胡岷桐 王博 于雪婷

吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 吉林長(zhǎng)春 130000

當(dāng)前在人們的日常生活飲食中，食品包裝有著十分重要的作用，對(duì)于人們的健康有著直接影響。但是由于當(dāng)前所使用的通用高分子材料，例如聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）以及聚乙烯（PE）等材料，并不能進(jìn)行降解，容易出現(xiàn)固體垃圾，對(duì)環(huán)境造成較為嚴(yán)重的污染。而生物可降解高分子材料，具有較好的阻隔性能，物理機(jī)械性能以及化學(xué)性能較為穩(wěn)定，因此在進(jìn)行食品包裝的時(shí)候，應(yīng)該以其作為包裝材料。

1 纖維素的結(jié)構(gòu)及特性

纖維素（C6H10O5）n是一種廣泛存在于自然界的天然高分子多糖，高純度的纖維素為半結(jié)晶聚合物，在植物細(xì)胞壁中纖維素的含量為35%。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，纖維素是由D-葡萄糖單元以β-（1,4）-糖苷鍵鏈接而成的線性大分子多糖，每個(gè)葡萄糖單元有三個(gè)羥基，在結(jié)晶區(qū)兩個(gè)葡萄糖單元相互倒置，羥基和氫原子分布在葡萄糖環(huán)平面的兩側(cè)，這一特殊結(jié)構(gòu)有利于纖維素形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，從而增強(qiáng)纖維素分子的穩(wěn)定性。但是，纖維素分子之間存在大量的氫鍵，很難能夠與水分子等溶劑結(jié)合形成氫鍵，因此，常溫下纖維素既不溶于水也不溶于一般有機(jī)溶劑。更為重要的是，纖維素的低溶解度是阻礙纖維素應(yīng)用的最大障礙，為了提高纖維素的溶解度，大量科學(xué)研究探索了一系列溶劑對(duì)纖維素溶解性的影響，例如，早期采用黏膠法和銅氨法來溶解纖維素，近年來學(xué)者們開發(fā)了溶解纖維素的新型溶劑體系，包括N-甲基嗎啉-N-氧化物、離子液體NaOH/尿素、二甲基乙酰胺/氯化鋰等溶液體系來溶解纖維素。

2 可降解高分子材料在食品包裝上的應(yīng)用

2.1 淀粉

淀粉是由葡萄糖組成的天然高分子鏈聚合物，其分子量可達(dá)數(shù)十萬(wàn)。淀粉存在直鏈和支鏈兩種分子結(jié)構(gòu)，其中可溶于水的為直鏈淀粉，支鏈淀粉則不溶，直鏈和支鏈的含量通常與植物的來源密切相關(guān)。純熱塑性淀粉由于分子鏈上大量的羥基存在，具有吸濕的特性，且力學(xué)性能受濕度影響易大幅下降；淀粉分子鏈間易生成雙螺旋結(jié)構(gòu)，以致材料強(qiáng)度的不穩(wěn)定性等。工藝上一般對(duì)淀粉分子進(jìn)行針對(duì)性的物理改性或化學(xué)改性，或者與其它相容性較好的高分子材料共混，使其具備良好的抗?jié)櫭浶?、成膜性和物理機(jī)械性能等。在微生物作用下，淀粉材料分解為葡萄糖，最終降解為對(duì)環(huán)境無害的二氧化碳和水。

2.2 聚丙烯材料

聚丙烯（PP）由丙烯加聚而成，廣泛應(yīng)用于服裝、毛毯、等纖維制品，也用于食品包裝和食品用容器。PP是一種高密度和高結(jié)晶的樹脂產(chǎn)品，具有很好的耐酸堿性、耐熔性、耐油性和可塑性，PP塑料本身是沒有毒的，很多食品包裝袋和水杯都是采用PP塑料制成的。但是PP塑料在制成食品包裝袋和水杯的時(shí)候，會(huì)加入大量的增塑劑、塑料顏料等化學(xué)成分，這些化學(xué)成分是有毒性的。一般情況下，PP塑料杯是無毒無味的，它的最高溫度能夠達(dá)到167℃左右，所以用PP塑料杯裝開水是完全可以的。而且PP塑料杯還能夠放進(jìn)微波爐中加熱。PP塑料在加工過程中的溫度可以達(dá)到180-240℃，在如此高溫的情況下PP塑料依然能保持很好的穩(wěn)定性。

