生物降解可食材料2014(00001)课件.ppt

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1、 硕士生导师硕士生导师可食性包装材料的研究现状可食性包装材料的研究现状及其应用前景及其应用前景1、生物降解包装材料的研究现状、生物降解包装材料的研究现状n1.1生物降解包装材料研究的背景生物降解包装材料研究的背景高分子材料具有重量轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等高分子材料具有重量轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点优点,与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的4大支柱。大支柱。1.1生物降解包装材料研究的背景生物降解包装材料研究的背景1.1生物降解包装材料研究的背景生物降解包装材料研究的背景这个图给大家一个什么样的启示？这个图给大家一个什么样的启示？

2、什么是白色污染那？白色污染是人们对难什么是白色污染那？白色污染是人们对难降解的塑料垃圾（多指塑料袋）污染环境降解的塑料垃圾（多指塑料袋）污染环境现象的现象的一种形象称谓一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙醇等高分子化合物制成的聚丙烯、聚氯乙醇等高分子化合物制成的各种生活塑料制品使用后被弃置成为各种生活塑料制品使用后被弃置成为固体固体废物废物，由于随意乱丢乱扔，难以降解处理，由于随意乱丢乱扔，难以降解处理，以致造成城市环境污染严重的现象。以致造成城市环境污染严重的现象。白色污染是我国白色污染是我国城市特有城市特有的环境污染，主的环境污染，主要来源于生活垃圾和农用材料

3、，如食品包要来源于生活垃圾和农用材料，如食品包装、泡沫塑料填充物、快餐盒、农用地膜装、泡沫塑料填充物、快餐盒、农用地膜等。等。n塑料是一类塑料是一类高分子材料高分子材料，以，以石油石油为原料可以制为原料可以制得乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，这些物质得乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，这些物质的分子在一定条件下能相互反应生成分子量很的分子在一定条件下能相互反应生成分子量很大的化合物（即高分子）：即聚乙烯、聚丙烯、大的化合物（即高分子）：即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。聚氯乙烯、聚苯乙烯。n 从上世纪从上世纪六十年六十年代开始，塑料进入广泛实用代开始，塑料进入广泛实用阶段。塑料具有很多优点：阶段

4、。塑料具有很多优点：取材容易取材容易，价格低价格低廉廉，加工方便加工方便，质地轻巧质地轻巧，因此塑料一问世，因此塑料一问世，便深受世界欢迎，它迅速渗入到社会生活的各便深受世界欢迎，它迅速渗入到社会生活的各个方面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管个方面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。等。“20世纪最伟大的发明之一世纪最伟大的发明之一”，塑料的普，塑料的普及被誉为及被誉为“白色革命白色革命”。1.1生物降解包装材料研究的背景生物降解包装材料研究的背景 白色污染的危害：白色污染的危害：n白色污染存在两种危害：白色污染存在两种危害：视觉污染视觉污染和和潜在危害潜在危害。n视觉污染视觉污染指的是塑

5、料袋、盒、杯、碗等散落在环指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们的视觉带来不良刺激，影响环境的境中，给人们的视觉带来不良刺激，影响环境的美感。美感。白色污染的潜在危害（多方面）白色污染的潜在危害（多方面）n1、一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严重影响我们的身体健康。重影响我们的身体健康。n 2001年年3月月20日日北京市消费者协会北京市消费者协会发布发布2001年第年第1号消费警示：当温度达到号消费警示：当温度达到65C时，时，一次性发泡塑料餐具中的有害物质将渗入到食一次性发泡塑料餐具中的有害物质将渗入到食物中，对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造

6、物中，对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造成损害。成损害。n 因因此此，2001年年4月月23日日，国国家家经经贸贸委委发发布布了了关关于于立立即即停停止止生生产产一一次次性性发发泡泡塑塑料料餐餐具具的的紧紧急通告，要求停止生产一次性发泡塑料饭盒。急通告，要求停止生产一次性发泡塑料饭盒。n 3、传统的填埋方法污染城市环境。传统的填埋方法污染城市环境。n 填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，填

7、埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。危及周围环境。白色污染的潜在危害（多方面）白色污染的潜在危害（多方面）n4、废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。严重的二次污染。n塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生迄今为止毒性最大的一类物质：二恶英。二恶迄今为止毒性最大的一类物质：二恶英。二恶英进入土壤中，至少需英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，个月才能逐渐分解，它

8、会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏它会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏及脑有严重的损害作用。焚烧垃圾排放出的二及脑有严重的损害作用。焚烧垃圾排放出的二恶英对环境的污染，已经成为全世界关注的一恶英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。个极敏感的问题。n塑料袋燃烧处理产生二氧化硫，造成空气污染塑料袋燃烧处理产生二氧化硫，造成空气污染白色污染的潜在危害（多方面）白色污染的潜在危害（多方面）n 生产高分子材料的原料生产高分子材料的原料石油也总有用尽的一天。有关石油也总有用尽的一天。有关资料显示，如果以目前的资料显示，如果以目前的消耗量消耗量来计算来计算,预计制造材料的石预计制造材

