農牧產品廢料生產食品包裝的技術前景

劉穎杰

摘要：食品包裝材料的選擇不僅要考慮到人的自身安全，同時也要考慮到環境的安全。傳統食品包裝材料由于大量使用塑料材質，在自然條件下很難實現降解，可降解材料的使用成為食品包裝領域的一次重要技術革新。隨著材料技術的發展，農牧產品廢料的二次利用成為可能。以農牧產品廢料生產的食品包裝材料以可降解、低成本、環境零污染等優勢成為其它可降解材料的替代品，其技術具有廣闊的發展前景。

關鍵詞：食品包裝材料；可降解；技術；農牧產品廢料

中圖分類號：TB48 文獻標識碼：A 文章編號：1400 （2021） 11-0034-04

Technical Prospects of Food Packaging Produced from Waste of Agricultural and Animal Husbandry Products

LIU Ying-jie（School of Marxism， Shenyang Ligong University， Shenyang 110159， China）

Abstract： The choice of food packaging materials should not only take into account the safety of people， but also the safety of the environment. Traditional food packaging materials are difficult to degrade under natural conditions due to the extensive use of plastic materials. The use of degradable materials has become an important technological innovation in the field of food packaging. With the development of material technology， the secondary use of waste materials from agricultural and animal husbandry products has become possible. Food packaging materials produced from wastes of agricultural and animal husbandry products have become a substitute for other degradable materials due to their advantages of degradability， low cost， and zero environmental pollution， and their technology has broad development prospects.

Key words： food packaging materials； biodegradable； technology； agricultural and livestock product waste

隨著生態文明建設的不斷深入發展，人們在意識上開始逐漸關注生存環境問題。與此同時，與人們日常生活緊密相關的產品包裝材料是否符合環保要求，正進入到公眾的視野中。傳統的產品包裝材料由于早期大量使用一些非降解的塑料材質，對環境帶來極大污染，對動植物乃至人類本身都產生嚴重的危害性?，F代產品包裝設計在強調包裝視覺效果的同時更加注重對包裝材料的選擇。綠色包裝材料是改善生態環境的重要方式之一，隨著未來綠色材料在包裝上更廣泛應用，毋庸置疑會對改善生態環境起到非常重要的作用[1]。伴隨消費者環保意識的提高，民眾在選擇產品時，除了考慮審美性，也會考慮健康性，所以綠色環保包裝是滿足時代發展潮流的正確方向[2]。在綠色低碳理念下，包裝設計應以改善人們的生活質量為目的，將綠色環保理念貫穿產品包裝的設計、生產、包裝過程、運輸、回收處理全過程中，使包裝達到整體的“綠色化”[3]。而農產品廢料處理技術的發展為生產可生物降解的產品包裝提供了可能。農產品加工廢料的二次利用技術極大改善了生態環境的狀態，成為綠色包裝材料獲得的主要技術之一。

1 食品包裝材料技術發展現狀

1.1 傳統食品包裝技術的非生態性

食品包裝需要多維度的技術分析設計，包裝材料的選擇不僅要考慮到生態環境的安全，更要考慮到使用者的安全。而包裝材料的選擇受制于材料本身的生產加工技術以及包裝的回收處理技術水平的發展。在日常生活中，紙質和塑料材質的包裝材料是食品包裝中使用廣泛的材料。現代包裝設計中常印有食品的宣傳廣告和食品相關說明等內容，并且印刷的油墨往往非環保具有一定毒性。食品包裝印刷技術使用不當會對食品造成污染，危害到人的身體健康。在食品包裝的處理方式中，消費者通常情況下將其作為垃圾直接丟棄，由于廢棄品回收技術的局限性，大量不可回收利用和不可降解的包裝固體廢棄物除了給人和環境帶來危害，還會造成資源浪費[4]。

在傳統的食品包裝材料中，紙質材料屬于可降解的材料，塑料包裝材質則來源于石化資源，具有不可降解性。包裝塑料之所以能大量流通，是因為其成本低，生產工藝簡單。與此同時，由于快餐業的迅速發展，一次性塑料餐具被大量使用，這種材料的簡單處理方式是垃圾填埋場直接填埋或者直接燒掉。由于填埋或直接拋棄到自然中，帶來的污染遍布大陸和海洋，給多樣性的生物系統帶來嚴重的危害。

