可生物降解“食品活性包装”技术的应用

为了减少一次性塑料的过度使用及其对环境的影响，有必要开发用于食品包装应用的新材料。进入新时代以来，人们对食品的多元化需求刺激了食品工业的快速发展。然而，食品行业发展本身也面临着新的挑战，如何通过食品包装技术的创新来保证食品质量，以满足快节奏社会人们对食品的需求愈发受关注。

目前，由于大多数食品在包装中的停留条件、产品成分和生产工艺的符合性等因素，会影响到食品在储存、运输和销售等环节中的质量问题。因此，如何通过食品包装技术创新来解决这一问题，也成为包装材料领域研究的一个重要方向。其中，可生物降解“食品活性包装”技术的发展和应用也将为食品包装行业带来新的可能性。

食品行业采用可生物降解活性包装技术的必要性

1、可生物降解活性包装的内涵

可生物降解材料即可被微生物作用破坏的材料。依据国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）的定义，任何物质如果在58℃的堆肥条件下，6个月后其初始重量减少90%，则被认为是可生物降解的。

2、传统食品包装的缺点

由于食品包装材料技术从科技发明到产业化的时间较长，并且考虑到市场成本等因素，食品包装市场上用于保护食品质量和安全的大部分包装材料，大都由低成本的塑料材料制成。

依据欧盟公布的数据，2019年全球塑料包装的使用量（包括食品和其他用途）在1500万吨以上，比2009年增加26%。由于塑料的分解期很长，并且包装材料的生产量和包装废弃物回收处理存在着严重的不平衡。因此，采用塑料食品包装将给生态环境治理和保护带来较大的压力，这就需要通过食品包装材料技术创新解决此问题。

目前，成功应用于多种食品的智能包装材料主要还是塑料、金属、玻璃和纸。它们的生产是能源密集型的，并会导致有害物质的排放，对环境产生重大影响。为减少对环境的有害影响，开发使用天然化合物的可降解食品包装材料技术已解成为重要的技术路径。

3、可生物降解活性食品包装的优点

与不可生物降解的聚合物包装材料相比，可生物降解的活性包装在材料废弃物降解和保证食品品质安全方面表现出巨大优势。在生物聚合物基质中添加天然染料和食品级优质纳米粒子，一方面，微生物将材料转化为堆肥，将有机物返回土壤，减少了向环境排放有毒物质；另一方面，防止食品氧化和抑制微生物有效保证食品质量。

从食品包装材料技术层面来讲，从非生物降解智能包装到可生物降解的活性智慧包装的多样性技术发展路线，形成了食品包装技术发展的轨道簇，不仅有助于保护生态系统，同时也与国家的科技发展战略相一致。

可生物降解活性包装的主要技术进展

可生物降解的活性食品包装可由持续释放或吸收气体的活性材料以及延长食品保质期的成分制成。活性包装分为迁移性和非迁移性。在迁移活性包装中，活性材料通常从食品包装中释放出来。食品通常会在存储、运输和销售中发生生物变化，例如酶促褐变（水果和浆果）和氧化酸败（含脂肪食品）。可生物降解的活性食品包装材料技术体现在植物提取物、精油、有机酸和金属纳米粒子在薄膜涂层中应用的技术中。

目前，学术界关于在食品包装材料中使用天然抗氧化剂保持食品的质量并延长食品保质期的研究已经取得一定成果。在可生物降解活性食品包装材料中使用天然抗氧化剂，对人的身体健康有有益的作用，可以抵抗氧化应激、组织损伤，并降低患癌症、胃肠道感染、高血压等各种疾病的风险。有研究发现，食品包装材料中添加抗菌剂，以减缓细菌、酵母菌、霉菌等食源性病原体的生长。

1、植物提取物新材料技术

相关研究表明，使用富含多酚的植物提取物作为可生物降解活性薄膜中的抗菌剂是有效的，能够保持食品的品质。酚类化合物可以充当离子载体并降低微生物薄膜上的pH值，从而降低质子驱动力，这种情况阻碍了食品包装内细菌对维系其生命的营养物质的吸收并导致细菌细胞死亡。

在可生物降解活性包装材料技术上，一种更可持续的方法是使用植物废弃物提取物赋予包装薄膜自由基清除性能，从而能够改善食品包装材料的性能。此外，有研究者发现石榴皮提取物、黄洋葱皮提取物和芒果皮提取物加到壳聚糖、红藻和鱼明胶为基质的薄膜中的功能特性，发现这些提取物能够有效清除自由基。

2、植物次生代谢产物——精油应用技术

精油是植物中存在的次生代谢产物。精油的抗菌活性技术原理可以通过多种化合物的存在及其疏水性来解释。有研究发现，薰衣草精油浓度对以淀粉、红藻多糖和明胶为基质的生物可降解薄膜特性的影响。

此外，薰衣草精油对革兰氏阴性（大肠杆菌）、革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）细菌的抑制区域和抗氧化活性也随着浓度的增加而增强。同时，研究人员也发现迷迭香、杏仁、生姜、岩蔷薇精油也可作为生物降解薄膜的添加剂来有效抗菌。

3、生物有机酸抗菌技术

生物有机酸能够导致细胞pH值降低和细胞膜通透性改变。大量研究表明，以大豆蛋白质为基质的薄膜中添加柠檬酸、酒石酸、苹果酸和乳酸能够显著增强薄膜的抗菌潜力。

4、金属纳米颗粒技术

一些金属纳米粒子被用于生物降解活性包装物中，作为乙烯吸收剂、防紫外线辐射，最重要的是作为抗菌剂。其中，以金属纳米颗粒作为添加剂的薄膜对铜绿假单胞菌，假单胞菌属、枯草芽孢杆菌、芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、隐球菌和念珠菌显示出良好的抗菌性。

然而，金属纳米粒子在食品包装薄膜中的应用需要进一步研究，以确定这些新材料的细胞毒 性和基因毒 性，并确定其可行性和实用性以及用食品包装的安全限制。

结语

可生物降解活性包装材料技术是由生化、材料等多项技术构成的技术体系，需要着眼于技术体系的整体性发展。因此，具备可生物降解功能的食品活性包装材料技术，也是生物材料技术和检测技术的综合体。研究表明，采用可生物降解活性薄膜是减少食品包装对环境影响的必要步骤和有效方法。

此外，活性包装材料技术不仅符合消费者对提高食品安全和质量的需求，同时也能够推动食品包装材料技术向新的技术轨道发展。其中，可生物降解“食品活性包装”材料可以很好地减少对环境的污染，并且降解后的物质对环境的影响相对较小。尤其是在一次性包装的场景中，生物降解塑料袋可以很好地降低包装废弃物对环境的影响，具有一定的可持续性。

总的来说，在选择使用可生物降解活性包装材料时，需要综合考虑其在环保、食品安全和品质等方面的表现，以便更好地应用于实际的食品包装场景中！

作者简介：

Ranksey，从事营养食品保健知识与新闻科普传播工作。