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1、中國包裝報/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。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、在制膜前對淀粉進行處理,也就是在擠壓機中進行“無序和塑化”或進行化學(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。試驗表明,淀粉基材料對微生物的生長沒有促進作用,并且包裝外的細菌不會透過而進入包裝內(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,而且具有價廉、可降解和不污染環(huán)境等優(yōu)點。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,對降低環(huán)保成本、消除“白色污染”,具有十分重要的使用價值。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。目前因為從微生物體中提取多聚物成本很高而不能廣泛使用,如果能通過擴大生產(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、強度高、生物相容性好、可塑性好強、膜彈性好等優(yōu)點。聚乳酸類高分子材料易被自然界中的多種微生物或動植物
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