当生物包装材料的发展现状

生物包装材料的发展现状

包装除了保护、美化商品并使商品便于携带等作用外，还可起到推荐演示和宣从而致使实验结果的差距传商品的作用。随着人们生活水平的提高，对商品包装的要求也越来越高，不仅要求商品包装美观、经济、实用，而且要符合环保要求。因此，包装工业迅速崛起，包装市场规模巨大。目前全世界包装业的市场容量为8000亿美元，且每年以15％ ～18％ 的速度增长。 包装工业的迅速成长壮大，使包装材料具有广泛的发展空间，纸、塑料、金属和玻璃等许多材料被广泛应用于各种包装。然而，包装在为人们带来方便和效益的同时，也给人类生存的环境造成了严重的危害，一方面包装消耗大量的资源，另一方面日益增多的包装废弃物已经成为仅次于水质污染、海洋湖泊污染和空气污染的第4大污染源。塑料制品用过后约有一半废弃在环境中，一般需要200年才能降解，而填埋、焚烧都不是理想的解决办法。即使纸塑制品在微生物的作用下，也需要80年才能降解。而造纸要消耗大量木材，同时造成水污染。

随着人们环保意识的加强，基于可持续发展的战略考虑，对产品包装不仅要求其外观新颖美观，还要求包装材料无污染、易分解。近年来，世界各国相继开发出一些降解塑料、生物材料，对推动各国包装材料行业的发展起到了很大作用。而降解塑料(主要是在塑料中加入淀粉、纤维素、光敏剂、生物降解剂等添加剂)存在消耗大量粮食、不能消除视觉污染等缺点，而且塑料微粒的存在使其在土壤中降解速度较慢，不能及时回收利用。因此，降解塑料的应用前景具有局限性，最有开发潜力的是生物包装材料。

天然可降解物质的利用对于可持续发展具有极其重要实际意义，淀粉、植物纤维、甲壳素、壳聚糖等为主体的生物材料适应了这种完全环保的要求和趋势。然而，对于生物包装材料来说，有两个方面需要注意：I)在包环保督查力度不断升级装材料的使用过程中，要保证包装材料正常功能的发挥；2)在包装材料使用后，要快速降解。这就要求生物包装材料在流通过程中必须避免因为外界环境而产生的降解行为；同时使用后又有一个优化的环境能使其快速降解。

1 分类

淀粉作为天然高分子物质，来源丰富，价格便宜。在微生物作用下分解为葡萄糖，最后代谢为水和二氧化碳，是一种取之不尽的可再生资源。天然淀粉是以15～100~m的小颗粒形式存在，颗粒内存在结晶结构的高分子化合物。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，直链淀粉是葡萄糖以 —D一1，4糖苷键结合的链状化合物，相对分子质量为(20～200)×10 。支链淀粉中葡萄糖单元的连接方式除 —D一1，4糖苷键外，还存在— D一1，6糖苷键，相对分子质量为(100～400)×10。。

天然植物纤维同样也是符合可持续发展要求的可再生资源，它是地球上最丰富的碳水化合物。在自然界中可被微生物分解酶降解，作为植物或微生物营养源而被摄取。纤维的主要成分纤维素是直链淀粉的异构体，葡萄糖单元通过B—l，4一糖苷键相连，氧原子和羟基成反式结构。

甲壳质是甲壳素和壳聚糖的统称，大量存在于低等动物特别是节肢动物(如蟹、虾、昆虫等)的甲壳中，甲壳质纤维是自然界唯一带正电荷的阳离子天然纤维。全球每年生物合成的甲壳素高达数百亿吨，产量仅次于天然纤维素，是地球上第二大生物高分子资源。甲壳素是2一乙酰胺一2一脱氧一13一D一葡萄糖通过B一1，4一糖苷键连接而成的线性聚合物。由于甲壳素中含有多种官能团，因此，具有很强的反应活性：可以发生脱乙酰基、水解、交施力时能反弹更多的能量联、接枝、酰化、醚化、羧甲基化、氧化还原及络合等反应，生成具有不同性能的甲壳素衍生物。其中甲壳素脱去乙酰基后成为壳聚糖，它是由N一乙酰氨基葡萄糖通过B一1，4一糖苷键连接起来的链状高分子化合物，其性质主要取决于乙酰化率和聚合度。由于壳聚糖含有游离氨基，反应活性和溶解性能均比甲壳素强，是甲壳素最重要和应用最广的衍生物，且其分子内含有一OH和一NH 活性基团，易与多种有机物发生反应。

2 应用

其实，人们利用天然生物原材料作为包装材料的历史很悠久。在亚洲、非洲以及太平洋和拉丁美洲一些地区，人们普遍利用荷叶、香蕉叶、棕榈叶、椰子叶等作为包装食品的材料。但是由于大多数天然高分子材料加工性能、热性能和力学性能较差，因此，人们对这些分子进行改性或共混来实现其应用价值。在包装材料领域中，比较常见的是以淀粉、纤维素等为基料的复合材料。但是这种包装材料的机械强度较小，不能用于要求较高的场合，并且降解不彻底，在土壤中仍留有塑料残片。近年来，人们以天然生物材料制作包装原材料，或从天然生物材料中提取制作包装材料的原料，研制新的生物包装材料，这些生物包装材料～经问世，便显示出强大的生命力。