9、料的石油等矿物质资源将会在油等矿物质资源将会在70年年后枯竭。后枯竭。n根据不完全统计数据显示全球每年所生产的塑料产量有根据不完全统计数据显示全球每年所生产的塑料产量有30%多用于制造食品塑料包装材料。如何处理食品塑料包装问题、多用于制造食品塑料包装材料。如何处理食品塑料包装问题、寻找寻找新型环境友好型包装材料新型环境友好型包装材料，开发和研制新型，开发和研制新型非石油基聚非石油基聚合包装材料合包装材料迫在眉睫迫在眉睫，n 由此，在绿色食品包装的理念中，可食性包装材料应运由此，在绿色食品包装的理念中，可食性包装材料应运而生，而研制和开发新型生物降解包装材料正是解决而生，而研制和开发新型生物降解

10、包装材料正是解决“资源资源材料短缺材料短缺”“杜绝白色污染杜绝白色污染“这两方面问题的有效途径，同这两方面问题的有效途径，同时也成为了国内外大专院所、包装行业和食品行业等竞相研时也成为了国内外大专院所、包装行业和食品行业等竞相研究的热点。究的热点。1.1生物降解包装材料研究的背景生物降解包装材料研究的背景n2、生物降解机理、生物降解机理n首先首先,微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合,通过通过水解切断表面的高分子链水解切断表面的高分子链,生成小分子量的化合物生成小分子量的化合物,然然后降解的生成物被微生物摄入体内后降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种代谢路

11、线经过种种代谢路线,合成微生物体物或转化为微生物活动的能量合成微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终转化最终转化成成CO2 和和H2O。n材料降解作用的形式有材料降解作用的形式有3种种:生物的生物的物理作用物理作用,由于生物细胞的增长而使材料发生机由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏械性毁坏;生物的生物的生化作用生化作用,微生物对材料作用而产生新的物质微生物对材料作用而产生新的物质;酶的直接作用酶的直接作用,微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解或氧化崩溃。材料分解或氧化崩溃。1.2生物降解材料定义及降解机理生物降解材料定义及降解机理1.3 生物降解

12、材料的分类生物降解材料的分类n根据降解机理生物降解材料可分为根据降解机理生物降解材料可分为n 生物破坏性材料生物破坏性材料n 完全生物降解材料完全生物降解材料生生物物破破坏坏性性材材料料属属于于不不完完全全降降解解材材料料,是是指指天天然然高高分分子子与与通通用用型型合合成成高高分分子子材材料料共共混混或或共共聚聚制制得得的的具具有有良良好好物物理理机机械械性性能能和和加加工工性性能能的的生生物物可可降降解解材材料料,主主要要指指掺掺混混型型降降解解材料材料;完完全全生生物物降降解解材材料料主主要要指指本本身身可可以以被被细细菌菌、真真菌菌、放放线线菌菌等等微微生生物物全全部部分分解解的的生生

13、物物降降解解材材料料,主主要要有有化化学学合合成成型型生生物降解材料、天然高分子型和微生物合成型降解材料等。物降解材料、天然高分子型和微生物合成型降解材料等。2）化学合成型生物降解材料）化学合成型生物降解材料n指利用化学方法合成制造的生物降解材料。指利用化学方法合成制造的生物降解材料。n此类高分子材料大多是在分子结构中引入具有此类高分子材料大多是在分子结构中引入具有酯基结构的脂肪族酯基结构的脂肪族(共共)聚酯聚酯,在自然界中酯基在自然界中酯基容易被微生物或酶分解。容易被微生物或酶分解。n目前已开发的主要产品有聚乳酸（目前已开发的主要产品有聚乳酸（PLA）、聚）、聚己内酯己内酯(PCL)、聚丁烯

14、琥珀酸酯、聚丁烯琥珀酸酯(PBS)等。等。聚乳酸（聚乳酸（PLA）n利用利用有机酸乳酸有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料，具有优为原料生产的新型聚酯材料，具有优良的生物相容性和可吸收性良的生物相容性和可吸收性,无毒、无刺激性无毒、无刺激性,它在自它在自然界中能完全分解为然界中能完全分解为CO2和和H2O,对环境无污染对环境无污染,是目前是目前最有前途最有前途的可生物降解的聚合物之一。聚乳酸用途广的可生物降解的聚合物之一。聚乳酸用途广泛泛,目前已被应用于生物医用高分子、纺织和包装等行目前已被应用于生物医用高分子、纺织和包装等行业。如可制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、食品业。如可制成农用薄膜、纸

15、代用品、纸张塑膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等加成分等n玉米玉米 乳酸乳酸 聚乳酸聚乳酸 共聚共混物共聚共混物 各种应用制品各种应用制品n聚乳酸可作为骨科组织工程材料聚乳酸可作为骨科组织工程材料,与传统的金属材料制与传统的金属材料制品相比品相比,具有以下具有以下特点特点:可分解可吸收性可分解可吸收性;较好的力学性能较好的力学性能;压电特性压电特性:聚乳酸聚乳酸材料受压后会产生电压材料受压后会产生电压,刺激骨细胞的生长刺激骨细胞的生长,促进骨愈促进骨愈合。合。聚己内酯聚己内酯(PCL)n具有优良的生物相容性、记忆性以及生