到目前為止，不可降解的塑料材料在回收處理上仍具一定的技術難度。制造現代一次性食品包裝的聚合物材料實際上與環境不相容，因為它們在自然條件下要經過數十年分解，在此過程中不斷釋放出有害物質，破壞土壤的平衡和生態。塑料分解過程中的衍生物，會破壞人身體的荷爾蒙平衡，是導致過敏和癌癥的毒素來源。而燃燒同樣危害性較大，一次性塑料餐具在燃燒時會向大氣中釋放大量有害物質，這些有毒有害化合物滲透到食物中，會對人體健康造成嚴重危害。

1.2 食品包裝可降解材料的應用

隨著包裝材料技術的發展，可降解的食品包裝材料應運而生。依據目前可降解包裝材料的性質一般可以分為三大類：可降解材料、紙質材料和可食性材料[5-6]?？山到獠牧鲜窃谒芰系幕A上添加一些改性劑，降低塑料的穩定性，實現一定程度的降解，但是仍具有一定程度的環境污染。紙質材料具有降解快、便于回收和應用范圍廣泛的優勢，而且紙質材料來源也比較廣泛，如木、竹、一些草本植物等都可以成為紙質材料的來源，因此，它也是應用最為廣泛的綠色包裝材料。可食性材料主要有多糖膜、蛋白質膜、脂質膜和復合膜等[7]。多糖膜主要以殼聚糖、纖維素衍生物、果膠、海藻酸鹽、淀粉等為基材，不僅具有透明性高和力學性能好等優點，還可與其它活性物質混合，賦予膜新的性能，如抗菌性、抗氧化性和保鮮性等[8]。蛋白質膜的主要形式有兩種：纖維蛋白和球狀體。纖維蛋白不具有水溶性，而球狀蛋白具有水溶性，廣泛溶于酸、堿、鹽等溶液中，蛋白質膜具有較好的阻濕性和阻氧性。脂質膜一般以高級脂肪酸、米糠酯和脂肪酸甲酯等為原料制備而成。由于脂質膜對于水具有排他性，所以能夠很好地保護食品的質量安全。復合膜是由不同的膜原料復合而成，具有其它膜質沒有的一些優點，如防滲性更強，抗拉伸能力強等[9]。

在可降解食品包裝材料中，可食性食品包裝材料具有其他材料不可比擬的安全性和零廢棄等優點，正成為食品包裝材料研究的熱點。隨著食品包裝材料技術的發展，未來幾年可食性包裝材料用于食品包裝的增加將會成為食品包裝市場發展的主流趨勢。

2 利用農牧產品廢料生產可降解食品包裝材料的技術發展

2.1 傳統農牧產品加工技術的局限性

諸如啤酒谷物、甜菜漿、酒糟、油粕、骨頭等農牧產品屬于無危險性資料，它們可以而且應該被回收利用。在農牧產品的傳統處理過程中，應用的加工技術從肉類加工廠修剪肉類后剩余的骨頭中獲取骨膠，從甜菜漿中獲取果膠，從油粕、啤酒谷物、酒糟中獲取牲畜飼料是一種常見的做法。然而，由于地理或者季節性因素，距離農牧產品加工企業遙遠或者在夏季，農牧民購買很少或不購買飼料添加劑，因此，農產品加工廢料作為牲畜飼料飼喂能力迅速喪失（廢料必須在24小時內處理，因為微生物開始在其中發酵導致作為飼料功能的喪失）。并且由于制備果膠和骨膠的技術設備往往都很昂貴，一些小企業無法承擔成本，大部分廢料以固定費用處理方式運至垃圾填埋場，在那里腐爛產生一氧化碳、甲烷，進而破壞臭氧層并導致全球變暖。因此，可以得出結論：農牧產品企業的傳統廢料處理方法在工業中沒有得到充分的實際應用，大部分廢料沒有被回收利用而是白白浪費掉了。

