断提高，有的已经达到了发达国家的先进水平，涌现出一批新产品、新技术、新材料，市场需求迅速增长的状态。30年的快速发展之路，是改革开放之路，是社会主义市场经济之路。在改革开放的大好背景下，我国的塑料包装行业也在走着自己的特色路线，做到世界先进水平。

二、生物可降解塑料的现状

可降解塑料是指使用后可通过自然微生物的作用被分解成CO2和H2O的塑 料，国内外都在研究其推广和使用，被认为是创建循环型经济社会发展的绿 色环保新型包装材料。作为购物用的果蔬袋和容器、一次性饭盒、糕点盒，该材 料在包装领域具有广阔的前景。

开发可自然降解的塑料制品来替代普遍使用的普通塑料制品曾经成为上世纪90年代的热点，但是当时降解塑料因为成本和技术问题，发展缓慢。近年来随着原料生产和制品加工技术的进步，降解塑料尤其是生物降解塑料重新受到关注，成为可持续和循环经济发展的亮点，同时，也再次成为全世界聚焦热点。无论是从能源替代、二氧化碳减少，还是从环境保护以及部分解决“三农”问题，发展降解塑料都是必要，也是十分有意义的。目前国外主要生产降解塑料的有美、日、德、英等国，品种主要有光降解、光/生物降解，水解降解和完全生物降解塑料等。其中光/生物降解技术较为成熟，而完全生物降解塑料的研究开发最为活跃。国内除合成型光降解，完全生物降解塑料外，降解塑料的研发进程已经与世界同步。

1.生物降可解塑料的降解机理和特点

生物降解塑料是指通过自然界微生物，如细菌、霉菌等作用可完全分解为低分于化合物的塑料材料（包括高分子化合物及其配合物），它具有如下特点： ①可制成堆肥回归大自然。②因降解而使体积减少，延长填埋场使用寿命。③不存在普通塑料要焚烧问题，减少了有害气体的排放。④可减少随意丢弃对野生动植物的危害。⑤储存运输方便，只要保持干燥，不需避光。③应用范围广，不但可以用于农业、包装工业，还可广泛用于医药领域。

生物降解塑料的降解机理，即生物降解塑料被细菌等微生物作用而引起降解的形式大致有三种：生物物理作用，由于微生物侵蚀后其细胞的增长而使聚合物发生机械性破坏：生物化学作用，微生物对聚合物的作用而产生新的物质；酶的直接作用，微生物侵蚀部分导致塑料分裂或氧化崩裂。

2.生物可降解塑料的现状及分类

按制造方法，生物降解塑料可分为：微生物合成类、人工合成类和天然高分子类三大类。

1微生物合成类

以有机化合物作为碳源食物，许多细菌、藻类等微生物具有合成生物降解脂肪族聚酯的能力。该类合成材料的机械特性好，耐热性优良，耐水性、耐油性和气体屏障性也很好。被广泛用于各种包装、个人卫生用品等方面。在好气和厌气（如河川、海底的泥中，深水管 中，深土中）条件下均显示良好的生物降解性，最后分解为二氧化碳和水，在空气和净水中不会降解，是安全和稳定的。

国内清华大学、中国科学院上海有机所、成都 生物所等单位利用不同的碳源进行生物合成该类材 料，取得了一定的进展。

2.化学合成类

用化学合成法生产的生物降解塑料，己具实用价值并商品化。有以下几种。

2.1.聚己内酯（PCL）

这种塑料具有良好的生物降解性，熔点是62℃。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起或与乳酸聚合使用。

PCL 是高度结晶 的热塑性树脂，能用传统的加工技术进行加工，可制成薄膜和其它包装材料。它象中等密度聚乙烯，具有蜡感，能支持真菌生长，可用作微生物的碳源，在泥土中会慢慢降解，l2个月可失去95%，但在空气中存放一年末观察到降解。

2.2.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物

以PBS（熔点为114℃）为基础材料制造各种高分子量聚酯的技术已经达到工业化生产水平。

中科院理化研究所也在进行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。目前中科院理化研究所正在筹建年产万吨的PBS生产线、广东金发公司建成了年产1000吨规模的生产线等。

2.3.聚乳酸（PLA）

聚乳酸是生物发酵产品，提高收率和质量的关 键技术之一是筛选性能优良的菌种。以淀粉、糖蜜等生物资源为原料，发酵制得 L - 乳酸，再用化学方法合成制得聚 L - 乳酸。PLA 具有良好的生物降解性，降解速度随环境条件不同而异，一般土壤掩埋后 3 ~ 6 个月破碎，6 ~ l2个月变成乳酸，在土壤中微生物代谢作用下最终转变成 CO2 和 H2O，不会给环境带来污染。

2.4.聚羟基烷酸酯(PHA)

目前国外实现工业化生产的主要为美国和巴西等国。目前国内生产单位有宁波天安生物材料有限公司（规模2千吨/年），正在中试的单位有江苏南天集团股份有限公司、天津国韵生物科技有限公司等。利用可再生资源得到的生物降解塑料，把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。

