环保型生物基食品包装材料的开发与应用探讨

摘 要：在食品包装行业，面对传统石油基材料带来的环境污染问题，生物基材料以其可再生、可降解的特性成为绿色包装的新宠。然而，在其开发与应用过程中，仍面临着生产成本高、性能稳定性不足、回收再利用体系不完善及消费者认知度低等一系列问题挑战。基于此，文章分析了食品包装材料的重要性及生物基包装材料的崛起过程，介绍了生物基食品包装材料的特点及优势，阐述了生物基食品包装材料的开发过程，并针对生物基食品包装材料开发与应用中面临的挑战提出了相应的对策。

关键词：环保型；生物基；食品包装材料；开发；应用

Development and Application of Environmentally Friendly Bio-Based Food Packaging Materials

ZHANG Lingling

（Jiangsu Sheyang Secondary Professional School， Yancheng 224000， China）

Abstract： In the food packaging industry， in the face of environmental pollution caused by traditional petroleum-based materials， bio-based materials have become the new favorite of green packaging with their renewable and degradable characteristics. However， in its development and application process， it still faces a series of challenges such as high production cost， insufficient performance stability， imperfect recycling system and low consumer awareness. Based on this， this paper analyzes the importance of food packaging materials and the rise of bio-based packaging materials， introduces the characteristics and advantages of bio-based food packaging materials， expounds the general development process of bio-based food packaging materials， and puts forward the corresponding countermeasures to the challenges faced in the development and application of bio-based food packaging materials.

Keywords： environmental protection; bio-based; food packaging materials; develop; apply

随着全球环境问题的日益严峻，环保型包装材料的需求日益增长。传统石油基食品包装材料在生产、使用及废弃过程中对环境造成了严重污染，而生物基材料以其独特的环保优势逐渐成为替代选择。生物基食品包装材料来源于可再生资源，减少了对化石燃料的依赖，且具有良好的生物降解性，能有效降低环境污染。本文通过深入分析这些挑战，并提出应对策略，旨在为环保型生物基食品包装材料的进一步开发与应用提供参考和借鉴。

1 食品包装材料的重要性及生物基包装材料的崛起

1.1 食品包装材料的重要性

在现代食品工业中，食品包装材料作为保护食品质量、延长保质期、促进商品流通的重要媒介，不仅关乎食品安全，还直接影响消费者的健康、环境的可持续发展以及企业的市场竞争力。①食品包装材料是保障食品安全的第一道防线。优质的包装材料能有效隔绝外部环境中的氧气、水分、光线、微生物及化学污染物等不利因素，防止食品受到污染和变质。例如，真空包装和氮气填充包装通过减少食品与氧气的接触，抑制了需氧微生物的生长，从而延长了食品的货架期。此外，一些特殊的包装材料，如含有抗菌成分的塑料薄膜，能进一步降低食品受污染的风险，确保食品从生产到消费整个过程中的安全。②食品包装材料对提升食品品质具有重要作用。恰当的包装能够保持食品原有的色、香、味和营养成分，避免其在运输和储存过程中发生不良变化。例如，气调包装能够通过调节包装内的气体成分，抑制食品呼吸作用，延缓食品老化，同时保持食品的色泽和口感。对于易碎或易变形的食品，采用具有良好防震和抗压性能的包装材料，可以有效防止食品在运输过程中发生破损和变形，保持其完整性和美观性。③食品包装材料在促进商品流通和市场营销方面也发挥着重要作用。精美的包装设计能够吸引消费者购买，提升产品的附加值和市场竞争力。同时，包装上的标签、说明和条形码等信息，为商品的识别、分类、储存和销售提供了便利。在全球化的市场环境下，符合国际标准的食品包装材料还能够帮助企业突破贸易壁垒，拓展国际市场。④从环境可持续发展的角度来看，食品包装材料的选择和使用至关重要。传统的石油基包装材料在生产、使用和废弃过程中会产生大量的污染物和温室气体，对环境造成严重影响。因此，开发和使用环保型生物基包装材料已成为行业共识。这类材料不仅可以有效减少环境污染和碳排放，还能促进资源的循环利用和可持续发展[1]。

1.2 生物基包装材料的崛起

生物基包装材料的崛起是环保和可持续发展趋势下的一个重要里程碑。随着全球对塑料污染问题的关注加深，传统石油基塑料因其难以降解的特性，正逐渐被生物基包装材料所取代。

生物基包装材料主要由可再生资源，如玉米淀粉、甘蔗等制成，并通过发酵和化学合成过程生产，如聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）和聚羟基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）等。这些材料不仅在生产过程中减少了对化石燃料的依赖，还显著降低了温室气体排放。更重要的是，它们在使用后能在自然环境中完全降解，有效避免了“白色污染”，为地球生态环境提供了有力保护。

在食品包装领域，生物基材料凭借其良好的阻隔性、透明度和可降解性，已成为绿色转型的首选材料。例如，从饮料瓶、餐具到保鲜膜，PLA等生物基材料正广泛应用于各类食品包装中，并受到雀巢、星巴克等品牌的青睐。此外，它们还在农业地膜、纺织品等多个领域展现出广阔的应用前景[2]。

