食品包装的生物塑料:生产,应用和限制

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“生物塑料”、“生物聚合物”和“生物包装”等术语本身就蕴含着可持续性和能源资源节约的信息。这些材料全部或大部分来自可再生资源。这包括由纸和“生物塑料”(或生物塑料)。因此,不一定是天然产品的情况,但肯定是合成的产品从这些开始。如果不用于其原始塑料,生物塑料可能具有特殊的特征或与传统塑料相同(例如,从淀粉代替石油获得的生物聚乙烯)。这些材料的研究现在可以以合理的成本(虽然仍然高于石油衍生的塑料)及其商业用途,但由于达到了适当的可加工性,力量等特征,它们仍然是“年轻”材料,以及它们由可再生源生产的事实不得假设它们始终和必然更好,更安全。例如,有些人对生物塑料经常从原料食品生产的事实至关重要(由于需求增加,其价格趋于上升);事实上,目前的使用水平尚不重要(约0.05%的生产总玉米旨在生产生物塑料(1)),但可能会成为未来的。在其年度报告中“《2008年粮食和农业状况》,粮农组织对越来越多的粮食作物用于生产生物塑料和生物燃料深表关切。该研究探讨了非食用植物生物量的利用:第二代生物聚合物是从农业废弃物(秸秆、秸秆和玉米叶、土豆皮和番茄、废弃油籽饼等)中获得的,而不是从谷物等优质原料中获得。农业废物中的主要物质是纤维素,葡萄糖聚合物,如淀粉,但与它不同的是,它很难“消化”(不仅对高级动物,而且对细菌),从那里很难使用纤维素来生产生物塑料。另一种解决方案是使用可再生的非粮食产品,例如在边缘土地上种植的植物,否则这些土地将一直处于休耕状态。switchgrass.这种植物在美洲大草原上很常见。欧洲生物塑料协会估计,2007年,在5800万吨塑料中,生物塑料的产量达到75-10万吨,约为0.2%。专家认为,这一数字在未来可能会达到5-10%。每年的产量增长超过20%(如图1所示),这也是因为大多数可用产品最近已经完成了其市场营销所需的过程。主要影响的因素,这种增长将投资建设大型制造工厂,可再生原材料的购买力与石油相比,所产生的推力的市场消费需求有“绿色”包装和一个适当的法律框架,支持那些生产和那些选择这样的包。总是欧洲生物塑料据估计,到2016年,将推动生物塑料市场生产的地区将是南美和亚洲。

主要生物聚合物及相关产品在市场上

至于生物塑料的可能来源,在绝大多数情况下,它们来自植物,但也可能包括动物(乳清)、细菌(克菲兰)和真菌(疏水蛋白)来源的物质。生物塑料等生物聚合物作为:以这种方式获得的材料都并不出色的机械性能,通常很难繁殖,但他们不需要深刻的物理化学的优势转换的原材料,所以他们可以相对轻松地生产。

纤维素和衍生物:存在日期产品(例如,醋酸纤维素或硝酸纤维素)和创新产品,如Natureflex®:该产品含有薄膜纤维素,薄薄的外层塑料不影响,然而,不太沉默性。结果是一种薄膜,可致力,透明,可色和可金属化,如果需要略微可透过气体和水分,而是没有典型的热封和典型的热封和弹性,例如聚乙烯。

淀粉:长时间单独使用,或更经常与其他组件混合使用,以获得具有各种用途的对象。从这种聚合物中获得的一个主要商业指数是materi - bi®系列,可用于生产可生物降解的购物袋、各种类型的包装(食品和非食品)、农业薄膜和容器、玩具、餐具和一次性餐具、纤维纺织品等。纳米粒子的加入可以改善材料的力学性能和耐湿性。

蛋白质:从豆科植物皮肤的蛋白质中,可以生产一种生物可降解的薄膜,它可以抵抗气体和脂质,这可以使它更能抵抗各种处理。

纤维: It is possible to obtain totally biodegradable biopolymers derived from food waste such as tomato skins, which are mixed with other ingredients of natural origin (e.g. alginates) obtaining ideal products for applications such as agricultural mulch film, containers for agricultural nursery and fruit and vegetables.

