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发布日期:2026年07月25日 上一版  下一版
破解“白色污染”新利器
—— 淀粉基可生物降解薄膜技术突破
文章字数:1504
  编前:石油基塑料包装的广泛使用带来了严重的“白色污染”和微塑料危害,开发可生物降解的环保包装材料迫在眉睫。淀粉因其来源广泛、成本低廉、成膜性好、可完全降解等优势,成为最具潜力的石油基材料替代品之一。然而,淀粉膜存在机械强度差、亲水性强等缺陷,限制了其在食品包装领域的大规模应用。
  中国农业科学院农产品加工研究所与福建农林大学研究团队系统梳理了影响淀粉基薄膜性能的主要因素,从淀粉来源、直链与支链淀粉比例、淀粉改性、增塑剂与共混物添加、加工工艺等方面进行了深入分析,并对未来发展方向进行了展望。
  本文摘编自《农产品加工》2026年第3期(下)刊发的《可生物降解淀粉基薄膜特性的主要影响因素及其研究进展》一文,原文作者石秋雨、曾红亮、刘倩楠、赵瑞璇、李敬、高丽惠、胡宏海。以下为文章核心内容,以飨读者。
  一、淀粉改性对薄膜性能的影响
  (一)物理改性
  常用的物理改性方法有热处理、挤压处理、超声波处理、微波处理等。热处理可降低淀粉的结晶度、溶解度和溶胀力,从而降低薄膜的吸水性,提高阻湿性和拉伸强度。挤压加工过程中,淀粉分子链发生重排,使薄膜的拉伸强度提高,水蒸气渗透率降低。超声波处理可使薄膜结构更加均匀,提升透明度和拉伸强度。微波处理则通过改变淀粉的晶体结构,降低结晶度,导致薄膜拉伸强度和水蒸气渗透率降低。
  (二)化学改性
  化学改性包括酯化、交联、氧化、接枝等。酯化改性可使淀粉分子间氢键减弱,获得比原淀粉更高的疏水性。交联改性使淀粉形成具有空间网状结构的高聚物,经柠檬酸交联制备的木薯淀粉薄膜拉伸强度提高,水蒸气渗透率降低。氧化改性使淀粉分子链变短,溶胀度降低,拉伸强度提高。接枝改性可显著提升薄膜的疏水性和断裂伸长率。
  (三)酶法改性
  酶法改性是通过特定生物酶对淀粉分子进行精确剪切与重组。采用经α-淀粉酶水解的玉米淀粉制备淀粉膜,分子间氢键相互作用增强,淀粉链的柔韧性与分子网络的致密性得到提升,淀粉膜表现出更高的拉伸强度、透明度和更大的接触角(疏水性指标)。
  二、增塑剂及共混物对薄膜性能的影响
  (一)增塑剂
  天然淀粉属于非可塑性材料,需要经过增塑处理转化为热塑性淀粉,才能进行热塑性加工。最常用的淀粉增塑剂是水和甘油。水是最有效的淀粉增塑剂,能降低玻璃化转变温度和力学抗性。甘油是制备淀粉膜最常用的增塑剂,其分子结构与淀粉的葡萄糖单元相似。
  (二)共混物
  淀粉膜具有亲水性强、力学性能差等缺陷,可通过添加其他共混物来改善。蒙脱土与淀粉共混,通过减少聚合物基体中的空隙,增强了薄膜的界面黏附性,降低了水蒸气渗透率,拉伸特性得到增强。淀粉与羧甲基纤维素共混,可有效提高复合膜的拉伸强度,降低水蒸气渗透率。聚乙烯醇与淀粉共混,有利于分子间氢键的形成,提高共混膜的拉伸强度和断裂伸长率。
  三、加工工艺对薄膜性能的影响
  (一)成膜形式
  淀粉通常使用溶液流延法、挤出吹塑法、挤出压制法、挤出流延法制成薄膜。溶液流延法通常用于实验室制膜,具有操作灵活、条件易控等优势。挤出吹塑是工业化生产淀粉基薄膜最常用的方法,制备的薄膜具有较高的拉伸强度,但透明度较低。挤出流延法具备连续化、规模化生产能力,生产效率高、能耗较低,更适用于工业化应用。
  (二)挤出工艺参数
  挤出作为大规模生产淀粉基薄膜最常用的加工方法,淀粉经过温度、压力、剪切等作用,熔融、分解、再结晶形成薄膜。主要影响参数包括加工温度、螺杆转速等。
  四、结语
  从淀粉来源的选择到改性方法的优化,从增塑剂和共混物的添加到加工工艺的调控,可生物降解淀粉基薄膜的研究已取得显著进展。随着绿色环保理念的深入和“限塑”“禁塑”政策的推进,淀粉基薄膜有望在食品包装领域发挥更大作用,为缓解塑料污染问题提供可行的解决方案。