2.2 農產品廢料生產可降解包裝材料技術應用的價值

為了提高食品企業的盈利能力，減少食品行業技術活動對生態環境影響，獲得可生物降解包裝的技術對企業可持續發展尤為重要。這些技術來源于低浪費和無浪費的農產品生產的次生物質資源材料的處理。如，對啤酒谷物、甜菜漿、酒糟、油粨和骨膠和一些水果加工廢料處理過程中相關技術的運用。從農產品加工產生的二次物質資源中獲取可生物降解材料的技術工藝包括：脫水、研磨、混合、煮沸、成型等。它的優點是由于使用二次材料資源和完全的天然性，包裝成本低，在自然條件下利用堆肥方式可短期內完全降解。在堆肥中分解時能夠獲得促進土壤肥力增加的元素。這種技術的應用在經濟、生態和社會三個方面產生了積極的作用，體現了技術應用的重要價值。

從經濟上看，農牧產品二次材料資源的技術處理提高了釀造、榨油、酒精、糖和肉類加工食品企業的盈利能力。由于企業將廢料作為可生物降解材料的原材料用于再生產過程，則不需要支再付廢料處理費用，節省了企業運營成本。企業通過廢料加工處理獲得可生物降解材料的食品包裝成品，因其成本較低，市場前景好，給企業帶來較高的利潤。

從環境上看，通過減少向環境中排放一氧化碳和甲烷減少人類活動的碳排放，保護臭氧層并減緩全球變暖進程。在自然條件下，食品包裝的回收會進行堆肥處理獲得額外的土壤肥料，增強土壤有機肥質。同時可以減少垃圾填埋場的數量和體積，節約了土地資源。

從社會影響上看，農牧產品廢料的二次處理制備的食品包裝作為環保產品向人們宣傳了可持續發展理念，為了子孫后代生存需要保護地球生態的重要性。也促進了社會發展向低廢物和無廢物技術過渡理念的形成，有利于形成“綠色經濟”發展戰略。

2.3 農牧產品加工生產的二次物質資源的技術創新

這種技術創新的意義在于通過使用二次材料來貫徹發展低廢無廢產業的理念，使實際資源（廢料）得到有效利用，處理的技術周期性縮短減少人為對環境的影響。在綠色食品包裝材料領域，利用農牧產品二次材料資源獲得可生物降解包裝材料，在包裝材料的類別上雖然屬于可食性材料范疇，但是它在原料獲得上具有其它可食性材料不具備的競爭優勢：不使用轉基因生物、無需專門種植原材料、低成本、完全自然。

目前國際上利用農牧產品加工殘渣制備可降解的食品包裝取得了重要進展?，F在技術上已經制備出作為聚合物可生物降解薄膜的替代品的可食性薄膜。其中一種是在明膠的基礎上添加20%和25%的甘油增塑獲得的，有兩種方式：在110°C和120°C的溫度下澆鑄和擠出，然后壓制[10]。研究結果表明，從薄膜的強度特性上看擠出膜優于流延膜。還有研究者開發出基于開心果球蛋白（PGP）的可食性薄膜，添加了硬脂酸（C16）和棕櫚酸（C18）以及乳化劑T-80[11]，這種可用于食品包裝的薄膜很堅固且很有彈性，獲得了最好的強度特性。另一種薄膜是在大豆分離蛋白的基礎上獲得的[12]。研究者研究了在PH值1.5-12，溫度在20°C-80°C下薄膜的拉伸強度、彈性、對酸和堿影響的抵抗力，發現堿性薄膜更具彈性和耐用性，更適合于食品的包裝。伊朗科學家研究了使用來自車前草種子的水膠體的可能性，并在原料中添加15%、25%和35%的甘油，以獲得可生物降解的可食性薄膜[13]。研究表明，甘油含量的增加導致水蒸氣滲透性、彈性增加，以及在水中的溶解度降低，但同時極限強度降低。葡萄牙科學家[14]開發了一種基于殼聚糖并添加咖啡酸和精氨酸的具有抗氧化作用的可食用薄膜的生產技術。通過分光光度法ABTS研究其抗氧化活性，他們發現咖啡酸增加了薄膜的抗氧化性能，但使用精氨酸的薄膜強度特性和彈性更高。還有一種植物蛋白薄膜，由脯氨酸組成，含多種酚類化合物：P-羥基苯甲酸、黃酮、兒茶素等[15]，它們顯示出拉伸強度特性、抗氧化和抗菌性能，現已用于食品包裝。