16、物可降具有优良的生物相容性、记忆性以及生物可降解性等解性等,其产品多集中在医疗和日用方面其产品多集中在医疗和日用方面,如如矫正器、缝合线、绷带、降解塑料等。矫正器、缝合线、绷带、降解塑料等。3）天然高分子型生物降解材料）天然高分子型生物降解材料n是利用生物可降解的是利用生物可降解的天然高分子材料天然高分子材料如植物来如植物来源的生物物质和动物来源的甲壳质等为基材制源的生物物质和动物来源的甲壳质等为基材制造的材料。造的材料。n植物来源植物来源包括细胞壁组成的纤维素、半纤维素、包括细胞壁组成的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物；木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物；n动物来源动物来源主

17、要是虾、螃蟹等甲壳动物中的甲壳主要是虾、螃蟹等甲壳动物中的甲壳质。质。天然高分子型生物降解材料天然高分子型生物降解材料 典型产品介绍典型产品介绍n美美国国Wamer Lambert公公司司开开发发了了由由支支链链淀淀粉粉(70%质质量量分分数数)和和直直链链淀淀粉粉(30%)制制成成的的新新型型树树脂脂,该该树树脂脂具具有有良良好好的的生生物物降降解解性性,可可以以造造粒粒,能能用用注注射射法法、挤挤出出法法及及其其它它标标准准方方法法加加工工成成型型,可可替替代代现现代代农农业业上上使使用用的的各各种种生生物降解材料。物降解材料。n意意大大利利公公司司MaterBi的的商商业业树树脂脂,是是

18、一一种种生生物物降降解解性性很很好好的的材材料料,其其中中淀淀粉粉或或淀淀粉粉衍衍生生物物含含量量占占60%,可可用用模模压压、吹吹塑塑、挤挤出出等等成成型型方方法法成成型型。MaterBi树树脂脂的的显显著著特点是氧的阻隔性能好特点是氧的阻隔性能好,已广泛应用于包装行业。已广泛应用于包装行业。n再再生生纤纤维维素素适适合合用用于于纤纤维维与与薄薄膜膜的的制制造造。日日本本等等工工业业试试验验曾曾以以纤纤维维素素衍衍生生物物和和脱脱乙乙酰酰基基多多糖糖复复合合,采采用用流流延延法法制制得得薄薄膜膜,其其强强度度与与聚聚乙乙烯烯膜膜相相近近,可可加加工工成成包包装装材材料、花盆、盘子等。料、花盆

19、、盘子等。PHA（生物聚酯）（生物聚酯）n具有类似于塑料的物化特性并具有具有类似于塑料的物化特性并具有可控可控的生物的生物可降解性。可降解性。n美国宝洁公司已经开发成功了作为缝合线、无美国宝洁公司已经开发成功了作为缝合线、无纺布和各种包装用材料的纺布和各种包装用材料的PHA 系列产品及其多系列产品及其多种应用。种应用。n目前目前,PHA 在全球的研究主要集中在利用其在全球的研究主要集中在利用其生物生物可降解性、生物相容性可降解性、生物相容性等特征等特征,开发在医疗、开发在医疗、制药、电子等高附加值领域的用途。制药、电子等高附加值领域的用途。n另外另外,农用药物或生长促进剂的缓释材料、光农用药物

20、或生长促进剂的缓释材料、光电材料等也都在开发当中。电材料等也都在开发当中。PHB（聚羟基丁酯）（聚羟基丁酯）n是一种硬而脆的热塑性聚合物是一种硬而脆的热塑性聚合物,其常温下的力其常温下的力学性能与学性能与PP相当相当,导致导致PHB这种力学性能的主这种力学性能的主要原因应为结晶度和结晶形态。要原因应为结晶度和结晶形态。nBarbara和和Frisch研究了研究了PHB 聚集态结构与破聚集态结构与破坏机理之间的关系坏机理之间的关系,发现在热压薄膜的伸长拉发现在热压薄膜的伸长拉伸试验中伸试验中,应力作用下的开裂在滑球晶之间的应力作用下的开裂在滑球晶之间的界面发生。由此可见界面发生。由此可见,PHB

21、中较大的球晶尺寸中较大的球晶尺寸的确对其力学行为起着重要作用。的确对其力学行为起着重要作用。1.3影响材料生物降解性能的因素影响材料生物降解性能的因素n主要包括内部因素和外部因素。主要包括内部因素和外部因素。n内部因素内部因素有有:材料的组成、结构以及材料的结材料的组成、结构以及材料的结晶状态晶状态;n外部因素外部因素主要有主要有:环境的温度、湿度、环境的温度、湿度、pH值以值以及土壤成分等。及土壤成分等。2）材料的结晶状态）材料的结晶状态n结晶状态对材料的降解性能有着重要的影响结晶状态对材料的降解性能有着重要的影响,材料具有极性、材料具有极性、局部结晶是生物降解的必要条件。局部结晶是生物降解

