พลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพดในบรรจุภัณฑ์อาหาร: ใช้งานได้ที่ไหนและล้มเหลว

พลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพด: อะไรยังคงอยู่และสิ่งใดล้มเหลว

แป้งข้าวโพดไม่ใช่ทั้งวัตถุดิบมหัศจรรย์หรือกลอุบายทางการตลาด เป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่มีขีดจำกัดที่วัดได้ และขีดจำกัดเหล่านั้นจะตัดสินว่าถาด ถ้วย และฟิล์มฝาใดที่มันสามารถบรรทุกได้สมจริง

เติมน้ำเกรวี่ลงในถ้วยขนาด 6 ออนซ์ที่อุณหภูมิ 85 °C ปิดฝาและทิ้งไว้ใต้โคมไฟให้ความร้อนเป็นเวลายี่สิบนาที ถ้วยโพลีโพรพีลีนแทบจะมองไม่เห็น ถ้วยพลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพดที่มีความหนาของผนังเท่ากันอาจทำให้ขอบนิ่มลง บิดเบี้ยวเป็นรูปวงรี และสูญเสียการปิดผนึก ทำการทดสอบครั้งเดียวนั้นก่อนการสนทนาใดๆ เกี่ยวกับการกล่าวอ้างด้านความยั่งยืน และคุณจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุมากกว่าที่เอกสารข้อมูลของห้องปฏิบัติการจะบอกคุณ

ข้อสรุปประการแรก: พลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพดเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์จริงที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน แต่ไม่ใช่การทดแทนแบบหยดในแค็ตตาล็อกผลิตภัณฑ์ ทำงานได้ดีในการใช้งานที่มีอายุการเก็บรักษาสั้น แช่เย็น ความชื้นต่ำ และแห้ง และประสบปัญหากับการบรรจุที่ร้อน อายุการเก็บรักษาโดยรอบที่ยาวนาน ปริมาณไขมันสูง และการขนส่งที่มีความชื้น

บทความนี้มาจากภาคปฏิบัติของอุตสาหกรรม เราเป็น หนิงโป Linhua พลาสติก ผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์สัมผัสอาหารที่ใช้ พีพี, PS, PET, TFPP และ PLA ในสายการผลิตเดียวกัน และคำถามที่เราสนใจนั้นแคบมาก: ผลิตภัณฑ์ใดที่สามารถเคลื่อนย้ายไปยังวัสดุที่ทำจากแป้งหรือ PLA โดยไม่ทำให้ซีล อายุการเก็บรักษา หรือไฟล์การปฏิบัติตามข้อกำหนด

แป้งข้าวโพดกลายเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ได้อย่างไร

มีสองเส้นทางตั้งแต่เมล็ดข้าวโพดไปจนถึงการบรรจุเสร็จ และสิ้นสุดด้วยวัสดุที่แตกต่างกันมากและมีป้ายราคาที่แตกต่างกันมาก

เส้นทางที่หนึ่ง: แป้งเทอร์โมพลาสติก

เม็ดแป้งจะถูกให้ความร้อนด้วยน้ำและพลาสติไซเซอร์ เช่น กลีเซอรอลหรือซอร์บิทอล จนถึงอุณหภูมิประมาณ 60–70 °C ในขณะที่แรงเฉือนทำให้โครงสร้างเม็ดแตกออกจากกัน สิ่งที่ออกมาคือแป้งเทอร์โมพลาสติก: ราคาไม่แพง หมุนเวียนได้ และชอบน้ำอย่างยิ่ง ปริมาณอะมิโลสเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมส่วนใหญ่ของมัน แป้งข้าวโพดมาตรฐานประกอบด้วยอะมิโลสประมาณหนึ่งในสี่ ข้าวโพดข้าวเหนียวแทบจะไม่มีเลย และมีลูกผสมที่มีอะมิโลสสูงมากกว่าครึ่งหนึ่ง ปริมาณอะมิโลสที่มากขึ้นหมายถึงฟิล์มที่แข็งแรงและแข็งขึ้นและเปราะมากขึ้นด้วย เนื่องจากแป้งเทอร์โมพลาสติกธรรมดาดูดซับความชื้นจากอากาศ ถาดและฟิล์มเชิงพาณิชย์จึงมักจะผสมกับ PBAT, PLA หรือ PBS เพื่อให้ชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วสามารถอยู่รอดได้ในห่วงโซ่ความเย็น