2 生物基食品包装材料的特点及优势

2.1 可降解性

生物基食品包装材料最显著的特点之一是其可降解性。与传统石油基塑料相比，生物基材料在自然环境中能够被微生物分解，最终转化为二氧化碳和水等无害物质，回归自然循环。这种特性有效解决了传统塑料包装材料难以降解、易造成环境污染的问题。在食品包装领域，采用生物基材料不仅能够减少废弃物对环境的压力，还能降低回收处理的成本和难度，实现包装废弃物的资源化利用。

2.2 可再生性

生物基食品包装材料的原料主要来源于可再生的生物质资源，如农作物秸秆、林木废弃物、微生物发酵产物等。这些资源在自然界中能够持续再生，不会枯竭。因此，生物基材料在生产过程中能够减少对石油等不可再生资源的依赖，降低资源消耗和环境破坏。同时，通过农业废弃物的再利用，还可以促进农业循环经济的发展，实现经济效益和环境效益的双赢。

2.3 环保性

生物基食品包装材料的环保性体现在多个方面。①由于其可降解性和可再生性，材料在整个生命周期内对环境的负面影响显著降低。②生物基材料的生产过程通常采用较为温和的化学反应和物理处理方法，相比传统塑料的生产过程，它能够减少有害物质的排放和能源的消耗。③生物基材料在使用过程中具有优异的性能，如良好的阻隔性、透明度和机械强度等，能够满足食品包装的各项要求，保障食品的安全和品质。

在具体应用上，生物基食品包装材料在延长食品保质期、保持食品新鲜度方面表现出色。例如，PLA等生物基材料具有良好的透气性和湿度控制功能，能够有效调节包装内部环境，从而延长食品的货架期。此外，这些材料还可以通过添加抗菌剂等方式进一步提升其保鲜性能，确保食品在运输和储存过程中的安全[3]。

3 生物基食品包装材料的开发过程

生物基食品包装材料的开发是一个涉及多学科、多环节的复杂过程，它要求在保证材料性能的同时，充分体现其环保性和可持续性。生物基食品包装材料的开发过程主要包括以下几个步骤。

3.1 原材料选择

原材料的选择是生物基食品包装材料开发的首要环节，它直接关系到材料的性能、成本以及环境影响。理想的生物基原材料应具备以下几个特点。①可再生性，即原材料来源于可持续的自然资源，如农作物、林木废弃物、微生物发酵产物等。②生物相容性，即原材料对人体无毒无害，不会与食品发生化学反应。③易于加工，即能够通过现有的或经改良的生产工艺转化为所需的包装材料。在原材料选择上，通常会进行广泛的调研和实验，筛选出几种具有潜力的原材料进行深入研究。这些研究包括原材料的化学成分分析、物理性能测试、生物降解性能评估等，以确保所选原材料能够满足生物基食品包装材料的各项要求。

3.2 设计及生产工艺

设计及生产工艺是生物基食品包装材料开发的核心环节。在这一阶段，需要根据所选原材料的特性，设计合理的配方和生产工艺，以制备出性能优良、成本合理的包装材料。①设计过程包括材料的结构设计、性能优化和功能化改性等方面。结构设计主要考虑材料的层次结构和界面相互作用，以提高材料的阻隔性、力学性能和热稳定性。性能优化则通过调整配方中的添加剂种类和用量，改善材料的加工性能、降解速率和生物相容性等。功能化改性则是指赋予材料特殊的功能，如抗菌、抗氧化、智能监测等，以满足不同食品包装的需求。②在生产工艺方面，生物基食品包装材料的生产通常采用熔融挤出、注塑成型、吹膜等传统的塑料加工技术。然而，由于生物基材料的特殊性质，如较高的熔融温度和较低的加工黏度，传统的生产工艺往往需要进行适当的调整和优化。例如，采用共混改性技术提高材料的加工性能，或采用特殊的模具设计来控制产品的尺寸和形状。

3.3 质量及性能测试

质量及性能测试是生物基食品包装材料开发过程中不可或缺的一环。通过对材料进行全面的性能测试，可以评估其是否满足食品包装的各项要求，并为后续的生产和应用提供可靠的数据支持。

性能测试主要包括以下几个方面。①物理性能测试，如拉伸强度、断裂伸长率、热变形温度等，用于评估材料的机械性能和热稳定性。②阻隔性能测试，如氧气透过率、水蒸气透过率等，用于评估材料对食品的保护性能。③生物降解性能测试，如降解速率、降解产物分析等，用于评估材料的环保性能。④安全性测试，如重金属含量、迁移物检测等，用于确保材料对人体无害。此外，为了更全面地评估生物基食品包装材料的性能，还需要进行实际应用测试。这包括将材料制成包装制品后，进行食品模拟实验、货架期实验等，以验证其在实际使用过程中的性能表现[4]。

4 环保型生物基食品包装材料的应用挑战与策略

4.1 生产成本高

生产成本高是环保型生物基食品包装材料推广的主要障碍之一。以PLA为例，尽管PLA作为一种生物基可降解塑料，在食品包装领域展现出巨大潜力，但其生产成本显著高于传统石油基塑料。这主要是因为PLA的原料主要来自农作物，如玉米、甘蔗等，而这些原料的种植、收割、加工等环节均需要大量投入。此外，PLA的生产工艺复杂，对设备和技术要求较高，这也增加了其生产成本。