在全球環(huán)保浪潮的推動(dòng)下，一場(chǎng)靜悄悄的包裝革命正在食品工業(yè)領(lǐng)域悄然興起。日前，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授黃現(xiàn)青團(tuán)隊(duì)研發(fā)了果蔬汁改性馬鈴薯淀粉基可食用包裝膜技術(shù)，為解決傳統(tǒng)塑料污染問(wèn)題提供了創(chuàng)新方案。這不僅標(biāo)志著我國(guó)在食品生物技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，更為未來(lái)食品包裝的可持續(xù)發(fā)展開(kāi)辟了新路徑。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國(guó)際食品領(lǐng)域期刊《食品包裝和保質(zhì)期》上。
用果蔬汁改性馬鈴薯淀粉基可食用包裝膜技術(shù)制作的菜包外包裝。
孫新玉（右）在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。 受訪者供圖
破解白色污染的綠色密鑰
在食品包裝行業(yè)，一組觸目驚心的數(shù)據(jù)揭示了傳統(tǒng)塑料的困境：2023年，全球包裝市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1.17萬(wàn)億美元，其中塑料占比超50%；我國(guó)包裝行業(yè)規(guī)模約為1670億美元，食品飲料軟包裝市場(chǎng)已達(dá)172.6億美元。這些看似繁榮的數(shù)字背后，是不可降解塑料引發(fā)的白色污染危機(jī)。
“不僅如此，塑料包裝尤其是與食品直接接觸的塑料包裝材料，如果存在潛在危害物，這些物質(zhì)還會(huì)向接觸的食品基質(zhì)中遷移，進(jìn)而影響食品的品質(zhì)和安全性，威脅人類(lèi)健康。”黃現(xiàn)青說(shuō)。
那么有沒(méi)有一種新型包裝材料可以避免塑料包裝材料的這些弊端呢？
團(tuán)隊(duì)骨干成員、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士孫新玉說(shuō)：“作為對(duì)人體無(wú)害且可直接食用的新型包裝材料，可食用包裝膜（EPFs）主要由食源性的天然多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物聚合物構(gòu)成。”與傳統(tǒng)塑料相比，EPFs的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)維度：在環(huán)保性能方面，EPFs具備完全生物降解特性，使用后可在自然環(huán)境中快速分解，從根源上避免了塑料污染；在功能特性上，這類(lèi)材料不僅能維持食品水分活度、調(diào)控貯藏傳質(zhì)過(guò)程，還可作為生物活性成分的輸送載體；更重要的是食源成分的包裝材料更加健康安全。
“全球科研界對(duì)EPFs的探索始于上世紀(jì)90年代，但EPFs真正迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展是在近五年。”黃現(xiàn)青介紹。數(shù)據(jù)顯示，可降解材料市場(chǎng)份額年增長(zhǎng)率已達(dá)傳統(tǒng)塑料的3倍，其中食品包裝領(lǐng)域占比超過(guò)40%。這種轉(zhuǎn)變既源于各國(guó)環(huán)保政策的倒逼，也源于消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的覺(jué)醒。
放眼全球，EPFs研發(fā)呈現(xiàn)百花齊放態(tài)勢(shì)。加拿大團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的乳清蛋白基水溶膜已用于茶包生產(chǎn)，日本企業(yè)推出了海藻酸鈉基可食用壽司包裝膜，歐洲科研機(jī)構(gòu)則致力于開(kāi)發(fā)脂質(zhì)基巧克力涂層膜……這些創(chuàng)新產(chǎn)品共同指向三大應(yīng)用方向：方便食品內(nèi)包裝、生鮮食品保鮮膜、功能性營(yíng)養(yǎng)載體。
將食品延伸成為包裝
中國(guó)科學(xué)家也正在EPFs研發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行探索，黃現(xiàn)青團(tuán)隊(duì)就是其中之一。
為尋求破解白色污染的綠色密鑰，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于開(kāi)發(fā)食源生物聚合物基的EPFs，用于部分代替現(xiàn)有的塑料食品包裝，緩解塑料包裝帶來(lái)的白色污染問(wèn)題。
黃現(xiàn)青說(shuō)，日常食用的食物原料中存在大量的生物基聚合物，具有很好的成膜和凝膠特性，這給團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了啟發(fā)。
在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，記者見(jiàn)到了用果蔬汁改性馬鈴薯淀粉基可食用包裝膜技術(shù)制成的薄膜。孫新玉介紹，他們選擇馬鈴薯淀粉作為成膜基質(zhì)，基于三重考量：原料年產(chǎn)量超8000萬(wàn)噸的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、淀粉特有的糊化凝膠特性，以及其作為主食成分的安全性?xún)?yōu)勢(shì)。