其他: pectin from apples, citrus or other fruits/vegetables, wheat or soy protein (e.g. gluten), egg albumin, gelatin, collagen, protein, whey, various lingo-cellulosic-based materials, etc. Bioplastics from monomers of natural origin: using chemical processes and/or bacteria GMOs placed in appropriate bioreactors, it is possible to obtain monomers from polymers such as starch and (in the near future) cellulose from plant waste, in both cases glucose molecules are obtained which are then processed and re-polymerized.

PLA(聚乳酸):化学脂肪族聚酯,它是最具代表性的生物聚合物的产量和用于食品包装。它是从富含碳水化合物的食物(如谷物面粉、甜菜或甘蔗)中提取糖,这些发酵成乳酸,其转化为环丙交酯,最后聚合成聚乳酸。这种材料是可生物降解的热塑性塑料,非常透明,相当坚硬,比传统的聚烯烃更难加工;它的机械性能,特别是耐温度和湿度差,可以通过添加合适的添加剂,甚至以纳米颗粒的形式来改善。然而,由于耐热性差,它仍然是一种主要用于冷食物的材料。通过适当的涂层对聚乳酸表面进行改性,可以改善其对聚乳酸气体的阻隔性能,从而为包装食品在保护气氛中使用聚乳酸打开了可能性。由于这种材料的重大技术进步,直到几年前还被认为不适合与湿食品接触,现在甚至可以生产矿泉水瓶,尽管比传统的PET瓶保质期短:几个月后(尤其是在不新鲜的仓库),PLA瓶不再能保证水的内部体积,因为这开始通过PLA层蒸发,同时乳酸单体开始迁移到水中。

PHA(多羟基烷烷):由细菌代谢(例如由Bacillus MegaTium Gmo)获得的聚酯,糖或淀粉或由特种植物,通常也得到转基因;它们具有良好的技术特征,并且是完全可生物降解的,但相当昂贵,因此目前不使用。

生物塑料的环境影响

所有类型的生物包装的共同特点是LCA(生命周期评估)的价值低于传统包装,即在生产和处理阶段对环境的影响更低。生物塑料和有机垃圾一起采用堆肥的方式是可取的,但应该注意的是,并非所有生物可降解材料都是可堆肥的(即可以迅速分解,不释放任何有害物质)。即使不是所有的生物塑料都是可生物降解的:提高这些材料的技术性能(强度、抗湿性和气体的通道,等等)更多的降低其生物降解性(3),然后有生物塑料,如bio-PE,来自可再生能源代替石油但他们在各方面类似于经典的聚合物,包括non-biodegradability。即使是可堆肥的生物塑料,人们也必须考虑普通消费者的专业知识来识别它们,并正确地使用/处理它们:例如,新的可降解塑料袋通常被用作普通的垃圾袋(因此最终被垃圾收集),而不是作为湿袋。此外,城市垃圾收集和处理的组织并不总是能够充分利用这些材料的积极特性。

用于食品联系的生物塑料的立法和安全性的注意事项

原则上必须原则上(如纤维素衍生物,淀粉,纤维等)的生物塑料(如生物聚合物,如纤维素衍生物,淀粉,纤维等的一部分)。然后尤其遵循新的欧洲立法(第10/2011号“PIM))但尚未在欧洲和意大利级明确指导方针制定这些材料的生产者和用户可以参考。这不会减轻,而是提高生产者的工作:生物塑料对普通塑料的惰性较少,普遍塑料,朝着水和有机物质(生物降解性基础的特性!)构成的食物;因此,它在其设计期间准确的安全评估是必不可少的。

参考文献

1)“食品与燃料——在乙醇时代,两者都能赢吗?”农业与贸易政策研究所,2007年9月

2)www.european-bioplastics.org.

3)生物可降解聚合物在食品包装中的应用。食品科学与技术,19 (2008)634-643

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