เส้นทางที่สอง: แป้งเป็นกรดแลคติคถึง PLA

เส้นทางอุตสาหกรรมเป็นเอนไซม์และชีวภาพ แป้งจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกลูโคส หมักเป็นกรดแลคติค เปลี่ยนเป็นแลคไทด์ จากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ไรด์เป็นโพลีแลคไทด์ โพลีเมอร์ดังกล่าวตั้งอยู่หลังถ้วย ฝาพับ และฟิล์มฝาที่ย่อยสลายได้ส่วนใหญ่ที่ขายในบริการอาหารในปัจจุบัน PLA แบบอสัณฐานธรรมดามีการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วประมาณ 55–60 °C ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมจึงรู้สึกสบายเมื่อดื่มเครื่องดื่มเย็นและไม่สบายเมื่อดื่มกาแฟ เกรดที่ตกผลึกจะทำให้ความต้านทานความร้อนในระยะสั้นอยู่ในช่วง 90–120 °C โดยมีต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้นและกรอบเวลาการประมวลผลที่แคบลง

แป้งมีราคาถูก หมุนเวียนได้ และชอบน้ำ คุณสมบัติสองรายการแรกขายได้ ส่วนที่สามจำกัดการใช้อาหารเกือบทุกอย่างที่ป้อน

ตัวเลือกหลักเปรียบเทียบอย่างไร

ตารางด้านล่างนี้จะบีบอัดการตัดสินใจที่สำคัญซึ่งโดยปกติจะใช้เวลานำร่องสามครั้งจึงจะตัดสินได้ ใช้เป็นเครื่องมือในการคัดกรอง ไม่ใช่เป็นข้อกำหนด

ออกมาสองแบบ ความร้อนและความชื้นเดินทางด้วยกัน ดังนั้นส่วนผสมแบบเดียวกับที่ทำในถ้วยซอสแช่เย็นอาจใช้ไม่ได้กับสายเติมร้อนหรือในโกดังที่มีความชื้น และผลิตภัณฑ์ที่เปลี่ยนได้ง่ายที่สุดคือสินค้าขนาดเล็ก แห้ง หรือแช่เย็น: ถ้วยซอสและน้ำสลัด กล่องผลิตอาหาร ถาดสินค้าแห้ง และฝาถ้วยเย็น

อาหารพร้อมรับประทานจะอยู่ฝั่งตรงข้ามของเครื่องชั่ง ที่นั่น ถาด สิ่งกีดขวาง และซีลจะต้องถูกระบุเป็นระบบเดียว และในโครงการส่วนใหญ่ ส่วนประกอบทางชีวภาพจะเข้ามาทางฟิล์มที่ปิดฝา แทนที่จะผ่านตัวถาด

ความสามารถในการย่อยสลายเป็นคำถามในการเก็บรวบรวม

EN 13432 ในยุโรป, ASTM D6400 ในสหรัฐอเมริกาและ ISO 17088 ในระดับสากลถามโดยประมาณเกี่ยวกับสิ่งเดียวกันของวัสดุบรรจุภัณฑ์: การสลายตัวอย่างน้อย 90% ภายในสิบสองสัปดาห์ที่อุณหภูมิประมาณ 58 °C ในสภาพแวดล้อมการทำปุ๋ยหมักทางอุตสาหกรรม, การย่อยสลายทางชีวภาพอย่างน้อย 90% ภายในหกเดือน, ไม่มีผลกระทบที่เป็นพิษต่อปุ๋ยหมักสำเร็จรูป และข้อจำกัดเกี่ยวกับโลหะหนักและคาร์บอนอินทรีย์ แผนการทำปุ๋ยหมักที่บ้านนั้นแยกจากกันและเข้มงวดกว่าในทางปฏิบัติ เนื่องจากจะต้องทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อม และสิ่งของ PLA ส่วนใหญ่ไม่ผ่าน

ช่องว่างระหว่างการรับรองและความเป็นจริงคือการรวบรวม ถาดที่ย่อยสลายได้ซึ่งได้รับการรับรองซึ่งไปถึงสถานที่ฝังกลบหรือเตาเผาจะมีพฤติกรรมเหมือนกับขยะอื่นๆ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเส้นทางสิ้นสุดอายุการใช้งานจึงอยู่ที่จุดเริ่มต้นของโครงการมากกว่าที่จุดสิ้นสุดของโครงการ