22、的必要条件。n在聚乳酸在聚乳酸PLA-PGA(聚乙醇酸聚乙醇酸)共聚物中共聚物中,由于羟基乙酸的存在由于羟基乙酸的存在,降低了共聚物的结晶度降低了共聚物的结晶度,使得聚合物的降解速度得到提高。结使得聚合物的降解速度得到提高。结晶度低的共聚物降解的同时还伴随有水解的共同作用晶度低的共聚物降解的同时还伴随有水解的共同作用,此时可此时可能微生物酶的作用小能微生物酶的作用小,水解速度是控制降解的一个重要因素水解速度是控制降解的一个重要因素 n指大分子链间的排列和堆砌方式指大分子链间的排列和堆砌方式,可粗略地分为可粗略地分为晶态晶态和和无定形无定形结构结构。分子链平行有序排列的为。分子链平行有序排列的为

23、结晶区结晶区,松弛不规则聚集的为松弛不规则聚集的为无定形区无定形区。n结构规整或链间次价力较强的聚合物容易结晶结构规整或链间次价力较强的聚合物容易结晶,例如高密度聚例如高密度聚乙烯。结晶聚合物中往往存在一定的无定形区，即是由因构象乙烯。结晶聚合物中往往存在一定的无定形区，即是由因构象复杂而未能结晶的分子和由于分子量的差异而被排斥于微晶之复杂而未能结晶的分子和由于分子量的差异而被排斥于微晶之外的分子外的分子,以及束缚分子等组成。以及束缚分子等组成。3）环境的温度和湿度）环境的温度和湿度n微生物根据最适宜生长温度的不同微生物根据最适宜生长温度的不同,一般分为嗜冷一般分为嗜冷微生物、中温微生物和嗜热

24、微生物微生物、中温微生物和嗜热微生物3种类型。自然种类型。自然界中绝大多数微生物都属于界中绝大多数微生物都属于中温微生物中温微生物。在一定。在一定的温度范围内的温度范围内,随着温度的上升随着温度的上升,微生物的代谢活微生物的代谢活动逐渐旺盛动逐渐旺盛,生长加快生长加快,对材料的降解效果明显对材料的降解效果明显;而而温度继续上升温度继续上升,细胞内物质如蛋白质、酶、核酸等细胞内物质如蛋白质、酶、核酸等对温度比较敏感对温度比较敏感,逐渐变性失活逐渐变性失活,这样就可能对材这样就可能对材料的降解造成不利的影响料的降解造成不利的影响.因此温度对微生物的生因此温度对微生物的生长以及材料的降解效果具有长以

25、及材料的降解效果具有双重双重的影响。的影响。n另外另外,在环境温度适宜的条件下在环境温度适宜的条件下,伴随一定的湿度伴随一定的湿度会使材料的降解效果更好。会使材料的降解效果更好。5）土壤成分）土壤成分n土壤的成分主要包括黏土、沙土、腐植土和活性污泥。土壤的成分主要包括黏土、沙土、腐植土和活性污泥。不同的土壤成分所含有的微生物种类是不同的。张敏、不同的土壤成分所含有的微生物种类是不同的。张敏、王晓霞等研究了王晓霞等研究了可降解聚酯可降解聚酯在土壤中的降解行为。研在土壤中的降解行为。研究发现究发现,生物可降解聚酯在不同土壤成分中降解效果由生物可降解聚酯在不同土壤成分中降解效果由好到差的顺序为好到差

26、的顺序为:活性污泥、腐植土、沙土和黏土。在活性污泥、腐植土、沙土和黏土。在模拟自然环境下，对聚羟基丁酯膜降解的研究表明模拟自然环境下，对聚羟基丁酯膜降解的研究表明,在在不同土壤降解速率为：不同土壤降解速率为：n快慢排序为快慢排序为:森林土森林土砂土砂土黄土黄土农田土。农田土。n粘土粘土：含沙粒很少，有粘性，水不易通过的土壤。：含沙粒很少，有粘性，水不易通过的土壤。n腐植土腐植土：在森林多的地方的土壤，也称森林土。：在森林多的地方的土壤，也称森林土。n活性污泥活性污泥：微生物群体及其所依附的有机物和无机物：微生物群体及其所依附的有机物和无机物的总称。主要用于处理废水或污水。的总称。主要用于处理废