2.3 纖維素納米纖絲抑菌包裝材料

CNF是將天然纖維素預(yù)處理后經(jīng)高速機(jī)械剪切獲得的納米級(jí)物質(zhì)，其比表面積大、易降解、親水性好、凝膠溶液具有良好的流變性等特點(diǎn)，常被應(yīng)用于食品包裝、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。溶液澆鑄法同樣也適用于CNF基包裝材料的開發(fā)。例如，利用CNF作為羧甲基殼聚糖（Carboxymethyl Chitosan，CCS）Pickering乳液的穩(wěn)定劑，然后，將獲得的乳液澆鑄在塑料模具上，室溫干燥制備穩(wěn)定的抑菌薄膜。同時(shí)，力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力達(dá)到5.0MPa時(shí)CNF抑菌膜的應(yīng)變?yōu)?.2%，表明此膜材料具有較好的力學(xué)強(qiáng)度。利用此膜材料包裝食品，可顯著抑制漿果中腐敗微生物的生長(zhǎng)，在果蔬保鮮中有廣闊的應(yīng)用前景。將CNF溶液加入RC溶液中，以氫氧化鎂納米片（Magnesium Hydroxide Nanoplatelets，MHNPs）為抑菌劑，澆鑄干燥后制備了CNF/MHNPs/RC納米復(fù)合膜。抑菌實(shí)驗(yàn)表明MHNPs增強(qiáng)了納米膜對(duì)E.coli的抑菌能力，但卻降低了納米膜的機(jī)械性能，而加入CNF可以顯著改善由MHNPs引起的性能變化，這是由于CNF分散在RC基質(zhì)中，將MHNPs纏繞，形成纖維網(wǎng)絡(luò)包圍結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米復(fù)合膜受到應(yīng)力時(shí)，實(shí)現(xiàn)從RC基質(zhì)到CNF的應(yīng)力轉(zhuǎn)移，從而使復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)至2倍以上。

2.4 植物纖維

植物纖維在食品包裝領(lǐng)域中，常用于制作一次性植物纖維餐飲容器。利用廢棄農(nóng)作物秸稈等天然植物纖維為原料，添加符合食品包裝材料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的安全無毒成型劑，經(jīng)獨(dú)特工藝和成型方法制造可完全降解的綠色環(huán)保產(chǎn)品。該產(chǎn)品耐油、耐酸堿、耐冷凍。強(qiáng)度優(yōu)于泡沫塑料和紙制餐具。該產(chǎn)品不僅杜絕了白色污染，還為秸稈等植物纖維的綜合利用提供了有效途徑。

2.5 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯材料

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）由對(duì)苯二甲酸和乙二醇脂交換或以對(duì)苯二甲酸與乙二醇酯化先合成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯，然后縮聚制得。它在食品包裝行業(yè)廣泛用作碳酸飲料，飲用水，果汁等飲品的包裝瓶，PET是一種不耐高溫的塑料，達(dá)到70℃時(shí)就會(huì)發(fā)生形變，并釋放出有毒物質(zhì)，亦不可長(zhǎng)期使用。有科學(xué)家指出，PET塑料制品在使用10個(gè)月之后，可能會(huì)釋放出致癌物鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP），具有睪丸毒性，所以PET制品不得重復(fù)使用，不可高溫加熱。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)已經(jīng)加強(qiáng)對(duì)生物高分子材料的研究，但是該技術(shù)還不夠成熟，技術(shù)應(yīng)用方面依然存在不可忽視的問題。主要體現(xiàn)在：材料成本較高、材料用途受限、生產(chǎn)技術(shù)欠缺等。盡管我國(guó)對(duì)于生物可降解高分子材料的研究存在很多不足之處，但卻并沒有停止對(duì)其研究，未來該材料應(yīng)用在包裝、醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?huì)越來越強(qiáng)。