การปฏิบัติตามกฎระเบียบ การย้ายถิ่น และความเสี่ยงด้านอุปทาน

อาหารที่เน้นพืชเป็นหลักไม่ได้หมายความว่าอาหารปลอดภัยโดยอัตโนมัติ ในสหภาพยุโรป ผลิตภัณฑ์ผสมแป้งหรือ PLA ที่ใช้สำหรับอาหารต้องอยู่ภายในกฎระเบียบ (EU) หมายเลข 10/2011 และต้องเป็นไปตามขีดจำกัดการโยกย้ายโดยรวมที่ 10 มก./ดม.² และเก็บข้อมูลการโยกย้ายเฉพาะสำหรับสารเติมแต่งทุกตัวในสูตร ในสหรัฐอเมริกา เรซินต้องผ่านการรับรองการสัมผัสอาหารอย่างมีประสิทธิผลของ FDA และในประเทศจีน กรอบการทำงานที่เกี่ยวข้องคือ GB 4806.7 ในสารประกอบชีวภาพ ความเสี่ยงในการย้ายถิ่นมักจะมาจากพลาสติไซเซอร์และตัวช่วยในการแปรรูปมากกว่าจากแป้งเอง

การเปลี่ยนแปลงซัพพลายเออร์เป็นอีกครึ่งหนึ่งของความเสี่ยง สารประกอบแป้งได้รับการปรับสูตรใหม่ ได้แก่ พลาสติไซเซอร์ชนิดอื่น แหล่ง PBAT ใหม่ ตัวพาที่ได้รับการปรับแต่ง และสารประกอบที่ผ่านการทดสอบการย้ายถิ่นของคุณในเดือนมีนาคมอาจไม่เป็นสารประกอบเดียวกันในเดือนกันยายน ปักหมุดเกรดในข้อกำหนดเฉพาะในการซื้อ เรียกร้องให้มีการประกาศการปฏิบัติตามหมายเลขการแก้ไขและวันหมดอายุ และทดสอบอีกครั้งหลังจากเปลี่ยนแหล่งเรซิน

การใช้บรรจุภัณฑ์จากชีวภาพในสายการผลิตที่มีอยู่

วัสดุชีวภาพจะเปลี่ยนการตั้งค่าเครื่องจักร ไม่ใช่แค่ฮอปเปอร์เรซิน หกคะแนนตัดสินว่าการทดลองใช้งานจะกลายเป็นการดำเนินการจริงหรือไม่

• การอบแห้ง PLA ไฮโดรไลซิสเมื่อมีความชื้น ทำให้แห้งที่อุณหภูมิประมาณ 250 ppm หรือต่ำกว่าก่อนการอัดขึ้นรูปหรือเทอร์โมฟอร์ม โดยทั่วไปจะใช้เวลาสี่ถึงหกชั่วโมงที่อุณหภูมิ 60–80 °C ในเครื่องทำแห้งที่ใช้สารดูดความชื้น
• การปิดผนึก ชั้นซีลชีวภาพปิดที่อุณหภูมิประมาณ 90–120 °C เทียบกับ 130–160 °C สำหรับระบบที่ใช้ PE ดังนั้นหน้าต่างการซีลทั้งหมดจะเลื่อนลงด้านล่าง และฟิล์มเคลือบมาตรฐานจะไม่ตามมา
• การขึ้นรูปด้วยความร้อน ช่วงระหว่างการทำให้อ่อนลงและความหย่อนคล้อยจะแคบกว่า PP และเกรดที่ตกผลึกต้องใช้แม่พิมพ์ที่ร้อนกว่าและมีรอบเวลานานกว่า
• ความแข็งและน้ำหนัก PLA มีความหนาแน่นใกล้ 1.24 g/cm³ เทียบกับประมาณ 0.90 สำหรับ PP ดังนั้นส่วนหนึ่งของปริมาตรเท่ากันจะมีน้ำหนักมากกว่า และความแข็งแกร่งเท่ากันอาจต้องใช้ผนังที่หนาขึ้น เปรียบเทียบต้นทุนต่อหน่วยสำเร็จรูป ไม่ใช่ต้นทุนต่อกิโลกรัม
• สภาพการเก็บรักษา ส่วนที่มีแป้งจะดูดซับความชื้น รักษาความชื้นสัมพัทธ์ให้ต่ำกว่า 50% โดยไม่โดนแสงแดดโดยตรง และห่างจากอุปกรณ์ที่ร้อน
• ฝุ่นและไฟฟ้าสถิตย์ สารประกอบแป้งสามารถเกิดฝุ่นได้มากกว่าและเคลื่อนที่แบบคงที่ด้วยความเร็วของสายสูง ดังนั้นควรตรวจสอบการป้อน การลำเลียง และการถ่ายเทด้วยลม