27、水或污水。1.4可生物降解材料降解性的评价方法可生物降解材料降解性的评价方法n1）土埋法）土埋法 n此此法法是是一一种种传传统统的的试试验验方方法法,即即是是将将聚聚合合物物试试样样埋埋于于自自然然环环境境的的土土壤壤中中,利利用用存存在在于于自自然然界界中中的的微微生生物物来来进进行行降解的试验方法。降解的试验方法。n一一般般通通过过对对一一定定时时间间内内,试试样样表表面面的的形形态态变变化化(如如穿穿孔孔、破破碎碎等等)、失失重重、伸伸长长率率、冲冲击击强强度度或或拉拉伸伸强强度度,以以及及分分子子量量及及其其分分布布变变化化等等方方面面的的观观察察,来来考考察察它它的的降降解解性性能。

28、能。n此此方方法法的的优优点点是是能能实实际际反反映映聚聚合合物物材材料料在在自自然然界界中中的的降降解解情情况况,缺缺点点是是此此法法周周期期长长,而而且且因因土土质质、季季节节、环环境境等等方方面面的的不不同同而而变变化化,重重复复性性差差,不不适适于于明明确确代代谢谢机机理理,确定分解产物。确定分解产物。2）酶分析法 n酶是一种结构复杂、分子量通常从几千到几百万、带酶是一种结构复杂、分子量通常从几千到几百万、带有如有如-COOH、-OH、-NH2之类亲水性基团的高分之类亲水性基团的高分子蛋白质。酶的作用具有很强的选择性子蛋白质。酶的作用具有很强的选择性,一般只对脂肪一般只对脂肪族聚酯、聚

29、氨酯、聚酰胺等和天然大分子结构相似的族聚酯、聚氨酯、聚酰胺等和天然大分子结构相似的材料作用敏感。材料作用敏感。n此法是在一定的温度下此法是在一定的温度下,将试样置于一定将试样置于一定pH 值的特定值的特定酶中酶中,然后在一定时间内根据试样的强度、形态、失重然后在一定时间内根据试样的强度、形态、失重等方面变化来评价试样的生物降解性。等方面变化来评价试样的生物降解性。n此法试验时间短此法试验时间短,只要数小时或数周。同时只要数小时或数周。同时,重复性重复性好好,可定量可定量,适于降解机理及生成物的研究。适于降解机理及生成物的研究。它对于新型它对于新型生物降解性聚合物的开发、分子设计生物降解性聚合物

30、的开发、分子设计,具有重要的现实具有重要的现实意义意义.3）放射性同位素示踪法 n该法是通过仪器测出有该法是通过仪器测出有 C标记的样品在试验环标记的样品在试验环境作用下放出境作用下放出 CO2 的量的量,从而确定试样的生物从而确定试样的生物降解性。降解性。n此方法的此方法的优点优点是数据结果可靠是数据结果可靠,不受试样或试不受试样或试验系统中生物降解杂质或添加剂的影响。适于验系统中生物降解杂质或添加剂的影响。适于对聚合物的降解机理进行研究。对聚合物的降解机理进行研究。n缺点缺点是难以得到有标记的聚合物试样是难以得到有标记的聚合物试样,同时同时,此法需要特殊设备此法需要特殊设备,要求对系统进行

31、严格控制。要求对系统进行严格控制。4）生物体内试验法 n用作医学材料的生物降解聚合物降级机理的研用作医学材料的生物降解聚合物降级机理的研究究.要求具有要求具有生物相容性生物相容性,如用作血管和整形外如用作血管和整形外科的植入材料、手术缝合线等科的植入材料、手术缝合线等,使用后可逐渐使用后可逐渐自行消失自行消失,这时就要进行生物体内降解试验。这时就要进行生物体内降解试验。n方法是把聚合物试样植入小鼠等动物体内方法是把聚合物试样植入小鼠等动物体内,定定期期取出试样取出试样,观察聚合物的重量、分子量及其观察聚合物的重量、分子量及其分布、组成及结构的变化分布、组成及结构的变化,来确定材料在生物来确定材

32、料在生物体内的降解性。体内的降解性。5）二氧化碳释放量测定 n此法是通过接种后试样培养期内此法是通过接种后试样培养期内释放的释放的 CO2 量量来表征试样生物降解来表征试样生物降解速率和程度速率和程度,是一种是一种定量定量测定方法。测定方法。n过程：把碎屑状试样加入有混合菌种的标准土过程：把碎屑状试样加入有混合菌种的标准土壤的标本放入缸内壤的标本放入缸内,缸内放一盛有标定过的缸内放一盛有标定过的 NaOH 溶液的小烧杯溶液的小烧杯,加盖密封。在一定温度加盖密封。在一定温度下下,培养一定时间培养一定时间,然后取出定量的然后取出定量的NaOH溶液溶液稀释稀释,以标定的以标定的 HCl 滴定滴定,计

33、算计算 CO2 释放量。释放量。6）琼脂板培养试验法）琼脂板培养试验法 n该试验是根据试样表面上真菌或细菌的生长情该试验是根据试样表面上真菌或细菌的生长情况分级表示。级数越高况分级表示。级数越高,表示该试样越容易受表示该试样越容易受细菌或真菌侵蚀破坏。细菌或真菌侵蚀破坏。n过程：试验时过程：试验时,先将聚合物试样置于不含有其先将聚合物试样置于不含有其它碳源的无机盐琼脂上它碳源的无机盐琼脂上,然后在试样和琼脂表然后在试样和琼脂表面喷上或涂上含有已知种类的真菌或细菌的标面喷上或涂上含有已知种类的真菌或细菌的标准混合培养菌准混合培养菌,最后再将皮特里最后再将皮特里(Petri)培养皿培养皿封好封好,

