食品包裝材料的研究及應用
食品包裝材料的研究及應用
食品包裝能起到豐富食品觀感和保護食品品質的作用，選擇性能優異的食品包裝材料不僅能夠延長食品的保質期，防止食品被外界環境中的微生物污染，而且有利于增強食品的附加值和產品品牌市場競爭力。如今，食品包裝產品已成為人們日常生活中不可或缺的一部分，其產業規模和發展速度較其他工業領域也相對迅速，針對食品包裝產品的科學研究也如火如荼。當前，食品包裝材料中塑料高分子制品占據主要地位，隨著市場需求的不斷提高，新型食品包裝高阻隔材料、抗菌材料、可降解材料等的應用也越來越廣泛。
新型食品包裝高分子材料
隨著功能化學、有機生物學、材料學等學科的交叉融合，新型食品包裝高分子材料目前發展迅速。與傳統食品包裝高分子材料相比,具有以下特性：①脫離單一材質限制：不局限于聚烯烴、聚酯、聚酰胺等傳統包裝材質，而是選擇新型功能材料或者將功能材料與傳統高分子材料取長補短，優化組合，得到性能更為優異的復合材料。②利用天然產物或工業生產過程的副產物開發出環境友好、生態綠色的食品包裝高分子材料，有效節約資源與能源的同時滿足人們對健康環保的期望。③創新合成策略，從分子尺度設計調控，精準針對高阻隔、抗菌、可降解等靶向功能，全面改善包裝材料性能。
高阻隔材料 由于外界環境（水蒸氣、氧氣、光照、微生物等）復雜多變，食品包裝材料必須具備良好的阻隔性以對抗外部條件對包裝內產品的影響，起到保障產品品質，延長儲藏時間的作用。因此具有優異阻隔性的食品包裝材料一直是研究熱點，傳統食品包裝材料中的紙質材料由于其疏松多孔的纖維結構導致其阻隔性較差；金屬、玻璃、陶瓷因其具有致密的物質結構而具有較好的阻隔性，但受限于其成本、加工特性限制了應用范圍；目前得到廣泛使用的塑料包裝原料易得，加工步驟較少，因此新型高阻隔食品包裝材料的研發也圍繞塑料材質為核心進行，主要技術手段有結構調控、多層復合、表面涂覆、摻雜改性等。
結構調控。塑料高分子聚合物的構型特點決定了其表觀物理性能，進而影響其應用場景。因此聚合物在分子尺度上的聚集狀態（如結晶和無序狀態），將顯著影響其阻隔性，通過提高結晶度，使分子鏈減少離散將增強高分子聚合物的阻隔性能。例如通過雙向拉伸工藝使高分子聚合物薄膜在縱橫向上同時取向，提高分子鏈排布有序程度，縮短鏈間距，從而使小分子氣體和水蒸氣難以通過，改善阻隔性能。李婷等利用微層共擠出技術制備了具有交替層狀結構的(PP+ EVOH) /PP復合材料，結果表明，通過微層共擠出技術，PP層和(PP+ EVOH)層沿擠出方向交替排列，EVOH在PP基體中的的分散形態由零維球形變為一維纖維狀，進而演變為二維片狀。這些形態導致微層共擠出材料的氮氣滲透系數和斷裂伸長率較普通共混物分別下降了兩個數量級和提高了27倍，并且顯著影響其結晶行為。
多層復合。復合膜加工中將BOPP(雙向拉伸聚丙烯)或BOPET（雙向拉伸聚酯）作外層，將具有較好阻濕與阻氧能力的PA（聚酰胺）、EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物）、PVDC（聚偏二氯乙烯）、金屬Al箔作內層，熱封層為CPP（流延聚丙烯）或PE，得到兼有避光性能的高阻隔材料應用于對環境要求苛刻的熟制肉制品或藥品包裝，極大增強了產品的保鮮度。利用聚醋酸乙烯酯的水解物聚乙烯醇（PVA）阻氧怕濕的特點，將PVA水溶膠作為具有良好阻濕能力的PP(聚丙烯)或者PE（聚乙烯）的夾層，既便于加工，又增強了成膜阻隔性。
