生物基可降解PHBV奶酪包装杯的阻隔性能评估及其对食品保鲜的应用效益研究

本研究系统评估了生物基可降解材料PHBV及其复合纤维杯体的气体阻隔性能，通过整合气体渗透模型与二维数值模拟，证实PHBV包装在替代石油基聚丙烯（PP）应用于改性气氛包装（MAP）时具备显著优势，尤其适用于中等货架期食品（如新鲜奶酪）的保鲜，为可持续包装开发提供了关键数据支撑。

　　

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Materials

聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)（PHBV）购自法国NaturePlast公司，包括未配方粉末（PHI003）和含1%氮化硼（BN）的颗粒（PHI002）。纤维素纤维（Arbocel BE 600-30 PU, 99.5%）与木材纤维（Filtracel EFC 950, 99.5%）由德国JRS提供。琼脂粉、氯霉素（>98%）及氮化硼（98%）采购自法国Sigma Aldrich。

PHBV cups production

通过注塑成型工艺制备了三种类型的杯体：纯PHBV、PHBV+20%纤维素纤维、PHBV+20%木材纤维。具体制备参数详见方法部分。

Oxygen permeability of BTpI film

如表1所示，BTpI薄膜在12°C、23°C和38°C下的氧气渗透率测定结果显著：23°C时为1.4 × 10^-18 mol·m^-1·s^-1·Pa^-1，与聚乙烯醇（PVOH）、乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）及涂层玻璃纸的阻隔性能相当，印证其高屏障特性。

Conclusion

PHBV注塑杯在23°C下表现出优异的氧气与二氧化碳阻隔性（O₂：2.3 × 10^-16 mol·m^-1·s^-1·Pa^-1；CO₂：4.5 × 10^-16 mol·m^-1·s^-1·Pa^-1），活化能介于20–23 kJ·mol^-1。添加20%纤维后，因杯体存在裂缝与孔洞，气体渗透性显著升高（O₂提高11–23倍，CO₂提高5–10倍）。数值模拟表明，纯PHBV杯在改性气氛包装（MAP）中替代聚丙烯（PP）包装潜力突出，尤其适用于中等货架期产品（如新鲜奶酪）。