采用生物天然可降解高分子材料的优势就在于,在材料包装方面透气性表现良好,具有极强的吸水保湿性与化学稳定性,是人们追求食品安全道路上的重要保障[7]。
2.2食品包装中的人工合成可降解高分子材料实践应用
在食品包装中采用生物可降解高分子材料是必要的,因为其对食品保鲜安全水平的提高有目共睹。
当然,为了节约成本,目前人们在生物材料的基础上进一步研究提出了基于人工合成的可降解高分子材料,这种材料在自然界中并不存在,主要是通过化学方法制作而成,属于生物可降解高分子材料中的新興品种。
存在于食品包装中的人工合成可降解高分子材料主要包括聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚己内酯(PCL)等。
2.2.1聚乳酸(PLA)
聚乳酸(PLA)以乳酸作为原材料,可生产新型聚酯材料。目前,比较常见的是左旋、右旋、外消及内消聚乳酸,都是典型的光学异构对应体,其中,用于食品包装制作的是左旋异构聚合体聚乳酸,即L—PLA。L—PLA的生物降解性表现良好,具有友好的环境特性,能够用于堆肥,具有极佳的成膜透明性及力学特性,加工成型相当方便。
目前,在包装餐盒、餐具中常用到L—PLA是典型的绿色包装材料。就这一材料的贮藏保鲜实验而言,可确保果蔬贮藏15小时以上,保鲜效果表现良好。在L—PLA中采用小麦蛋白涂覆,在提高阻隔性表现方面非常出色,可满足气调包装要求,形成复合式薄膜。例如利用这一复合膜可对草莓实施气调包装,极大地延长草莓的保鲜保质期。
2.2.2聚乙烯醇(PVA)
聚乙烯醇(PVA)的主链包含了双碳键,直接与乙烯基聚合物相互连接,物理特性表现优越,黏度、乳化性质及分散力都表现突出,具有极强的拉伸强度、柔韧性及成膜特性。
作为一种耐水、耐油溶剂,PVA在食品工业成膜技术中表现出色。借助出色的生物可降解性,目前美国农业管理部门在肉类检验与家禽加工生产中采用的就是PVA材料。不过,PVA材料中包含了大量的羟基结构分子,结晶温度相对较高,这就造成了其在熔融温度控制上超过分解温度,难以做到热塑成型。
为弥补PVA结构不足问题,要采用PVA与物质建立共混改性机制,提高单膜拉伸应力与断裂伸长率,如此成膜效果更佳。
如今,基于PVA的复合材料已经出现,例如,PVA—海藻糖复合材料也能作为食品包装成膜,形成三层复合薄膜,机械性能相比单膜更佳,可以将PVA的质量分数控制在20%左右。这一复合薄膜对冷鲜肉的保鲜效果是相当理想的,最长可保鲜19天[8]。
2.2.3聚碳酸亚丙酯(PPC)
聚碳酸亚丙酯(PPC)属于典型的交替共聚合物,其中的脂肪族多元醇物质丰富,在完全降解后可形成高分子材料,生物相容性表现出色。同时,其具有一定的半透明性、耐冲击性等特殊属性。
这种材料的优势在于价格成本低廉,可被广泛应用于黏合剂上,但PPC机械性能表现薄弱,如在40 ℃环境中就容易被软化,这在一定程度上限制了该材料在食品包装领域中的应用。PPC与天然生物可降解高分子材料能够融合形成纤维素、淀粉等复合材料。
目前,国内已经研发出以PPC为主的四层复合薄膜,可以被成功应用于食品包装领域中,如可将冷鲜肉类产品保质期延长到23天以上。这种材料的价格成本相当低廉,但使用价值相对较高,已经能够完全替代市面上的PE薄膜材料。
PPC的拉伸模量比较出色,也具有一定的拉伸强度,这可确保储存模量最高达到70 ℃,建立多层复合膜背景下的阻氧与阻湿性能机制,有效改善PPC的稳定性能与机械性能。
在制备PPC的过程中,可专门制作ASP—PPC复合材料,其中,ASP的添加量达到90%以上。此时,复合材料的温度会提高到42.5℃以上,这有效拓展了PPC材料的使用温度范围,也体现出PPC材料的高实用价值。
2.2.4聚己内酯(PCL)
聚己内酯(PCL)属于一种生物降解型高分子材料,也是不可再生原材料,具有极好的生物相容性。PCL在降解时间与渗透性能调整方面表现出色,在食品包装吹膜、拉丝方面具有广阔的应用前景。
另外,PCL在应用食品加工领域研发中,需要配合淀粉共混制备食品包装材料,配合熔融共混方法成功制备性能出色的复合食品包装材料,结合不同比例的PCL材料延长食品保鲜保质期,薄膜的阻氧性与阻湿性方面也有所强化,研究表明,复合薄膜具备极高的水蒸气与氧气阻隔性能。