胡岷桐 王博 于雪婷

吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 吉林長春 130000

當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，對于人們的健康有著直接影響。但是由于當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，并不能進行降解，容易出現(xiàn)固體垃圾，對環(huán)境造成較為嚴重的污染。而生物可降解高分子材料，具有較好的阻隔性能，物理機械性能以及化學性能較為穩(wěn)定，因此在進行食品包裝的時候，應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，在植物細胞壁中纖維素的含量為35%。從化學結(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，每個葡萄糖單元有三個羥基，在結(jié)晶區(qū)兩個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溶劑。更為重要的是，纖維素的低溶解度是阻礙纖維素應用的最大障礙，為了提高纖維素的溶解度，大量科學研究探索了一系列溶劑對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，其分子量可達數(shù)十萬。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。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)，以致材料強度的不穩(wěn)定性等。工藝上一般對淀粉分子進行針對性的物理改性或化學改性，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候，會加入大量的增塑劑、塑料顏料等化學成分，這些化學成分是有毒性的。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塑料杯還能夠放進微波爐中加熱。PP塑料在加工過程中的溫度可以達到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是將天然纖維素預處理后經(jīng)高速機械剪切獲得的納米級物質(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，常被應用于食品包裝、生物醫(yī)療等領域。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，力學性能研究發(fā)現(xiàn)，當壓力達到5.0MPa時CNF抑菌膜的應變?yōu)?.2%，表明此膜材料具有較好的力學強度。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，在果蔬保鮮中有廣闊的應用前景。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納米復合膜。抑菌實驗表明MHNPs增強了納米膜對E.coli的抑菌能力，但卻降低了納米膜的機械性能，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)絡包圍結(jié)構(gòu)，當納米復合膜受到應力時，實現(xiàn)從RC基質(zhì)到CNF的應力轉(zhuǎn)移，從而使復合膜的抗拉強度增強至2倍以上。

2.4 植物纖維

植物纖維在食品包裝領域中，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)生標準的安全無毒成型劑，經(jīng)獨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 聚對苯二甲酸乙二醇酯材料

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）由對苯二甲酸和乙二醇脂交換或以對苯二甲酸與乙二醇酯化先合成對苯二甲酸雙羥乙酯，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，達到70℃時就會發(fā)生形變，并釋放出有毒物質(zhì)，亦不可長期使用。有科學家指出，PET塑料制品在使用10個月之后，可能會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制品不得重復使用，不可高溫加熱。

3 結(jié)語

我國已經(jīng)加強對生物高分子材料的研究，但是該技術還不夠成熟，技術應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)技術欠缺等。盡管我國對于生物可降解高分子材料的研究存在很多不足之處，但卻并沒有停止對其研究，未來該材料應用在包裝、醫(yī)療領域?qū)絹碓綇姟?/p>