34、并在恒温下培养并在恒温下培养 一定的时间。定期观测一定的时间。定期观测试样上微生物菌的生长情况。试样上微生物菌的生长情况。n此试验方法可适用于此试验方法可适用于任何厚度任何厚度的样品的样品,但对试但对试样表面污染十分敏感样表面污染十分敏感,测试时应特别小心。测试时应特别小心。1.4 生物可降解材料应用现状 n生物降解高分子材料具有以下特点生物降解高分子材料具有以下特点:易吸附水、易吸附水、含有敏感的化学基团、结晶度低、低相对分子含有敏感的化学基团、结晶度低、低相对分子质量、分子链线性化程度高和较大的比表面积质量、分子链线性化程度高和较大的比表面积等。等。n生物降解高分子材料的应用广泛，在包装、

35、餐生物降解高分子材料的应用广泛，在包装、餐饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前景，所以开发生物降解高分子材料己成为世界景，所以开发生物降解高分子材料己成为世界范围的研究热点。范围的研究热点。1.5存在问题存在问题（1）市场应用。市场应用。由于生产可降解材料的成本偏高由于生产可降解材料的成本偏高,造成造成其在市场中价格偏高其在市场中价格偏高,这样就给可降解材料的推广造成这样就给可降解材料的推广造成了很大的影响。了很大的影响。（2）技术与工艺。技术与工艺。与传统塑料相比与传统

36、塑料相比,可降解材料存在可降解材料存在抗抗水性差、力学性能差和加工性能差水性差、力学性能差和加工性能差的问题的问题,很难满足工很难满足工业化生产要求。另外业化生产要求。另外,降解材料准确的降解降解材料准确的降解时控性时控性,用用后快速降解性、彻底降解性以及边角料的回收利用技后快速降解性、彻底降解性以及边角料的回收利用技术等还有待进一步提高和完善。术等还有待进一步提高和完善。（3）降解材料的标准及试验评价方法。降解材料的标准及试验评价方法。对生物降解材料对生物降解材料,世界上世界上尚没有统一尚没有统一的试验评价方法、识别标志和产品的试验评价方法、识别标志和产品检测技术检测技术,致使缺乏正确统一的

37、认识和确切的评价致使缺乏正确统一的认识和确切的评价,产产品市场比较混乱品市场比较混乱,真假难辩。真假难辩。1.6 展望展望n为了更好的实现可生物降解材料的产业化为了更好的实现可生物降解材料的产业化,今后还应该今后还应该在以下几个方面做出努力在以下几个方面做出努力:n一是一是建立快速、简便的生物降解性的评价方法建立快速、简便的生物降解性的评价方法,反映降反映降解材料在自然界中生物降解的实际情况解材料在自然界中生物降解的实际情况;n二是二是进一步研究可生物降解材料的分解速率、分解彻进一步研究可生物降解材料的分解速率、分解彻底性以及降解过程和机理底性以及降解过程和机理,开发可控制降解速率的技术开发可

38、控制降解速率的技术;n三是三是通过结构和组成优化、加工技术及形态结构控制通过结构和组成优化、加工技术及形态结构控制等等,开发调控材料性能新手段开发调控材料性能新手段;n四是四是为了提与其他材料的竞争力为了提与其他材料的竞争力,必须研究和开发具有必须研究和开发具有自主知识产权的新方法、新工艺和新技术自主知识产权的新方法、新工艺和新技术,简化合成路简化合成路线线,降低生产成本降低生产成本,参与国际竞争。参与国际竞争。2、可食性包装膜的研究现状、可食性包装膜的研究现状 与应用领域与应用领域n2.1 可食性包装膜及其发展概况可食性包装膜及其发展概况n可可食食膜膜是是指指以以天天然然可可食食性性物物质质

39、如如多多糖糖、蛋蛋白白质质等等为为原原料料、添添加加可可食食的的增增塑塑剂剂、交交联联剂剂等等物物质质，通通过过不不同同分分子子间间相相互互作作用用而而形形成成的的薄薄膜膜，通通常常把把预预制制的的独独立立膜膜称称为为薄薄膜膜，把把涂涂布布、浸浸渍渍、喷喷洒在食品表面而成的薄层称为涂层。洒在食品表面而成的薄层称为涂层。n可可食食性性包包装装在在食食品品包包装装中中的的应应用用有有着着悠悠久久的的历历史史。可食性包装材料的发展历史n 可食膜应用的雏形最早见于可食膜应用的雏形最早见于 12 13 世纪的中国，人们用简单的世纪的中国，人们用简单的涂蜡涂蜡手段来涂覆桔子、手段来涂覆桔子、柠檬柠檬、以延