抗菌材料 微生物在較適宜的條件下可迅速繁殖，引起食品腐敗變質，并使食物成為細菌污染源和疾病傳播源，危害人類健康。食品包裝產品是食品保質保鮮的第一道屏障，因此對于抗菌包裝材料的研究顯得尤為重要；一方面，抗菌包裝材料可以保護內容物免受微生物污染；另一方面也可以減少包裝表面微生物的傳播。目前抗菌食品包裝高分子材料的研發路徑主要有添加抗菌劑和附著表面抗菌涂層。
抗菌劑?？咕鷦┰诳咕牧现锌梢云鸬揭种莆⑸锖怂釓椭苹蛘咧苯託缥⑸锏男Ч?。目前使用的抗菌劑主要分為無機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑3類。無機抗菌劑根據作用機理可分為為金屬型抗菌劑和光催化型抗菌劑；金屬型抗菌劑通過Ag+，Zn2+，Cu2+ 等金屬離子接觸式殺菌、催化式殺菌、抑制ATP合成酶的活性等過程抗菌，光催化型抗菌劑通過納米二氧化鈦顆粒、二氧化鈦/金屬鈉、二氧化鈦納米管等受激發產生光電子躍遷，生成羥基自由基（OH-）氧化殺菌。Panea等將質量分數5%和 10%的氧化鋅和銀復合納米粒子與低密度聚乙烯（LDPE）混合制備成膜用來包裝肉制品，觀察并研究了21天包裝內氣體濃度、脂質氧化指數及微生物生長狀況等指標變化，發現該膜殺死接種微生物的抗菌率高達99.99%，具有優異的抗菌性。
抗菌涂層。Shankar等使用溶液澆鑄的方法制備了光滑且致密的PLA（聚乳酸）/納米ZnO復合薄膜，復合膜在不降低透明度的前提下兼具阻擋紫外線的功能，添加質量分數為0.5%的ZnO后，ZnO/PLA薄膜的拉伸強度比PLA單層膜增加了27.5%，水蒸氣透過率降低了30.5%，對大腸桿菌和單增李斯特菌有抑制作用。Buonocore等將溶菌酶和聚乙烯醇共混為抗菌內層，聚乙烯醇為涂布外層，研究表明，通過多層復合結構可以控制溶菌酶從PVA 中的釋放速率，達到持續抗菌的作用。段華偉[5]等制成由外向內的PE/EVOH/PE/EVOH/納米MgO聚乙烯抗菌復合膜，相關研究數據表明此結構能有效控制活性物質的釋放，對大腸桿菌的殺滅率可達90%。
可降解材料 可降解即包裝材料的環境分解性，傳統食品包裝塑料材質用量大、不易自然分解，其造成的白色污染損害生態環境，是環保監管的重點。為有效降低食品包裝對于生態環境的污染，可降解性成為新型食品包裝材料研究的重要分支?？山到獍b材料根據不同的降解原理分為光降解材料、生物降解材料、熱降解材料。光降解材料是指材料吸收不同波長的光波后，光能量促使鏈引發，使分子鍵能減弱，長鏈斷開成短鏈，被自然界氧氣氧化，發生自由基重構化反應，進一步分解成能被微生物消化的小分子化合物。生物降解材料是指在一定的溫濕度下，材料能被微生物利用進行自體生化反應，代謝最終產物為二氧化碳和水。熱降解材料是指材料在相應溫度區間熱解成對環境無負擔的低分子。依據可降解材料的種類，大致可分天然生物分子可降解材料和生物/通用合成分子可降解材料。
作者簡介：鄧躍偉 ，工程師，研究方向：食品包裝產品檢驗；李雁楠，研究方向：食品包裝產品檢驗；楊永登，助理工程師，研究方向：食品包裝產品檢驗。
鄧躍偉 李雁楠 楊永登
河南省食品包裝產品質量檢驗中心
漯河市質量技術檢驗測試中心
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