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浅论绿色包装材料(三)

2.2变性淀粉包装材料

淀粉是一种天然的高分子材料，且可以再生，废弃后在自然环境中完全自然降解，也可以被食用或者作为饲料。淀粉本身很脆，不宜单独用作降解材料使用，必须要通过物理改性、化学改性改变其分子结构，使其无序化而具有热塑性能。

Novon是美国Warnefiamber 药物公司研制的一种完全以淀粉制成的新型树脂，其组成为70％支链淀粉和30％直链淀粉，溶点为175—200℃，可以造粒，能用注射法、挤出法及其它标准方法加工成型。该项研究解决了目前淀粉与合成聚合物共混而成的生物破坏性塑料只有淀粉部分才能解决的问题，可以替代正在农业和医药等方面使用的各种可降解塑料，因而被认为是材料科学上的重大进展。此外，意大利 Novamont公司生产的Nater—Bi具有良好的成型加工性、二次加工性、 力学性能和优良生物降解性的材料，已应用于包装行业。澳大利亚国家食品加工与包装科学中心成功推出了一种全淀粉包装材料，它具有良好的流动性、脱模性、延展性，产品柔软、透明、强度高，且降解时间可控，已用于食品包装和农用薄膜等方面。德国 Bat毛衣链telle研究婴儿玩具所的改良青豌豆高直链淀粉。可直接用常规成型方法加工，其膜透明、柔软、性能与PVC膜相似，在生物活性环境中可完全分解。 我国江西省科学院应化所采用4种不同工艺对淀粉分子结构进行无序化处理， 将制成的热塑性淀粉加工成膜，可用于一次性包装材料。据北京晚报报道，北京轻工业研究所以木薯淀粉为原料，生产一次性生物降解快餐餐具，已经取得专利。另据报道，以玉米渣(60％)、膳食纤维(30％)和其它粮食(10％)生产的可食用快餐碗(盒)，使用后既可食用，又可回收当做高档饲料。这种快餐碗被遗弃后，基本上能达到无垃圾、无污染之目的。

2.3甲壳素包装材料

甲壳素又称甲壳质，是虾、蟹等甲壳类动物或昆虫外壳和菌类细胞壁的主要成分，在自然界储量十分丰富，产量仅次于纤维素。甲壳素不溶于水、普通有机溶剂。作为生物降解材料时，主要是将甲壳矿泉水瓶灌入热水后素在碱性条件下脱乙酰化生成壳聚糖。壳聚糖易溶于甲酸、乙酸等有机酸中，易于改性和加工。壳聚糖可以和其它高分子材料共混制成生物降解材料。例如，壳聚糖的醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液、甘油按一定比例混合，流延到平板模具上，经干燥除去溶剂得到生物降解膜，可望用于食品包装等方面。

2.4微生物发酵物包装材料

许多微生物在以有机化合物作为碳源时，具有合成脂肪族聚酯的能力。微生物合成的高分子主要是聚羟基烷酯(PHAs)，已发现40余种，其中最常见的是聚羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基戊酸酯(PHV)。其中PHB 是理化特性类似于聚丙烯的天然可降解的热塑聚合物。该类合成材料中较有代表性的产品有英国ICI公司开发的3—羟基丁酸(商品名为“Biopol”)和3—羟基戊酸共聚物(P3HB／3HV)。Bipol 的机械特性好，耐热性优良，耐油性和气体屏障性也很好，其野外试验的结果表明，在空气和净水中不会降解，是安全和稳定的，被广泛用于各种包装材料。但在厌气条件下， Biopol均显示良好的生物降解性，最后分解为二氧化碳和水。聚L—乳酸(PLA)是一类良好的生物降解包装材料，它是某些细菌在以淀粉、糖蜜等碳水化合物为发酵基质制得L—乳酸后，再通过化学合成方法制得的。PLA可塑性与聚苯乙烯相似，可采用传统的成型加工方法生产，具有良好的生物降解性，一般土壤掩埋后3—6个月破碎，6—12个月变成乳酸，在土壤微生物的代谢作用下最终转变成CO2和H20，不会给环境带来污染。可用于食品包装、农用薄膜及医用材料等领域。

虽然目前利用微生物发酵生产生物降解包装材料的研究和开发工作已取得突破性进展，但仍存在如下问题：生产效率低，熔点和降解起始温差不大，结晶速度慢，加工困难，价格昂贵，实际应用受到限制。因此培育转基因植物生产PBH等PHAs 就成为研究和开发生物降解塑料的热点领域。

2.5转基因植物包装材料

随着植物基因工程的迅速发展，针对微生物发酵生产PHB存在价格昂贵等问题，一些大公司相继开展了利用转基因植物作为反应器生产PHB等包装材料的研制工作。英国的ICI／Zeneca种子公司确立的长期目标是将细菌生物合成PHB的途径导入合适的作物以利用转基因植物大规模生产PHB／V包装材料；美国Monsanto公司1996年启动了一个重大项目，旨在建立用转基因油菜生产包装材料的技术体系。

Monsanto公司 Houmiel 等报道， 他阀杆们利用从真养产碱杆菌 ( Alacaligenes eutrophus)等微生物中分离的参与 PHB生物合成的关键酶基因，构建其次了一个包含4 个目的基因(IlvA4461BktB／ph-bA、phbBtphbC)的植物表达载体， 每个目的基因前融合有编码拟叶绿体转送肽(ctp)和Lesguerella羧化酶启动子(P—Lhr)，目的基因尾部融合有豌豆bcSE9基因的E93’序列终止子(E93’)，其中目的基因phbB 使用的上豌豆Bubisco小亚基转送肽。采用农杆菌介导法将此多基因表达载体导入油菜，转基因植物种子中含有7.7％鲜的PHB。进一步改变脂肪酸和氨基酸生物合成的中间产物流向，研究小组获得了能够合成积累PHB／V共聚物的转基因油菜，并证明该共聚物的积累并不影响油菜种子中油脂的合成和生产。

据报道，我国已从真养产碱杆菌中克隆了PHB合成的2个关键酶基因 ( phbB 和 phbC)，构建原核载体导入大肠杆菌获得了表达，还成功地将此基因导入马铃薯中。为了增加PHB产量，他们完成了phbA基因的克隆， 并构建了种子特异性表达载体，用以转化油菜，基因产物将定位于油菜籽的按需质体中。

3.结束语

绿色包装材料的研制和开发，大大减少了不可降解包装材料的使用量，在一定程度上缓解了生态环境的压力，降低了日益枯竭的石油资源消耗，减少了环境污染，也解决了国际上禁止使用不可降解包装材料而对我国出口商品的限制。绿色包装材料的广泛应用，无论是从地球保护的实际角度，还是从国民经济持续健康发展的全局角度，抑或是从高新包装材料技术的学术角度来说，都具有重要的意义，前景广阔。虽然目前绿色包装材料还存在着一些问题，如材料热塑性差，成本高，生产工艺复杂，产品不稳定，应用范围狭窄，与食品相接触包装材料具有的潜在危险性等。但有理由相信，随着环境科学、生物化学、高分子化学等学科的交叉渗透，随着高新技术的应用，这些问题将会逐步得到解决。

来源:中国包装工业

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