40、缓它们的脱水失重延长果蔬、以延缓它们的脱水失重延长果蔬货架寿命。货架寿命。n16 世纪英国有一学者应用，世纪英国有一学者应用，猪油猪油包裹食品包裹食品，开创了用脂类涂层，开创了用脂类涂层保鲜食品的先例。保鲜食品的先例。n 1596 年年 Harvard 和和 Harmony 提出用提出用明胶涂层明胶涂层保护肉制品及其保护肉制品及其它食品。它食品。n 20 世纪世纪 30 年代年代 作为涂覆苹果和梨等新鲜水果可食膜原料的热作为涂覆苹果和梨等新鲜水果可食膜原料的热融性石蜡就以商品形式出现了。融性石蜡就以商品形式出现了。n在在 20 世纪世纪50 年代早期年代早期 就开始用由就开始用由巴西棕榈蜡巴西

41、棕榈蜡等制成的水包油乳等制成的水包油乳状液涂于新鲜果蔬表面，状液涂于新鲜果蔬表面，此后涂膜技术得到快速发展此后涂膜技术得到快速发展。n在人工合成可食膜中比较成熟的是在人工合成可食膜中比较成熟的是 20 世纪世纪 70 年代己工业化生产年代己工业化生产的普鲁兰树脂，它是由的普鲁兰树脂，它是由-葡萄糖甙构成的葡萄糖甙构成的多聚葡萄糖多聚葡萄糖在水中易溶在水中易溶解解 其其 5%10%的水溶液经干燥或热压制成厚度为的水溶液经干燥或热压制成厚度为 0.2 mm 的薄膜的薄膜，这种薄膜透明、，这种薄膜透明、无色、无色、无嗅、无嗅、无毒、无毒、具有韧性、具有韧性、高阻油性能高阻油性能食用，食用，可作为食品

42、包装。可作为食品包装。n对可食膜的真正研究开始于对可食膜的真正研究开始于 20 世纪世纪5060年代，年代，此此后世界各国政府都投入了大量的人力和物力研究和开后世界各国政府都投入了大量的人力和物力研究和开发可食性包装膜，发可食性包装膜，并取得了一定的进展并取得了一定的进展。n现在的可食膜改变了过去由现在的可食膜改变了过去由单一成分制膜单一成分制膜，而发展成，而发展成具有具有多种功能性质多种功能性质的的、由多种生物大分子和脂类制成、由多种生物大分子和脂类制成的多的多组分复合膜组分复合膜，这种复合膜主要是通过不同分子间这种复合膜主要是通过不同分子间相互作用形成一种稳定的乳状液，相互作用形成一种稳定

43、的乳状液，然后干燥使溶剂挥然后干燥使溶剂挥发而形成薄膜，发而形成薄膜，此种结构的可食膜具有明显的阻隔性此种结构的可食膜具有明显的阻隔性能及一定的选择透过性。能及一定的选择透过性。因而在食品行业具有广阔的因而在食品行业具有广阔的应用前景。应用前景。n随着人们对随着人们对食品品质食品品质和和保藏期保藏期要求的提高，要求的提高，以及人们以及人们环保意识的增强，环保意识的增强，以天然生物材料制成的可食膜在食以天然生物材料制成的可食膜在食品包装领域正成为研究热点品包装领域正成为研究热点。近年来。近年来，人们在开发，人们在开发新新型的可食包装材料型的可食包装材料、改善薄膜性质改善薄膜性质以及以及可食膜应用

44、可食膜应用等等方面做了大量深入细致的工作方面做了大量深入细致的工作，并取得了一定的成果，并取得了一定的成果可食性包装材料的发展历史可食膜中国信息知网2.2 可食性包装膜的分类可食性包装膜的分类n1）多糖薄膜）多糖薄膜n该膜是以该膜是以淀粉淀粉、变性淀粉、变性淀粉、食用胶及纤维素、食用胶及纤维素衍生物衍生物等为主要原料制成的，等为主要原料制成的，由于多糖特殊的由于多糖特殊的长链螺旋分子结构长链螺旋分子结构、其化学性质稳定、其化学性质稳定、适应适应于长时间储存及各种储存环境，于长时间储存及各种储存环境，但它们都属亲但它们都属亲水性聚合物水性聚合物，阻湿性一般很小。，阻湿性一般很小。n 在多糖类物质

45、形成薄膜的过程中，在多糖类物质形成薄膜的过程中，分子间氢分子间氢键和分子内氢键，扮演了重要的角色。键和分子内氢键，扮演了重要的角色。2）蛋白质薄膜蛋白质薄膜n（1）大豆分离蛋白膜大豆分离蛋白膜n该膜以该膜以大豆分离蛋白大豆分离蛋白为主要原料，为主要原料，添加甘油，添加甘油，分别在分别在酸性和碱性两种条件下制成可食性膜。酸性和碱性两种条件下制成可食性膜。大豆分离蛋白大豆分离蛋白膜具有良好的机械性能及耐湿性能。膜具有良好的机械性能及耐湿性能。n（2）小麦面筋蛋白膜）小麦面筋蛋白膜n小麦面筋主要由小麦面筋主要由麦谷蛋白和麦醇蛋白麦谷蛋白和麦醇蛋白组成，其中麦谷组成，其中麦谷蛋白含量占蛋白含量占 30

