基于木薯淀粉和大豆分离蛋白的生物降解种植袋的设计、生产与应用研究

推荐 为解决传统塑料种植袋造成的环境污染问题，研究人员利用木薯淀粉（CS）和大豆分离蛋白（SPI）通过挤出工艺制备生物降解薄膜，并制成种植袋。结果表明，30% SPI含量的薄膜兼具机械强度与水溶性，支持植物生长且可降解，为农业可持续发展提供了新方案。

　　

论文解读
塑料污染已成为全球性环境危机，尤其在农业领域，传统塑料种植袋难以降解，导致土壤质量下降并威胁生态系统。据统计，全球每年约有800万吨塑料流入海洋，其中农业废弃物占比显著¹。在此背景下，泰国研究人员开发了一种由木薯淀粉（CS）和大豆分离蛋白（SPI）制成的生物降解种植袋，旨在替代传统塑料制品，减少环境污染。

该研究采用双螺杆挤出工艺，将不同比例的SPI（20%、30%、40%）与CS混合，并添加甘油作为增塑剂，通过热机械加工形成薄膜。随后，这些薄膜被制成种植袋，并以马齿苋（Portulaca oleracea）为实验对象，对比了商业化塑料种植袋的性能。

关键技术方法

1. 双螺杆挤出工艺：用于混合CS、SPI及甘油，并制备薄膜。
2. 薄膜表征技术：包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、拉伸强度（TS）、断裂伸长率（EB）、接触角和水溶性测试。

研究结果

• 机械性能与物理特性：30% SPI薄膜的TS最高（27.4 MPa），而20% SPI薄膜的EB最大（117.9%）。随着SPI含量增加，薄膜表面粗糙度上升，水溶性在30% SPI时达到峰值（54.8%）。
• 结构分析：XRD显示30% SPI薄膜结晶度最高，SEM揭示其表面较光滑。接触角测试表明30% SPI薄膜亲水性最低（57.9°），但仍保持水溶性。
• 种植性能：马齿苋在CS-SPI种植袋中的生长高度与商业化塑料袋无显著差异（p>0.05），且30% SPI袋在22天内部分降解，无破损残留。

结论与意义
研究表明，30% SPI含量的CS-SPI薄膜在机械强度、水溶性和生物降解性之间达到平衡，适用于种植袋生产。该材料不仅支持植物正常生长，还能有效减少农业塑料污染。然而，其耐久性需进一步优化以适应长期农业应用。此研究为开发低成本、高性能的生物降解材料提供了新思路，并推动其在农业包装领域的实际应用²。

注：

1. Cruz-Romero and Kerry, 2008; Rendón-Villalobos et al., 2016
2. 文章发表于《Environmental Technology》