國內在農牧產品廢料制備可降解食品包裝材料研究上也取得了進展。王玥等人[16]采用流延成膜法，利用玉米淀粉、檸檬烯及甘油制備一種新型可降解復合包裝膜——檸檬烯-玉米淀粉復合膜。通過測試復合膜的力學性能、水蒸氣透過率、吸水率等指標來分析復合膜的綜合性能表明，相比純玉米淀粉膜，檸檬烯的加入使復合膜的透光率降低，力學性能和阻濕性能均得到改善，尤其是極大提高了復合膜的抗拉強度。

通過對上述利用農牧產品廢料為主要基質來生產可降解食品包裝技術發展的考察，可以發現利用農牧廢料研究可食性薄膜作為其它可生物降解薄膜的替代品的制備和使用是非常有前景的。

3 結論

影響環境安全水平的因素之一是固體廢物的形成，其中一部分來源于是當今的包裝材料。大部分包裝材料是由不可降解的合成材料形成的，這是傳統食品包裝的主要組成部分。食品包裝直接影響自然環境的狀態，因此，尋求可降解的新的食品包裝材料成為食品包裝材料技術創新的主要方向。農牧產品廢料的利用為我們提供了解決綠色包裝材料的一個途徑。隨著人們環保理念的增強，基于技術發展由農牧產品廢料二次利用生產的可降解食品包裝能夠同時滿足生態安全和人體健康安全，未來將成為食品包裝市場的主流，并且技術前景可期。

參考文獻：

[1] 文雅婷，李蕊廷.從生態環境角度淺析綠色環保包裝材料的應用[J].2021，36（2）：61.

[2] 李琴.現代包裝設計中綠色環保材料的選擇與應用[J].綠色包裝，2021，（5）：67.

[3] 黃惠玲，黃進杰.綠色低碳理念在包裝設計中的應用[J].工業設計，2021，（06）：94.

[4] 李繼鴻.天然材料：食品包裝的未來[J].印刷工業，2020，15（06）：37.

[5] 魏明華，杜延超.關于降解食品包裝材料及制品檢驗研究[J].輕工標準與質量，2021，（3）：68：69.

[6] 文雅婷，李蕊廷.從生態環境角度淺析綠色環保包裝材料的應用[J].2021，36（2）：61.

[7] 馬勝亮，劉文良等.可食性綠色包裝膜的研究進展[J].包裝工程2021，41（12）：91.

[8] WU S， WANG W，YAN K，et al. Electrochemical Writing on Edible Polysaccharide Films for Intelligent Food Packaging[J]. Carbohydrate Polymers， 2018，186：236-242.

[9] 曾少甫，胡長鷹等.殼聚糖--肉桂醛復合抗菌降解膜的制備及性能[J].食品科學，2016，37（10）：6-11.

[10] Zahedi Y.， Ghanbarzaden B.， Sedghat N. Physical properties of edible emulsified films based on pistachio globulin protein and fatty acids // Journal Food Engineering. 2010. Vol. 100， № 1.P.102-108.

[11] Jiang J.， Xiong Y.L.， Newman M.C.， Rrntfrow G.K. Structure-modifying alkaline and acidic pH-shifting processes promote film formation of soy proteins // Food Chemistry. 2012. Vol. 132， № 4.P.1944-1950.

[12] Ahmadi R.， Kalbasi-Astari A.， Oromiehie A.， Yarmand M.-S.， Jahandideh F. Development and characterization of a novel biodegradable edible film obtained from psyllium seed（Plantago ovate Forsk） // Journal Food Engineering. 2012. Vol. 109， № 4.P.745-751.

[13] Suppakul P.， Chalernsook B.， Ratisuthawat B.， Prapasitthi S.， Munchukangwan N. Empirical modeling of moisture sorption characteristics and mechanical and barrier properties of cassava flour film and their relation to plasticizingantiplasticizing effects // LWT – Food Science and Technology.2013. Vol. 50， № 1.P.290-297.

[14] Arcan I.， Yemenicioglu A. Incorporating phenolic compounds opens a new perspective to use zein films as flexible bioactive packaging materials // Food Research International. 2011. Vol. 44， № 2.P.550-556.

[15] Popovic S.， Pericin D.， Vastag Z.， Popovic L.， Lazic V. Evaluation of edible film-forming ability of pumpkin oil cake： effect of pH and temperature // Food Hydrocolloids. 2011. Vol. 25， № 3.P.470-476.

[16] 王玥，王建川等.檸檬烯-玉米淀粉復合膜的制備及性能研究[J].食品與機械，2019，35（3）：110-114.