2.5.脂肪族芳香族共聚酯

所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯（Ecoflex），其单体为：己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇。目前生产能力在14万吨/年。同时开发了以聚酯和淀粉为主的生物降解塑料制品。

2.6.聚乙烯醇（PVA）类生物降解塑料

聚乙烯醇类材料，需要经过一定的改性后方具有良好的生物降解性能，北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所在这方面取得了一定成果。

3.天然高分子材料类

纤维素、淀粉、甲壳质、蛋白质等天然高分子在自然界中资源丰富，这类自然生长、自然分解、产物完全无毒的天然高分子材料日益受到重视。就其工艺而言，有共混、共聚、接枝等。

3.1.淀粉

淀粉本身很脆，不宜单独用作降解材料使用，必 须要通过物理改性、化学改性改变其分 子结构，使 其无序化而具有热塑性能。加工虽然可沿用传统的 塑料加工设备，如挤出、流延、注塑等，但其工艺有 所不同：传统塑料在加工时含水率应控制在几乎无 水的程度，而全淀粉 塑料加工时应具有一定量的水 份，且温度不能过高以避免烧焦。

3.2.甲壳素。

甲壳素又称甲壳质，是虾、蟹等甲壳类动物或昆虫外壳和菌类细胞壁的主要

成分，在自然界储量十分丰富，产量仅次于纤维素。甲壳素不溶于水、普通有机溶剂。作为生物降解材料时，主要是将甲壳素 在碱性条件下脱乙酰化生成壳聚糖。壳聚糖易溶于甲酸、乙酸等有机酸中，易于改性和加工。壳聚糖可 以和其它高分子材料共混制成生物降解材料。例如，壳聚糖的醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液、甘油按 一定比例混合，流延到平板模具上，经干燥除去溶剂 得到生物降解塑料膜，可望用于食品包装等方面。

3.3.纤维素。

纤维素塑料主要是指纤维素与其它材料共混，如纤维素衍生物、壳聚糖、蛋白质、聚乙烯醇等该类材料已试制成生物降解膜、无纺布、包装材料、盘子材料等应用。这类材料具有完全生物降解性、良好透气性，但属非热塑性材料，不易用吹塑等成型方法加工，性能有待改进，用途有待开发。

三、生物降解塑料在食品包装中的发展面临的问题

目前尽管有关降解塑料的研究和报道较多，但许多具体问题不能解决，推广异常困难，前景不容乐观。原因是：一是因为可降解塑料袋承重能力低，不能满足顾客多装东西和反复使用的要求；二是可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低，给人一种不够清洁和难看之感，用起来不放心；三是价格偏高，由于商家是免费赠送，所以成本难以接受。

为解决EPS快餐饭盒对环境的污染问题。试图用纸饭盒或可降解塑料饭盒代替。但是由于存在下述原因，极难推广：一是EPS强度高、质轻、保温性好；二是纸饭盒价格是EPS的1.5～2.5倍；三是即使采用降解PP饭盒，其性能也比不上EPS。最近，我国有关部门要求使用植物纤维制作一次性餐具代替EPS。然而，由于在这种植物纤维餐具的成型过程中使用了高分子热溶胶，所以仍然存在处理问题及残留在植物纤维餐具中的农药含量控制问题。最重要的是要在价格和性能上有竞争力，只有在生物降解塑料作为一种治理塑料废弃物的全新技术途径。 生物降解塑料的降解控制问题有待于解决，如作为包装材料要求有一定的使用期，而医用材料要求降解快。生物降解性评价问题，该问题是普及生物降解材料的一个要课题，生物包装工程降解性评价及试验方法要求能与生物降解性定义一致地评价生物降解塑料，我国目前还没有统一的国标、部标和行标，使得降解塑料课题上马、成果鉴定和技术转让缺乏必要的依据和准则。

四、生物降解塑料在食品包装中发展的趋势

我国对生物降解塑料的研究尽管起步稍晚，经过广大科研工作者艰苦努力， 已经取得了不错的成果。最有希望在包装领域应用的几类材料（PLA、PBS、PHA、 等）都已经掌握了中试规模以上的生产技术，可以根据市场需求，随时提供价格 低廉、满足制品使用性能要求、同时能够实现一定程度可控降解的生物降解塑料。 但是作为市场开拓的一个必要条件，在这些材料及其复合物的加工技术方面仍有 大量工作要做。未来任重道远但前途光明。

目前，采用挤出制膜的设备基本上是借用石油基蠼料膜的生产设备，在试验过程中存在不同程度的喂料不均匀，天然生物大分子的分解、焦化、起泡、涌流等造成试验过程不稳定的现象。到目前为止，国际上还没有采用挤出工艺制备可食性膜的成型生产线，挤出制膜方法也没有得到商业化应用。虽然如此，国际上许多知名科学家已形成了一个基本共识，即通过对现有塑料挤出设备的改造，根据生物大分子的工艺特点，设计专用的螺杆、机头模具和辅助设备，通过对产品配方和生产工艺参数的优化，实现天然高分子基可食性膜的连续稳定生产，是未来可食性与全降解食品包装膜的发展趋势。

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