2．1 淀粉

玉米是一种美味又有营养的淀粉食物，还被广泛用于制造甜味剂和动物饲料。随着技术的进步，将玉米中的糖分提炼出来，经过发酵、蒸馏、萃取，得到制造塑料和纤维的基础材料，基础材料再被加工成直径只有4．57mm的聚交酯(PLa)细微颗料。最后，这些小颗料被制成包装袋、泡沫塑料或餐具。国外公司已看好这种新的环保材料，如可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了50万只一次性杯子，全部是用玉米塑料制成的，这种杯子只需40天就在露天环境下消失得无影无踪。

美国一家研究所利用土豆和乳清制成了一种能生物降解的塑料薄膜。其制法是：先用酶将制酪时形成的乳清和废弃的土豆转化为葡萄糖浆，然后用细菌发酵成含乳酸的液体。液体中的乳酪经电渗析分离出来后，加热使水分蒸发，留下的便是可以制薄膜和涂层的聚乳酸分子。这样制成的塑料薄1、定期检查主机和油源处是不是有漏油的地方膜可以制成保鲜袋和代替涂有聚乙烯和防水蜡的包装材料，最大优点是可以分解为对环境无害的乳酸。

2．2 纤维素

纤维素的空间构型和淀粉中直链淀粉的不同，纤维素的构型比较直，而直链淀粉则相对要弯曲，在很大程度上导致了纤维和淀粉性能上的巨大差异，二者不经过化学改性及特定工艺条件，在分子领域内难以进行一般的交联、接枝等化学反应。然而，人们总是想方设法地把这两大天然高分子聚合物有机地结合起来，使其易于加工成型，且具备良好的使用性能和降解性能。

荷兰瓦赫宁根农业大学研制出不含石化产品的可降解生物塑料，这种材料用／J、麦、玉米、马铃薯淀粉制成，并掺大麻纤维以提高强度。可用作包装涂层、食物储藏箱、垃圾箱衬里、购物袋以及农用薄膜等。这种材料能完全溶于水，降解后变成水和二氧化碳。美国科学家采用小麦秸秆的纤维和麦粒中的淀粉制成的快餐包装盒，是一种价格便宜、对环境无污染的快餐新包装。这种包装盒，不仅完全可以生物降解，而且比常用的纸板包装盒和土豆淀粉包装盒，保温的时间长一些。如果把废弃的这种包装盒扔在肥料堆中，不仅不会污染环境，而且还能转化为肥料，应用前景十分看好。

用稻草加工成的稻草板，具有节能、保温、隔热、隔音等功能，透气性好，冲击强度高，且防水和抗震性明显高于传统材料制品；另外，稻草板用作包装材料，其单位质量是同体积纸板材料的1／10，具有明显的优势。

除了稻草外，国内还利用其它草浆为主要原料，开发出一次性餐具专用纸板。采用化学助剂优化应用技术提高草浆质量，保证草浆接近制造餐具纸板的各项物理性能，表面又进行了适合于食品包装的加工处理，使成品具有抗热水、不渗漏、不分层、抗油及热封等功能；而且可以回收利用，生产书写纸。另外，艾蒿具有抗菌、防霉、防虫和药用功能。用艾蒿粉和添加物混合加工而成的薄膜保鲜袋。可确保食物处于抗菌、防霉、防虫的环境中，能将食品保鲜期延长2倍。这种保鲜袋用脏了，经过刷洗可反复使用，废弃袋还可被微生物分解。

2．3 甲壳素及壳聚糖

天然甲壳素也是一种非常好的原料。由于原料来自天然，无毒、无味、耐热，而且有良好的吸湿性、纺丝性和成膜性，抑菌除臭。能满足食品、卫生、医药等行业对包装材料的卫生要求。所以用甲壳素加工制备的包装材料，有良好的透气性能，吸水保湿性也好。该材料还具有较好的化学稳定性、耐光性、耐药品性、耐油脂性、耐有机溶液性、耐寒性等，其稳定性优于纸张。由于甲壳素来源于生物体结构物质，与人体细胞有很强的亲和性和生物相溶性，可被体内的酶分解而吸收，对人体无毒性和副作用，能有效地保护人体免受自然界的微辐射、重金属离子等对皮肤的侵害，可用于制造纺织品。

壳聚糖具有许多独特的化学物理性质，根据其酰化、硫酸酯化和氧化、接技与交联、羟乙基化、羟甲基化等反应，还可制备成多种用途的产品，而且从氨基多糖的特点出发，具有比纤维素更为广泛的用途。对甲壳素和壳聚糖的应用开发研究，自20世纪60年代以来就十分活跃，近年来国际上更是十分重视对它们的深入开发和应用，通过对甲壳素和壳聚糖进行化学修饰与改性，来制备性能独特的衍生物，已经成为当今世界应用开发的一个重要方面。目前，国际上应用甲壳质及其衍生物制备的海洋生物材料高科技产品不断推出，应用产品已达五百种以上。美国、日本、意大利、挪威、印度和韩国等国相继建立甲壳素壳聚糖生产厂，其中日本和美国是主要生产国家，同时又是主要的消费国。

从1997年开始，浙江舟山海山生化制品有限公司从中国纺织大学引进甲壳素纤维生产技术专利，生产甲壳素纤维，试制成功甲壳素纤维与其它各种纤维混纺制成的保健T恤、衬衣、内衣、袜子、床上用品等各种混纺制品，该厂生产的甲壳素纤维混纺织品已通过了浙江省科技厅科学成果鉴定，并通过国家棉纺织产品质量监督检验中心