การปิดผนึกคือจุดที่นักบินคนแรกล้มเหลว เนื่องจากถาดและฟิล์มถือเป็นการซื้อแยกกันสองรายการ เป็นระบบเดียว: ชั้นซีลจะต้องปิดที่อุณหภูมิที่ตัวถาดสามารถอยู่รอดได้ และพันธะต้องยึดผ่านโซ่เย็น

ระบุคู่เข้าด้วยกัน ทดสอบกับเครื่องจักรจริง และบันทึกพารามิเตอร์การซีลในข้อมูลจำเพาะของบรรจุภัณฑ์ เพื่อให้กะถัดไปสามารถทำซ้ำได้

นักบินที่ตอบคำถามที่แท้จริง

การทดลองที่เป็นประโยชน์นั้นสั้น เฉพาะเจาะจง และไม่ยกยอเนื้อหาเล็กน้อย

1. เลือกผลิตภัณฑ์ที่แย่ที่สุด ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่ถ่ายรูปสวยที่สุด: ซอสที่มีไขมันสูงที่สุด อายุการเก็บรักษาที่ประกาศไว้ยาวนานที่สุด
2. แก้ไขสภาพอากาศ เช่น การเก็บแบบเร่งที่อุณหภูมิ 30 °C และความชื้นสัมพัทธ์ 75% เพื่อใช้เป็นระบบห่วงโซ่อุปทานแบบแช่เย็นหรือแบบเขตร้อน
3. ทดสอบความแข็งแรงของซีลและการซึมผ่านของสีย้อมที่วันที่ศูนย์ กลางชีวิต และสิ้นสุดอายุการใช้งาน ไม่ใช่เพียงครั้งเดียวที่จุดเริ่มต้น
4. ทดสอบการตกหล่นและการสั่นสะเทือนของพาเลทที่บรรจุไว้ ไม่ใช่ทดสอบทีละชิ้นบนม้านั่ง
5. เปิดบรรจุภัณฑ์ที่ส่วนท้ายและตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏ การควบแน่น และความสมบูรณ์ของซีล
6. ยืนยันปลายทางของเสียเป็นลายลักษณ์อักษรกับผู้ค้าปลีก เมือง หรือผู้ให้บริการจัดเลี้ยงตามสัญญา
7. เปรียบเทียบต้นทุนต่อหน่วยสำเร็จรูป รวมถึงวัสดุพิเศษ ฟิล์ม และรอบเวลาที่ช้าลง

พลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพดเป็นเครื่องมือที่แคบ จะไม่มีสายการเติมแบบร้อน อายุการเก็บรักษา 2 ปี หรือลูกค้าที่ไม่มีการเก็บขยะอินทรีย์ และการตลาดจะไม่เปลี่ยนแปลงหลักฟิสิกส์เหล่านั้น ยังคงสามารถแบ่งส่วนสำคัญของกลุ่มผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์อาหารได้ เช่น อาหารพร้อมแช่เย็น ถ้วยแช่เย็น กล่องผลิตผล ถาดอาหารแห้ง โดยต้องเลือกวัสดุ รูปแบบ ฟิล์ม และเส้นทางของเสียร่วมกัน

คำถามที่เป็นประโยชน์ไม่ใช่ว่าพลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพดจะดีหรือไม่ อยู่ที่ว่าผลิตภัณฑ์นี้ในสภาพอากาศนี้ บนสายการผลิตนี้ และในเส้นทางของเสียนี้ จะทำงานได้ดีกว่าเรซินที่คุณใช้งานอยู่แล้วหรือไม่ ตอบกับนักบินแล้วคำเคลมบนฉลากก็จัดการเอง นั่นเป็นตรรกะเดียวกันกับของเราเอง ความมุ่งมั่นของคาร์บอนเป็นศูนย์ : วัดผลก่อน แล้วจึงคอมมิต