46、%40%，麦醇蛋白含量，麦醇蛋白含量40%50%。由于麦谷蛋白具有弹性，由于麦谷蛋白具有弹性，麦醇蛋白具有延伸性，麦醇蛋白具有延伸性，能与能与水形成网络结构水形成网络结构，从而具有优良的黏弹性，从而具有优良的黏弹性 延伸性、延伸性、吸水性吸水性、吸脂乳化性和成膜性等独特的物理特性。、吸脂乳化性和成膜性等独特的物理特性。n（3）玉米醇溶蛋白膜玉米醇溶蛋白膜n玉米醇溶蛋白具有其他蛋白膜所没有的良好疏玉米醇溶蛋白具有其他蛋白膜所没有的良好疏水特性，水特性，易于成膜，易于成膜，其在醇其在醇 水溶液中形成水溶液中形成无规则线团结构，无规则线团结构，溶剂蒸发后可制成一种透明、溶剂蒸发后可制成一种透明、有光

47、泽的薄膜有光泽的薄膜，具有防潮、，具有防潮、隔氧、隔氧、抗紫外线、抗紫外线、保香、阻油和防静电等特性，保香、阻油和防静电等特性，且对细菌有一定且对细菌有一定抑制作用抑制作用，能延长食品货架寿命，能延长食品货架寿命。2）蛋白质薄膜蛋白质薄膜n（4）胶原蛋白、胶原蛋白、明胶膜明胶膜n在食品蛋白质中，在食品蛋白质中，明胶由于其具有的线性结构是由有限单体明胶由于其具有的线性结构是由有限单体组成的，并且具有多分散性，组成的，并且具有多分散性，使得明胶的性质与合成的聚合使得明胶的性质与合成的聚合物的性质最相似，并且明胶的物的性质最相似，并且明胶的入口即化性入口即化性及形成透明胶体的及形成透明胶体的特点是其

48、他食品胶体所无法比拟的，加之明胶是用动物的皮、特点是其他食品胶体所无法比拟的，加之明胶是用动物的皮、骨经过骨经过酸、酸、碱碱水解得到的水解得到的，含人体必需的多种氨基酸，含人体必需的多种氨基酸，营，营养价值高，在食品中的用量养价值高，在食品中的用量不受限制不受限制，因而明胶作可食膜较，因而明胶作可食膜较有优势有优势。n明胶膜可以作粘合剂，明胶膜可以作粘合剂，模具延缓剂和抗氧化剂的载体，模具延缓剂和抗氧化剂的载体，其还其还有阻氧和在油炸食品时阻止过分吸油等功能。有阻氧和在油炸食品时阻止过分吸油等功能。此外此外 明胶膜还明胶膜还是药物胶囊和片剂被覆的主要成分。明胶可以与壳聚糖、是药物胶囊和片剂被覆

49、的主要成分。明胶可以与壳聚糖、淀淀粉、粉、纤维素等组成复合膜来提高其性能，纤维素等组成复合膜来提高其性能，降低其成本。降低其成本。2）蛋白质薄膜蛋白质薄膜n3）脂质薄膜脂质薄膜n其形成材料如其形成材料如:蜂蜡、蜂蜡、石蜡石蜡、硬脂酸、硬脂酸、软脂酸软脂酸等，等，它们具有极弱和易于形成致密分子网状结它们具有极弱和易于形成致密分子网状结构的特点，构的特点，所形成的膜阻水能力极强，所形成的膜阻水能力极强，但由但由于单独由脂类形成膜的强度较低，于单独由脂类形成膜的强度较低，很少单独作很少单独作用，通常与蛋白质、用，通常与蛋白质、多糖类组合形成复合薄膜多糖类组合形成复合薄膜2.2 可食性包装膜的分类可食

50、性包装膜的分类n4）复合膜复合膜n通常以脂质作为阻水组分，通常以脂质作为阻水组分，而蛋白质或多糖在发挥自而蛋白质或多糖在发挥自身具有的阻隔性能的同时，身具有的阻隔性能的同时，作为脂质的支持介质作为脂质的支持介质，保，保持膜的良好完整性持膜的良好完整性。通过这样的特定组合，。通过这样的特定组合，使可食性使可食性膜具有更广泛的功能性，膜具有更广泛的功能性，适用面更宽。适用面更宽。复合膜的成膜复合膜的成膜方式有两种方式有两种:n一种是涂布法：一种是涂布法：将融态脂质涂布于已形成的多糖膜，将融态脂质涂布于已形成的多糖膜，或蛋白膜之上或蛋白膜之上 形成双层复合膜形成双层复合膜。n第二种是脂质与多糖或蛋白