科技日报记者 孙越
在全球环保浪潮的推动下，一场静悄悄的包装革命正在食品工业领域悄然兴起。日前，河南农业大学教授黄现青团队研发了果蔬汁改性马铃薯淀粉基可食用包装膜技术，为解决传统塑料污染问题提供了创新方案。这不仅标志着我国在食品生物技术领域取得了重要进展，更为未来食品包装的可持续发展开辟了新路径。相关研究成果近日发表在国际食品领域期刊《食品包装和保质期》上。
破解白色污染的绿色密钥
在食品包装行业，一组触目惊心的数据揭示了传统塑料的困境：2023年，全球包装市场规模达1.17万亿美元，其中塑料占比超50%；我国包装行业规模约为1670亿美元，食品饮料软包装市场已达172.6亿美元。这些看似繁荣的数字背后，是不可降解塑料引发的白色污染危机。
“不仅如此，塑料包装尤其是与食品直接接触的塑料包装材料，如果存在潜在危害物，这些物质还会向接触的食品基质中迁移，进而影响食品的品质和安全性，威胁人类健康。”黄现青说。
那么有没有一种新型包装材料可以避免塑料包装材料的这些弊端呢？
团队骨干成员、河南农业大学博士孙新玉说：“作为对人体无害且可直接食用的新型包装材料，可食用包装膜（EPFs）主要由食源性的天然多糖、蛋白质、脂质等生物聚合物构成。”与传统塑料相比，EPFs的优势体现在三个维度：在环保性能方面，EPFs具备完全生物降解特性，使用后可在自然环境中快速分解，从根源上避免了塑料污染；在功能特性上，这类材料不仅能维持食品水分活度、调控贮藏传质过程，还可作为生物活性成分的输送载体；更重要的是食源成分的包装材料更加健康安全。
“全球科研界对EPFs的探索始于上世纪90年代，但EPFs真正迎来爆发式发展是在近五年。”黄现青介绍。数据显示，可降解材料市场份额年增长率已达传统塑料的3倍，其中食品包装领域占比超过40%。这种转变既源于各国环保政策的倒逼，也源于消费者环保意识的觉醒。
放眼全球，EPFs研发呈现百花齐放态势。加拿大团队开发的乳清蛋白基水溶膜已用于茶包生产，日本企业推出了海藻酸钠基可食用寿司包装膜，欧洲科研机构则致力于开发脂质基巧克力涂层膜……这些创新产品共同指向三大应用方向：方便食品内包装、生鲜食品保鲜膜、功能性营养载体。
将食品延伸成为包装
中国科学家也正在EPFs研发领域进行探索，黄现青团队就是其中之一。
为寻求破解白色污染的绿色密钥，团队长期致力于开发食源生物聚合物基的EPFs，用于部分代替现有的塑料食品包装，缓解塑料包装带来的白色污染问题。
黄现青说，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胶特性，这给团队带来了启发。
在河南农业大学的实验室里，记者见到了用果蔬汁改性马铃薯淀粉基可食用包装膜技术制成的薄膜。孙新玉介绍，他们选择马铃薯淀粉作为成膜基质，基于三重考量：原料年产量超8000万吨的产业基础、淀粉特有的糊化凝胶特性，以及其作为主食成分的安全性优势。
然而，纯淀粉膜的脆性缺陷成为技术瓶颈。为攻克这一难题，团队创造性地引入双重改良方案：一方面，采用果蔬汁作为天然填料，既利用其中酚类物质增强抗氧化性，又通过色素成分实现视觉优化；另一方面，添加海藻酸钠形成交联网络，使薄膜拉伸强度提高45%，水蒸气阻隔性达到传统塑料膜的85%。
黄现青介绍，这项技术的核心突破在于“浇铸成膜法”工艺创新。科研人员通过精准控制糊化温度和干燥条件，成功制备出厚度在0.05到0.10毫米之间的均匀薄膜，且厚度可以调控。相比传统流延法，该工艺能耗降低30%，且无需复杂设备，特别适合现有食品企业的技术改造。
孙新玉说，与同类产品相比，该成果展现出独特优势：抗氧化性能超越市面上90%的合成保鲜膜，色彩选择多达12种天然色系，成本仅为蛋白质基膜的1/3。更关键的是，其原料全部来自食品级组分，可直接应用于方便面调料包等即食产品内包装，实现“包装即食材”的颠覆性创新。
产业化需多学科协同创新
我国EPFs市场潜力巨大。仅方便食品调料包领域，年需求量就超过200亿个。若将30%替换为EPFs，每年可减少塑料使用1.5万吨。在生鲜领域，EPFs可延长草莓货架期3至5天，减少20%的损耗。更长远来看，EPFs或将成为“活性包装”载体，搭载益生菌、维生素等营养组分。
但EPFs的产业化道路仍存技术鸿沟。“以我们的果蔬汁改性马铃薯淀粉基可食用包装膜技术产业化为例，其存在三大挑战：一是连续化生产工艺的适配问题，实验室单次成膜需要24小时，而生产线要求每分钟产出20米，生产效率亟待提升；二是机械性能需对标工业标准，目前成膜的拉伸强度仅达到聚乙烯膜的60%，尚难以满足工业应用的需求；三是成本控制难题，当前成膜的成本为0.8元/平方米，需降至0.3元/平方米以下才能具有市场竞争力。”黄现青指出，这些难题的解决需要材料科学、食品工程、机械制造等多学科协同创新。
针对这些瓶颈，河南农业大学团队已启动产学研深度合作。他们正与设备制造商联合开发辊压式连续成膜装置，尝试通过微波预处理技术将干燥时间缩短至30分钟，并探索淀粉纳米晶增强技术以提升机械性能。“团队成员到企业参观了休闲食品加工的产业链条，学习了企业的包装流程，希望能把我们的可食用包装膜技术应用到生产实践中去。我们的目标是三年内建成示范生产线，让产品成本接近传统塑料。”黄现青说。
在环保与发展的天平上，黄现青团队研发的可食用包装膜技术给出了“中国方案”。这项源自食品、回归食品的创新，不仅承载着科研工作者的智慧，更寄托着人类对绿色未来的期待。当包装不再是被丢弃的垃圾，而成为食品的有机组成部分，这场静悄悄的绿色革命，正在重新定义人与自然的相处之道。
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