然而，純淀粉膜的脆性缺陷成為技術(shù)瓶頸。為攻克這一難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地引入雙重改良方案：一方面，采用果蔬汁作為天然填料，既利用其中酚類(lèi)物質(zhì)增強(qiáng)抗氧化性，又通過(guò)色素成分實(shí)現(xiàn)視覺(jué)優(yōu)化；另一方面，添加海藻酸鈉形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使薄膜拉伸強(qiáng)度提高45%，水蒸氣阻隔性達(dá)到傳統(tǒng)塑料膜的85%。
黃現(xiàn)青介紹，這項(xiàng)技術(shù)的核心突破在于“澆鑄成膜法”工藝創(chuàng)新。科研人員通過(guò)精準(zhǔn)控制糊化溫度和干燥條件，成功制備出厚度在0.05到0.10毫米之間的均勻薄膜，且厚度可以調(diào)控。相比傳統(tǒng)流延法，該工藝能耗降低30%，且無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，特別適合現(xiàn)有食品企業(yè)的技術(shù)改造。
孫新玉說(shuō)，與同類(lèi)產(chǎn)品相比，該成果展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：抗氧化性能超越市面上90%的合成保鮮膜，色彩選擇多達(dá)12種天然色系，成本僅為蛋白質(zhì)基膜的1/3。更關(guān)鍵的是，其原料全部來(lái)自食品級(jí)組分，可直接應(yīng)用于方便面調(diào)料包等即食產(chǎn)品內(nèi)包裝，實(shí)現(xiàn)“包裝即食材”的顛覆性創(chuàng)新。
產(chǎn)業(yè)化需多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新
我國(guó)EPFs市場(chǎng)潛力巨大。僅方便食品調(diào)料包領(lǐng)域，年需求量就超過(guò)200億個(gè)。若將30%替換為EPFs，每年可減少塑料使用1.5萬(wàn)噸。在生鮮領(lǐng)域，EPFs可延長(zhǎng)草莓貨架期3至5天，減少20%的損耗。更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，EPFs或?qū)⒊蔀椤盎钚园b”載體，搭載益生菌、維生素等營(yíng)養(yǎng)組分。
但EPFs的產(chǎn)業(yè)化道路仍存技術(shù)鴻溝。“以我們的果蔬汁改性馬鈴薯淀粉基可食用包裝膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化為例，其存在三大挑戰(zhàn)：一是連續(xù)化生產(chǎn)工藝的適配問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室單次成膜需要24小時(shí)，而生產(chǎn)線要求每分鐘產(chǎn)出20米，生產(chǎn)效率亟待提升；二是機(jī)械性能需對(duì)標(biāo)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前成膜的拉伸強(qiáng)度僅達(dá)到聚乙烯膜的60%，尚難以滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的需求；三是成本控制難題，當(dāng)前成膜的成本為0.8元/平方米，需降至0.3元/平方米以下才能具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。”黃現(xiàn)青指出，這些難題的解決需要材料科學(xué)、食品工程、機(jī)械制造等多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新。
針對(duì)這些瓶頸，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度合作。他們正與設(shè)備制造商聯(lián)合開(kāi)發(fā)輥壓式連續(xù)成膜裝置，嘗試通過(guò)微波預(yù)處理技術(shù)將干燥時(shí)間縮短至30分鐘，并探索淀粉納米晶增強(qiáng)技術(shù)以提升機(jī)械性能。“團(tuán)隊(duì)成員到企業(yè)參觀了休閑食品加工的產(chǎn)業(yè)鏈條，學(xué)習(xí)了企業(yè)的包裝流程，希望能把我們的可食用包裝膜技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去。我們的目標(biāo)是三年內(nèi)建成示范生產(chǎn)線，讓產(chǎn)品成本接近傳統(tǒng)塑料。”黃現(xiàn)青說(shuō)。
在環(huán)保與發(fā)展的天平上，黃現(xiàn)青團(tuán)隊(duì)研發(fā)的可食用包裝膜技術(shù)給出了“中國(guó)方案”。這項(xiàng)源自食品、回歸食品的創(chuàng)新，不僅承載著科研工作者的智慧，更寄托著人類(lèi)對(duì)綠色未來(lái)的期待。當(dāng)包裝不再是被丟棄的垃圾，而成為食品的有機(jī)組成部分，這場(chǎng)靜悄悄的綠色革命，正在重新定義人與自然的相處之道。
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